회전하는 볼 너트는 너트의 회전 운동을 일반적으로 회전에 대해 고정되어 있는 나사 샤프트를 따라 선형 이동으로 변환합니다. 주요 역할은 길거나 무거운 나사 샤프트를 회전시킬 필요 없이 효율적이고 정밀한 선형 운동을 제공하는 것입니다.
이러한 배열은 스크류를 회전시키면 과도한 회전 관성, 진동 또는 스크류 휩이 발생할 수 있는 긴 스트로크 및 고속 축에 특히 유용합니다. 그러나 회전 너트 시스템에는 너트 주위에 전용 베어링, 드라이브 및 장착 구조가 필요합니다.
위에 표시된 볼 너트는 일반적인 너트 구조를 보여줍니다. 완전한 회전 너트 시스템에는 적절한 베어링 하우징과 구동 메커니즘도 필요합니다.
회전 볼 너트의 작동 방식
기존의 볼 스크류 축은 일반적으로 너트가 회전하는 것을 방지하면서 스크류를 회전시킵니다. 그런 다음 너트는 나사를 따라 움직이며 기계 테이블이나 기타 움직이는 구성 요소를 운반합니다.
회전 볼 너트 시스템은 이러한 배열을 뒤집습니다. 나사 샤프트는 회전을 방지하고 볼 너트는 베어링에 의해 지지되고 모터, 타이밍 벨트, 기어 또는 기타 회전 변속기에 의해 구동됩니다. 너트가 회전하면 고정된 스크류를 따라 이동하거나 기계 레이아웃에 따라 스크류와 너트 하우징 사이에 상대적인 선형 이동이 발생합니다.
순환하는 볼은 나사와 너트 궤도 사이를 굴러 미끄러짐 마찰을 줄이고 축방향 하중을 전달합니다. 너트가 1회전하면 볼 스크류의 리드와 동일한 선형 이동이 발생합니다.
예를 들어, 10mm 리드의 경우 한 번의 완전한 회전으로 10mm의 이론적 선형 이동이 생성됩니다.
선형 이동량 = 너트 회전 수 × 볼 스크류 리드
회전 나사와 회전 너트 비교
| 특징 | 회전 스크류 시스템 | 회전 볼 너트 시스템 |
|---|---|---|
| 회전 부품 | 나사축 | 볼 너트 |
| 고정 부품 | 볼너트 회전 방지 | 나사의 회전이 방지됨 |
| 일반적인 드라이브 연결 | 나사 끝에 연결된 모터 | 너트 하우징에 연결된 모터 또는 벨트 드라이브 |
| 장축 속도 제한 | 나사 임계 속도 및 휩의 영향을 받음 | 스크류가 회전하지 않아 스크류 휩 문제가 줄어듭니다. |
| 드라이브 구조 | 일반적으로 더 간단합니다. | 너트 베어링과 전용 회전 하우징이 필요합니다. |
장축의 스크류 휩 줄이기
긴 나사 샤프트가 회전할 때 원심력으로 인해 회전 중심에서 멀어질 수 있습니다. 이 동작을 일반적으로 스크류 휩이라고 합니다. 허용 회전 속도는 지지되지 않는 나사 길이가 증가함에 따라 감소합니다.
나사가 임계 속도 근처 또는 그 이상으로 작동하면 축에 진동, 소음, 위치 불안정 및 나사 지지 베어링 손상이 발생할 수 있습니다. 나사 직경을 늘리거나 중간 지지대를 추가하면 도움이 될 수 있지만 이러한 변경으로 인해 시스템 크기와 복잡성이 증가할 수 있습니다.
회전 너트는 긴 나사 샤프트를 고정 상태로 유지합니다. 이는 임계 속도 진동의 직접적인 원인인 나사 회전을 제거하여 상대적으로 높은 선형 속도에서 작동해야 하는 특정 장거리 이동 축에 유용하게 배열됩니다.
시스템은 속도 제한에서 자유롭지 않습니다. 허용되는 너트 속도, 볼 순환 능력, 윤활제 성능, 베어링 속도 및 DN 값을 계속 평가해야 합니다.
회전 관성 감소
긴 나사 샤프트는 상당한 회전 관성을 가질 수 있습니다. 모터는 움직일 때마다 전체 샤프트를 가속 및 감속해야 하며, 이로 인해 필요한 모터 토크가 증가하고 축 응답이 감소할 수 있습니다.
회전 너트 시스템에서는 너트 어셈블리, 지지 베어링 및 연결된 드라이브 구성 요소만 회전합니다. 치수 및 레이아웃에 따라 회전 관성을 줄이고 가속 및 감속 성능을 향상시킬 수 있습니다.
실제 이점은 계산을 통해 확인되어야 합니다. 대형 회전 너트 하우징, 풀리 및 베어링 어셈블리도 상당한 관성을 가질 수 있으므로 일반적인 가정만으로 설계를 선택해서는 안 됩니다.
축방향 하중을 효율적으로 전달
기존의 볼 스크류와 마찬가지로 회전하는 볼 너트는 볼과 나선형 궤도 사이의 구름 접촉을 사용합니다. 이는 유사한 슬라이딩 스크류보다 마찰이 적고 기계적 효율성이 높습니다.
너트는 고정 나사와 이동 어셈블리 사이에 축방향 힘을 전달합니다. 부하 용량은 단순히 너트의 회전 여부가 아니라 나사 직경, 리드, 볼 크기, 부하 회로 수, 궤도 형상 및 예압에 따라 달라집니다.
회전 너트 배열은 볼 스크류의 정격 하중을 자동으로 증가시키지 않습니다. 선택한 너트와 나사는 필요한 동적 하중, 정적 하중, 강성 및 사용 수명 계산을 충족해야 합니다.
포지셔닝 정확도 유지
전체 축의 위치 정확도는 나사의 리드 정확도, 축 간격, 예압, 지지 베어링 강성, 장착 정렬, 열팽창 및 제어 시스템 피드백의 영향을 받습니다.
예압은 축방향 클리어런스를 줄이고 강성을 향상시킬 수 있지만 과도한 예압은 마찰 토크, 온도 및 마모를 증가시킵니다. 자세히 알아보기회전하는 볼 너트에 예압을 가함.
너트 지지 베어링도 중요합니다. 너트가 원활하게 회전할 수 있도록 하면서 반경 방향 및 축 방향 이동을 제어해야 합니다. 이 베어링 배열의 틈새나 변형은 전체 축의 위치 결정 성능을 저하시킬 수 있습니다.
회전 너트 어셈블리의 주요 부품
완전한 회전 너트 메커니즘에는 일반적으로 볼 너트와 나사 샤프트 이상이 포함됩니다.
- 회전에 대해 고정된 볼 스크류 샤프트
- 요구되는 하중, 리드 및 속도에 적합한 볼 너트
- 견고한 너트 하우징
- 너트 주변의 방사형 및 축방향 지지 베어링
- 모터, 커플링, 타이밍 벨트 또는 기어 드라이브
- 윤활유 공급 또는 유지관리 방법
- 나사의 회전을 방지하는 메커니즘
- 움직이는 하중을 지지하고 제한하는 선형 가이드
볼 스크류는 기계 테이블에서 반경 방향 또는 전복 하중을 전달하기보다는 축 방향 운동을 전달해야 합니다. 이러한 하중은 적절하게 설치된 선형 가이드에 의해 지지되어야 합니다.
회전 볼 너트는 언제 고려해야 합니까?
다음과 같은 경우 회전 볼 너트 설계를 고려할 수 있습니다.
- 필요한 이동 거리가 나사 임계 속도가 제한될 만큼 충분히 깁니다.
- 축은 긴 스트로크에 걸쳐 높은 선형 속도를 요구합니다.
- 긴 나사의 회전 관성은 가속도를 제한합니다.
- 기계 레이아웃을 통해 모터와 베어링이 너트 주위에 배열될 수 있습니다.
- 추가 너트 지지 구조를 안정적으로 설치하고 유지 관리할 수 있습니다.
이동 거리가 짧거나 작동 속도가 보통이거나 기계에 가능한 가장 단순한 구동 구조가 필요한 경우에는 최선의 선택이 아닐 수 있습니다. 이러한 경우에는 기존의 회전 나사 배열이 더 실용적이고 경제적일 수 있습니다.
선택 정보 필수
회전 너트 시스템용 볼 스크류를 선택하기 전에 다음을 확인하십시오.
- 필요한 스트로크 및 총 나사 길이
- 나사 직경 및 리드
- 최대 선형 속도 및 가속도
- 축방향 하중과 장착 방향
- 필요한 위치 정확도 및 반복성
- 예상 듀티 사이클 및 서비스 수명
- 예압 및 축 강성 요구 사항
- 윤활 및 작동 환경
- 너트 하우징, 베어링 및 드라이브를 위한 사용 가능한 공간
특수한 환경에서는 추가 평가가 필요합니다. 예를 들어, 사용하기 전에 윤활, 재료 및 청소 요구 사항을 검토하십시오.진공 환경에서 볼 너트 회전.
결론
회전하는 볼 너트의 주요 역할은 나사 샤프트를 고정된 상태로 유지하면서 너트 회전을 선형 운동으로 변환하는 것입니다. 이러한 배열은 긴 스트로크, 고속 축에서 스크류 휩 제한과 회전 관성을 줄일 수 있습니다.
그러나 회전 너트는 재설계 없이 설치할 수 있는 직접 교체가 아닌 완전한 기계 시스템의 일부입니다. 너트 지지 베어링, 하우징, 드라이브 연결, 윤활, 정렬 및 나사 고정 장치는 모두 필요한 속도, 하중 및 정확도에 맞게 설계되어야 합니다.
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