Haydon kerk 리드 스크류(Lead Screw) 기본 정보

안녕하세요.

엠투플러스(M2Plus)의 리모를 찾아서 입니다.

 

공작기계와 이송장치 분야에서 유용하게 사용되고 있는 리드스크류.

 

이번 포스팅에서는 저희 엠투플러스에서 다루고 있는 Haydon kerk 리드스크류 제품의 기본 정보에 대하여

소개해드리려 합니다.

 

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ㅣ리드 스크류(Lead Screw)

 

리드 스크류(Lead Screw)는 간단한 경사면 역학 원리를 사용하여 선형 힘을 제공하는 특수한 타입의 스크류입니다.

 

둘레가 램프(경사 평면)로 둘러싸인 강철 샤프트를 생각하시면 됩니다.

역학적 이익 (힘 증폭)은 스크류의 리드, 피치, 직경의 함수인 램프 각도에 의해 결정됩니다.

 

리드(Lead) - 스크류 나사가 한 바퀴 전진하는 축 방향 거리

피치(Pitch) - 인접한 나사 사이의 축 방향 거리

 

리드 스크류(Lead Screw)의 나사선들은 램프의 경사도에 따라 작은 회전력을 큰 하중 지탱력으로 변환시켜줍니다.

 

큰 리드(나사선 수가 적어짐)는 더 낮은 힘을 제공하지만, 동일한 회전 동력원으로부터 더 높은 선형 속도를

발생시킵니다.

 

 

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ㅣ내장식 너트

 

리드 스크류(Lead Screw) 에 대한 중요성 만큼이나 스크류를 구동하는 너트도 동일한 중요성을 가지고 있습니다.

 

너트는 보통 스테핑 모터의 로터 내에 결합되어 있고, 이는 엑츄에이터 형상에 있어서 여타의 회전식 선형 기구와 차별화를 시켜줍니다.

 

전형적인 너트 재질은 내부 나사선에 적합한 베어링 등급의 구리 합금입니다.

구리 합금은 물리적 안정성과 윤활성 사이의 전형적인 절충 재료입니다. 어느 한 성질이 과도하지 않기 때문에 절충이라는 키워드가 붙습니다.

 

 

 

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ㅣ마찰 고려 사항

 

선형 엑츄에이터의 구동 너트를 위해 더 우수한 재질은 윤활식 열 가소성 재료입니다.

새로운 플라스틱 개발과 더불어 스크류 나사와 더 낮은 마찰 계수에서 이동할 수 있습니다.

 

 

 

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ㅣ발열 고려 사항

 

제시된 데이터에서 플라스틱 구동 너트는 구리 합금과 비교하여 분명하게 더 낮은 마찰 계수를 나타냅니다.

아쉽게도 플라스틱 나사 재질의 구동 너트로 우수한 정도로 하이브리드 모터의 베어링 저널 용으로는 인정하지는

않으며 이는 하이브리드 모터 설계에 매우 중요합니다.

 

연속적인 최대 하중 조건하에서 플라스틱 베어링 저널은 0.004" 만큼 팽창할 수 있는 반면, 구리 합금은 단 0.001"

팽창합니다.

 

스테핑 모터의 고성능 특성을 달하기 위해 설계상의 스테이터-로터 간극이 단 천분의 몇 인치로 유지되어야 합니다.

 

엄격한 설계 요건에는 열 역학적으로 안정된 저널이 필요합니다.

 

 

주문식 플라스틱 나사선을 구리 합금 로터 어셈블리 내에 삽입함으로써 저 마찰과 고 베어링 저널 안정성 모두

달성됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

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ㅣ엑츄에이터 수명에 대한 영향

 

정숙한 작동, 향상된 효율, 길어진 수명의 제품 아래의 참고 그림의 수명 시험표에 표시된 바와 같이 모터 수명은 전통적인 구리 합금 너트 형상과 비교하여 10에서 100배 향상됩니다.

 

 

 

 

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ㅣ액츄에이터 수명 연장

 

적합한 어플리케이션 조건에서 Haydon kerk 선형 엑츄에이터는 2천만 사이클까지 운행이 가능합니다.

 

궁극적으로 모터의 피로와 결과적인 수명은 각 고객의 고유한 어플리케이션의 의해 결정됩니다.

최대의 수명을 보장하기 위해 고려되어야 하는 몇가지 일반 가이드 라인이 있습니다.

 

궁극적으로 주어진 시스템에서 엑츄에이터 성능을 산정하려면 최초 조립 상태에서 현장 조건에 근접한 설정을 맞춰주고 난 뒤 시험을 수행하는 것이 가장 바람직합니다.

 

마모될 브러시가 없는 스테핑 모터의 수명은 보통 시스템 내 타 기계 요소의 수명을 훨씬 초과합니다. 만약 브러시 없는 스테핑 모터가 고장 나는 경우 고장에 관여된 특정 컴포넌트가 있습니다.

 

베어링과 리드스크류/너트 인터페이서(선형 엑츄에이터의 경우)는 피로가 발생하는 전형적인 1차적 기계 요소입니다. 필요한 토크 혹은 추력과 작동 환경은 모터 기계 요소에 영향을 미치는 인자들입니다.

 

광범위한 시험은 모터의 수명이 작동 부하 감소에 따라 기하 급수적으로 증가합니다.

 

높은 습도, 독한 화학 물질 혹은 가스에 대한 노출, 과도한 분진/파편, 열과 같은 환경적 요소가 모터 수명에 영향을

미칩니다.

 

샤프트에 대한 측면 하중 혹은 불균형 하중(회전식 모터)과 같은 역학적 요인들도 수명에 영향을 미칩니다.

 

이들 요소를 최소화하는 적절한 시스템 설계와 모터의 전기적 사양 범위 내에서의 작동은 최대 모터 수명을 보장합니다.

 

수명을 최대화하는 첫 단계는 안전율을 가지는 모터를 선택하는 것입니다.

 

두번째 단계는 측면 하중, 불균형 하중, 충격 하중을 최소화하여 시스템이 역학적으로 안정되도록 하는 것입니다.

 

또한 효율적인 열 분산이 이루어지도록 해야합니다. 모터 혹은 마운팅 주변의 공기 흐름으로 열이 줄이는 것은 모터가 안전 온도에서 작동할 수 있도록 하는 효율적인 방법입니다. 이렇게 간단하지만 효율적인 가이드라인을 준수하는 경우, 선형 엑츄에이터는 수 백만 사이클 이상의 안정적인 작동을 할 수 있습니다.

 

 

 

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ㅣPutting It All Together

 

아래의 참고 이미지는 "계류식" 선형 엑츄에이터의 단면도입니다.

 

계류식은 엑츄에이터 내에 이미 스플라인식 "회전 방지" 샤프트와 "계류식 슬리브" 를 사용하여 내장된 회전 방지 메커니즘이 있음을 의미합니다.

 

"계류식" 구조는 정밀한 액체 배출/분배와 비례식 밸브 제어 용도로 이상적입니다.

 

그림 9와 같이 하이브리드 리니어 엑츄에이터와 그림 10 캔스택 리니어 엑츄에이터와 같이 다른 선형 엑츄에이터 형태로 "비 계류식"과 "외부 선형" 이 있습니다.

 

 

 

 

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