성공적인 선형 모션 시스템을 구축하려면 적절한 액추에이터를 선택하는 것부터 시작해야 합니다. 다양한 크기, 기술, 품질로 수백 가지의 옵션이 존재합니다. 핵심은 최상의 결과를 제공하는 액추에이터를 선택하는 것입니다. 다행히도 이는 생각보다 어렵지 않습니다. 애플리케이션의 요구 사항에 따라 가능한 액추에이터 솔루션이 줄어들고, 프로젝트의 제약 조건을 고려하여 최적의 솔루션을 결정하게 됩니다.

이 과정은 여기에 나열된 일련의 주요 요소를 고려하는 것으로 시작됩니다.

속도

속도는 액추에이터를 선택할 때 고려해야 할 중요한 요소입니다. 나사형 액추에이터는 효과적이고 경제적인 부품이지만, 매우 높은 속도에서는 나사가 회전할 때 휘어지는 '스크류 휩(screw whip)'이라는 현상이 발생합니다. 스크류 휩은 진동과 조기 마모를 유발합니다.

나사 휩의 임계 속도(임계 속도)는 나사의 크기와 재질에 따라 달라집니다. 임계 속도는 잘 알려진 방정식을 사용하여 분석적으로 계산할 수 있습니다. 나사형 액추에이터를 사용하기에 속도가 너무 빠르다면 선형 모터나 벨트 구동 액추에이터를 고려해 보세요.

짐

액추에이터는 하중에 적합한 크기를 갖는 것이 필수적입니다. 하중 용량을 결정할 때는 가이드 베어링의 반경 방향 하중 용량, 지지 캐리지의 모멘트 용량, 지지 베어링과 볼스크류의 축 방향 하중 용량 등 여러 요소를 고려해야 합니다. 적용 분야에서 발생하는 하중을 처리할 수 있도록 설계된 액추에이터를 선택하는 것이 중요합니다.

흔히 오해되는 것은 하중 용량만 중요하다는 것입니다. 하중 용량을 통해 주어진 하중에서 액추에이터의 수명을 계산할 수 있습니다. 그러나 다양한 하중 방향에서 액추에이터의 강성과 같은 다른 요소들도 고려해야 합니다. 설계팀은 액추에이터가 해당 응용 분야에서 성공적으로 작동하는지 확인하기 위해 하중-변형 계산을 수행할 수 있습니다.

고려해야 할 또 다른 요소는 하중의 위치입니다. 액추에이터 축을 따라 움직이는 캐리지 위에 놓인 질량은 전복 모멘트를 가하는 오버행 하중과는 매우 다른 힘을 가합니다. 액추에이터의 크기와 지지력이 적절한지 확인하십시오.

수직 적용 분야에서는 부하의 위치를 ​​유지하기 위해 특별한 주의가 필요합니다. 특정 설계 매개변수의 경우, 리드 스크류는 자동 잠금 기능을 갖습니다. 즉, 모터 고장 시에도 역구동이 불가능합니다. 스크류의 자동 잠금을 보장하려면 스크류 효율이 50% 미만이어야 합니다. 여기서 효율은 리드 각도와 너트와 스크류 사이의 마찰 계수의 함수입니다. 또는 랙 앤 피니언 액추에이터도 사용할 수 있습니다.

벨트는 최근 몇 년 동안 눈에 띄게 발전했습니다. 견고하고 고도로 설계되어 더 이상 예전처럼 정기적인 장력이 필요하지 않습니다. 벨트 구동은 볼스크류나 리드스크류가 감당할 수 있는 속도와 스트로크를 초과하는 경우에 적합한 선택입니다. 수직 적용 분야에서 벨트 구동을 사용하는 경우 특히 주의해야 합니다. 안전을 위해 부하의 감속, 정지 및 지지를 위해 적절한 균형추나 브레이크를 사용하는 것이 좋습니다.

스트로크 길이

다음으로 고려해야 할 요소는 스트로크 길이입니다. 나사 기반 액추에이터는 효과적이며, 경우에 따라 최대 1.5m(5피트) 이상의 스트로크에 사용할 수 있습니다. 이동 거리가 매우 긴 나사 구동 액추에이터는 임계 속도를 초과하지 않도록 주의해야 합니다. 스트로크 길이가 긴 경우에는 벨트 구동이 더 나은 선택입니다. 오늘날의 벨트는 고도로 엔지니어링된 소재로 유지 보수가 거의 필요 없으며, 최대 15m(50피트)의 거리에서도 사용할 수 있습니다.

긴 스트로크를 위한 또 다른 옵션은 선형 모터입니다. 기본적으로 펼쳐진 서보 모터인 선형 모터는 고정된 자석 트랙을 따라 이동하는 힘으로 구성됩니다. 이론적으로 트랙은 원하는 만큼 길어질 수 있습니다. 하지만 실용적인 관점에서 선형 모터는 평평하고 정밀하게 정렬된 자석 트랙을 제공해야 한다는 요구와 자석 비용이라는 두 가지 제약을 받습니다. 매우 긴 스트로크에서 모터 케이블을 관리하는 것 또한 어려울 수 있습니다.

반복성

모든 애플리케이션에는 반복성 요건이 있습니다. 적절한 액추에이터를 선택하면 이러한 요건을 충족할 뿐만 아니라 프로젝트의 예산 및 조립 시간 목표 달성에도 도움이 되는 시스템을 구축할 수 있습니다. 나사형 액추에이터는 ±0.0001인치에서 ±0.003인치 수준의 반복성을 제공합니다. 이는 벨트 구동 방식의 ±0.002인치에서 ±0.010인치 수준과 비교됩니다.

최적의 선택은 애플리케이션의 요구 사항에 따라 달라집니다. 벨트 드라이브는 나사형 액추에이터만큼 성능이 좋지는 않지만, 허용 오차가 더 큰 애플리케이션에서는 벨트 드라이브를 사용하면 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 더 까다로운 애플리케이션에서는 리니어 모터 액추에이터가 서브미크론 수준의 반복성을 제공합니다.

듀티 사이클

듀티 사이클은 장비 수명에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 적용 요건을 충족하는 선형 액추에이터를 선택하는 것이 중요합니다. 예를 들어 리드 스크류는 슬라이딩 접촉 방식을 기반으로 합니다. 일반적으로 스테인리스 스틸과 플라스틱이 결합되어 사용되며, 적용 분야에 따라 다양한 옵션이 있습니다. 이는 장치 수명 동안 상당한 마모를 유발합니다. 따라서 고부하와 고듀티 사이클이 결합된 적용 분야에서는 리드 스크류 사용을 피해야 합니다.

대신, 재순환 볼스크류 액추에이터를 선택하세요. 이 장치는 미끄럼 마찰이 아닌 구름 마찰을 가지고 있어 수명이 더 길고 수명 예측이 더 용이합니다.하지만 볼은 특히 높은 하중에서 손상될 수 있습니다. 고장을 허용할 수 없는 응용 분야에서는 유성 롤러 스크류를 사용해 보세요. 이러한 장치는 무게를 분산시켜 마모를 최소화하므로 군사 및 항공우주 분야 등 다양한 분야에 적합합니다. 저예산 응용 분야에서는 벨트 구동 방식도 사용할 수 있습니다.

환경

애플리케이션의 작동 환경 또한 액추에이터 선택에 영향을 미칩니다. 클린룸 환경에서는 리드 스크류 액추에이터 사용을 피하십시오. 금속과 플라스틱의 접촉은 클린룸 등급을 저하시키는 미립자를 생성합니다.

반대로, 매우 더러운 환경은 액추에이터를 손상시킬 수 있습니다. 로드형 액추에이터의 경우, 나사가 하우징에 밀봉되어 있습니다. 따라서 로드형 액추에이터는 오염 및 액체가 있는 환경에서 비교적 안전합니다. 로드리스 액추에이터의 경우, 하중이 나사에 연결되어야 하는 캐리지에 실리므로 액추에이터가 오염에 노출될 수 있습니다..

따라서 로드리스 액추에이터는 기본 기술이 나사형 액추에이터이든 선형 모터이든 특별한 조치가 필요합니다. IP 등급의 부품을 찾으십시오. 이물질 유입을 줄이기 위해 슬릿이 아래쪽을 향하도록 장착하는 것을 고려하십시오. 윤활유는 입자를 가두어 시간이 지남에 따라 표면을 손상시킬 수 있으므로 주의하십시오.

환경에 대해 고려해야 할 또 다른 요소는 사용 가능한 공간의 크기입니다. 세계 최고의 액추에이터라도 손에 잡힐 만큼 크지 않다면 무용지물입니다. 설계 단계 초기에 액추에이터를 지정하여 충분한 공간을 확보하십시오. 공급업체와 긴밀히 협력하여 소형 폼팩터에서 필요한 특성을 제공할 수 있는 모든 요소를 ​​활용하십시오.

예산

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

엔지니어링에는 항상 상충 관계가 따릅니다. 위 목록은 액추에이터 선택의 첫 단계입니다. 특정 애플리케이션에서 특정 제약 조건으로 인해 예산이 성능보다 더 중요하거나 듀티 사이클이 속도보다 더 중요할 수 있습니다. 가능한 한 설계 단계 초기에 액추에이터를 지정하는 프로세스를 시작하십시오. 표준 부품을 사용하는 것이 좋습니다. 이러한 표준 부품으로도 요구 사항을 충족할 수 없다면 공급업체와 협의하여 작업을 완료할 수 있는 맞춤형 제품을 개발하십시오.