허리 통증으로 스트레칭 겸 팔운동을 하기 위해 문틀에 고정하는 철봉을 알아보았다.
나사산 마찰력 고정
볼트가 고정되는 방식으로, 회전봉을 한쪽 방향으로 회전시키면 고정봉이 늘어나면서 나사산 끼리 마찰하면서 고정이 되는 방식이다. 반대로 회전시키면 풀리기 때문에 매우 위험한 방식이다.
(추락하여 하반신 마비가 된 사례가 있다고 한다)
철봉에 매달리면 손등 쪽으로 철봉이 뒤틀리기 때문에 방향을 꼭 확인 후 매달려야 한다. 그래서 제외.
이런 제품들은 가격대가 1만 원 이하이다.
록 너트&와셔 고정
풀림 방지가 되어 있는 방식이다.
위와 같은 제품은 산업용 기계에서 사용하는 록 너트&와셔처럼 기계적으로 회전을 못하게 잠그는 방식이다.
록 너트&와셔
너트와 와셔 조합으로 풀림 방지가 된다.
샤프트에 와셔를 먼저 끼우고 너트를 잠근 후, 와셔의 날개와 너트의 홈이 맞을 때까지 너트를 정으로 두드린 다음, 와셔의 날개를 꺾어서 너트의 홈에 끼우면 된다. 와셔의 내부 이빨이 샤프트 홈에 걸려있기 때문에 절대 풀리지 않는다.
와셔는 날개가 부러질 때까지 재사용이 가능하다. (몇 번을 굽혔다 폈다 반복해도 웬만해선 부러지지 않는다)
베어링 샤프트, 진동이 있는 샤프트 고정에 주로 사용한다.
위 제품은 와셔의 날개가 13개인데, 각 날개의 간격이 약 27.7도이다.
즉, 최대 13.8도를 더 돌려야만 너트의 홈에 와셔의 날개를 끼워 넣을 수 있는 것이다.
가정용 제품에 위와 같은 부품을 사용하기는 어려우니, 와셔 부품을 아래 그림처럼 쉽게 고정할 수 있도록 만든 제품이 있다.
록 너트&와셔 부품과 비슷한 방식으로 회전부를 잠그는 방식이며, 와셔 역할을 하는 부품을 밀어 넣으면 고정이 된다.
기계적으로 매우 견고하다. 추천하는 방식.
凹凸이 맞을 때까지 돌려줘야 한다. 더 이상 돌릴 수 없으면 약간 풀어서라도 홈에 맞춰야 한다. 이빨의 수가 많기 때문에 기계에서 사용하는 록 너트&와셔보다는 더 작은 각도만 돌려도 고정할 수 있다.
문제는 와셔를 고정할 수 있도록 샤프트에 홈을 파야 하므로 추가 공정이 필요하고 단가가 올라간다는 문제가 있다.
그래서 가격대는 1만원 이상이다.
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샤프트 표면 마찰 고정
저렴한 방식으로 원터치 클램프를 사용하는 제품이 있다.
록 너트&와셔 대신 위와 같은 원터치 클램프를 사용하면 기존 파이프를 사용하면서 쉽게 고정할 수 있다.
(자전거의 안장 높이 고정에 많이 사용하는 부품이다)
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단점은 클램프를 아무리 바짝 붙여서 고정을 하더라도 샤프트 회전부는 약간 돌아갈 정도로 유격이 있을 수밖에 없다.
75 kgf의 사람이 철봉에 매달려서 비틀리는 토크를 계산하면, 힘이 걸리는 거리는 약 2cm, 하중이 75 kgf 이므로, 150 kgf·cm = 1.5 kgf·m ≒ 14.7 N·m 정도가 된다.
이것은 최소 토크이고, 손목에 힘을 줘서 최대한 비틀려고 하면 토크는 점점 올라간다. 슈퍼맨처럼 지면과 평행하여 매달린다면 무게 중심을 약 50cm로 계산하더라도 37.5 kgf·m = 367.5N·m가 되는 어마어마한 토크이다.
나사산 피치가 2mm라면 샤프트 회전부가 90도만 회전하여도 0.5mm가 풀릴 수 있는 것이다.
이런 힘을 표면 마찰식인 원터치 클램프가 버틸 수 있을까?
(제대로 만들려면 원터치 클램프를 록 와셔처럼 만들고 샤프트에도 홈을 파서 기계적으로 고정해야 한다.)
스토퍼가 있는 클램프 고정
록 너트&와셔와 원터치 클램프의 장점을 합쳐서 만든 것으로 정해진 각도로 돌려서 고정할 필요 없이 어느 위치에서든 고정을 할 수 있다. 이 역시 고정봉에 홈이 없고 마찰식으로만 고정되기 때문에 마찰력을 초과하는 힘을 가하면 풀릴 수 밖에 없다.
스토퍼 자체에도 유격이 없어야 한다. "]]" 처럼 사각형 모양으로 만드는 것보다는 ">>" 처럼 비스듬하게 따서 고정할 수 있도록 해야 유격을 없앨 수 있다.
클램프를 볼트로 고정
클램프가 회전하는 것을 방지하기 위해 볼트를 추가한 제품이 있다. 볼트의 끝단면과 봉의 마찰로 클램프를 고정하는 것이다. 고정봉의 표면이 손상되는 문제점이 있지만 오히려 손상이 되어야 고정이 잘 된다. 고정봉에 홈을 따는 공정이 필요 없어 제조 단가가 낮다.
그다음으로 중요한 것은 문틀과 직접 닿는 부분이다.
우레탄
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고무
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표면 형태
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