스트로크 길이, 속도, 정확도, 장착, 유지보수.

선형 운동이 필요한 애플리케이션, 예를 들어 픽앤플레이스 조립 시스템, 포장 라인 또는 자재 이송용 갠트리 등을 개발하고 있다고 가정해 보겠습니다. 하지만 액추에이터를 처음부터 설계하고, 각종 부품을 조달하고, 조립 및 정렬하고, 유지보수 시스템을 구축하는 것은 시간 효율적이지 않습니다. 그래서 미리 설계 및 조립된 선형 액추에이터를 알아보기 시작하지만, 종류, 크기, 작동 원리 등 선택지가 너무 많아 어디서부터 시작해야 할지 막막할 수 있습니다.

선택의 폭을 좁히는 첫 번째 단계는 용도에 가장 적합한 구동 메커니즘을 고르는 것입니다. 대부분의 제조업체는 최소 두 가지 이상의 구동 옵션을 제공하며, 톱니 벨트와 볼 스크류가 가장 일반적입니다. 공압 및 선형 모터 구동 방식은 특정 용도에 적합합니다. 아래는 가장 일반적인 두 가지 액추에이터 유형인 톱니 벨트와 볼 스크류 중에서 선택하는 데 도움이 되는 다섯 가지 요소입니다.

1. 스트로크 길이

볼 스크류 방식과 벨트 구동 방식 중 하나를 선택할 때 가장 먼저 고려해야 할 사항은 액추에이터가 한 방향으로 움직여야 하는 거리, 즉 스트로크 길이입니다. 볼 스크류 액추에이터는 일반적으로 스트로크 길이가 1000mm 이하인 경우가 많지만, 직경이 더 큰 볼 스크류는 최대 3000mm까지 사용할 수 있습니다. 이 한계는 스크류의 임계 속도에 의해 결정됩니다. 스크류의 길이가 길어질수록 임계 속도, 즉 스크류가 굽힘 진동을 일으키기 시작하는 속도는 감소합니다. 간단히 말해, 스크류가 길어지고 회전 속도가 빨라질수록 줄넘기처럼 "채찍질"하듯이 휘어지게 됩니다.

톱니 벨트 구동 방식의 액추에이터는 벨트 장력 조절 능력에 따라 최대 벨트 길이가 제한됩니다. 벨트 폭이 넓고(접촉 면적이 넓음) 톱니 간격이 넓은 벨트를 사용하면, 벨트 구동 액추에이터는 일반적으로 10~12미터의 스트로크 길이가 필요한 응용 분야에서 사용됩니다.

2. 속도

액추에이터를 선택할 때 두 번째 중요한 요소는 속도입니다. 대부분의 벨트 구동 액추에이터의 최대 속도는 5m/s입니다. 이 속도 제한은 가이드 시스템의 영향을 받는데, 일반적으로 재순환 베어링이 사용됩니다. 최대 10m/s의 더 빠른 속도가 필요한 경우에는 재순환 베어링 대신 예압 휠이나 캠 롤러를 사용하는 벨트 구동 방식을 적용할 수 있습니다.

앞서 언급했듯이 볼 스크류 구동 액추에이터는 스트로크 길이가 길어질수록 임계 속도가 감소합니다. 일반적으로 볼 스크류 액추에이터는 스트로크 길이가 1미터 미만일 때 최대 1.5m/s의 속도에 도달할 수 있습니다. 볼 스크류 지지대는 스크류의 지지되지 않는 길이를 줄여 강성을 높여주므로 액추에이터가 더 높은 속도와 더 긴 스트로크 길이에 도달할 수 있도록 합니다. 볼 스크류 지지대를 고려할 때는 제조사에 문의하여 필요한 속도 및 길이 계산에 대한 도움을 받으십시오.

3. 정확도

정확도는 이동 정확도(움직임 중 캐리지 또는 새들의 공간상 위치), 위치 정확도(액추에이터가 목표 위치에 얼마나 근접하게 도달하는지), 또는 반복성(액추에이터가 각 스트로크마다 얼마나 정확하게 동일한 위치에 도달하는지)을 포괄적으로 지칭하는 용어입니다. 이동 정확도는 액추에이터의 구조, 베이스 및 장착 방식에 큰 영향을 받지만, 위치 정확도와 반복성은 주로 구동 메커니즘의 기능에 의해 결정됩니다.

볼 스크류, 특히 예압이 가해진 볼 스크류는 강성이 뛰어나 벨트 드라이브보다 위치 정밀도가 우수합니다. 하지만 위치 오차는 액추에이터의 제어 시스템에서 측정 및 보정할 수 있습니다. 따라서 고정밀 응용 분야에서는 반복성(매 스트로크마다 동일한 위치에 도달하는 능력)이 가장 중요한 요소가 되는 경우가 많습니다. 높은 반복성을 위해서는 구동 메커니즘의 강성이 매우 중요하므로, 예압이 가해진 볼 스크류와 너트 어셈블리가 더 나은 선택입니다.

4. 장착

경우에 따라 액추에이터의 장착 방향에 따라 최적의 구동 메커니즘이 결정됩니다. 벨트 구동 방식과 볼 스크류 구동 방식 모두 수평 및 경사 장착에 적합하지만, 수직 장착이 필요한 경우에는 더욱 신중한 평가가 필요합니다.

수직 방향으로 하중을 이동시키는 모든 시스템에는 안전 장치가 내장되어 있어야 하지만, 수직 하중 운반에는 벨트 구동 방식보다 볼 스크류 구동 방식이 더 안전하다고 여겨지는 경우가 많습니다. 이는 볼 스크류가 하중, 스크류 리드, 시스템 내 마찰에 따라 브레이크 고장이나 시스템에 심각한 손상이 발생하더라도 역회전(자유 낙하) 현상이 적기 때문입니다. 수직 하중 운반에 벨트 구동 액추에이터가 필요한 경우에는 외부 브레이크나 카운터웨이트를 사용하는 것을 신중하게 고려해야 합니다.

5. 유지보수

선형 액추에이터의 주요 고장 원인은 윤활 부족입니다. 볼 스크류 방식과 벨트 구동 방식 액추에이터 모두 가이드 시스템에 주기적인 윤활이 필요하지만, 볼 스크류 방식은 윤활 상태를 점검해야 하는 구성 요소가 하나 더 추가됩니다. 일부 제조업체는 수명 동안 윤활이 유지되는 시스템(수명은 특정 부하, 속도 및 환경에서 정해진 이동 거리 또는 회전 횟수로 정의됨)을 제공하여 이 문제를 해결했지만, 많은 응용 분야는 이러한 지정된 매개변수 범위를 벗어나므로 의도된 수명 동안 어느 시점에는 윤활이 필요합니다.

벨트 구동식 액추에이터는 유지보수해야 할 부품 수가 적다는 장점이 있지만, 먼지나 파편이 있는 환경에서는 풀리 하우징 내부로 오염 물질이 유입될 가능성을 최소화하는 액추에이터 설계를 고려해야 합니다. 이렇게 하면 풀리 베어링의 수명이 연장되고 벨트 마모도 줄어듭니다.

벨트 구동 방식과 볼 스크류 구동 방식 모두 성능 면에서 장점이 있습니다. 초기 선택 시, 벨트 구동 방식은 일반적으로 긴 스트로크와 고속 회전에 적합하고, 볼 스크류 구동 방식은 높은 반복 정밀도나 수직 설치가 필요한 용도에 더 적합하다는 점을 고려해야 합니다. 경우에 따라 두 구동 방식 모두 위에서 설명한 기준을 충족할 수 있습니다. 이러한 경우에는 가속도, 정착 시간, 환경 조건과 같은 고급 요소를 고려하여 제조업체에서 적합한 액추에이터를 선택할 수 있도록 안내해 줄 수 있습니다.