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Polska스프링 핀의 고정력을 최대화하는 방법
Evan M. Dowell, SPIROL 애플리케이션
백서 다운로드스프링 핀은 다양한 이유로 많은 어셈블리에서 사용되고 있습니다. 힌지 핀과 축 역할을 하거나 구성품을 정렬시키거나 여러 구성품을 함께 고정시키는 역할 등 쓰임새가 다양합니다. 스프링 핀은 금속 스트립을 압연하고 원통 모양으로 구성하여 반지름 방향으로 압축되고 회복될 수 있도록 만들어집니다. 스프링 핀은 적절하게 구현했을 때 뛰어난 고정력과 함께 신뢰할 수 있는 확실한 결합부를 제공합니다.
그림 1
스프링 핀에는 코일 핀 (왼쪽)과 슬롯 핀(오른쪽)의 두 가지 유형이 있습니다.
장착 과정에서 스프링 핀은 압축되어 작은 호스트 구멍에 맞춰집니다. 핀을 압축시키는 데 사용된 작용은 포텐셜 에너지로 축적됩니다. 그러면 압축된 핀은 구멍 벽에 밖으로 밀어내는 래디얼력을 가합니다. 압축과 그 결과로 발생하는 핀과 구멍 벽 사이의 마찰에 의해 고정력이 생깁니다. 이 때문에 핀과 구멍 사이의 접촉 표면적이 중요합니다.
반지름 방향의 응력 및/또는 접촉 표면적을 증가시켜 고정력을 최적화할 수 있습니다. 크고 무거운 핀은 유연성이 적기 때문에 장착된 스프링의 하중이나 반지름 방향의 응력이 더 높습니다. 주어진 직경에서 넓은 범위의 강도와 유연성을 제공하기 위해 여러 하중(저하중, 표준 하중 및 고하중)으로 제공되는 코일 스프링 핀의 경우는 이 규칙에서 예외입니다.
구멍 내에서 스프링 핀의 마찰/고정력과 체결 길이 사이에는 선형 관계가 존재합니다. 따라서 핀의 길이를 증가시켜 핀과 호스트 구멍 사이의 접촉 표면적을 넓히면 고정력도 높아집니다. 또한 챔퍼로 인해 핀의 맨 끝에는 고정력이 없으므로 체결 길이를 계산할 때 챔퍼 길이를 고려하는 것이 중요합니다. 어떤 지점에서도 핀의 챔퍼가 접합 구멍 사이의 전단면에 있지 않아야 합니다. 접선 방향의 힘이 축 방향의 힘으로 바뀌어 힘이 균형을 이룰 때까지 전단면에서 핀이 "움직이거나" 빠져 나올 수 있기 때문입니다(그림 2 참조). 이러한 상황을 방지하기 위해 핀 하나의 직경 이상 길이만큼 핀 종단이 전단면에서 벗어나도록 하는 것이 좋습니다. 접선 방향의 힘이 밖으로 밀리는 움직임으로 변환될 수 있는 테이퍼 구멍에서도 이러한 조건이 발생할 수 있습니다. 따라서 구멍에는 테이퍼가 없는 것이 좋지만 테이퍼가 필요한 경우에는 끼인각을 1° 미만으로 제한하는 것이 좋습니다.
그림 2
핀의 챔퍼가 전단면에 있지 않아야 합니다. 이 경우, 챔퍼가 더 이상 전단면에 있지 않을 때까지 나타낸 방향으로 핀이 움직입니다.
그림 3
왼쪽의 예는 호스트 구멍에서 길이의 60% 미만을 고정시켰을 때 핀의 돌출된 종단이 구멍보다 큰 직경을 유지하는 모습을 보여줍니다. 오른쪽에서는 핀의 돌출된 종단이 대략 구멍과 같은 직경을 갖습니다.
스프링 핀은 호스트 재료에 의해 지탱되지 않는 부분에서 사전 장착된 직경의 일부를 회복합니다. 정렬이 필요한 애플리케이션에서는 스프링 핀을 전체 핀 길이의 60%까지 첫 구멍에 삽입하여 위치를 영구적으로 고정시키고 돌출된 종단의 직경을 제어하는 방법이 권장됩니다(그림 3 참조). 자유 끼워맞춤 힌지 애플리케이션에서는 이러한 각 위치의 너비가 핀 직경의 1.5배 이상이라는 가정 하에서 외부 구성품에 핀을 고정시키는 것이 바람직합니다. 이 지침을 충족시키지 못하는 경우에는 핀을 중앙 구성품에 고정시키는 것이 현명한 판단일 수 있습니다. 마찰 끼워맞춤 힌지의 경우 해당 구멍에 모든 힌지 구성품을 준비해야 하고, 힌지 세그먼트의 수에 관계없이 각 구성품이 핀과 최대한 많이 체결되어야 합니다.
본 문서에서는 일반적인 설계 지침을 제공하지만 체결 및 결합 전문 애플리케이션 엔지니어와의 상담을 통해 각 애플리케이션에 최적의 설계를 채택하는 것이 좋습니다.
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