성공적인 선형 모션 시스템 구축의 첫걸음은 적절한 액추에이터를 선택하는 것입니다. 크기, 기술, 품질 등 여러 가지 옵션이 존재하기 때문에, 최적의 결과를 제공할 수 있는 액추에이터를 추려내는 것이 관건입니다. 다행히 생각만큼 어렵지는 않습니다. 적용 분야의 요구 사항에 따라 선택 가능한 액추에이터의 범위가 좁아지고, 프로젝트의 제약 조건에 따라 가장 적합한 액추에이터가 결정됩니다.

이 과정은 여기에 나열된 일련의 핵심 요소를 고려하는 것에서 시작됩니다.

속도

액추에이터를 선택할 때 속도는 중요한 고려 사항입니다. 스크류형 액추에이터는 효과적이고 경제적인 부품이지만, 매우 빠른 속도에서는 스크류가 회전하면서 휘어지는 현상인 '스크류 휩'이 발생합니다. 스크류 휩은 진동과 조기 마모를 유발합니다.

스크류의 흔들림 한계 속도(임계 속도)는 스크류의 크기와 재질에 따라 달라집니다. 임계 속도는 잘 알려진 공식을 사용하여 해석적으로 계산할 수 있습니다. 스크류형 액추에이터를 사용하기에 속도가 너무 높으면 선형 모터 또는 벨트 구동 액추에이터를 고려하십시오.

짐

액추에이터는 하중에 적합한 크기로 제작하는 것이 필수적입니다. 하중 용량을 고려하여 액추에이터를 선정할 때는 가이드 베어링의 레이디얼 하중 용량, 지지 캐리지의 모멘트 용량, 그리고 지지 베어링과 볼스크류의 축 방향 하중 용량 등 여러 요소를 고려해야 합니다. 적용 분야에서 발생하는 하중을 감당할 수 있도록 설계된 액추에이터를 선택하는 것이 중요합니다.

흔히 잘못 알려진 사실은 하중 용량만이 중요하다는 것입니다. 물론 하중 용량을 통해 특정 하중 조건에서 액추에이터의 수명을 계산할 수 있지만, 다양한 하중 방향에서의 액추에이터 강성 등 다른 요소들도 고려해야 합니다. 설계팀은 하중-변형 계산을 통해 액추에이터가 실제 적용 환경에서 성공적으로 작동할지 여부를 판단할 수 있습니다.

고려해야 할 또 다른 요소는 하중의 위치입니다. 액추에이터 축을 따라 움직이는 캐리지 위에 놓인 질량은 전복 모멘트를 발생시키는 돌출 하중과는 매우 다른 힘을 발생시킵니다. 액추에이터의 크기와 지지 상태가 적절한지 반드시 확인하십시오.

수직 설치 시에는 하중의 위치를 ​​유지하기 위해 특별한 주의가 필요합니다. 특정 설계 매개변수를 만족하는 리드 스크류는 자체 잠금 기능을 갖습니다. 이는 모터 고장 시에도 역회전이 불가능하다는 것을 의미합니다. 스크류가 자체 잠금 기능을 갖추려면 스크류 효율이 50% 미만이어야 하며, 효율은 리드 각도와 너트와 스크류 사이의 마찰 계수에 따라 달라집니다. 대안으로 랙앤피니언 액추에이터를 사용할 수도 있습니다.

벨트는 최근 몇 년 동안 눈에 띄게 발전했습니다. 견고하고 정밀하게 설계되어 예전처럼 정기적인 장력 조절이 더 이상 필요하지 않습니다. 벨트 구동 방식은 볼스크류나 리드스크류로는 충족할 수 없는 속도 및 스트로크 요구 사항을 가진 경우에 적합한 선택입니다. 수직 방향으로 벨트 구동 장치를 사용할 경우 특별한 주의가 필요합니다. 안전을 위해 하중을 감속, 정지 및 지지할 수 있도록 필요에 따라 카운터웨이트 또는 브레이크를 사용하는 것이 좋습니다.

스트로크 길이

다음으로 고려해야 할 요소는 스트로크 길이입니다. 스크류 구동식 액추에이터는 효과적이며 경우에 따라 5피트(약 1.5미터) 이상의 스트로크에도 사용할 수 있습니다. 스트로크 길이가 매우 긴 스크류 구동식 액추에이터의 경우 임계 속도를 초과하지 않도록 주의해야 합니다. 스트로크 길이가 긴 경우에는 벨트 구동 방식이 더 나은 선택입니다. 오늘날의 벨트는 고도로 설계된 소재로 만들어져 유지 보수가 거의 필요하지 않으며, 최대 50피트(약 15미터)의 거리에서도 사용할 수 있습니다.

긴 스트로크에 적합한 또 다른 옵션은 리니어 모터입니다. 기본적으로 펼쳐진 서보 모터인 리니어 모터는 고정된 자석 트랙을 따라 힘이 전달되는 구조입니다. 이론적으로 트랙의 길이는 원하는 만큼 길게 만들 수 있습니다. 하지만 실제 사용에 있어서 리니어 모터는 평평하고 정밀하게 정렬된 자석 트랙을 제공해야 한다는 요구 사항과 자석 비용이라는 두 가지 제약 조건에 직면합니다. 또한 매우 긴 스트로크 구간에서 모터 케이블을 관리하는 것도 어려운 과제입니다.

반복성

모든 응용 분야에는 반복 정밀도 요구 사항이 있습니다. 적절한 액추에이터를 선택하면 이러한 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 예산 및 조립 시간 목표 달성에도 도움이 되는 시스템을 구축할 수 있습니다. 스크류형 액추에이터는 ±0.0001~±0.003인치 수준의 반복 정밀도를 제공합니다. 이는 벨트 구동 방식의 ±0.002~±0.010인치와 비교됩니다.

최적의 선택은 적용 분야의 요구 사항에 따라 달라집니다. 벨트 구동 방식은 스크류 방식 액추에이터만큼 성능이 뛰어나지는 않지만, 허용 오차가 비교적 적은 용도에는 상당한 비용 절감 효과를 제공할 수 있습니다. 더욱 까다로운 적용 분야에서는 선형 모터 액추에이터가 마이크로미터 미만의 정밀도를 제공할 수 있습니다.

듀티 사이클

작동 주기(듀티 사이클)는 장비 수명에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 적용 분야 요구 사항을 충족할 수 있는 선형 액추에이터를 선택하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 리드 스크류는 슬라이딩 접촉 방식을 사용하는데, 일반적으로 스테인리스강과 플라스틱 재질이 사용됩니다(적용 분야에 따라 다양한 재질을 선택할 수 있습니다). 이러한 슬라이딩 접촉 방식은 장비 수명 동안 상당한 마모를 유발합니다. 따라서 높은 하중과 높은 작동 주기가 모두 요구되는 환경에서는 리드 스크류 사용을 피하는 것이 좋습니다.

대신, 재순환식 볼스크류 액추에이터를 선택하십시오. 이러한 장치는 미끄럼 마찰이 아닌 구름 마찰을 이용하므로 수명이 더 길고 예측 가능성이 높습니다.볼은 특히 높은 하중을 받을 때 손상될 수 있습니다. 고장이 허용되지 않는 용도에는 유성 롤러 스크류를 사용해 볼 수 있습니다. 이 장치는 무게를 분산시켜 마모를 최소화하므로 군사 및 항공우주 분야를 비롯한 다양한 용도에 적합합니다. 예산이 제한적인 경우에는 벨트 드라이브도 사용할 수 있습니다.

환경

응용 분야의 작동 환경 또한 액추에이터 선택에 영향을 미칩니다. 클린룸 환경에서는 리드스크류 액추에이터를 사용하지 않아야 합니다. 금속과 플라스틱의 접촉으로 인해 미세 입자가 발생하여 클린룸 등급을 저하시킬 수 있기 때문입니다.

반대로, 극도로 오염된 환경은 액추에이터를 손상시킬 수 있습니다. 로드형 액추에이터는 스크류가 하우징에 밀봉되어 있습니다. 따라서 로드형 액추에이터는 오염 물질이나 액체가 있는 환경에서도 비교적 안전합니다. 로드리스 액추에이터는 하중이 스크류에 연결되어야 하는 캐리지에 실리기 때문에 오염에 노출될 수 있습니다..

결과적으로, 로드리스 액추에이터는 기본 기술이 스크류형 액추에이터이든 선형 모터이든 관계없이 특별한 조치가 필요합니다. IP 등급을 갖춘 부품을 찾으십시오. 유입을 줄이기 위해 슬릿을 아래쪽으로 향하게 장착하는 것을 고려하십시오. 윤활유가 입자를 가두어 시간이 지남에 따라 표면을 손상시킬 수 있다는 점에 유의하십시오.

환경과 관련하여 고려해야 할 또 다른 요소는 사용 가능한 공간의 크기입니다. 아무리 뛰어난 액추에이터라도 주어진 공간에 맞지 않으면 소용이 없습니다. 충분한 공간을 확보하기 위해 설계 초기 단계에서 액추에이터를 구체적으로 명시하십시오. 필요한 특성을 소형 폼팩터로 구현할 수 있는 모든 요소를 ​​활용하기 위해 공급업체와 긴밀히 협력하십시오.

예산

가격 목표를 항상 염두에 두는 것이 중요합니다. 선형 모터가 가장 비싸고, 그 다음으로 스크류형 액추에이터(유성 스크류, 볼 스크류, 리드 스크류)가 비쌉니다. 벨트 드라이브가 가장 경제적입니다.

엔지니어링에는 항상 절충이 수반됩니다. 위 목록은 액추에이터 선택을 위한 초기 단계일 뿐입니다. 특정 용도에 따라 예산이 성능보다 우선시되거나, 작동 주기가 속도보다 더 중요할 수 있는 특수한 제약 조건이 있을 수 있습니다. 가능한 한 설계 초기 단계에서 액추에이터 사양을 정하는 작업을 시작하십시오. 표준 부품을 활용하는 것이 좋습니다. 만약 표준 부품 중 어느 것도 요구 사항을 충족하지 못한다면, 공급업체와 협의하여 필요한 기능을 갖춘 맞춤형 제품을 개발하십시오.