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크랭크
크랭크'(crank)는 왕복 운동을 회전 운동으로 바꾸거나 그 반대의 일을 하는 기계 장치이다.
목차
개요
크랭크는 돌아가면서 다른 부분의 운동 방향이나 시간을 바꿀 수 있는 굽은 굴대이다. 이것은 원운동을 왕복 운동 또는 그 반대로 변환하는 데 사용된다. 팔은 축의 구부러진 부분이거나 팔 또는 디스크가 부착된 별도의 부분일 수 있다. 피벗으로 크랭크의 끝부분에 부착된 막대는 일반적으로 연결봉이라고 한다. 크랭크에 부착된 막대의 끝은 원운동으로 움직이지만, 다른 쪽 끝은 일반적으로 선형 슬라이딩 운동으로 움직이는 것이 제한된다.[1] 왕복 엔진 에서 피스톤의 직선운동을 커넥팅로드를 통해 회전운동으로 변환 시켜 주는 크랭크는 주철로 주조하여 만든 뒤 베어링 부를 연마하여 제작한다. 고성능 엔진의 경우 고압 주조 혹은 단조를 통해 만들며 경량화를 위해 중공 주조를 하는 경우도 있다. 커넥팅로드가 물리는 대단부 베어링, 주 회전중심이 되는 메인 베어링, 그리고 진동 상쇄와 회전 밸런스를 맞추기 위한 카운터 웨이트로 이루어져 있다. 일반적인 직렬/V형 엔진들은 크랭크 샤프트가 1축이지만, 특수한 경우 2축 이상 장착되기도 한다.[1]
원리
크랭크 샤프트는 크랭크의 정식 명칭으로 회전운동을 직선운동으로 바꾸어주는 축을 말한다. 우리가 흔히 볼 수 있는 자동차에서 자동차 엔진의 크랭크축에 피스톤을 연결한다. 그리고 기어에 의해 크랭크 축이 회전운동을 하면 피스톤이 상하 왕복 운동을 하게 된다.
크랭크 메커니즘의 작동 원리는 자전거를 타는 동안 발생하는 과정과 비교할 수 있다. 사이클리스트는 페달을 번갈아 가며 드라이브 스프로킷을 회전시킨다. 피스톤의 선형 운동은 실린더에서 BTC의 연소에 의해 제공된다. 스파크가 적용되는 순간 HTS가 강하게 압축되어 날카로운 밀기가 형성되는 이유인 미세 폭발 동안 가스가 팽창하여 부품이 가장 낮은 위치로 밀린다. 커넥팅로드는 크랭크 샤프트의 별도 크랭크에 연결된다. 관성뿐만 아니라 인접한 실린더의 동일한 프로세스로 인해 크랭크 샤프트가 회전한다. 피스톤은 가장 낮은 지점과 위쪽 지점에서 얼지 않는다. 회전하는 크랭크 샤프트는 변속기 마찰 표면이 연결된 플라이휠에 연결된다. 작동 스트로크의 스트로크가 끝난 후 모터의 다른 스트로크를 실행하기 위해 피스톤은 메커니즘 샤프트의 회전으로 인해 이미 움직이고 있다. 인접한 실린더에서 작동 스트로크의 스트로크를 실행하기 때문에 가능하다. 흔들림을 최소화하기 위해 크랭크 저널이 서로 오프셋된다.
장치
크랭크 메커니즘에는 많은 부품이 포함됩니다. 일반적으로 그들은 운동을 수행하는 사람과 항상 한곳에 고정되어있는 사람의 두 가지 범주에 기인 할 수 있습니다. 일부는 다양한 종류의 움직임 (이동 또는 회전)을 수행하는 반면 다른 일부는 이러한 요소에 필요한 에너지 또는 지원의 축적이 보장되는 형태로 사용됩니다. 이것은 크랭크 메커니즘의 모든 요소에 의해 수행되는 기능입니다.
블록 크랭크 케이스
내구성있는 금속으로 주조 된 블록 (저예산 자동차-주철 및 더 비싼 자동차-알루미늄 또는 기타 합금). 필요한 구멍과 채널이 만들어집니다. 냉각수와 엔진 오일이 채널을 통해 순환합니다. 기술 구멍을 통해 모터의 핵심 요소를 하나의 구조로 연결할 수 있습니다. 가장 큰 구멍은 실린더 자체입니다. 피스톤이 배치됩니다. 또한 블록 설계에는 크랭크 샤프트지지 베어링을위한 지지대가 있습니다. 가스 분배 메커니즘은 실린더 헤드에 있습니다. 주철 또는 알루미늄 합금을 사용하는 이유는이 요소가 높은 기계적 및 열적 부하를 견뎌야하기 때문입니다. 크랭크 케이스의 하단에는 모든 요소의 윤활 후 오일이 축적되는 섬프가 있습니다. 과도한 가스 압력이 캐비티에 축적되는 것을 방지하기 위해 구조에는 환기 덕트가 있습니다. 습식 또는 건식 섬프가있는 자동차가 있습니다. 첫 번째 경우 오일은 섬프에 모아져 남아 있습니다. 이 요소는 그리스의 수집 및 저장을위한 저장소입니다. 두 번째 경우에는 오일이 섬프로 흘러 들어가지만 펌프는이를 별도의 탱크로 펌핑합니다. 이 설계는 섬프 고장시 오일이 완전히 손실되는 것을 방지합니다. 엔진이 꺼진 후 윤활유의 작은 부분 만 누출됩니다.
실린더
실린더는 모터의 또 다른 고정 요소입니다. 사실, 이것은 기하학적 구조가 엄격한 구멍입니다 (피스톤이 완벽하게 맞아야 함). 그들은 또한 실린더 피스톤 그룹에 속합니다. 그러나 크랭크 메커니즘에서 실린더는 가이드 역할을합니다. 그들은 엄격하게 검증 된 피스톤의 움직임을 제공합니다. 실린더에는 두 가지 유형이 있습니다. 건식. 이 실린더는 주로 기계에 사용됩니다. 그들은 블록의 일부이며 케이스에 만들어진 구멍처럼 보입니다. 금속을 냉각시키기 위해 냉각수 순환을 위해 실린더 외부에 채널이 만들어집니다 (내연 기관 재킷). 젖은 유형. 이 경우 실린더는 블록의 구멍에 삽입되는 슬리브가 별도로 만들어집니다. 장치 작동 중에 추가 진동이 형성되지 않도록 안정적으로 밀봉되어 KShM 부품이 너무 빨리 고장납니다. 이러한 라이너는 외부에서 냉각수와 접촉합니다. 모터의 유사한 디자인은 수리하기 더 쉽습니다 (예를 들어, 깊은 스크래치가 형성되면 슬리브가 단순히 변경되고 지루하지 않고 블록의 구멍이 모터 자본화 중에 연마 됨). V 자형 엔진에서 실린더는 종종 서로에 대해 대칭 적으로 위치하지 않습니다. 이것은 하나의 커넥팅로드가 하나의 실린더를 제공하고 크랭크 샤프트에 별도의 위치를 갖기 때문입니다. 그러나 하나의 커넥팅로드 저널에 두 개의 커넥팅로드가있는 수정 사항도 있습니다. 이 요소의 치수는 모터의 특성과 피스톤의 크기에 따라 다릅니다. 구조물 상단의 벽은 엔진에서 발생할 수있는 최대 온도를 향하고 있습니다. 또한 소위 연소실 (피스톤 공간 위)에서 VTS의 점화 후 가스의 급격한 팽창이 발생합니다. 고온 (경우에 따라 2도까지 급격히 상승 할 수 있음) 및 고압에서 실린더 벽의 과도한 마모를 방지하기 위해 윤활 처리됩니다. O- 링과 실린더 사이에 얇은 오일 막이 형성되어 금속 대 금속 접촉을 방지합니다. 마찰력을 줄이기 위해 실린더의 내부 표면을 특수 화합물로 처리하고 이상적인 정도로 연마합니다 (따라서 표면을 거울이라고 함).
크랭크 기구
엔진은 출력을 이끌어내는 열기관 외에도 크랭크기구, 밸브기구, 혼합기 형성 기구, 점화장치, 냉각장치 등 다양한 부속장치들로 이루어져 있다. 그 중 크랭크 기구는 크랭크를 포함한 크랭크 암, 크랭크 핀 등으로 구성된 기본적인 기계요소를 일컫는다. 크랭크는 어떤 한 점을 중심으로 하여 회전운동을 하는 것으로 크랭크 축과 커넥팅 로드를 이용해 회전운동과 왕복운동을 변환하는 대표적인 장치 중 하나다. 기계를 이루는 단위 부품 중 하나로 자동차용 엔진뿐 아니라 선박 자전거 등에서도 널리 사용되고 있다. 크랭크 축과 커넥팅 로드 등을 이용해 상하 왕복 운동을 회전 운동으로 변환시키는 크랭크 기구는 자전거의 페달을 예로 들면 쉽게 이해할 수 있다.[2]
자전거 페달을 밟는 동작을 옆에서 바라보면 다소 좌우로 움직이기는 하지만 기본적으로 상하 왕복 운동을 한다. 이러한 페달과 다리의 위치가 피스톤/커넥팅 로드의 역할을 하며 페달과 회전운동을 연결하는 부분이 크랭크축에 해당한다. 즉, 페달을 밟으면 무릎은 아래로 내려가고 그러면 페달이 크게 원을 그리고 자전거의 디스크와 체인이 회전한다. 이에 따라 직선 운동이 회전 운동으로 바뀌면서 자전거를 앞으로 나아가게 하는 것이다.[2]
구조
크랭크 기구는 크게 피스톤, 커넥팅 로드, 크랭크축, 크랭크 암, 크랭크 핀으로 구성되어 있다. 피스톤의 직선운동은 커넥팅 로드와 연결된 크랭크 핀으로 전달되어 크랭크 암 반경의 원운동을 하며 크랭크 축을 회전시킨다.[2]
크랭크 기구 크랭크 저널 크랭크축 회전 중심부에 해당하는 주축 베어링으로 지지되는 부분 크랭크 핀 커넥팅 로드가 설치되는 크랭크축 부분 크랭크 암 크랭크 축과 크랭크핀을 연결하는 마디 부분 커넥팅 로드 피스톤과 크랭크축을 연결하는 봉 피스톤 실린더 안을 왕복하며, 커넥팅 로드를 통해 크랭크축에 회전력을 발생시키는 부분
크랭크 축을 따라 연결된 피스톤은 조금씩 다른 각도를 이루어 구동 되는 것을 알 수 있다. 이는 실린더가 여러 개 있는 기관에서 크랭크 암의 방향을 서로 다른 각도만큼 어긋나게 하는데, 이를 크랭크 각이라고 하며 실린더가 많은 경우에 생기는 축의 불균형을 상쇄시키 위함이다. 또한 크랭크축은 직렬 또는 V형 엔진과 같이 엔진 타입에 따라 형상이 달라지기도 한다. 이러한 형태는 보통 실린더의 배치와 점화순서에 의해 결정이 되는데, 대부분의 4기통 엔진은 180°의 형태를 이루며 V형 엔진의 경우 90°를 기본으로 하며 때에 따라 180°를 적용하는 경우도 있다. 크랭크 기구는 연소과정을 통해 생성된 에너지를 회전운동으로 변환시키고 차례로 플라이휠, 클러치 및 동력 장치로 에너지를 전달하는 중요한 장치이다.[2]
자전거 크랭크
크랭크는 운동방향을 바꾸는 장치이다. 자전거에서 말하는 크랭크는 다리의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸어 체인으로 힘을 전달하도록 하는 장치이다. 즉 페달과 체인링이라고 생각하면된다. 자전거의 크랭크는 매우 여러가지 규격이 있다. 자전거 시장이 발달하면서 라이더들의 니즈도 세분화 됐고, 그에 따라 여러 모델이 등장하게 됐다.[3]
컴팩트 크랭크 vs 스탠다드 크랭크
컴팩트 크랭크 스탠다드 크랭크 기어비 34 - 50T 42 - 53T, 42 - 52T, 39 - 53T, 39 - 52T 특징 * 스탠다드에 비해 힘이 조금 약하다.
* 평지에서 조금 불리하다.
* 오르막 주행이 좀더 유리하다.
* 오르막 주행시 스탠다드에 비해 약한
* 힘으로 누를 수 있어서 무릎에 무리가 적게 간다.* 컴팩트에 비해 힘이 좀더 강하다.
* 오르막 주행이 조금 불리하다.
* 오르막 주행시 강한 힘으로 눌러야 하기
* 때문에 무릎에 무리가 갈 수도 있다.비고 숙련자에게는 자신에 맞는 크랭크를 사용하면 되지만, 초보 사용자와 일반 사용자에게는 무릎에 무리가 덜 가는 컴팩트 크랭크를 추천한다고 한다. 커넥팅 로드 피스톤과 크랭크축을 연결하는 봉 피스톤 실린더 안을 왕복하며, 커넥팅 로드를 통해 크랭크축에 회전력을 발생시키는 부분
크랭크는 큰 힘이 걸리기 때문에 알루미늄 합금, 티타늄, 탄소섬유, 크롬몰리, 철 등으로 만든다.[4]
크랭크는 앞 드레일러(변속기)와 한 몸이라 할수있는데, 체인이 큰쪽 톱니에 걸리면 더 빨리 달릴수 있는 대신 힘을 많이줘야 하고 작은쪽 톱니에 걸리면 힘이 덜드는 대신 달리는 속도가 느려진다. 크랭크의 안쪽 작은 톱니는 Inner 이너, 바깥쪽 큰 톱니는 Outer 아우터 라고 부른다. 작은 톱니는 느린 대신 적은힘이 필요한 반면, 큰 톱니는 빠른 대신 많은힘이 필요하다.[4]
스탠다드와 컴팩트는 톱니바퀴의 수를 의미 한다.
- 스탠다드 크랭크 : 53/39 (혹은 그 이상)
- 컴팩트 크랭크 : 50/34
여기서 큰 숫자는 아우터의 톱니 개수이고 작은 숫자는 이너의 톱니 개수 이다. 스탠다드 크랭크의 숫자가 컴팩트보다 더 큰데 스탠다드 크랭크는 컴팩트보다 힘을 더 많이 줘야하는 크랭크이기 때문이다. 그 대신 더 빨리 달릴 수 있다. 컴팩트 크랭크는 힘을 덜 쓰는 대신 상대적으로 느리다. 그렇다면 빨리 달릴 수 있는 스탠다드가 좋은 것 아니냐는 의문이 생길 수 있지만 꼭 그렇지는 않다. 스탠다드 크랭크는 더 많은 힘이 필요하기 때문에 충분히 적응하지 못한 상태에서 사용하면 체력 관리 실패로 오히려 기록이 나빠진다. 특히 업힐에서는 모두가 힘들기 때문에 컴팩트 크랭크의 작은 톱니 개수로 편하게 올라가는 것이 유리할 수 있다. 체력과 지구력이 선수들만큼 강력하다면 스탠다드 크랭크가 더 좋을수도 있다. 하지만 자전거를 취미로 타는 동호인들이라면 컴팩트 크랭크를 선택하는 쪽이 낫다.[4]
크랭크의 사점
사점이란 운동 전달 방식때문에 어느 순간 부하가 걸리지 않아 힘이 전달되지 않는 구간을 말하는데, 쉽게 말해서 자전거를 탈 때 페달이 6시, 12시 방향에 있을 때 이러한 현상이 나타난다. 사람은 다리를 뻗는 힘에 의해 페달링을 하게 되는데 페달이 6시나 12시 방향 근처를 지나갈 때 순간적으로 양쪽 다리 어느 곳에도 부하가 걸리지 않아 힘 전달이 어려운 구간이 생기게 된다. 이는 우리 몸의 구조와 크랭크의 힘 전달 방향이 일치하지 않기 때문에 생기는 현상이다. 다시 말해 사람이라면 어쩔 수 없다는 것이다. 매 회전마다 이런 구간이 반복된다는 건 일반적으로 매우 지치는 일이다. 여기서 일반적이라고 말하는이유는 이를 극복하기 위한 페달링 방법과 특수한 신발이 고안되었고, 연습을 통해 어느정도 완화가 가능하기 때문이다. 아무튼 자전거를 탈 때 사점의 영향을 크게 느낄 수 있는 경우는 가속할 때와 언덕을 오를 때이다.[3]
구성
- 크랭크축
- 크랭크암
- 크랭크핀
쓰임
각주
- ↑ 1.0 1.1 〈크랭크 (기계)〉, 《위키백과》 인용 오류: 잘못된
<ref>태그; ".EA.B9.80.EC.84.B1.EB.AF.B8"이 다른 콘텐츠로 여러 번 정의되었습니다 - ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 휠라이프, 〈'크랭크기구 - 직선운동을 회전운동으로'〉, 《네이버 포스트》, 2017-05-25
- ↑ 3.0 3.1 tuvero, 〈(자전거) 크랭크의 사점에 관하여.〉, 《스티밋》
- ↑ 4.0 4.1 4.2 〈컴팩트 크랭크와 스탠다드 크랭크〉, 《티스토리》, 2016-06-24
참고자료
같이 보기
