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설계 편람

핀의 설계

by 링스어태치먼트 2021. 8. 5.

굴착기 암(Arm 또는 Stick) 또는 버킷 링크(Bucket Link) 끝단에 설치되는 핀이 대표적인 예입니다. 전단 응력만을 받지만 일정 각도 회전을 합니다. 회전부 반대쪽 (Mating Part)에는 부싱(Bushing)을 설치하는 게 바람직하고 고정부 쪽에는 굳이 부싱(Bushing)을 설치할 필요가 없습니다. 고정부는 압축 응력만을 받으므로 굳이 부싱을 설치할 필요는 없습니다.

​샤프트나 핀은 모두 환봉 형태의 부재이나 샤프트는 뒤틀림 하중을 받는 반면 핀은 벤딩 모멘트 및 전단 하중을 받습니다. 설계가 잘 된 핀은 전단력만 받으며 설계가 잘못 되거나 유지 보수가 안 된 핀은 뒤틀림 하중도 동시에 받기 때문에 사용 조건을 잘 반영하여 설계할 필요가 있습니다. 굽힘 응력을 받게 되면 빔(Beam) 이 되므로 이도 피해야 합니다. 간단하게 이야기 하면 핀은 너무 얇거나 길게 설계해서는 안 됩니다.

​핀이 받는 전단 하중은 2개소입니다. 소재에 따른 인장 강도의 0.6배가 전단 강도이고 이의 2배가 핀이 부러질 때 받는 하중이므로, 이와  안전율을 고려해서 설계해야 합니다. 일반적으로 중장비 (특히 어태치먼) 용은 충격을 받는 부재이기 때문에 3~4 정도의 안전율을 두어야 합니다.

​소재는 SM45C 또는 SCM440 을 주로 사용하는데 강도를 높이기 위해 조질 (Quenching + Tempering) 처리를 합니다. 조질 처리 지시는 KS 에는 H 를 붙이기도 하고 QT 라고 하기도 합니다. 즉, SM45C-H 는 조질 처리된 소재입니다. 심부 경도 (Core Hardness) 를 측정하여 조질 여부를 판가름 하는데 측정점은 반지름의 1/2 지점입니다. 조질 후에는 변형이 생기므로 조질 후 가공을 하는게 일반적입니다. 내마모성을 높이기 위해 표면 경도를 높이는 열처리 (Induction Hardening)이 추가됩니다. 깊이는 1.5~2.5mm 정도이고 HRC38~40 정도의 경도가 나오도록 합니다.

​미국 ASTM 규격으로는 1045 또는 4140 가 대체품입니다. 미국/캐나다 도면에 나와 있는 HTSR 지시 기호는 Heat Treated Stress Relieved 의 약어로써 Quenching and Tempering 과 동일한 의미입니다. Soft Pin 이라는 표현도 있는데, 이는 조질 처리 없이 1045 소재를 그냥 사용하는 것을 지칭합니다.

​고정 (Retaining) 방법 : 블록(Block) 또는 핀 플레이트(Pin Ear) 를 사용합니다. Pin Ear의 경우 Plate를 Pin에 용접을 해야 하는 번거러움이 있기 때문에 Reainer Block을 사용하는 방식도 널리 사용되며 유럽 장비에서 이 타입을 많이 볼 수 있다. 아래 처음 그림이 핀 플레이트를 사용한 방식의 핀이고 두번째 그림은 적용 예를 보여 줍니다.

 

 

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