너클 조인트

너클 조인트(knuckle joint)는 한쪽의 축단(軸端)이 두 개로 분기되어 있고, 그 사이에 다른 축단을 끼워 핀으로 접합하는 축 이음을 말한다.

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개요

너클 조인트는 인장 하중을 받는 두 개의 로드를 연결하는 데 쓰이는 기계적 조인트이다. 약간의 유연성이나 각도 운동이 필요할 때 쓰인다. 항상 축 방향 또는 선형 하중 작용선이 있다. 너클 조인트 어셈블리의 주요 구성 요소는 싱글 아이, 더블 아이 또는 포크, 너클 핀 등으로 구성된다. 막대의 한쪽 긑에는 단일 눈이 형성되고, 막대의 다른 쪽 끝에는 이중 눈이 형성된다. 단안과 쌍안 모두 눈을 통해 삽입된 너클 핀으로 연결된다. 너클 핀은 한쪽 끝에 머리가 있고, 다른 쪽 끝에는 테이퍼 핀 또는 분할 핀이 있다. 그립을 위해 세 개의 구멍은 모두 동심원이며, 조인트를 고정하는 데 핀이 사용된다. 두 눈을 떼어낼 때는 핀이 두 눈을 함께 고정한다. 이 경우, 조인트의 단단한 막대 부분은 핀이 통과하는 부분보다 훨씬 강하다.

구조

너클 조인트는 앞바퀴의 차축을 지지하는 액슬 하우징(Axle Housing)의 상하 양 끝에 장착되어 있어 조향과 서스펜션의 행정에 의한 움직임을 부드럽게 따라갈 수 있도록 되어 있다. 너클(Knuckle)은 손목을 뜻하는 것으로, 너클 조인트는 바퀴의 정중앙을 손으로 잡아 타이어의 방향을 좌우로 바꾸는 것과 같이 움직인다. 차축 끝에 볼 조인트를 장착하고 허브에 휠을 설치한 것이다. 이 너클 조인트의 중앙에 있는 것이 킹핀(King-pin)으로, 너클 조인트는 이 핀을 축으로 하여 좌우로 고개를 흔드는 것처럼 움직인다. 자동차를 정면에서 보았을 때 좌우의 킹핀은 노면에 대해서 수직으로 장착되어 있지 않고 아래쪽으로 벌어져 있다. 만약 킹핀이 노면에 대해서 수직으로 되어 있으면, 자동차가 정지한 상태에서 핸들을 회전시킬 경우 이 킹핀 축을 중심으로 타이어를 회전시키는 데 큰 힘을 필요로 하기 때문이다.

소재

너클 조인트는 알루미늄, 스테인리스강, 구조용 강철, 마그네슘 및 회주철 등 다양한 소재로 제작할 수 있다. 알루미늄으로 만든 너클 조인트는 50KN 하중 조건에서 가장 높은 안전 계수를 갖는다. 따라서 알루미늄으로 만든 너클 조인트가 50KN 하중 조건에 가장 적합하다. 일부 산업에서 사용되는 너클 조인트는 일반적으로 주철과 스테인리스강을 조합하여 만든다. 최근 수십 년 동안 기술의 급속한 성장으로 인해 재료의 비용과 무게가 감소하여 사고가 감소하고 안전성이 향상되었다. 너클 조인트는 주조나 가공 또는 단조될 수 있다. 테프론은 주철로 대체할 수 있다. 최근 연구에 따르면, 주철 대신 복합재료를 사용하면 너클 조인트 제작이 간편하고 안전성이 극대화되며 친환경적이라는 장점이 있다.

응용 분야

• 지붕 트러스의 타이로드 조인트 사이의 조인트
• 교량 구조의 조인트 인장 링크
• 지브크레인의 타이로드 조인트
• 롤러 체인, 자전거 체인, 시계 체인 스트랩의 연결
• 기관차 바퀴 사이의 연결 막대
• 왕복 엔진의 밸브 메커니즘
• 레버의 지점
• 트랙터 휠 얼라인먼트 부품
• 자동차 바퀴 조립을 위한 골격 지지
• 플러시 편심 작업 배럴 단계, 측면 드릴링, 우물 바닥으로 재진입, 낚시 등에 다운 홀 스트링을 사용
• 주로 열차 코치에 조인트
• 차량 앞유리 와이퍼
• 로봇 팔, 크레인, 탱크 등

장단점

장점	단점
큰 인장 하중을 견딜 수 있다. 기계적 강성이 좋다. 제조 및 설정이 간단하다. 쉽게 조립 및 분해할 수 있다. 디자인이 간단하고 쉽다. 더 적은 수의 부품이 더 저렴하고 더 안정적이다. 로드 사이의 각도 이동을 허용할 수 있다. 다양한 재료 두께와 인장 강도에서도 높은 반복 정확도를 보인다. 충격 감소 및 시스템 강성이 높다. 공구 수명이 길다.	조인트는 큰 압축 하중을 견딜 수 없다. 한 평면에서만 각도 이동을 할 수 있다. 유니버설 조인트만큼 유연하지 않다.

참고자료

• 〈킹핀 오프셋과 스크러브 반경〉, 《네이버 지식백과》
• 메카럽, 〈너클 조인트: 정의, 어셈블리 및 적용〉, 《티스토리》, 2021-10-22

같이 보기

• 너클암
• 킹핀
• 킹핀 오프셋

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