동력전달장치 (V-벨트풀리 & 스프로킷)
동력전달장치란
전산응용기계제도기능사 실기시험 3일차 과제는 동력전달장치(Power Transmission Device) 조립체입니다. 동력전달장치는 모터 같은 원동기의 회전력을 벨트·체인·기어 등의 매개 요소를 통해 다른 축으로 옮겨주는 기계 시스템으로, 국가기술자격 실기시험에서 가장 자주 출제되는 대표 과제 유형이기도 합니다.
이번 도면은 하나의 축이 본체 안에서 두 개의 베어링(6004, 2개)으로 지지되고, 축의 한쪽 끝에는 V-벨트풀리가, 반대쪽 끝에는 플랜지를 매개로 스프로킷이 결합된 구조입니다. 즉 V벨트로 들어온 동력을 축이 그대로 전달받아, 반대쪽에서는 체인(스프로킷)으로 동력을 내보내는 구성입니다.
🔍 주요 과제 요구사항
- 2D 부품도 제도 — 본체, 실하우징, 축, 스프로킷, V-벨트풀리, 플랜지 등 개별 부품에 대한 정투상도 및 치수·공차·표면거칠기·기하공차 기입
- 3D 형상 모델링 및 등각투상도(렌더링) — 조립 상태를 반영한 3D 모델링과 지정된 형식의 렌더링 출력
- 부품 질량 계산 — 지정 부품의 재질 밀도를 적용한 질량 산출 및 표기
매 회차 과제명은 달라지지만 요구되는 산출물의 형식 — 2D 부품도, 3D 등각투상도, 질량 계산 — 은 동일하게 유지되는 경향이 있으므로, 과제가 무엇이든 이 세 가지를 빠르고 정확하게 완성하는 훈련이 우선입니다.
주요 가공부품 도면 해독 포인트
| 부품 | 제도·해독 포인트 |
|---|---|
| 1. 본체 | 축과 베어링을 지지하고 내부를 외부 이물질·충격으로부터 보호하는 하우징입니다. 도면 상단의 그리스 니플(주유구) 자리, 2×6004 베어링이 안착되는 두 보어의 동심도, 바닥 체결부 표기가 채점 포인트입니다. |
| 2. 실하우징 | 축이 본체를 관통하는 개구부에 결합되어 오일 실(오일 시일)을 지지하며 누유를 막는 부품입니다. 축과 맞닿는 부분의 표면거칠기와 본체와의 체결면 치수를 정확히 옮겨야 합니다. |
| 3. 축 | V-벨트풀리와 스프로킷 사이에서 회전력을 그대로 전달하는 중심 축입니다. 베어링이 앉는 두 구간의 동심도, 단차부 필렛, 풀리·플랜지가 고정되는 축단 형상(키홈 등)이 핵심입니다. |
| 4. 스프로킷 | 롤러체인과 맞물려 동력을 전달하는 부품입니다. 도면에 호칭번호 41, 잇수 22로 지정되어 있으며, 이 값으로 피치원지름을 계산해 이끝원·이뿌리원 형상을 잡습니다. |
| 5. V-벨트풀리 | V벨트를 매개로 다른 축과 동력을 주고받는 마찰 전동 부품입니다. 도면에 A형으로 지정되어 있으며, 벨트가 앉는 홈의 각도와 피치원지름 표기가 핵심입니다. |
| 6. 플랜지 | 스프로킷을 축 끝단에 고정하는 부품입니다. 축과의 끼워맞춤 공차, 스프로킷과 체결되는 볼트 구멍의 피치원 배치를 정확히 맞춰야 합니다. |
V-벨트풀리 해설
V-벨트풀리는 단면이 사다리꼴인 V벨트를 홈에 끼워 마찰력으로 동력을 전달하는 풀리입니다. 국내에서는 KS B 1400(V벨트 풀리)에 형별 치수가 규정되어 있으며, 벨트 단면 크기에 따라 M, A, B, C, D, E형 등으로 구분됩니다. 이번 도면에는 A형 홈으로 지정되어 있는데, 형별로 벨트의 폭과 두께, 그리고 풀리 홈의 각도(대략 34°~40° 범위에서 풀리 지름에 따라 달라짐)가 정해져 있어, 벨트 형번을 먼저 확인한 뒤 그에 맞는 홈 치수를 도면집에서 찾아 적용하는 것이 정확합니다.
풀리에서 가장 중요한 기준선은 피치원지름(Pitch Circle Diameter)입니다. 벨트가 걸리는 위치의 유효 지름으로, 벨트 속도비와 감속비 계산의 기준이 되기 때문에 바깥지름과 혼동하지 않도록 구분해서 표기해야 합니다.
스프로킷 해설
스프로킷은 롤러체인의 롤러와 맞물리는 이(齒)를 가진 바퀴로, 체인 전동에서 기어의 역할을 합니다. 관련 규격으로는 체인 자체를 규정하는 KS B 1407(롤러체인)과, 스프로킷의 이 모양을 규정하는 KS B 1408(롤러체인용 스프로킷 치형)이 있습니다.
체인·스프로킷의 호칭번호는 피치와 직접 연결됩니다. 호칭번호에 8을 나누면 인치 단위 피치가 나오는 방식으로, 이번 도면의 호칭번호 41은 피치 1/2인치(약 12.7mm)에 해당합니다(41번은 40번과 피치는 같지만 롤러 지름이 조금 더 작은 경량형입니다). 피치(p)와 잇수(n)를 알면 스프로킷의 주요 지름은 원리적으로 다음 식으로 구할 수 있습니다.
| 구분 | 계산식 |
|---|---|
| 피치원 지름(Dp) | D_p = p / sin(180°/n) |
| 바깥지름(D0) | D_0 = p × (0.6 + cot(180°/n)) |
| 이뿌리원 지름(DB) | D_B = D_p − d₁ (d₁: 롤러 지름) |
D_p = 12.7 / sin(180°/22) ≈ 89.2mm
D_0 = 12.7 × (0.6 + cot(180°/22)) ≈ 96.0mm
D_B = 89.2 − 7.77 ≈ 81.5mm
이렇게 피치원 → 바깥지름 → 이뿌리원 순서로 지름이 정해지는 원리를 보여주는 계산입니다.
플랜지란 무엇인가
플랜지(Flange)는 영어 단어를 그대로 옮겨 쓰는 용어라 처음 접하면 낯설게 느껴지지만, 어원을 보면 뜻이 분명합니다. 15세기 문장학(紋章學)에서 방패 옆면의 넓어지는 부분을 가리키던 “flaunche”에서 비롯된 것으로 추정되며, 더 거슬러 올라가면 옆구리·측면을 뜻하는 고대 프랑스어 “flanche”와 맞닿아 있습니다. 18세기 이후로 “보강이나 안내를 위해 옆으로 돌출된 테두리”라는 기계적 의미로 자리 잡았고, 1881년 무렵부터는 지금 우리가 아는 것처럼 배관이나 원통형 부품의 끝을 서로 이어붙이는 판이라는 뜻으로도 쓰이기 시작했습니다.
즉 플랜지는 특정한 하나의 부품 형태를 가리키는 말이 아니라, “다른 부품과 넓은 면으로 맞닿아 볼트 체결이나 하중 분산을 쉽게 만들어주는, 옆으로 돌출된 판·테두리 형상”을 통틀어 부르는 이름입니다. 그래서 배관 이음쇠도 플랜지, 축 끝의 원판형 커플링도 플랜지, 보의 단면에서 위아래로 튀어나온 부분(플랜지-웨브 구조)도 플랜지라고 부르는 것처럼, 쓰이는 자리에 따라 형태와 역할이 조금씩 달라집니다.
이번 도면의 플랜지(6번)는 배관용 이음 플랜지가 아니라 축단 커플링용 플랜지에 해당합니다. 축(3번)의 끝에 결합되어 함께 회전하면서, 바깥쪽의 넓은 원판면에 뚫린 볼트 구멍을 통해 스프로킷(4번)을 체결합니다. 축과 스프로킷을 직접 하나로 가공하지 않고 플랜지를 매개로 나눈 데는 다음과 같은 이유가 있습니다.
- 분해·정비가 쉬워집니다. 스프로킷이 마모되거나 체인 규격이 바뀌어도, 축 전체를 분리할 필요 없이 플랜지와 스프로킷을 체결하는 볼트만 풀면 교체할 수 있습니다.
- 넓은 면으로 체결력을 고르게 분산합니다. 축과 스프로킷이 작은 접촉면(예: 축 지름 정도)으로만 만나면 편심이나 흔들림이 생기기 쉬운데, 플랜지의 넓은 원판면과 여러 개의 체결 볼트가 하중을 고르게 나눠 받습니다.
- 가공이 단순해집니다. 축과 스프로킷을 하나로 통짜 가공하는 것보다, 축-플랜지 조립체와 스프로킷을 각각 가공해 조립하는 쪽이 소재비와 가공 난이도 면에서 유리합니다.
도면을 그릴 때는 축과 플랜지 사이의 끼워맞춤 공차(키 또는 억지끼워맞춤으로 회전력을 전달하는 부분)와, 플랜지와 스프로킷을 잇는 체결 볼트 구멍의 피치원 배치를 정확히 맞추는 것이 채점 포인트입니다.
참고 영상 자료
본문에서 언급한 두 영상을 함께 정리했습니다.
V-벨트풀리 3가지유형 정리 – 모델링(1)
참고 영상 — 153LAB, “V-벨트 풀리 3가지유형 정리 – 모델링(1) / 일반기계기사, 기계설계산업기사, 전산응용기계제도기능사 작업형 시험 필수 부품”
스프로킷(Sprocket) – ① 모델링
참고 영상 — 153LAB, “스프로켓(Sproket) – ① 모델링”
이 글은 전산응용기계제도기능사 실기시험 3일차 출제 도면을 바탕으로 작성한 학습 참고용 해설 자료입니다. 부품 명칭은 실제 부품란 표기를 따랐으며, 개별 부품의 기능·끼워맞춤·설계 의도에 대한 설명은 일반적인 동력전달장치 설계 관례를 근거로 한 해설로, 공식 채점기준이나 모범답안이 아닙니다. 정확한 치수·공차·요구사항은 실제 시험 문제지를 기준으로 확인하시기 바랍니다.
