벨트 구동식, 볼 스크류 구동식, 랙 앤 피니언 구동식, 선형 모터 구동식, 공압 구동식 시스템.

과거에는 기계 설계자와 제작자들이 선형 시스템을 처음부터 직접 설계하거나, 대부분 용도에 완벽하게 맞지 않는 제한된 범위의 기성 시스템 중에서 선택해야 했던 시대는 지났습니다. 오늘날 제조업체들은 볼 스크류, 벨트, 랙 앤 피니언, 선형 모터, 공압 등 다양한 구동 메커니즘을 기반으로 하는 시스템을 제공하며, 거의 모든 용도, 환경 또는 공간 제약에 맞는 가이드 및 하우징 옵션을 선택할 수 있습니다. 이제 엔지니어의 고민은 용도에 맞는 시스템을 찾는 것이 아니라, 다양한 구성 중에서 최적의 솔루션을 선택하는 것입니다.

이러한 선택 과정을 돕기 위해 다양한 보조 자료들이 개발되었습니다. 일반적으로 이러한 자료들은 주요 적용 매개변수와 시스템 유형을 표로 나타내고, 각 시스템이 각 매개변수에 얼마나 적합한지를 나타내는 기호를 함께 보여줍니다. 이러한 표는 빠르고 시각적인 참조를 제공하지만, 각 시스템의 세부적인 장점과 단점을 모두 보여주지는 못합니다. 따라서 좀 더 심층적인 분석을 위해, 다음에서는 가장 일반적인 조립식 선형 시스템 유형의 구체적인 장점과 한계를 살펴보겠습니다.

벨트 구동 시스템

벨트 구동 시스템은 긴 거리를 이동할 수 있다는 점으로 가장 잘 알려져 있습니다. 또한 벨트 구동 메커니즘은 재순환 요소를 사용하지 않기 때문에 고속으로 구동할 수 있습니다. 캠 롤러나 휠과 같은 비재순환 가이드와 결합된 벨트는 일반적으로 최대 10m/s의 속도를 낼 수 있습니다. 벨트 구동 시스템은 이물질에 의해 손상될 수 있는 구름 요소가 없고, 폴리우레탄 벨트 소재가 대부분의 일반적인 화학 물질 오염에 강하기 때문에 열악한 환경에도 적합합니다.

벨트 구동 시스템의 가장 큰 단점은 벨트가 늘어난다는 것입니다. 대부분의 시스템 제조업체에서 사용하는 강철 보강 벨트조차도 결국에는 늘어나게 되며, 이는 반복성과 이동 정확도를 저하시킵니다. 또한 벨트 구동 시스템은 벨트의 탄성 때문에 다른 유형의 구동 장치보다 공진이 더 많이 발생합니다. 적절한 구동 장치 튜닝을 통해 이를 보정할 수 있지만, 높은 가속 및 감속률이나 무거운 하중이 가해지는 환경에서는 정착 시간이 길어질 수 있습니다.

볼 스크류 구동 시스템

높은 추력 하중과 높은 위치 정밀도가 요구되는 경우, 볼 스크류 구동 시스템이 일반적으로 최우선 선택입니다. 그럴 만한 이유가 있습니다. 예압 너트를 사용하는 볼 스크류는 백래시 없는 움직임을 제공하며 매우 높은 위치 정밀도와 반복성을 구현할 수 있습니다. 또한 2mm에서 40mm 이상에 이르는 리드 길이를 통해 볼 스크류 시스템은 광범위한 속도 요구 사항을 충족할 수 있으며, 수직 방향 적용 시 역회전을 방지할 수 있습니다.

볼 스크류 구동 시스템의 근본적인 한계는 이동 거리입니다. 스크류의 길이가 길어질수록 스크류가 자체 무게로 인해 처지고 흔들림이 발생하기 쉬워 허용 속도가 감소합니다. 볼 스크류 지지대를 사용하면 이러한 현상을 완화할 수 있지만, 공간을 더 많이 차지하고 전체 시스템 비용이 증가합니다.

랙 앤 피니언 구동 시스템

랙 앤 피니언 시스템은 높은 추력을 발생시키며, 사실상 무제한의 이동 거리를 제공할 수 있습니다. 또한, 여러 개의 캐리지를 하나의 시스템에 사용할 수 있도록 설계되어 있어 포장 및 자동차 산업의 대형 갠트리 시스템처럼 캐리지가 독립적으로 움직여야 하는 응용 분야에 유용합니다.

고품질의 저백래시 랙 앤 피니언 시스템도 있지만, 일반적으로 다른 구동 방식에 비해 위치 정밀도가 떨어집니다. 또한, 톱니 형상과 가공 품질에 따라 랙 앤 피니언 구동 시스템은 다른 선형 시스템에 비해 소음이 더 많이 발생할 수 있습니다.

선형 모터 구동 시스템

기존에는 대부분의 응용 분야에 비해 가격이 너무 비싸다고 여겨졌던 선형 모터가 이제 포장 및 조립과 같은 산업 분야에서 위치 제어 및 핸들링 작업에 사용되고 있습니다. 이러한 추세에는 가격 인하가 한몫했지만, 엔지니어들에게 있어 선형 모터의 매력적인 특징은 고속 회전, 높은 위치 정밀도, 그리고 낮은 유지보수 요구 사항입니다. 또한 선형 모터는 랙 앤 피니언 시스템처럼 여러 개의 독립적인 캐리지를 하나의 시스템에 통합할 수 있는 기능을 제공합니다.

선형 모터는 전원 공급이 중단될 경우 부하가 떨어지는 것을 방지하는 기계적 부품이 없기 때문에 일반적으로 수직 설치에는 적합하지 않습니다. 또한 개방형 설계와 강력한 자석의 존재로 인해 오염 물질, 특히 금속 칩과 톱밥에 취약합니다.

공압 구동 시스템

공기압을 동력 전달원으로 사용할 경우, 공압식 선형 시스템이 적합합니다. 단순한 점대점 이동에는 공압 구동 시스템이 가장 경제적이고 설치가 간편한 옵션이 될 수 있습니다. 대부분의 공압식 선형 시스템은 알루미늄 하우징으로 제작되어 종단 댐퍼와 보호 커버를 장착할 수 있습니다.

공압 시스템은 여기서 논의된 유형 중 정밀도와 강성이 가장 낮지만, 가장 큰 한계는 중간 위치에서 정지할 수 없다는 점입니다.

용도와 관계없이, 조립식 선형 시스템 중에서 선택할 때는 스트로크, 하중, 속도, 정밀도라는 네 가지 주요 매개변수부터 고려해야 합니다. 이러한 기준의 크기와 중요도가 결정되면 소음, 강성, 환경 요인과 같은 다른 매개변수를 통해 선택 범위를 좁히고 최종 크기 결정 및 선택에 소요되는 시간을 줄일 수 있습니다.