볼 리턴 시스템, 볼 스크류 선택 및 볼 스크류 윤활.

주어진 응용 분야에 적합한 볼 스크류를 지정하면 총 소유 비용을 최소화하는 동시에 기계의 정확성, 반복성 및 수명을 보장할 수 있습니다.

볼 스크류 드라이브는 회전 운동을 직선 운동으로 또는 그 반대로 변환하며, Ø6,000인치 볼 스크류 어셈블리를 사용하여 최대 750,000파운드(약 346,000kg)의 높은 추력 하중을 가하거나 견딜 수 있으며, 일반적으로 90% 이상의 효율을 보입니다. 볼 스크류는 다양한 자동화 애플리케이션에서 부품과 제품을 안내, 지지, 위치 결정 및 정확하게 이동시키는 데 도움을 줍니다.

볼 스크류 드라이브는 볼 스크류와 재순환 볼 베어링이 장착된 볼 너트로 구성됩니다. 스크류와 너트 사이의 접촉면은 볼 스크류와 볼 너트 내에서 서로 일치하는 형태로 회전하는 볼 베어링에 의해 형성됩니다. 볼 스크류의 하중은 여러 개의 볼 베어링에 분산되어 각 볼에 비교적 낮은 하중이 가해집니다. 볼 스크류 드라이브는 구름 요소 덕분에 마찰 계수가 매우 낮아 높은 기계적 효율을 보장합니다.

볼 스크류와 리드 스크류의 주요 차이점은 마찰을 최소화하고 효율을 극대화하기 위해 볼 스크류에 재순환 볼 베어링을 사용한다는 것입니다. 볼 스크류는 리드 스크류보다 가격이 비싸지만, 높은 하중을 견디고, 빠른 속도를 달성하며, 예측 가능한 수명을 제공할 수 있어 다양한 응용 분야에서 추가 비용을 지불할 만한 가치가 있습니다.

볼스크류 드라이브는 일반적으로 90% 이상의 기계적 효율을 제공하므로, 비용이 감소된 전력 소모량으로 상쇄되는 경우가 많습니다. 볼스크류는 리드스크류에 비해 부하 용량이 크고, 수명이 길며, 신뢰성이 예측 가능하다는 장점이 있습니다.

반복성과 정확성

정확도는 모션 시스템이 명령 위치에 얼마나 근접하는지를 나타내는 척도로, 예상 위치와 실제 위치 사이의 최대 오차로 정의됩니다. 반복성은 위치 결정 시스템이 작동 중 특정 위치로 복귀하는 능력으로 정의됩니다. 볼 스크류 드라이브는 탁월한 반복성(백래시는 볼 베어링 직경에 따라 달라지지만 일반적으로 0.005인치에서 0.015인치 사이)과 정확도(정밀 볼 스크류의 경우 ±0.004인치/피트, 정밀 플러스로 표시된 볼 스크류의 경우 ±0.0005인치/피트)를 제공합니다.

리드 정확도는 볼 스크류 정확도의 가장 일반적인 척도입니다. 리드는 회전하지 않는 볼 너트가 스크류를 360° 한 바퀴 돌 때 이동하는 거리를 나타냅니다. 리드 정확도는 피트당 또는 300mm당 허용 이동 거리(실제 위치 대비 이론 위치)로 측정됩니다. 볼 스크류는 정밀 플러스 및 운송 등급으로 제공되며, 정밀 플러스 등급은 전체 이동 거리 동안 리드 오차 누적을 엄격하게 제어합니다.

백래시는 너트와 스크류 사이의 자유로운 움직임으로, 축방향과 반경방향으로 측정할 수 있습니다. 축방향 백래시를 측정하는 가장 좋은 방법은 스크류를 움직이지 않도록 고정하고, 다이얼 인디케이터를 사용하여 볼 너트의 움직임을 측정하면서 축방향으로 밀고 당기는 것입니다. 백래시는 시스템의 볼 너트에 다이얼 인디케이터를 대고 2.5cm 정도 앞뒤로 움직여 원래 위치로 이동시켜 측정할 수도 있습니다. 0점에서의 편차가 백래시입니다. 반복성은 볼 스크류 백래시의 정량적인 값입니다.

예압이 없는 볼 너트는 부품 사이에 내부 간극이 있어 백래시가 발생합니다. 예압이 있는 볼 너트는 축 방향 간극이 없으므로 백래시가 제거되어 강성이 향상됩니다. 예압은 나사를 돌리는 데 필요한 토크를 증가시키며, 동적 용량 대비 예압의 비율로 측정됩니다(동적 용량이 1,500lb이고 예압 정격이 10%인 볼 너트는 내부 예압이 150lb입니다). 정밀 나사산 볼 스크류는 일반적으로 예압 없이 사용됩니다. 볼 스크류에 예압을 가하면 백래시가 제거되어 반복성이 향상되지만 정확도에는 영향을 미치지 않습니다.

예압 볼 너트는 정밀 플러스 나사 및 일부 정밀 나사 제품에 사용할 수 있습니다. 복잡성, 추가 가공, 조립 및 검증/측정으로 인해 비예압 너트보다 비용이 높습니다. 볼 스크류 어셈블리는 더블 너트 또는 싱글 너트 구성으로 예압할 수 있습니다. 예압에는 싱글 너트 오버사이즈 볼(4점 접촉), 싱글 너트 스킵 리드(2점 접촉), 더블 너트(2점 접촉)의 세 가지 주요 유형이 있습니다. 싱글 너트 예압은 전체 하중 용량을 유지하면서 패키지 크기를 최소화합니다. 스킵 리드 볼 너트는 각 방향으로 볼 베어링의 절반만 하중을 받으므로 비슷한 크기의 싱글 너트에 비해 하중 용량이 절반입니다. 더블 너트 예압 어셈블리는 각 방향으로 볼 너트가 하나만 하중을 받으므로 싱글 너트와 동일한 하중 용량을 가집니다.

볼 스크류 제조 방법은 다양하지만, 일반적으로 정밀 볼 스크류와 정밀 플러스 볼 스크류의 두 가지 범주로 분류됩니다. 정밀 나사산 볼 스크류의 레이스는 냉간 압연 공정으로 형성됩니다. 너트는 스크류 성능에 맞춰 가공됩니다. 이러한 방식은 운송용 인치 시리즈 스크류에서 ±0.004인치/피트(in./ft) 정도의 중간 정도의 정밀도를 제공합니다. 정밀 플러스 볼 스크류의 스크류와 너트는 정밀 연삭으로 제작됩니다. 정밀 플러스 볼 스크류는 정밀 플러스 인치 시리즈 스크류에서 ±0.0005인치/피트(in./ft)의 훨씬 높은 정밀도를 제공합니다. 정밀 플러스 볼 스크류는 가공 시간이 길어 정밀 스크류보다 비용이 높습니다.

볼 리턴 시스템

일반적으로 세 가지 유형의 볼 리턴 시스템이 사용됩니다. 일반적으로 인치 나사에 사용되는 외부 리턴 튜브는 비용 효율적이며 설치, 유지 보수 및 수리가 쉽습니다. 내부 버튼 리턴 시스템은 일반적으로 저리드 나사에 사용됩니다. 소형이며 외부 방사형 돌출부가 없어 장착이 복잡하고 외부 리턴보다 소음과 진동이 적습니다. 내부 버튼 리턴 시스템은 4점 접촉, 단일 너트 및 예압 어셈블리에 자주 사용됩니다. 내부 엔드캡 리턴은 일반적으로 고리드 나사에 사용됩니다. 소형이며 외부 방사형 돌출부가 없어 장착이 복잡합니다. 소음과 진동 또한 외부 리턴에 비해 낮습니다.

볼스크류 선택

특정 용도에 필요한 하중 용량과 수명을 제공하는 볼 스크류 어셈블리는 반복적인 공정을 통해 선정하는 것이 가장 좋습니다. 설계 하중, 시스템 방향, 이동 거리, 필요 수명, 필요 속도를 고려하여 볼 스크류 어셈블리의 직경과 리드를 결정합니다. 그런 다음 정확도 및 반복성 요구 사항, 치수 제약 조건, 장착 구성, 가용 전력 요구 사항, 그리고 환경 조건을 고려하여 개별 볼 스크류 부품을 선택합니다.

먼저, 해당 어플리케이션에 필요한 위치 정확도와 반복성을 파악해야 합니다. 인치 볼 스크류는 운송용(Transport) 및 정밀 플러스(Precision Plus)의 두 가지 주요 등급으로 생산됩니다. 운송용 볼 스크류는 거친 움직임만 필요하거나 위치 결정에 선형 피드백을 사용하는 어플리케이션에 사용됩니다. 정밀 플러스 등급 볼 스크류는 정확하고 반복 가능한 위치 결정이 중요한 경우에 사용됩니다. 운송용 볼 스크류는 스크류의 유효 길이에 걸쳐 더 큰 누적 변동을 허용합니다. 정밀 플러스 등급 볼 스크류는 스크류의 전체 유효 길이에 걸쳐 정밀한 위치 결정을 위해 리드 오차가 누적됩니다.

볼 스크류 어셈블리를 기계에 어떻게 장착할지 결정하십시오. 끝단 지지대의 구성과 이동 거리는 볼 스크류의 하중 및 속도 제한을 결정합니다.

인장 상태의 볼 스크류는 너트의 정격 용량까지의 하중을 견딜 수 있습니다. 압축 상태의 볼 너트의 경우, 제조업체에서 제공하는 압축-하중 차트를 사용하여 설계 하중을 충족하거나 초과하는 볼 스크류 직경을 선택하십시오. 예를 들어, 표시된 지점을 통과하거나 그 위 및 오른쪽으로 곡선이 지나는 모든 스크류는 다음 예시 적용에 적합합니다. 이 그래프에 표시된 적절한 압축 하중은 개별 볼 너트 어셈블리의 정격 표에 제공된 최대 정적 하중 용량을 초과해서는 안 됩니다. 따라서 길이가 85인치(2159mm)이고 시스템 하중이 30,000파운드(133,500N)이며 한쪽 끝이 고정되고 다른 쪽 끝이 지지되는 끝 고정도의 경우 최소 선택 사항은 1.750 x 0.200 정밀 플러스 인치 볼 스크류 어셈블리입니다.

다음 공식을 사용하여 속도 요구 사항을 생성하는 볼 스크류의 리드를 계산합니다.

리드(인치) = 이동 속도(인치 분-1)/rpm

응용 프로그램 수명 기대치 결정

조립 수명은 각 볼 너트에 지정된 동적 정격 하중을 사용하여 계산할 수 있습니다. 표시된 지점을 통과하거나 그 위에 있는 곡선을 가진 모든 볼 너트가 이 예시에 적합합니다. 이 그래프에 표시된 적정 수명은 개별 볼 너트 어셈블리의 정격 하중 표에 명시된 최대 정적 하중 용량을 초과하지 않아야 합니다. 이 예시에서, 원하는 적용 수명(총 이동 거리)은 200만 인치(5,080만 mm)입니다. 따라서 최대 정상 작동 하중은 10,000파운드(44,500N)입니다.

나사 임계 속도 결정

임계 나사 속도는 조립체의 회전 속도가 조화 진동을 발생시키는 조건입니다. 임계 속도는 나사의 루트 직경, 지지되지 않은 길이, 그리고 끝단 지지 구성에 따라 달라집니다. 대부분의 제조업체 차트에서, 표시된 점을 통과하거나 그 위, 오른쪽으로 곡선이 지나는 모든 나사는 다음 예시에 적합합니다. 네 개의 끝단 고정 도면은 회전축을 지지하는 베어링 구성을 보여주며, 차트는 이러한 조건이 지지되지 않은 나사 길이에서 임계 축 속도에 미치는 영향을 보여줍니다. 이 그래프에 표시된 허용 속도는 선택된 나사 축에 적용되며, 관련된 모든 볼 너트 조립체에서 달성 가능한 속도를 나타내는 것은 아닙니다.

하중, 수명 및 속도 계산 결과, 선택된 볼 스크류 어셈블리가 설계 요건을 충족하거나 초과하는 것으로 확인되면 다음 단계로 진행합니다. 그렇지 않은 경우, 직경이 큰 스크류는 하중 용량을 증가시키고 속도 정격을 높입니다. 리드가 작을수록 선형 속도는 감소하고(입력 모터 속도가 일정하다고 가정), 모터 속도는 증가하며(선형 속도가 일정하다고 가정), 필요한 입력 토크는 감소합니다. 리드가 클수록 선형 속도는 증가하고(입력 모터 속도가 일정하다고 가정), 입력 모터 속도는 감소하며(선형 속도가 일정하다고 가정), 필요한 입력 토크는 증가합니다.

볼 너트가 어플리케이션에 어떻게 연결되는지 확인하십시오. 볼 너트 플랜지는 볼 너트를 하중에 부착하는 일반적인 방법입니다. 나사산 볼 너트와 원통형 볼 너트는 인터페이스를 제공하는 다른 방법입니다.

예압 볼 너트는 시스템 백래시를 제거하고 강성을 향상시킵니다. 와이퍼 키트는 조립품을 오염 물질로부터 보호하고 윤활유를 공급합니다. 대부분의 볼 스크류에는 베어링 지지대와 엔드 머시닝도 제공됩니다.

볼 스크류는 올바르게 설치하기 전에 조심스럽게 다루어야 합니다. 볼 베어링에 가해지는 충격은 브리넬링이나 균열을 유발하여 베어링 레이스를 손상시킬 수 있습니다. 스크류에 높은 하중이나 굽힘이 가해지면 휘어질 수 있습니다. 이물질과 오염 물질은 재순환 트랙을 막고, 높은 습도나 비는 부식을 유발할 수 있으므로, 조립품을 포장하고 윤활 처리하여 깨끗하고 건조한 곳에 보관하는 것이 중요합니다.

시스템 장착 또한 중요한 고려 사항입니다. 볼 너트는 축 방향으로만 하중을 가해야 합니다. 반경 방향 하중은 어셈블리의 성능을 크게 저하시키기 때문입니다. 또한 최적의 성능과 수명을 얻으려면 어셈블리를 구동 시스템, 베어링 지지대 및 하중과 적절히 정렬해야 합니다.

볼스크류 윤활

볼 스크류 어셈블리는 적절한 윤활 없이 작동해서는 안 됩니다. 윤활제는 볼과 홈 사이의 구름 저항과 인접 볼 사이의 미끄럼 마찰을 최소화하여 볼 스크류 어셈블리의 저마찰 특성을 유지합니다.

오일은 필요한 지점에 제어된 유량으로 직접 분사할 수 있으며, 볼 너트를 통과하면서 오염 물질을 제거합니다. 또한 냉각 효과도 제공합니다. 한편, 오일은 공정 유체를 오염시킬 가능성이 있으므로 오일을 적절하게 분사하려면 펌프와 계량 시스템이 필요합니다.

그리스는 오일보다 가격이 저렴하고 사용 빈도도 낮으며, 공정 유체를 오염시키지 않습니다. 반면, 그리스는 볼 너트 내부에 유지하기 어렵고 볼 너트 이동 경로 끝부분에 쌓여 칩과 연마 입자가 쌓이는 경향이 있습니다. 기존 그리스와 재윤활 그리스의 호환성 부족은 문제를 일으킬 수 있으므로 호환성을 확인하는 것이 중요합니다. 하중 지지 그리스는 어셈블리의 수명을 연장하는 데 도움이 되지만, 전체 하중 정격에는 변화가 없습니다.