선형 축 시스템에서 마찰 계수란 무엇입니까?

선형 샤프트에는 하나의 독립적인 마찰 계수가 없습니다. 마찰은 샤프트 표면, 리니어 베어링 또는 플레인 부싱, 롤링 요소, 씰, 윤활유, 간격, 하중, 정렬, 속도 및 온도 등 완전한 접촉 시스템에 의해 생성됩니다.

경화된 리니어 샤프트를 재순환 리니어 볼 부싱과 함께 사용하면 볼이 샤프트와 베어링 궤도 사이에서 굴러갑니다. 정상적인 작동 조건에서 대표적인 마찰 계수는 대략 다음과 같습니다.0.001~0.003. 그러나 이 카탈로그 수준 범위에는 설치된 기계의 모든 저항 소스가 포함되지 않습니다.

샤프트에만 고정 마찰 계수가 없는 이유

동일한 선형 샤프트는 이를 따라 움직이는 구성요소에 따라 매우 다른 마찰을 생성할 수 있습니다.

예를 들어, 하나의 경화 강철 샤프트를 다음과 함께 사용할 수 있습니다.

• 재순환 리니어 볼 부싱
• 폴리머 플레인 베어링
• 청동 또는 복합 슬리브 베어링
• 펠트 또는 엘라스토머 씰
• 맞춤형 슬라이딩 캐리지

각 배열에는 서로 다른 접촉 메커니즘이 있습니다. 볼 부싱은 주로 구름 저항을 생성하는 반면 일반 부싱은 더 큰 접촉 영역에 걸쳐 미끄럼 마찰을 생성합니다.

따라서 올바른 엔지니어링 질문은 다음과 같습니다.

그것은:

가이드 유형별 대표 마찰 값

0.001~0.003 범위는 리니어 볼 부싱의 대표 값으로 취급되어야 하며 모든 리니어 샤프트 어셈블리에 대한 보장 값은 아닙니다.

특정 카탈로그는 다음과 같은 조건에서 계수를 정의할 수 있습니다.

• 일반 레이디얼 클리어런스
• 추가 예압 없음
• 동적 정격 하중의 특정 비율
• 오일 또는 그리스 윤활
• 외부 오염 없음
• 올바른 샤프트 공차 및 정렬

선형 베어링 마찰 저항을 계산하는 방법

초기 계산을 위해 필요한 추력은 다음을 사용하여 추정할 수 있습니다.

이 방정식은 두 가지 서로 다른 저항 소스를 구분합니다.

• 하중에 따른 구름 저항:적용된 방사형 하중에 대략 비례합니다.
• 씰 및 윤활제 저항성:외부 부하가 작은 경우에도 상당한 수준으로 유지될 수 있음

계산 예

캐리지가 다음과 같은 선형 볼 부싱을 사용한다고 가정합니다.

• 총 레이디얼 하중 W = 1,000 N
• 추정된 동적 마찰 계수 μ = 0.002
• 결합된 씰과 보조 저항 f = 4 N

이 예에서 계산된 구름 저항은 2N에 불과한 반면 밀봉 및 보조 저항은 4N에 기여합니다. 이는 마찰 계수만으로 저부하 밀봉 시스템의 모터 추력을 과소평가할 수 있는 이유를 보여줍니다.

최종 드라이브 선택에는 다음도 포함되어야 합니다.

• 가속력
• 공정력
• 케이블 체인 저항
• 볼 스크류, 벨트 또는 기어박스 효율성
• 수직 또는 경사 축의 중력
• 적절한 안전 마진

정적 마찰과 동적 마찰은 다릅니다

정지 마찰은 움직임을 시작하는 데 필요한 힘을 결정합니다. 동적 마찰은 캐리지가 이미 이동한 후의 저항을 나타냅니다.

적절하게 설치된 구름 선형 베어링에서는 일반적으로 시동 저항과 주행 저항 간의 차이가 작습니다. 이것이 선형 볼 부싱이 일부 슬라이딩 가이드와 관련된 뚜렷한 스틱 슬립 현상 없이 저속에서 부드러운 움직임을 제공할 수 있는 이유 중 하나입니다.

그러나 다음과 같은 이유로 이탈력이 계속 증가할 수 있습니다.

• 오랫동안 정지해 있던 씰에 접촉
• 고점도 또는 저온 그리스
• 베어링 내부에 윤활유 과잉
• 샤프트 부식
• 씰 립 아래의 오염
• 하우징 내부의 잘못된 베어링 압축
• 샤프트 정렬 불량 또는 장착 응력

포지셔닝 애플리케이션의 경우 이탈력과 꾸준한 주행력을 모두 측정해야 합니다. 캐리지는 허용 가능한 주행 저항을 가질 수 있지만 장기간 정지한 후 시작하려면 여전히 과도한 힘이 필요합니다.

샤프트 표면 마감이 마찰에 미치는 영향

샤프트 표면은 리니어 볼 부싱의 경우 궤도면이고 플레인 부싱의 경우 슬라이딩 표면입니다. 따라서 표면 품질은 저항, 씰 마모, 윤활제 유지, 소음 및 서비스 수명에 영향을 미칩니다.

거친 샤프트는 다음을 수행할 수 있습니다.

• 씰 드래그 증가
• 볼 또는 부싱 접촉면 손상
• 접촉부에서 윤활제를 제거하십시오.
• 마모 가속화
• 일관되지 않은 주행 저항 생성

그러나 "부드러울수록 좋다"는 것이 완전한 규칙은 아닙니다. 표면은 또한 올바른 형상, 경도, 질감 및 윤활유 호환성을 가져야 합니다. 부적절한 연마 공정으로 인해 샤프트 직경이 변경되거나 필요한 윤활막을 유지하지 못하는 표면이 생성될 수 있습니다.

샤프트 사양에 따라 DLY 선형 샤프트는 표면 거칠기를 사용할 수 있습니다.Ra 0.4~0.8μm. 최종 요구 사항은 거칠기만으로 선택하기보다는 선택한 베어링 유형 및 용도와 일치해야 합니다.

경도는 주로 마모 및 장기 마찰 안정성에 영향을 미칩니다

경화된 표면은 고정된 낮은 마찰 계수를 자동으로 생성하지 않습니다. 주요 역할은 압입, 구름 접촉 피로, 긁힘 및 마모에 저항하는 것입니다.

리니어 볼 부싱에 비해 샤프트 표면이 너무 부드러운 경우 볼의 반복적인 접촉으로 인해 홈이 생길 수 있습니다. 베어링은 처음에는 부드럽게 움직일 수 있지만 궤도가 손상됨에 따라 더 높은 저항, 진동, 소음 및 간격이 발생합니다.

DLY 선형 샤프트는 일반적으로 GCr15 베어링 강철 또는 C45 중간 탄소강을 사용합니다. 재료, 직경 및 생산 요구 사항에 따라 적절한 구성에는 대략0.6~3.5mm.

재질, 경도, 케이스 깊이, 직경 공차, 직진도, 표면 마감 등을 함께 평가해야 합니다. 단단하지만 구부러졌거나 크기가 잘못된 샤프트는 낮고 안정적인 주행 저항을 제공하지 않습니다.

전체 검사 과정을 보려면 다음 내용을 읽어보세요.선형 샤프트의 품질을 보장하는 방법.

윤활은 측정된 저항을 감소시키거나 증가시킬 수 있습니다.

올바른 윤활은 금속 간 접촉, 마모, 부식 및 구름 접촉 응력을 줄여줍니다. 이는 대부분의 리니어 볼 부싱에서 안정적인 사용 수명을 얻는 데 필수적입니다.

그러나 윤활유 점도와 양도 운동 저항에 영향을 미칩니다.

저마찰 적용에는 반드시 씰을 제거하거나 베어링을 건조하게 작동할 필요가 없습니다. 그렇게 하면 단기 저항을 줄이는 동시에 오염 물질이 유입되어 서비스 수명이 단축될 수 있습니다.

간격, 예압 및 하우징 맞춤이 마찰에 영향을 미침

샤프트와 리니어 부싱 사이의 반경 방향 관계는 클리어런스, 강성 및 저항에 영향을 미칩니다.

정상적인 작동 간격은 일반적으로 저항을 낮추고 설치를 더 쉽게 만듭니다. 감소된 간격은 안내를 개선하고 반경 방향 이동을 제한할 수 있지만 샤프트 직경, 하우징 보어, 직진도 및 정렬을 보다 엄격하게 제어해야 합니다.

과도한 간섭이나 잘못된 크기의 하우징은 베어링 외부 슬리브를 변형시키고 샤프트 주변의 볼 회로를 압축할 수 있습니다. 증상은 다음과 같습니다:

• 조립 직후 높은 주행력
• 샤프트 회전 또는 캐리지 이동 중 고르지 않은 저항
• 베어링 가열
• 피로 수명 단축
• 볼 리테이너 손상

표준 리니어 부싱의 외부에 고정나사 하나를 직접 누르면 부싱이 변형될 수도 있습니다. 하우징 공차 및 축 유지 방법은 선택한 베어링 제조업체의 설치 지침을 따라야 합니다.

정렬 불량으로 인해 카탈로그 계수보다 더 많은 저항이 발생하는 경우가 많습니다.

마찰 계수는 샤프트와 베어링이 적절한 형상으로 작동한다고 가정합니다. 실제 기계에서는 정렬오차로 인해 기본계수에 포함되지 않는 측면하중 및 모멘트가 발생할 수 있습니다.

일반적인 원인은 다음과 같습니다.

• 서로 다른 중심 거리에 설치된 두 개의 평행 샤프트
• 다양한 높이에 장착된 샤프트 지지대
• 샤프트가 구부러졌거나 지지가 충분하지 않음
• 볼트를 조이면 뒤틀리는 캐리지 플레이트
• 동축이 아닌 베어링 하우징
• 큰 모멘트를 생성하는 중심에서 벗어난 외부 하중
• 모멘트 하중을 지지하는 두 부싱 사이의 거리가 너무 짧음

리니어 부싱의 경우 모멘트 하중은 일반적으로 충분한 간격을 두고 여러 베어링에 의해 지지되어야 합니다. 단일 짧은 부싱으로 인해 큰 각도 오류가 수정되거나 제어되지 않은 전복 모멘트가 전달될 것으로 예상해서는 안 됩니다.

최종 조이기 전에는 자유롭게 움직이지만 모든 볼트가 고정된 후에 묶이는 시스템은 일반적으로 설치 또는 구조적 문제가 있으며 샤프트 재료 마찰 계수가 비정상적으로 높지는 않습니다.

샤프트 직진도 및 편향은 주행 저항에 영향을 미칩니다

긴 샤프트는 직경이 치수적으로 정확할 수 있지만 자체 중량, 캐리지 하중 또는 오프셋 프로세스 힘으로 인해 휘어질 수 있습니다.

샤프트가 휘어지면 베어링은 곡선 경로를 따라가거나 각도 정렬 불량을 흡수해야 합니다. 이는 스트로크를 따라 특정 위치에서 저항을 증가시킬 수 있습니다.

샤프트 크기 및 생산 구성에 따라 DLY 선형 샤프트는 최대 직진도를 달성할 수 있습니다.100mm당 5μm 이하. 그러나 설치된 처짐은 다음에 따라 달라집니다.

• 축 직경
• 지원되지 않는 범위
• 최종 지지 조건
• 운송 하중 및 위치
• 중실 또는 중공 축 구조
• 지원되는 샤프트 레일 사용 여부

처짐이 주요 문제인 경우 윤활제를 변경하는 것보다 샤프트 직경을 늘리거나 스팬을 줄이거나 연속 지지대를 추가하거나 프로파일 선형 가이드로 변경하는 것이 더 효과적일 수 있습니다.

하중 방향 및 베어링 방향 문제

리니어 볼 부싱의 부하 용량은 적용된 하중에 대한 볼 열의 방향에 따라 변경될 수 있습니다. 내부 하중 분포도 마찰과 사용 수명에 영향을 미칩니다.

개방형 또는 조정 가능한 부싱을 설치할 때 다음을 확인하십시오.

• 열린 부분의 위치
• 1차 레이디얼 하중의 방향
• 베어링 제조사가 권장하는 방향
• 하우징 조정 및 클램핑 방법

방향이 잘못되면 하중이 베어링의 불리한 부분에 집중되어 총 방사형 하중이 허용 가능한 것처럼 보일 때에도 더 높은 국부 응력과 불균일한 움직임이 발생할 수 있습니다.

속도와 온도가 마찰을 변화시키는 방법

마찰 계수는 시작부터 최대 속도까지 항상 일정하지는 않습니다.

저온에서는 그리스의 점성이 높아지고 이탈력이 증가할 수 있습니다. 베어링이 따뜻해지면 저항이 감소할 수 있습니다. 고속에서는 윤활유 휘젓기, 씰 및 재순환 볼로 인해 더 많은 열이 발생할 수 있습니다.

온도는 다음 사항에도 영향을 미칠 수 있습니다.

• 샤프트 및 하우징 치수
• 레이디얼 클리어런스
• 씰 경도 및 접촉력
• 그리스 농도 및 오일 점도
• 부식 및 윤활유 수명

넓은 온도 범위에서 작동하는 기계의 경우 냉간 시동 후 캐리지를 안정적인 작동 온도에서 다시 테스트하십시오. 단일 실온 힘 측정은 가장 까다로운 조건을 나타내지 않을 수 있습니다.

조립된 선형 샤프트의 마찰을 측정하는 방법

모터 선택에 가장 유용한 값은 종종 하나의 부품에 대한 이론적인 계수보다는 전체 캐리지의 측정된 저항입니다.

기본 인장력 테스트

1. 가이드 캐리지가 독립적으로 움직일 수 있도록 모터, 볼 스크류, 벨트 또는 실린더를 분리하십시오.
2. 샤프트, 베어링, 씰 및 윤활유가 정상적인 조립 상태인지 확인하십시오.
3. 이동 방향에 맞춰 힘 게이지를 부착합니다.
4. 천천히 힘을 증가시키고 이탈력을 기록합니다.
5. 캐리지를 일정한 저속으로 이동하고 주행력을 기록합니다.
6. 스트로크를 따라 여러 위치에서 양방향으로 테스트를 반복합니다.
7. 대표적인 부하 및 온도 조건에서 반복합니다.

반경방향 하중 W를 알고 일정한 밀봉 저항을 별도로 추정하거나 측정할 수 있는 경우 유효 계수는 다음과 같이 근사화할 수 있습니다.

이 계산된 값은 테스트된 어셈블리 및 조건에만 적용됩니다. 다른 베어링, 샤프트 마감, 씰, 윤활유, 하중 또는 온도로 자동으로 전달되어서는 안 됩니다.

과도한 선형 샤프트 마찰 진단

저마찰 선형 샤프트 시스템을 선택하는 방법

1. 먼저 베어링 유형을 선택하십시오.적용 분야에 롤링 볼 부싱이 필요한지, 건식 플레인 베어링이 필요한지 결정하십시오.
2. 레이디얼 하중과 모멘트를 정의합니다.이동 질량, 프로세스 힘, 가속도 및 중심에서 벗어난 하중을 포함합니다.
3. 샤프트 직경과 지지 폭을 확인하십시오.샤프트 편향은 공칭 계수보다 더 많은 저항을 생성할 수 있습니다.
4. 샤프트 공차와 마감을 베어링에 맞추십시오.부싱 사양과 별도로 샤프트 치수를 선택하지 마십시오.
5. 클리어런스나 예압을 신중하게 선택하십시오.강성이 높을수록 일반적으로 제조 및 정렬 오류에 대한 민감도가 높아집니다.
6. 씰 저항을 포함합니다.이는 작은 베어링과 가벼운 적재 캐리지에 특히 중요합니다.
7. 속도와 온도에 따라 윤활유를 선택하십시오.윤활유가 충분한 마모 방지 기능을 제공할 수 없는 경우 가장 낮은 이론적 마찰은 유용하지 않습니다.
8. 정렬을 위한 디자인.정확한 샤프트 지지대, 견고한 베어링 하우징 및 충분한 베어링 간격을 제공하십시오.
9. 전체 캐리지를 측정합니다.최종 모터 선택 전에 이탈력과 작동력을 확인하십시오.

DLY 소모품선형 샤프트산업 자동화 및 선형 모션 시스템을 위해 다양한 직경, 길이, 재료 및 구조로 제공됩니다.

프로젝트 요구 사항에 따라 사용 가능한 옵션에는 GCr15 또는 C45 재료, 중실 또는 중공 구조, 지지 샤프트, 맞춤형 길이, 최종 가공, 표면 처리 및 검사 요구 사항이 포함될 수 있습니다.

견적 전 필수 정보

적절한 마찰과 사용 수명을 갖춘 샤프트와 베어링 조합을 선택하려면 다음을 제공하십시오.

• 필요한 샤프트 직경 및 길이
• 속이 빈, 속이 빈 또는 지지된 샤프트 구조
• 베어링 또는 부싱 모델
• 베어링의 수량과 간격
• 레이디얼 하중 및 모멘트 하중
• 스트로크, 속도, 가속도 및 듀티 사이클
• 수평, 수직 또는 경사 설치
• 필요한 여유 공간 또는 예압
• 작동 온도 및 오염 조건
• 윤활 및 씰 요구 사항
• 표면 거칠기, 직진도 및 경도 요구 사항
• 최종 가공 및 설치 도면

결론

선형 샤프트에는 하나의 보편적인 마찰 계수가 없습니다. 실제 값은 전체 샤프트, 베어링, 씰, 윤활유, 부하 및 설치 조합에 속합니다.

적절한 정밀 샤프트에서 작동하는 적절하게 윤활된 리니어 볼 부싱의 경우 대표적인 동적 마찰 계수는 약 0.001–0.003입니다. 이는 유용한 출발점을 제공하지만 씰 드래그, 예압, 그리스 점도, 정렬, 샤프트 편향, 오염 및 온도는 최종 필요한 추력에 더 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

모터 크기 조정 및 정밀 응용 분야의 경우 베어링 제조업체의 데이터를 사용하여 초기 저항을 계산한 다음 조립된 전체 캐리지의 이탈력과 작동력을 측정합니다.

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