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자동차 부품

자동차의 너클 조인트란?

by onbetoo 2024. 6. 10.

너클 조인트는 인장 하중을 받는 두 구성 요소를 연결하는 기계 장치입니다. 포크형 핀 조인트라고도 합니다. 너클 조인트의 일반적인 예는 트랙터와 트롤리 사이의 연결입니다. 너클 조인트는 트랙터와 트롤리 사이에 약간의 유연성이나 각도 운동을 허용합니다.

이 메커니즘에 대해 자세히 알아보려면 계속 스크롤하세요. 

너클관절의 정의

너클 조인트는 두 개의 막대 또는 막대를 일정한 각도로 연결하여 제한된 각도 운동으로 회전할 수 있도록 합니다. 이는 두 구성요소의 일련의 교번 구멍에 삽입된 핀 또는 막대로 구성되어 회전 및 축 이동을 가능하게 합니다. 사람들은 일반적으로 연결 장치 및 서스펜션 시스템과 같이 유연성과 관절이 필요한 응용 분야에서 너클 조인트를 사용합니다.

너클 조인트 어셈블리

너클 부품 또는 조립품은 다음과 같습니다.

싱글 아이 엔드

한쪽 눈 끝은 너클 관절의 두 가지 주요 구성 요소 중 하나입니다. 이는 막대의 한쪽 끝 근처에 하나의 구멍이 뚫린 원통형 막대입니다. 막대의 다른 쪽 끝은 두 개의 구멍이 뚫린 포크 모양입니다. 

한쪽 눈 끝을 다른 막대의 포크 끝 부분에 삽입하고 세 구멍 모두에 핀을 통과시켜 연결부를 고정합니다.

이중 눈 끝 또는 포크 끝

포크 엔드라고도 불리는 더블 아이 엔드는 인장 하중을 받는 두 개의 로드를 연결하는 데 사용되는 조인트입니다. 쌍눈 끝 부분에는 양쪽에 구멍이 두 개 있어 포크 모양을 이루고 있습니다. 세 개의 구멍이 모두 중앙에 위치하도록 외눈 끝을 이중 눈 사이에 삽입합니다.

그런 다음 구멍을 통해 핀을 삽입하여 조인트를 고정합니다. 이중 눈 또는 포크 끝은 타이 로드, 인장 링크 및 브리지에 일반적으로 사용됩니다.

또한 두 개의 로드를 연결하고 인장 하중을 받아 고정해야 하는 다른 응용 분야에도 사용됩니다. 이중 눈 끝의 포크 모양은 하중이 가해질 때 조인트가 열리는 것을 방지합니다.

두 개의 막대

두 개의 막대는 피벗으로 연결되어 서로 회전할 수 있습니다. 피벗은 일반적으로 강철과 같은 강한 재료로 만들어져 가해지는 힘을 견딜 수 있습니다. 로드는 또한 일반적으로 강철이나 알루미늄과 같은 강한 재료로 만들어져 가해지는 힘을 견딜 수 있습니다.

너클핀

너클 핀은 한쪽 끝에 머리가 있고 다른 쪽 끝에 나사 구멍이 있는 원통형 막대입니다. 두 개의 파이프나 막대를 각도 방식으로 연결하는 데 사용됩니다. 이는 그들 사이의 제한된 각도 이동을 허용합니다.

핀의 직경은 핀에 가해지는 하중을 기준으로 계산됩니다. 두 개의 막대에 있는 구멍을 통해 핀을 삽입하고 테이퍼 핀이나 코터 핀으로 고정합니다.

칼라

너클 조인트에서 칼라는 조인트의 중앙에 위치하며 두 개의 샤프트를 제자리에 고정하는 데 사용됩니다. 칼라는 일반적으로 강철이나 황동과 같은 강한 재료로 만들어지며 조인트에 가해지는 힘을 견디도록 설계됩니다.

칼라는 또한 두 샤프트 사이의 제한된 움직임을 허용하도록 설계되어 관절이 제대로 기능할 수 있게 해줍니다. 칼라가 없으면 두 개의 샤프트가 제자리에 머물 수 없으며 관절이 기능할 수 없습니다.

테이프 핀 또는 잠금 핀 또는 분할 핀

테이프 핀은 너클 조인트의 두 부분을 연결하는 데 사용되는 핀 유형입니다. 이는 얇고 유연한 금속 스트립(일반적으로 스테인레스 스틸)으로 만들어지며 접합 부분을 감싸고 제자리에 고정됩니다.

테이프 핀은 조인트 부품 사이의 제한된 각도 이동과 회전을 허용하는 동시에 안전한 연결을 제공합니다.

너클조인트의 구성

너클 조인트의 제작 절차를 확인하세요. 

  • 너클 조인트는 두 개의 막대 사이를 연결합니다. 하나의 막대에는 외눈 끝이 있고 다른 막대에는 이중 눈 끝 또는 포크 끝이 있습니다.
  • 싱글 아이 엔드는 구멍이 1개 있는 엔드를 의미하고, 더블 아이 엔드는 구멍이 2개 있는 엔드를 의미합니다.
  • 단안 끝은 이중 눈 끝 또는 포크 끝의 이중 눈 사이에 위치합니다.
  • 그 후, 눈과 포크 끝의 구멍에 너클 핀을 삽입하여 서로 고정합니다.
  • 너클핀의 일부분은 포크 끝부분의 아래쪽 구멍에서 바깥쪽으로 뻗어나와 있고, 너클핀 바닥 근처에는 작은 구멍이 있습니다.
  • 너클 핀을 눈과 포크 끝 부분에 고정하기 위해 칼라와 테이퍼 핀이 사용됩니다.
  • 칼라에는 2개의 구멍이 있으며, 너클핀의 구멍과 칼라의 구멍이 일치하도록 정렬됩니다. 그런 다음 칼라의 구멍과 너클 핀의 구멍을 통해 테이퍼 핀을 삽입합니다.

이런 식으로 너클 조인트가 형성됩니다.

너클 조인트의 설계 절차

너클조인트의 설계과정은 다음과 같다.

적절한 재료 선택

너클 조인트를 설계할 때 재료 선택이 매우 중요합니다. 특정 요구 사항에 따라 다양한 유형의 재료, 특히 저탄소강이 이상적입니다.

대부분의 제조업체는 유리한 안전계수(FOS)로 인해 50KN 하중이 필요한 응용 분야에 알루미늄을 선호합니다. 그러나 고급 사례의 경우 세라믹 재료는 특정 영역에서 발생하는 응력을 견딜 수도 있습니다.

선택한 재료의 특성을 고려하여

C-15부터 C-45까지 선택 가능 폭을 고려하여 모든 부품의 재질을 C-30으로 선택합니다.

조인트가 예상 하중을 견딜 수 있도록 안전 계수를 고려합니다.

어떤 물체를 설계할 때 안전 요소를 고려하는 것이 필수적입니다. 안전계수는 작업 응력에 대한 최대 응력의 비율을 나타냅니다. 안전 계수가 높을수록 실패 가능성이 줄어듭니다. 

예를 들어 하중이 50KN인 경우 설계는 60~70KN 또는 그 이상의 하중을 견딜 수 있어야 합니다.

허용 응력 수준 결정

전단응력, 최대 1차응력, 임페리얼 관계는 허용응력에 속합니다.

부품의 치수와 디자인을 고려하여 로드 설계

너클 조인트의 정확한 치수를 측정하고 응력 계산을 수행합니다. 이는 직접적인 인장 응력을 경험하며, 이는 공식 ς = P / π d2를 사용하여 계산할 수 있습니다. 여기서 P는 적용된 힘을 나타냅니다. 또한 핀헤드 직경과 핀헤드 두께의 치수도 고려해야 합니다.

너클 조인트에 사용되는 재료

제조업체는 주철과 스테인리스강을 사용하여 너클 조인트를 만들고 경량 응용 분야에는 알루미늄을 사용할 수도 있습니다. 또한, 고분자 기술의 발전으로 테프론은 너클 조인트에 이상적인 소재로 떠오르고 있습니다.

최근 발견에 따르면 너클 조인트에 주철 대신 복합 재료를 사용하면 많은 이점이 있음이 밝혀졌습니다. 이러한 장점에는 쉬운 제작, 향상된 안전성 및 환경 친화성이 포함됩니다. 너클 조인트는 편리하게 주조, 가공 또는 단조할 수 있습니다.

너클 조인트 적용

너클조인트는 그 다양성으로 인해 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 

  • 이는 조인트 텐션 링크와 지붕 트러스 타이로드 조인트를 연결하는 교량 건설에서 중요한 역할을 합니다. 
  • 너클 조인트는 열차 바퀴용 커넥팅로드에 일반적으로 유용하며, 열차 객차 간의 연결을 용이하게 합니다. 이는 또한 로터리 엔진의 밸브 시스템에도 필수적입니다.
  • 이러한 조인트는 사이클링 체인, 롤러 체인, 시계 체인 스트랩 등 다양한 분야에 적용됩니다.
  • 또한 지브 크레인의 로드 조인트, 레버 피벗, 트랙터 타이어 정렬 구성요소 및 자동차의 휠 조립 구조를 지지하는 데 유용합니다.
  • 너클 조인트는 플러시 편심 작업 배럴 스테이지, 측면 드릴링, 유정 바닥으로의 재진입 및 트롤링과 같은 작업을 위한 다운홀 스트링 작업에도 유용합니다.
  • 또한 너클 조인트는 로봇 팔다리, 앞유리 와이퍼, 크레인과 같은 토공 장비에 널리 사용됩니다.

너클관절의 장점

너클 조인트의 장점은 다음과 같습니다. 

  • 너클 조인트는 상당한 인장 하중을 견딜 수 있는 능력을 가지고 있습니다.
  • 우수한 기계적 강성을 나타냅니다.
  • 또한 제조 및 설치 과정 모두에서 단순성을 제공합니다.
  • 너클 조인트를 손쉽게 조립 및 분해할 수 있습니다.
  • 그들의 디자인은 간단하고 복잡하지 않습니다.
  • 구성 요소 수가 적기 때문에 비용 효율적이고 안정적입니다.
  • 이러한 조인트는 두 막대 사이의 회전 운동을 가능하게 합니다.
  • 다양한 재료 두께와 인장 강도에서도 높은 반복 정확도를 유지합니다.
  • 너클 조인트는 충격 충격을 최소화하고 높은 시스템 강성을 제공합니다.
  • 또한 공구 수명도 연장됩니다.

너클관절의 단점

많은 장점과 함께 몇 가지 단점도 있습니다. 이것들은: 

  • 중요한 단점은 큰 압축 하중을 견딜 수 없다는 것입니다.
  • 너클 조인트를 사용하면 하나의 평면이나 축에서만 각도 운동을 수행할 수 있습니다.
  • 너클 조인트는 유니버셜 조인트에 비해 유연성이 떨어집니다.

너클 조인트 실패

사고를 예방하려면 장력을 파손 없이 견딜 수 있도록 너클 조인트를 설계하는 것이 중요합니다.

너클 조인트의 실패 모드는 다음과 같습니다.

  • 너클핀의 전단파괴(단일전단)
  • 막대에 대한 핀의 분쇄
  • 플랫 엔드 바의 인장 파괴
  • 솔리드 로드의 인장 파괴
  • 너클핀의 휘어짐
  • 너클 핀 외눈 또는 로드 끝 구멍 전체에 걸친 인장 파괴
  • 너클 핀홀 너머 외눈 끝의 전단 파손(이중 전단)
  • 외눈 끝의 너클 핀홀에 핀이 휘어짐
  • 너클 핀홀에서 이중 눈 끝의 인장 파괴
  • 너클 핀홀 너머의 이중 눈 끝 부분의 전단 파손
  • 쌍안 끝 너클 핀홀 핀의 베어링 파손

이러한 실패 모드는 신뢰성을 보장하고 잠재적인 사고를 방지하기 위해 너클 조인트를 신중하게 설계하는 것이 중요함을 강조합니다.

너클 조인트와 코터 조인트의 차이점

다음 표에서 너클 조인트와 코터 조인트의 차이점을 확인할 수 있습니다.

너클조인트 코터 조인트
너클 조인트는 일치하거나 교차하는 두 개의 막대를 연결하며 동일한 평면에 놓여 축 방향 인장력 전달을 경험합니다. 코터 조인트는 축력을 받는 두 개의 동축 로드를 연결합니다.
너클 조인트는 높은 인장 하중을 효율적으로 처리합니다. 코터 조인트는 작은 인장력과 압축력을 견딜 수 있습니다.
너클 조인트는 각도 변위가 필요할 때 유용할 수 있습니다. 코터 조인트는 두 개의 로드에 각도 변위가 없을 때 사용됩니다.
너클 조인트를 사용하면 로드가 각도로 움직일 수 있습니다. 코터 조인트는 각도 운동을 허용하지 않습니다.
테이퍼나 클리어런스는 사용할 수 없습니다. 클리어런스 또는 테이퍼가 함께 제공됩니다.
포크엔드, 로드엔드, 스플릿핀은 너클조인트 부품입니다. 코터 조인트의 세 부분은 코터, 마개 및 소켓입니다.
너클 조인트는 두 개의 샤프트가 일정한 각도를 유지하면서 움직일 수 있도록 해줍니다. 코터 조인트는 정렬된 샤프트가 같은 방향으로 회전하는 데 도움이 됩니다.
베어링 고장은 꽤 자주 발생합니다. 베어링 고장은 흔한 일이 아닙니다.
너클 조인트는 원형 핀을 사용합니다. 코터 조인트는 직사각형 핀을 사용합니다.
타이 바, 자전거 체인 링크 및 모든 변속 장치의 조인트에 사용됩니다. 코터 조인트는 두 개의 로드를 파이프로 연결하고 피스톤 로드를 코터 기초 볼트로 크랭크샤프트 헤드에 연결합니다.
너클 조인트는 두 개의 막대를 연결하여 인장 응력 하에서 약간의 굴곡 또는 각도 운동을 가능하게 합니다. 이 블로그에서는 디자인, 재질, 장점, 단점, 제작 과정 등 너클 조인트에 대한 다양한 세부 사항을 논의합니다. 도움이 되기를 바랍니다.