고전 물리학에서는 직선 운동, 회전 운동, 왕복 운동, 진동 운동의 네 가지 기본 운동 유형을 정의합니다. 이러한 운동 유형이 기계 장치에 적용될 때, 이 자연적인 물리적 성질은 운동을 힘으로 변환합니다. 이 힘 또는 동력은 장비나 기계를 구동하는 출력 운동을 생성하는 데 사용됩니다. 산업 자동화에서는 이러한 다양한 유형의 운동 시스템을 활용하는 다양한 장비를 사용하는데, 일반적으로 회전 운동이나 직선 운동을 사용하지만 때로는 두 가지를 조합하여 사용하기도 합니다.

선형 운동

선형 운동은 가장 단순하고 기본적인 형태의 움직임으로, 한 방향으로 위치를 바꾸는 것을 특징으로 합니다. 사람이 직선으로 걷거나, 수영하거나, 달리는 모습, 또는 직선 트랙을 주행하는 차량과 같은 기계 장치를 떠올려 보세요. 선형 운동 시스템은 단일 축을 따라 하중을 이동시키는 메커니즘을 기반으로 합니다. 공압 시스템에서 하중은 선형 모터, 슬라이드, 액추에이터 또는 볼 스크류 어셈블리와 같은 장치를 통해 직선 방향으로 구동됩니다. 이러한 유형의 운동 시스템은 자재 취급, CNC 가공, 포장, 팔레타이징 및 로봇 공학 분야에서 가장 흔하게 찾아볼 수 있습니다.

선형 구동 장치의 종류

다양한 구동 기술이 선형 운동을 활용하며, 각 기술은 고유의 장점을 가지고 있습니다.

1. 선형 모터직선 운동을 직접 생성합니다. 고속으로 빠르게 가속할 수 있으며 기계적 변환이 필요하지 않습니다. 물건을 집어 옮기는 작업에 매우 적합합니다.

2. 선형 가이드롤러 가이드나 레일 가이드와 같은 장치는 마찰이 적고 부드러운 직선 운동을 제공합니다. 이러한 장치는 자동화 및 공작 기계에서 무거운 하중을 지지하는 데 자주 사용됩니다.

3. 볼 스크류회전 운동을 직선 운동으로 변환합니다. 매우 정밀하고 효율적이며 로봇 공학 및 CNC 기계와 같은 응용 분야에서 많이 사용됩니다.

4. 랙 앤 피니언 시스템톱니 기어를 사용하여 회전 운동을 직선 운동으로 변환함으로써 높은 힘과 긴 이동 거리를 제공합니다. 이러한 유형의 구동 장치는 갠트리 시스템 및 대형 기계에서 찾아볼 수 있습니다.

회전 운동

회전 운동의 가장 기본적인 형태는 바퀴입니다. 바퀴는 중심축 또는 회전축을 중심으로 어느 방향으로든 회전하는 물체입니다. 회전 운동은 토네이도나 지구 자전처럼 자연적으로 발생할 수도 있지만, 자동화 시스템에서는 회전 액추에이터, 기어 구동 시스템 또는 회전 테이블에 의해 생성됩니다.

회전 액추에이터는 원의 부분 각도 또는 완전한 연속 회전 반경 내에서 동력을 발생시킵니다. 회전 운동 시스템을 사용하는 응용 분야에는 풍력, 수력 또는 증기 에너지 생산용 터빈, 공작기계 스핀들, 드릴링 또는 연삭 공구, 로봇 관절 및 인덱싱 테이블 등이 있습니다.

회전 구동 장치의 종류

회전 장치는 동력 또는 에너지원에 따라 수동식, 전기식 또는 유체 기반(유압식 또는 공압식)으로 분류됩니다.

1. 수동 드라이브기어 시스템, 일반적으로 손으로 조작하는 바퀴를 사용하여 회전 운동을 생성하고, 이 바퀴는 기어를 통해 회전 에너지를 구동 요소에 전달합니다. 기계적 토크는 무거운 하중을 움직이는 데 필요한 힘을 줄여줍니다.

2. 전기 회전 구동 장치일반적으로 모터와 기어 시스템으로 구동됩니다. 회전 방향을 바꿀 수 있고 각 회전이나 진동을 발생시킬 수 있습니다. 전기 제어기는 모터에 입력되는 전류를 조절하여 가속도와 속도를 변화시킬 수 있습니다.

3. 유체 기반 회전 구동 장치압축된 공기나 유체를 이용하여 운동을 발생시킵니다. 이를 위한 방법에는 랙 앤 피니언 기어, 베인이나 다이어프램에 가해지는 압력, 또는 스카치 요크라고 불리는 피스톤과 회전 커플링 시스템을 사용하는 방식 등 여러 가지가 있습니다.

복합 동작 시스템

더 복잡한 작업에서는 선형 및 회전 운동 유형을 조합하여 시스템을 구성합니다. 이러한 시스템은 물건을 집어 옮기는 작업이나 로봇 공학 분야에서 다양한 유형의 로봇과 로봇 팔에 사용됩니다. 또한 다축 모션 제어 및 복잡한 전자 프로그래밍 솔루션 분야에서도 기술 발전이 이루어지고 있습니다.

복합 모션 드라이브

복합 구동 장치를 사용하여 정밀한 움직임을 구현하는 주요 솔루션으로는 기어, 벨트 드라이브 및 리드 스크류가 있습니다. 각 솔루션은 반복성, 위치 결정 속도, 정밀도 및 비용을 포함하여 고유한 장단점을 가지고 있습니다.

1. 기어기어는 톱니 모양의 연결부를 통해 토크를 전달하는 기계 장치입니다. 기어 메커니즘의 톱니는 다른 기어나 구동 장치의 호환되는 톱니 부분과 맞물려 회전력을 생성합니다. 기어는 일반적으로 톱니가 있는 원형이지만, 기어 휠의 내경에 톱니를 배치할 수도 있습니다. 이러한 설계는 공간과 무게가 중요한 용도에 주로 사용되며 높은 수준의 토크 및 속도 제어를 제공합니다. 두 개 이상의 맞물린 기어는 기어 트레인을 구성하여 회전 운동을 전달할 수도 있으며, 일반적으로 모터나 엔진에 의해 구동됩니다.

2. 벨트 구동 방식벨트 구동 장치는 일반적으로 한 쌍의 풀리를 연결하는 유연한 원형 밴드 또는 벨트로 구성됩니다. 모터에 의해 구동되며, 벨트의 주기적인 움직임을 통해 회전 동력을 한 곳에서 다른 곳으로 전달합니다. 기어보다 가볍고 조용하며 저렴하고 효율적이어서 장거리 이동이 필요한 용도에 매우 유용합니다. 벨트 구동 장치의 가장 일반적인 용도는 컨베이어 시스템과 엔진용 캠 벨트입니다.

3. 볼 스크류처럼,리드 스크류 또는 파워 스크류는 나사나 너트의 회전 운동을 직선 운동으로 변환합니다. 리드 스크류와 너트는 나선형 나사산을 이용하여 운동을 전달하기 때문에 변환 스크류라고도 불립니다. 다양한 크기와 값으로 제공되므로 스크류가 한 바퀴 회전할 때 전달되는 운동량을 조절할 수 있습니다. 따라서 디스크 리더 헤드처럼 높은 정밀도와 속도가 요구되는 구동 장치부터 벤치 바이스처럼 저속 및 고토크가 요구되는 장치까지 다양한 용도에 적합합니다. 리드 스크류는 높은 하중 전달이나 정밀한 동작이 요구되는 용도에 적합하며 취미용 기계 및 로봇 공학 분야에서 널리 사용됩니다.

어떤 유형의 동작을 선택해야 할까요?

어떤 종류의 모션 시스템을 사용할지는 적용 분야와 작업 환경에 따라 크게 달라집니다. 사용 가능한 공간이나 이동 거리는 물론, 필요한 정밀도와 속도, 그리고 작업을 수행하는 데 필요한 힘의 크기도 고려해야 할 중요한 요소입니다. 선형, 회전 또는 복합 모션 시스템을 선택하는 데에는 복잡한 계산이 필요할 수 있습니다. 궁금한 점이 있거나 도움이 필요하시면 언제든지 FUYU Motion 전문가에게 문의하십시오.