많은 자동화 시스템에서 서보 모터는 기어박스를 사용하지 않고 볼스크류를 직접 구동할 수 있습니다. 이는 볼 스크류 리드가 이미 고속-모터 회전을 저속-고속-추력 선형 모션으로 변환하기 때문입니다.
그러나 이것이 볼스크류와 함께 기어박스를 사용하지 않는다는 의미는 아닙니다. 고-하중 축, 수직 리프팅 시스템, 안전-중요 메커니즘 또는 큰 관성 불일치가 있는 애플리케이션, 기어박스, 브레이크 또는 기타 고정 구조가 여전히 고려될 수 있습니다. 올바른 선택은 모터 토크, 볼 스크류 리드, 필요한 속도, 부하, 장착 방향 및 안전 요구 사항에 따라 달라집니다.
빠른 답변:
대부분의 볼 스크류 시스템에는 기어박스가 필요하지 않습니다. 기어박스는 직접 모터 구동이 토크, 안전, 속도 또는 관성-일치 요구 사항을 충족할 수 없는 경우에만 고려됩니다.
1. 대부분의 볼스크류에 기어박스가 필요하지 않은 이유
볼스크류는 단순한 변속기 부품이 아닙니다. 이는 이미 회전식--선형 변환 메커니즘입니다. 나사 리드는 나사를 한 번 완전히 회전할 때 생성되는 선형 이동량을 정의합니다.
예를 들어, 볼 나사의 리드가 10mm인 경우 나사가 1회전할 때 너트는 10mm 이동합니다. 모터가 3000rpm으로 작동하는 경우 이론적인 선형 속도는 다음과 같습니다.
선형 속도 공식:
선형 속도=나사 리드 × 모터 속도
10mm/회전 × 3000rpm=30000mm/분=30m/분
이는 볼 스크류가 이미 빠른 모터 회전을 제어된 선형 이동으로 변환했음을 의미합니다. 리드가 작을수록 속도는 낮아지고 추력은 높아집니다. 리드가 클수록 속도는 더 빨라지지만 동일한 추력에 대해 더 많은 모터 토크가 필요합니다.
많은 수평 위치 지정 축, 포장 기계, CNC 보조 축, 선형 모듈 및 자동화 시스템의 경우 올바른 볼 스크류 리드와 서보 모터를 선택하는 것으로 충분합니다. 기어박스를 추가하면 결과를 개선하지 않고도 비용과 복잡성이 증가하는 경우가 많습니다.
2. 볼나사의 리드, 속도, 추력
많은 엔지니어들은 처음에 납을 속도 매개변수로 생각합니다. 실제로 납은 추력과 모터 토크에도 영향을 미칩니다. 리드가 작을수록 기계적 감소 효과가 더 강하고 리드가 클수록 속도가 향상됩니다.
| 볼나사 리드 | 선형 속도 | 추력 능력 | 일반적인 사용 |
|---|---|---|---|
| 작은 리드 | 낮은 선형 속도 | 동일한 모터 토크에 대해 더 높은 추력 | 리프팅 축, 고하중, 미세 이송, 정밀 조정 |
| 중간 리드 | 균형 잡힌 속도 | 균형잡힌 추력 | 일반자동화, CNC축, 포장기계 |
| 큰 리드 | 더 높은 선형 속도 | 동일한 추력에 대해 더 많은 모터 토크가 필요함 | 빠른 이송 축, 긴-스트로크 이동, 고속-위치 지정 |
유용한 토크 계산 공식은 다음과 같습니다.
필요한 토크 공식:
T=F × 납 / (2π × eta)
T=필수 나사 토크, F=필수 추력, 리드=나사 리드, θ=전달 효율.
3. 벨트 및 기어 드라이브에 일반적으로 기어박스가 필요한 이유
벨트, 체인 및 기어 드라이브는 볼 스크류와 동일한 종류의 회전식-대-선형 감소를 자연적으로 제공하지 않습니다. 모터가 벨트 시스템을 직접 구동하는 경우 선형 속도가 너무 높을 수 있으며 사용 가능한 토크가 부하에 비해 충분하지 않을 수 있습니다.
벨트 또는 기어 변속기 시스템에서 기어박스는 일반적으로 다음 용도로 사용됩니다.
- 모터 속도를 사용 가능한 출력 속도로 줄입니다.
- 출력 토크 증가
- 모터와 부하 간의 관성 매칭 개선
- 저속 제어 안정성 향상-
- 특정 응용 분야에서 모터를 과부하로부터 보호하십시오.
4. 볼스크류에 기어박스를 추가하여 발생하는 문제점
모터와 볼스크류 사이에 기어박스를 추가하는 것은 기술적으로 가능합니다. 그러나 모터 토크와 속도가 이미 적합한 경우 기어박스는 이점보다 더 많은 문제를 야기할 수 있습니다.
| 가능한 문제 | 볼나사 시스템에 미치는 영향 |
|---|---|
| 백래시 | 포지셔닝 정확도와 반복성이 저하될 수 있음 |
| 비틀림 탄성 | 동적 반응을 감소시키고 제어 안정성에 영향을 미칠 수 있음 |
| 추가 관성 | 가속이 느려지고 서보 응답이 저하될 수 있음 |
| 더 많은 구성요소 | 조립 오류 및 유지 관리 지점 증가 |
| 더 큰 구조 | 더 많은 설치 공간과 더 복잡한 지지대 설계 필요 |
| 더 높은 비용 | 일반 볼 스크류 축에는 충분한 실질적인 이점을 제공하지 못할 수 있습니다. |
5. 볼나사에 기어박스는 언제 필요합니까?
대부분의 볼 스크류 축에는 기어박스가 필요하지 않지만 기어박스가 유용할 수 있는 특별한 경우가 있습니다.
| 상태 | 기어박스가 필요합니까? | 이유 |
|---|---|---|
| 수평 매체-하중 축 | 일반적으로 아니요 | 적절한 서보 모터와 볼 스크류 리드면 충분합니다. |
| 매우 작은 리드로 높은 부하 | 아마도 | 필요한 모터 토크가 직접-구동 성능을 초과할 수 있습니다. |
| 수직 Z축 | 아마도 | 정전 시 유지 안전성을 평가해야 합니다. |
| 큰 관성 불일치 | 아마도 | 감속기는 일부 시스템에서 관성 매칭을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. |
| 제한된 모터 크기 | 아마도 | 공간이 모터 선택을 제한하는 경우 기어박스가 사용 가능한 출력 토크를 늘릴 수 있습니다. |
| 고속-포지셔닝 축 | 일반적으로 아니요 | 기어박스는 동적 반응을 줄이고 관성을 증가시킬 수 있습니다. |
6. 수직축 안전: 기어박스가 유일한 해결책은 아닙니다
수직축의 경우 주요 문제는 토크뿐만이 아닙니다. 정전 시 안전도 중요합니다. 기어박스는 유지 토크를 높이는 데 도움이 될 수 있지만 유일한 안전 장치로 취급해서는 안 됩니다.
기계 설계에 따라 엔지니어는 다음을 고려할 수도 있습니다.
- 서보 모터 브레이크
- 기계식 브레이크
- 카운터밸런스 구조
- 안전 너트 또는 기계적 정지 장치
- 전원-꺼짐 유지 설계
- 적절한 볼 스크류 리드 및 모터 토크 선택
7. 실제 모터 선택 예: 기어박스가 필요하지 않음
일반적인 수평 위치 지정 축을 고려하십시오.
| 짐 | 30kg |
| 선형 속도 | 300mm/초 |
| 가속 | 0.5 g |
| 뇌졸중 | 800mm |
| 포지셔닝 정확도 | ±0.02mm |
| 볼스크류 | Ø20mm, 리드 10mm |
| 전송 효율 | 0.9 |
1단계: 필요한 추력을 추정합니다. 이 수평 적용의 경우 가속도와 실제 여유를 고려한 후 필요한 추력은 약 250N입니다.
2단계: 나사축에 필요한 토크를 계산합니다.
T=250 × 0.01 / (2π × 0.9) ≒ 0.44 Nm
정격 토크가 1Nm 이상인 400W 서보 모터는 이 애플리케이션에 충분한 토크 여유를 갖습니다.
3단계: 속도 요구사항을 확인하세요. 10mm 리드 볼 스크류는 300mm/s에 도달하려면 약 1800rpm이 필요합니다.
300mm/초 ¼ 10mm/회전=30회전/초=1800rpm
이는 많은 서보 시스템의 작동 속도 범위 내에 있습니다. 이 예에서는 직접 구동이 실용적이며 기어박스가 필요하지 않습니다.
8. 기어박스 또는 다이렉트 드라이브? 빠른 결정 테이블
| 질문 | 그렇다면 | 선정방향 |
|---|---|---|
| 모터 토크는 충분합니까? | 예 | 일반적으로 직접 운전이 선호됩니다. |
| 나사 리드가 필요한 속도와 일치합니까? | 예 | 일반적으로 기어박스가 필요하지 않습니다. |
| 축이 수직인가요 아니면 안전이-중요합니까? | 예 | 필요한 경우 브레이크, 고정 장치 또는 기어박스를 점검하십시오. |
| 부하는 매우 높고 납은 매우 작습니까? | 예 | 결정하기 전에 토크 마진을 계산하십시오. |
| 기어박스가 포지셔닝 성능을 저하시키나요? | 예 | 직접 구동이 가능하다면 기어박스를 피하세요 |
9. 구매자는 어떤 정보를 제공해야 합니까?
볼 스크류 축에 기어박스가 필요한지 여부를 결정하려면 먼저 다음 정보를 확인해야 합니다.
- 짐 무게
- 수평 또는 수직 장착 방향
- 필요한 선형 속도
- 가속 요구 사항
- 스트로크 길이
- 볼스크류 직경 및 리드
- 필요한 위치 정확도
- 서보 모터 출력 및 정격 토크
- 듀티 사이클 및 근무 시간
- 전력 손실 또는 수직 유지에 대한 안전 요구 사항
10. 관련 볼스크류 선택 지원
대부분의 경우 기어박스를 추가하는 것보다 올바른 볼 스크류 리드, 모터 토크, 지지 장치 및 커플링을 선택하는 것이 더 중요합니다. 잘 어울리는- 볼 스크류 시스템은 비용을 절감하고 공간을 절약하며 동적 응답을 향상시킬 수 있습니다.
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결론
대부분의 볼 스크류 시스템에는 스크류 리드가 이미 모터 회전을 제어된 선형 속도와 사용 가능한 추력으로 변환하므로 기어박스가 필요하지 않습니다. 많은 자동화 축의 경우 올바르게 선택된 서보 모터와 볼 스크류는 추가 감소 없이 충분한 토크, 속도 및 위치 결정 성능을 제공할 수 있습니다.
기어박스는 직접 구동이 토크, 수직 안전, 관성 일치 또는 특수 설치 요구 사항을 충족할 수 없는 경우에만 고려해야 합니다. 다른 경우에는 기어박스를 추가하면 백래시, 비용, 크기 및 관성이 증가하는 동시에 동적 응답이 감소할 수 있습니다.
가장 좋은 해결책은 기어박스가 필요한지 여부를 결정하기 전에 필요한 추력, 모터 토크, 나사 속도 및 안전 여유를 계산하는 것입니다.
볼 스크류와 모터 조합을 선택하는 데 도움이 필요하십니까?
부하, 속도, 스트로크, 볼 스크류 리드, 장착 방향, 정확도 요구 사항 및 모터 정보를 공유하십시오. DLY는 볼 스크류 축에 직접 구동, 기어박스 지원 또는 다른 스크류 선택이 필요한지 검토하는 데 도움이 됩니다.
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