평행키의 끼워맞춤과 평행키 KS규격

평행키는 동력을 전달하는 요소인 회전체(기어, 스프로킷, 풀리 등)의 보스에 구멍(H7)가공을 하고 키홈 가공을 하고, 끼워지는 상대 축(軸, Shaft)에도 키홈을 내어 적당한 길이의 키를 구매하여 잘라가지고 축과 회전체에 때려 맞추어 사용하는 기계요소 중의 하나이다.

 

키를 끼워 넣는 키홈이 있는 것과 없는 것으로 구분하며 키홈이 있는 것은 동력전달용으로 사용되고 키홈이 없는 것은 경하중용으로 사용한다. 축에 조립되는 회전체인 기계 요소 측을 유럽에서는 허브(Hub) 또는 일본에서는 보스, Boss라고 부른다.

키의 크기는 축의 크기(직경)에 의해 결정된다. 결국 축의 크기(축의 직경)가 결정되면 자동적으로 축의 지름에 사용할 평행키의 크기도 추천값에 의해 결정된다. KS규격집이나 기계설계 규격집을 보면 자세히 나와 있다.

그리고, 키가 받을 수 있는 힘은 각각의 재료의 전단응력에 따라 변한다.
 
체결형, 보통형은 키와 축 및 허브(보스)의 결합에 의한 형식을 표시한다.
체결형은 축에 고정된 키에 허브를 결합 또는 조립된 축과 허브와의 사이에 키를 박는 결합, 보통형은 축에 고정된 키에 허브를 끼워 넣는 결합, 활동형은 축과 구멍 측이 상대적으로 축 방향으로 움직일 수 있는 결합을 말한다.
 
키의 결합에는 아래 3가지의 타입이 있고 각각에 대해서 허용차가 정해져 있다.
 
1.　활동형(滑動形) : 축과 허브가 축방향으로 이동할 수 있는 결합
　　　　　　　키홈의 치수 허용차　축 b₁ : H9,　구멍 b₂ : D10　(평행키를 사용한다)
2.　보통형(普通形) : 축에 고정된 키에 허브를 끼워 맞추는 결합
　　　　　　　키홈의 치수 허용차　축 b₁ : N9　구멍 b₂ : Js9　(평행키, 반달키를 사용한다)
3.　체결형(締込み形) : 축에 고정된 키에 허브를 끼워 넣는 결합 또는, 조립된 축과 허브 사이에 키를 박는 결합
　　　　　　　키홈의 치수 허용차　축b₁, 구멍 b₂ : P9 (평행키, 경사키, 반달키를 사용한다)

 

<평행키>

 

1. '보통형' 키의 끼워맞춤 (구 규격-묻힘키의 '보통급')
보통형은 미리 키를 축의 키홈에 끼워 놓고 허브를끼워맞추는 것으로 구 규격의 보통급에 해당한다.
보통형은 축에 가공된 키 홈과 조립하는 키와의 끼워맞춤을 N9/h9(중간 끼워맞춤)로 적용하고, 보스 부분의 키 홈과 키와의 끼워맞춤을 Js9/h9(중간 끼워맞춤)로 적용한다. 보통형에서는 키의 폭방향(호칭:b)으로 축과 키 및 축과 보스의 끼워맞춤을 중간 끼워맞춤으로 적용하는데 보스 측보다 축 측에 더 작은 끼워맞춤 틈새(또는 더 큰 끼워맞춤 죔새)를 준다. 보통형 평행키는 개정 전 구 규격에서 '묻힘키' 의 보통급 평행키를 말한다.

2. '조임형' 키의 끼워맞춤 (구 규격-묻힘키의 '정밀급')
조임형은 미리 키를 축의 키 홈에 단단히 끼워 놓고 허브를 조이는 것(정밀급)과 허브를 축에 끼워 놓고, 경사키를 박는 것으로 구별된다.
조임형은 축에 가공된 키 홈과 조립하는 키와의 끼워맞춤을 P9/h9(억지 끼워맞춤)로 하고, 보스 측의 키 홈과 키와의 끼워맞춤을 P9/h9(억지 끼워맞춤)로 한다. 조립형 평행키는 개정 전 구 규격에서 묻힘키의 ‘정밀급’ 평행키를 말한다.

3. '활동형' 키의 끼워맞춤 (구 규격-'미끄럼키')
활동형은 축 위를 허브가 축 방향으로 움직일 때에 사용하고 미끄럼키를 말한다. 키는 고정 나사로 축에 고정한다.

활동형은 축에 가공된 키 홈과 조립하는 키와의 끼워맞춤을 H9/h9(헐거운 끼워맞춤)로 적용하고, 보스 부분의 키 홈과 키와의 끼워맞춤을 D10/h9(헐거운 끼워맞춤)로 적용한다. 축과 보스가 축 방향으로 상대 운동을 하는 경우 키가 안내(Guide) 역할을 한다.

활동형에서는 폭 방향으로 축과 키 및 축과 보스의 끼워맞춤은 모두 헐거운 끼워맞춤을 적용하는데 보스 측보다 축 측에 더 작은 끼워맞춤 틈새를 준다. 토크를 전달하면서 보스가 축을 따라 미끄럼 운동을 하는 것이 가능하며, 축 방향으로 기울기가 없다. 보통형이나 조임형에 비해서 전달 토크가 작으며, 큰 토크를 전달할 수 없다.

활동형 평행키는 개정 전 구 규격에서 미끄럼키를 말한다. 최근에는 키 대용으로 축을 기어나 풀리 등의 하우징에 고정시켜 동력을 전달하는 요소로 파워록(power lock) 혹은 쉬링크 디스크(shrink disk)라고 하는 기성품도 자주 쓰인다.

파워록은 암, 수가 짝을 이루는 테이퍼(tpaer, 쐐기)를 볼트로 죄어 수직방향의 분력을 줌으로써 강력하게 축과 보스(또는 허브)를 고정시켜주는 역할을 하며, 셀프센터링self centering) 및 고토크 전달, 보스 가공이 쉬우며, 조립 및 분해가 용이하다는 장점을 가지고 있는 마찰식 체결요소이다.

아래 이미지들은 평행키 대신에 사용하는 체결요소 중의 하나인 파워록이라 부르는 자동화부품요소이다.

자료출처 : 성일기공

자료출처 : 성일기공

평행키와 경사키의 크기와 그 적응하는 축지름은 키에 작용하는 힘에 의해 정하여야 한다. 

참고로 나타낸 적응하는 축지름은 보통으로 사용되는 표준적인 범위를 나타낸 것으로 이 경우는 허브 쪽의 키홈의 측면에서 키 높이의 약 1/2이 닿게 되는데, 만약 이것보다 작은 호칭 치수의 키를 사용하면 허브 쪽의 키홈의 측면에 닿는 부분은 키 높이의 1/2 이하가 될 염려가 있으므로 그런 경우는 키 측면의 면압을 계산해 볼 필요가 있다.

 

아래는 평행키의 모양 및 치수에 관한 규격이다. 보통 평행키는 길게 제작된 것을 구매하여 필요시마다 적당한 치수로 컷팅하고 그라인딩하여 사용하는 것이 일반적이다.

 

자, 그럼 이제 평행키의 치수 규격과 표준 기워맞춤 규격표에 대해 알아보자.

설계입문자나 실무자라면 기계설계 KS규격 데이터북이나 설계엔지니어핸드북 같은 도서를 구입하여 활용하는 것이 좋다.

평행키는 아래에 표시한 것과 같이 규격 치수를 찾아 제도하고 적ㅎ용해주면 된다.

 

1. 축의 지름(직경)을 선정한다.

2. 적용하는 축지름이 선정되면 키의 크기도 권장 호칭치수(b*h)도 결정된다.

예를 들어 축의 지름이 25mm라고 하면 아래 표시한 치수를 찾아 적용해주면 된다.

적용하는 축 지름에 들어간다 해도 키의 호칭치수가 (7*7)같이 되어 있는 키는 되도록 사용하지 않는다.

 

3. 아래 키홈의 치수표를 보고 기호에 따라 치수를 찾아 도면에 적용해주면 되는 것이다. 또한 해당 치수에 공차가 있는 것은 그 공차를 기준치수 옆에 표기해주면 된다.

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