liminfoShaft Design Calculator
토크/벤딩/피로 기반 축 직경 계산기
매개변수
공식
d = (16n/π · √[4(KfMa/Se)² + 3(KfsTm/Sut)²])^(1/3)
Shaft Design Calculator 소개
축 설계 계산기는 굽힘과 비틀림 조합 하중을 받는 회전 축의 최소 필요 직경을 계산합니다. DE-Goodman(가장 보수적, 산업에서 가장 일반적으로 사용), DE-Gerber(포물선 파손선, 덜 보수적), ASME B106.1M(정적 항복 기반)의 세 가지 피로 파손 기준을 지원합니다. 입력값은 토크(T, N·m), 굽힘 모멘트(M, N·m), 항복강도(Sy), 극한인장강도(Sut), 피로한도(Se), 안전계수(n), 굽힘 응력집중계수(Kf), 비틀림 응력집중계수(Kfs)입니다.
이 도구는 기어박스, 펌프, 모터, 터빈, 컨베이어 구동 장치 등 기계의 동력 전달 축을 설계하는 기계공학자에게 적합합니다. 이론적 최소 직경 계산 후 도구는 자동으로 ISO/ANSI 표준 축 치수(10, 12, 15, 17, 20, 25, 30, 35, 40mm 등)에서 상위 표준 치수를 추천하여 실제 구매 가능한 재료 치수를 바로 지정할 수 있습니다.
DE-Goodman 기준 공식: d = (16n/π × √[4(KfMa/Se)² + 3(KfsTm/Sut)²])^(1/3). 굽힘 모멘트는 완전 역방향(교번 응력), 토크는 정상(평균 응력)으로 처리하는 것이 회전 고체 축의 표준 가정입니다. 피로한도 Se는 표면 상태, 치수, 신뢰도, 하중 수정계수를 이미 반영한 수정 피로한도를 입력해야 합니다.
주요 기능
- 세 가지 설계 기준 지원: DE-Goodman, DE-Gerber, ASME B106.1M
- 굽힘 모멘트(M)와 토크(T)를 N·m 단위로 입력 — 조합 하중 처리
- 굽힘 응력집중계수(Kf)와 비틀림 응력집중계수(Kfs) 별도 입력
- 재료 물성: 항복강도(Sy), 극한강도(Sut), 피로한도(Se) 입력
- 사용자 정의 안전계수(n)로 설계 여유 조절
- 최소 축 직경을 0.1mm 정밀도로 계산 결과 표시
- ISO 표준 축 치수(10~120mm)에서 권장 표준 치수 자동 추천
- 수정 교번 모멘트(Kf×M)와 수정 평균 토크(Kfs×T) 계산 과정 표시
자주 묻는 질문
DE-Goodman 기준이란 무엇인가요?
DE-Goodman(변형 에너지-Goodman)은 von Mises 변형 에너지 이론과 Goodman 피로선을 결합합니다. 굽힘을 완전 역방향(교번 응력), 토크를 정상(평균 응력)으로 가정합니다. 가장 보수적인 기준으로 일반 산업용 축 설계에서 가장 널리 사용됩니다.
DE-Gerber는 DE-Goodman과 어떻게 다른가요?
DE-Gerber는 포물선형 Gerber 파손선을 사용하여 DE-Goodman보다 덜 보수적입니다. 동일 하중 조건에서 더 작은 축 직경이 나올 수 있습니다. 항공우주나 정밀 기계처럼 중량이 중요한 분야에서 시험 데이터가 포물선 파손 곡선을 지지할 때 사용됩니다.
ASME B106.1M 기준은 어떻게 다른가요?
ASME B106.1M은 d = (32n/π × √[M² + ¾T²] / Sy)^(1/3) 공식으로 초기 항복에 대한 정적 기준입니다. 피로 파손보다 정적 과부하가 설계를 지배하는 저주기 하중 축에 적합합니다.
피로한도(Se)는 어떻게 결정하나요?
피로한도는 재료가 무한 반복 하중에도 파손되지 않는 최대 응력 진폭입니다. 강재의 기준 피로한도는 약 0.5 × Sut(최대 700MPa)입니다. 실제로는 표면 상태, 치수, 신뢰도, 하중 종류, 온도 수정계수를 모두 적용한 수정 피로한도를 이 도구에 입력해야 합니다.
응력집중계수(Kf, Kfs)는 어떤 값을 사용해야 하나요?
Kf(굽힘 피로 응력집중계수)와 Kfs(비틀림)는 숄더, 키웨이, 홈, 구멍 등 기하학적 불연속부에서 발생하는 국부 응력 증가를 반영합니다. 이론적 응력집중계수 Kt와 노치 감도 q로부터 Kf = 1 + q(Kt-1)로 계산됩니다. 보통 1.0(응력집중 없음)~3.0 이상(날카로운 키웨이) 범위입니다.
표준 치수를 자동으로 추천하는 이유는 무엇인가요?
ISO 또는 ANSI 우선 수계열 표준 축 치수는 시판 재료로 구매할 수 있어 비용과 납기를 줄일 수 있습니다. 도구는 계산된 최소 직경 이상인 가장 작은 표준 치수(10, 12, 15, 17, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 90, 100, 110, 120mm)를 자동 선택합니다.
굽힘 모멘트를 교번 응력으로 처리하는 이유는 무엇인가요?
회전 고체 축에서 굽힘은 완전 역방향 응력을 생성합니다. 축 표면의 각 지점이 1회전마다 인장과 압축을 반복하기 때문입니다. 반면 일정한 토크는 정상(평균) 응력으로 처리합니다. 이것이 DE-Goodman과 DE-Gerber 축 설계의 표준 가정입니다.
이 계산기는 어떤 단위를 사용하나요?
토크와 굽힘 모멘트는 N·m, 재료 강도(Sy, Sut, Se)는 MPa, 결과 직경은 mm입니다. 직경 공식은 N·mm 기준이므로 내부적으로 N·m 값에 1000을 곱하여 변환합니다.