볼나사 시동 토크와 주행 토크: 왜 다른가요?

볼나사 시동 토크와 작동 토크는 서로 다른 작동 조건을 나타냅니다. 시작 토크는 회전을 시작하고 축을 가속해야 하며, 실행 토크는 모션이 안정화된 후에도 시스템을 계속 움직입니다.

올바르게 조립된 볼 스크류 시스템에서는 시동 토크가 정상 작동 토크보다 약간 높을 수 있습니다. 그러나 큰 토크 증가, 강한 위치-의존적 저항 또는 지속적으로 상승하는 모터 전류는 부적절한 윤활, 과도한 예압, 밀봉 저항, 지지-베어링 문제 또는 설치 정렬 불량을 나타낼 수 있습니다.

토크가 어디서 나오는지 이해하면 정상적인 볼 스크류 저항과 기계적 문제 발생을 구별하는 데 도움이 됩니다.

1. 볼나사 시동 토크란 무엇입니까?

시동 토크는 볼 스크류가 정지 상태에서 회전하기 시작하는 순간에 필요한 토크입니다. 일부 엔지니어링 및 유지 관리 환경에서는 이탈 토크라고도 합니다.

시작 토크에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• 외부 축방향 하중을 이동시키는데 필요한 토크
• 움직이는 질량을 가속하는 데 필요한 토크
• 볼 스크류, 커플링 및 모터 로터를 가속하는 데 필요한 토크
• 볼 스크류 예압으로 인한 내부 드래그
• 너트 씰 및 와이퍼의 저항
• 지원-베어링 및 오일 밀봉 저항-
• 그리스가 순환하기 전에 그리스로부터의 저항
• 가이드웨이, 케이블{0}}체인 및 기계 밀봉 저항-

시동 토크는 반드시 하나의 고정된 값은 아닙니다. 이는 온도, 윤활 상태, 나사 위치, 이동 방향 및 기계가 정지 상태로 유지되는 기간에 따라 변경될 수 있습니다.

2. 볼나사 주행 토크란 무엇입니까?

작동 토크는 볼 스크류가 움직이기 시작한 후에 필요한 토크입니다. 가속, 정속-속도 이동 또는 감속 중에 평가할 수 있으므로 값을 비교할 때 작동 조건을 명시해야 합니다.

실제 분석을 위해 작동 토크는 두 가지 조건으로 나눌 수 있습니다.

가속 중 주행 토크

모터는 움직이는 질량과 회전하는 구성 요소를 계속 가속해야 합니다. 목표 속도에 도달할 때까지 토크는 시작 값에 가깝게 유지될 수 있습니다.

꾸준한 달리기 토크

축이 일정한 속도에 도달한 후 가속 토크는 거의 0이 됩니다. 모터는 주로 외부 작업 부하와 볼 스크류 시스템의 기계적 저항을 극복해야 합니다.

이것이 바로 정상 작동 토크가 일반적으로 시동 또는 가속 토크보다 낮은 이유입니다.

3. 시작 토크와 실행 토크

비교	시작 토크	정상 작동 토크
작동 조건	축이 정지 상태에서 움직이기 시작합니다.	축이 거의 일정한 속도로 이동합니다.
가속 토크	일반적으로 포함됨	일정한 속도에서 대략 0
그리스 저항성	장시간 정지 후 또는 저온에서는 더 높을 수 있음	윤활유 재분배 후 감소할 수 있음
모터 점검	피크 토크 확인	연속 및 RMS 토크 확인
과도할 경우 전형적인 증상	시동 전류 스파이크 또는 이동 실패	지속적인 열, 높은 전류 또는 불안정한 속도

4. 볼나사 토크의 기본 구성요소

시동 중 총 모터 토크는 개념적으로 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

일정한 속도에서 방정식은 대략 다음과 같습니다.

어디:

• T_짐외부 축방향 하중을 극복하는 데 필요한 토크입니다.
• T_{선형 가속도}이동 테이블과 페이로드를 가속하는 데 필요한 토크입니다.
• T_{회전 관성}볼 스크류, 커플링 및 기타 회전 부품을 가속하는 데 필요한 토크입니다.
• T_견인볼 너트 예압, 씰, 윤활 및 내부 구름 저항이 포함됩니다.
• T_다른지지 베어링, 가이드웨이, 케이블 체인 및 기타 기계 저항이 포함됩니다.

볼 스크류 자체는 측정된 모터 토크의 일부만을 차지할 수 있기 때문에 이러한 구별이 중요합니다.

5. 축방향 하중으로부터 토크 계산

회전 운동을 축력으로 변환하는 데 필요한 토크는 다음을 사용하여 추정할 수 있습니다.

이 계산에는 너트 예압 토크, 씰, 지지 베어링 또는 회전 관성이 자동으로 포함되지 않습니다. 이러한 추가 토크 구성 요소는 별도로 고려해야 합니다.

예를 들어, 볼 스크류가 10mm 리드와 0.90의 추정 구동 효율로 1,000N의 축 하중을 이동한다고 가정합니다.

측정된 정상 작동 토크가 2.10N·m인 경우 볼 너트 드래그, 지지 베어링, 씰 및 기타 기계 저항으로 인해 추가 0.33N·m가 발생할 수 있습니다.

시동 토크가 3.00N·m에 도달하면 가속 토크와 시동 시 윤활 저항이 커질 수도 있습니다. 볼스크류의 불량을 가정하기보다는 작동조건을 분리하여 결과를 분석해야 한다.

6. 볼나사 예압이 토크에 미치는 영향

볼 스크류 예압은 볼과 궤도 사이의 접촉을 제어하여 유지함으로써 내부 축방향 틈새를 제거하거나 줄입니다. 이는 강성과 반전 정확도를 향상시키지만 내부 구름 저항도 증가시킵니다.

예압이 높을수록 일반적으로 다음이 발생합니다.

• 낮은 축방향 클리어런스
• 시스템 강성 향상
• 더 나은 반전 안정성
• 더 높은 드래그 토크
• 더 높은 모터 전류
• 속도가 빨라지면 마찰열이 더 많이 발생합니다.

따라서 예압된 너트는 두 제품이 올바르게 작동하는 경우에도 클리어런스-형 너트보다 더 조이는 느낌을 받을 수 있습니다.

그러나 더 많은 예압이 항상 더 좋은 것은 아닙니다. 과도한 예압은 비정상적인 발열, 최대 속도 감소, 모터 수요 증가 및 볼 스크류 수명 단축을 유발할 수 있습니다.

예압 토크는 실제 나사 직경, 리드, 너트 유형 및 예압 수준에 대한 제조업체의 사양을 사용하여 평가해야 합니다. 단일 범용 손-느낌 표준을 모든 볼 스크류에 적용할 수는 없습니다.

7. 씰 및 와이퍼 저항

볼 스크류 너트 씰은 너트 내부에 윤활유를 유지하면서 먼지와 오염 물질의 유입을 제한하는 데 도움이 됩니다. 씰링 립이 나사 표면에 접촉하거나 밀접하게 따르기 때문에 주행 저항에 영향을 미칩니다.

씰 저항은 다음과 같은 경우에 더욱 두드러질 수 있습니다.

• 씰은 새것입니다
• 씰 재질은 상대적으로 뻣뻣합니다.
• 작동 온도가 낮습니다.
• 나사 표면이 건조함
• 씰이 오염되었거나 손상되었습니다.
• 씰이 나사 형상에 적합하지 않습니다.

작고 일정한 양의 씰 드래그가 정상일 수 있습니다. 하나의 나사 위치에서 저항이 급격하게 변하거나 눈에 띄는 씰 손상을 일으키는 경우 검사가 필요합니다.

8. 윤활이 시동 토크를 변화시키는 방법

윤활은 금속 접촉을 줄이고 원활한 볼 순환을 지원하지만 윤활제 유형, 양, 온도 및 조건도 드래그 토크에 영향을 미칩니다.

그리스 점도

점도가 높거나-점도가 높은 그리스는 특히 시동 중에 가벼운 윤활유보다 저항력이 더 클 수 있습니다. 윤활제는 하중, 속도, 온도 및 볼 스크류 제조업체의 요구 사항에 따라 선택해야 합니다.

저온

그리스는 온도가 떨어지면 움직임에 대한 저항력이 더 강해집니다. 따뜻한 작업장에서 정상적으로 작동하는 볼 스크류는 추운 환경에서 눈에 띄게 더 많은 시동 토크가 필요할 수 있습니다.

과도한 그리스

너트를 너무 많이 채우면 그리스가 휘저어질 수 있습니다. 볼은 순환 시스템을 통해 과도한 그리스를 밀어내야 하며, 이로 인해 항력과 온도가 증가합니다.

윤활 부족

윤활유가 너무 적으면 구름 접점과 씰이 적절한 윤활막 없이 작동하기 때문에 저항이 증가할 수도 있습니다. 소음, 온도 상승 및 점진적인 마모가 발생할 수 있습니다.

움직임이 없는 오랜 시간

오랫동안 정지한 후에는 윤활유가 더 이상 작업 영역 전체에 고르게 분포되지 않을 수 있습니다. 시작 토크는 느린 전체-스트로크 이동으로 재분배될 때까지 일시적으로 변경될 수 있습니다.

자세한 윤활유 선택 및 유지 관리 원칙은 다음을 참조하십시오.볼 스크류 윤활: 오일 대 그리스 및 유지보수 방식.

9. 새로운 볼나사가 더 단단하게 느껴지는 이유

새 볼 스크류는 볼-궤도면 접촉, 예압, 씰 및 윤활유가 여전히 원래 상태를 유지하기 때문에 마모된 틈새-유형 어셈블리보다 더 크거나 더 눈에 띄는 끌림이 있을 수 있습니다.

새 볼 스크류는 다음과 같은 이유로 균일하게 조여지는 느낌을 받을 수 있습니다.

• 지정된 너트 예압
• 새로운 씰 접점
• 아직 분배되지 않은 신선한 그리스
• 검사 중 저온
• 사전 로드된 지지 베어링

균일한 저항은 바인딩과 다릅니다. 올바르게 조립된 나사는 갑자기 빡빡한 부분, 긁힘, 금속성 딸깍 소리 또는 스트로크에 따른 큰 토크 변화 없이 부드럽게 회전해야 합니다.

비정상적으로 조여진 볼스크류를 고의로 고속으로 작동시켜 "마모"시키지 마십시오. 먼저 제품 사양, 윤활, 설치 조건을 확인하십시오.

10. 설치 불량 및 높은 토크

볼 스크류는 주로 축방향 힘을 전달하도록 설계되었습니다. 오프셋 모터, 잘못 정렬된 지지 장치 또는 잘못 배치된 볼 너트 하우징을 보상하도록 강요해서는 안 됩니다.

일반적인 정렬 문제는 다음과 같습니다.

• 모터 샤프트와 볼 스크류는 동축이 아닙니다.
• 커플링이 과도한 오프셋이나 각도 오차로 설치되었습니다.
• 고정 및 지지 베어링 유닛이 정렬되지 않았습니다.
• 너트 하우징은 볼 너트를 옆으로 당깁니다.
• 나사 축은 선형 가이드와 평행하지 않습니다.
• 베어링 시트 또는 샤프트 숄더가 끝-지지 치수와 일치하지 않습니다.
• 조립품이 자체 정렬되기 전에 장착 볼트를 조입니다-.

정렬 불량으로 인해 나사 위치에 따라 토크가 변하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 축은 한쪽 끝 근처에서는 쉽게 회전할 수 있지만 중심이나 반대쪽 끝 근처에서는 단단해집니다.

이러한 상황에서는 모터 출력을 높여도 기계적 원인이 제거되지 않습니다. 너트, 지지 베어링 및 커플링의 마모를 가속화하면서 기계가 계속 움직일 수 있습니다.

11. 지지 베어링도 토크를 증가시킬 수 있습니다.

높은 토크가 항상 볼 너트로 인해 발생하는 것은 아닙니다. 고정-단부 지지 장치는 일반적으로 축 이동을 제어하기 위해 각도-접촉 베어링을 사용합니다. 베어링 배열과 예압은 회전 저항에 영향을 미칩니다.

다음과 같은 이유로 지지-베어링 토크가 과도해질 수 있습니다.

• 과도한 베어링 예압
• 잘못된 베어링 방향
• 너무 조여진 잠금너트
• 부적절한 그리스 양
• 잘못된 베어링-시트 맞춤
• 오염 또는 베어링 손상
• 고정 및 지지 끝이 강제로 정렬되지 않음

서포트 잠금 너트를 조이기 전에 볼 스크류가 부드럽게 회전했지만 나중에 조여지는 경우 볼 너트를 교체하기 전에 서포트-베어링 어셈블리를 점검해야 합니다.

12. 수평 및 수직 축의 시작 토크

가로축

수평 축에서 선형 가이드는 일반적으로 이동 테이블의 무게를 지탱합니다. 볼 스크류 시동 토크는 주로 가속도, 공정력, 가이드 저항 및 내부 시스템 항력에 의해 결정됩니다.

세로축

수직 축에서 모터는 위쪽으로 이동하는 동안 중력도 극복해야 합니다. 따라서 시동 토크는 유사한 수평 축보다 상당히 높을 수 있습니다.

모터 토크가 제거되면 수직 축이 역방향-구동할 수 있습니다. 토크 계산은 적절한 모터 브레이크, 평형추 또는 기계적 부하-유지 시스템의 필요성을 대체하지 않습니다.

13. 볼나사 드래그 토크 측정 방법

드래그 토크는 명확하게 정의된 조건에서 가장 잘 측정됩니다. 측정에 볼 너트만 포함되는지, 지지 베어링, 씰, 커플링 또는 전체 기계 축이 포함되는지 기록하십시오.

실제 검사 절차는 다음과 같습니다.

1. 기계를 안전하게 만들고 외부 프로세스 힘을 제거하십시오.
2. 수직 축의 경우 모터나 브레이크를 분리하기 전에 기계적으로 부하를 지지하십시오.
3. 테스트가 기계 어셈블리를 분리하려는 경우 모터 또는 커플링을 분리하십시오.
4. 나사 끝부분에 적합한 저{0}범위 토크 측정 장비를 사용하세요.
5. 나사를 앞쪽 방향으로 천천히 돌리고 초기 피크를 기록합니다.
6. 안정적인 저속으로 계속 회전하고 작동 토크를 기록합니다.
7. 반대 방향으로 테스트를 반복합니다.
8. 사용 가능한 스트로크를 따라 여러 위치에서 측정합니다.
9. 윤활유와 조립품이 안정된 온도에 도달한 후 반복하십시오.

다양한 나사를 비교하거나 시간 경과에 따른 변화를 모니터링할 때 동일한 조건에서 측정을 반복해야 합니다.

모터 전류는 유용한 상태 정보를 제공할 수 있지만 볼 스크류 토크와 자동으로 동일하지는 않습니다. 변환에는 모터 토크 상수가 필요하며 드라이브, 모터, 커플링 및 전체 축 상태를 고려해야 합니다.

14. 측정값을 해석하는 방법

전체 스트로크에 걸쳐 균일한 토크

일관된 저항은 정상적인 예압, 씰 드래그 또는 윤활 저항을 나타낼 수 있습니다. 제품 또는 기계 사양과 값을 비교하십시오.

하나의 단단한 위치

국부적인 토크 증가는 샤프트 손상, 오염, 궤도 결함, 국부적인 굽힘 또는 설치 왜곡을 나타낼 수 있습니다.

한쪽 끝으로 갈수록 토크가 증가합니다.

이는 지지 장치-오정렬, 너트-하우징 오프셋 또는 볼 나사와 선형 가이드 사이의 평행도 손실을 나타낼 수 있습니다.

지지대 설치 후 양방향 토크가 높습니다.

고정단-베어링 예압, 잠금너트, 베어링 맞춤 및 두 지지 장치의 정렬을 확인하세요.

시동 토크는 차가울 때 높으나 여러 사이클 후에 감소합니다.

윤활유 점도와 씰 강성이 원인일 수 있습니다. 그리스가 최소 작동 온도에 적합한지 확인하십시오.

주행 토크는 계속해서 증가합니다.

일시적인 스타트업 정점보다 지속적인 증가가 더 우려스럽습니다. 정지하고 윤활 문제, 과도한 예압, 정렬 불량, 베어링 손상 또는 비정상적인 열이 있는지 검사하십시오.

15. 정상적인 저항인가, 아니면 문제인가?

관찰	가능한 해석
부드럽고 균일한 저항	정상적인 예압, 씰 또는 윤활유 드래그일 수 있습니다.
저온에서 짧은 시동 증가	윤활유 온도 등급과 그리스 수량을 확인하세요.
같은 위치에서 갑자기 빡빡해지는 현상	정렬, 오염 및 전동면 상태 검사
너트 하우징을 조인 후 토크 변화	너트{0}}하우징 정렬 불량 가능성
지지 잠금 너트를 조인 후 토크 변화	가능한 지원-예압 문제 베어링
온도 상승에 따른 높은 작동 토크	전체 어셈블리를 중지하고 검사합니다.

16. 모터 선택에는 어떤 토크를 사용해야 합니까?

모터 선택에는 기동 토크 또는 운전 토크만 사용해서는 안 됩니다. 전체 모션 사이클을 확인해야 합니다.

• 피크 모터 토크시작, 가속, 감속 및 단기 프로세스-힘 피크를 다루어야 합니다.
• 연속 토크해당되는 경우 지속적인 움직임 및 유지 조건을 다루어야 합니다.
• RMS 토크전체 듀티 사이클 동안 모터의 열 성능을 유지해야 합니다.
• 작동 속도에서 사용 가능한 토크모터 토크-속도 곡선에서 확인해야 합니다.

안전계수를 추가하는 것은 유용하지만 알려지지 않은 기계적 저항을 숨기기 위해 사용해서는 안 됩니다. 볼 스크류 항력, 지지-베어링 토크, 가이드 저항 및 외부 힘은 가능한 한 별도로 추정하거나 측정해야 합니다.

17. 과도한 시동 토크 문제 해결

시동 토크가 예상보다 높은 경우 다음 순서로 시스템을 점검하십시오.

1. 축이 수평인지 수직인지, 하중 계산이 올바른지 확인합니다.
2. 가속도, 모터 속도, 모션{0}}프로필 설정을 확인하세요.
3. 볼 너트의 종류와 지정된 예압을 확인하십시오.
4. 윤활유 종류, 수량, 상태 및 온도 범위를 검사합니다.
5. 씰과 와이퍼에 손상이나 오염이 있는지 확인하십시오.
6. 너트 하우징을 연결하기 전에 볼 나사를 돌려서 어셈블리 변경 사항을 확인하십시오.
7. 고정단-베어링 예압 및 잠금너트 상태를 확인하세요.
8. 모터, 커플링, 볼 스크류 사이의 정렬을 확인하십시오.
9. 볼 스크류와 리니어 가이드 시스템 간의 평행도를 확인하십시오.
10. 여러 위치와 양방향에서 토크를 측정합니다.

모터를 더 큰 모델로 교체하는 것이 설명할 수 없는 토크에 대한 첫 번째 반응이 되어서는 안 됩니다. 기계적 저항이 비정상적인 경우 모터가 더 강할수록 커플링, 너트 및 지지 베어링에 가해지는 응력이 증가하면서 고장이 지연될 수 있습니다.

결론

볼 스크류 시작 토크는 일반적으로 모터가 동작을 시작하고 이동 및 회전 구성 요소를 가속하고 예압, 씰, 윤활유 및 지지 베어링의 초기 저항을 극복해야 하기 때문에 정상 작동 토크보다 높습니다.

그 차이는 부드럽고 반복 가능해야 하며 선택한 볼 스크류 및 기계 설계와 일치해야 합니다. 큰 토크 변동, 국부적인 협소 지점, 실행 토크 상승 또는 과도한 열을 정상적인 작동 중단으로 무시해서는 안 됩니다-.

신뢰할 수 있는 평가를 위해서는 외부 하중, 가속도, 볼 스크류 끌림, 지지-내력 및 전체 기계 정렬을 별도로 고려해야 합니다. 이를 통해 올바른 모터를 선택하고 조기 마모가 발생하기 전에 기계적 문제를 식별할 수 있습니다.

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정기 검사 및 관리에 대해서는 다음을 참조하십시오.전조 볼나사 유지관리 가이드.

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