수직 볼스크류 응용 분야의 제어력 유지

Apr 18, 2024

이 볼스크류 브레이크는 스프링으로 작동됩니다. 전력 손실이 발생하면 자동으로 부하를 연결합니다. 브레이크를 부하로부터 해제하려면 전원을 재공급해야 합니다. 사진 제공: 넥센그룹(주)

볼스크류 브레이크는 약간의 축 정렬 불량을 보상할 수 있는 커플링과 함께 볼스크류 끝에 부착됩니다. 사진 제공: 넥센그룹(주)

일부 수직 리프트 응용 분야에서는 서보 모터가 볼스크류를 구동합니다. 모터와 리프트 플랜지 사이에 설치된 플랜지 장착형 서보모터 브레이크는 볼스크류를 고정하고 백드라이빙을 방지합니다. 사진 제공: 넥센그룹(주)

고효율 볼스크류는 수직 리프팅 응용 분야에서 역구동하므로 하중을 지탱하기 위한 브레이크가 필요합니다. 사진 제공:THK

고효율 볼스크류는 정밀한 고속 선형 포지셔닝에 이상적입니다. 그러나 특히 볼스크류가 수직 위치에 있는 경우 백드라이빙이 문제가 될 수 있습니다. 볼스크류가 제대로 고정되지 않으면 하중이 빠르게 떨어져 탑재 하중, 기계 및 작업자가 손상될 수 있습니다.

이러한 일이 발생하지 않도록 엔지니어에게는 몇 가지 옵션이 있습니다. 한 가지 방법은 케이블 풀리 위에 균형추를 배치하여 볼스크류에 가해지는 하중의 무게를 상쇄하는 것입니다. 이 디자인은 이상적이지 않습니다. 공간을 차지하고, 구성품이 많으며, 볼스크류에 직접적으로 유지력을 가하지 않습니다.

하드 스톱은 또 다른 옵션이지만 제대로 설치되지 않거나 올바르게 제어되지 않으면 볼스크류가 손상될 수 있습니다. 하드 스톱은 볼 나사산을 변형시키고, 볼 베어링의 강도를 손상시키며, 리턴 시스템을 손상시키고, 볼 너트를 나사에 걸릴 수 있는 높은 힘의 접촉 하중을 생성합니다.

세 번째 옵션은 잠금 스프링입니다. 볼 너트와 볼스크류 사이의 틈에 삽입됩니다. 볼이 심하게 손상된 경우 잠금 스프링이 여유 공간을 차지하게 됩니다. 스프링에 의해 생성된 증가된 마찰로 인해 하중이 자유 낙하하거나 나사가 역구동되는 것을 방지할 수 있습니다.

또 다른 방법은 클램프나 캘리퍼 스타일 브레이크와 같은 메커니즘을 사용하여 나사를 막는 것입니다. 이 방법은 어느 정도 효과적이지만 볼스크류를 손상시키고 정확도를 저하시킬 수 있습니다. 이러한 디자인은 또한 많은 공간을 차지합니다.

오버런 또는 도그 스톱은 볼스크류 양쪽 끝에서 우발적인 오버런으로 인한 손상을 방지합니다. 그러나 일차적 보호를 위해 도그 스톱을 신뢰할 수는 없습니다. 이러한 유형의 정지는 중복 보호로만 사용해야 합니다. 이동은 어셈블리의 제어 시스템에 의해 정지되어야 하며 볼스크류 브레이크와 같은 전원 차단 브레이크에 의해 유지되어야 합니다. 대부분의 선형 액추에이터는 모터나 슬라이드에 브레이크를 사용합니다. 이 브레이크는 이중축 모터 또는 풀리를 지지하는 샤프트에 장착됩니다.

모션 제어에서 가장 흔히 발생하는 실수 중 하나는 볼스크류 또는 벨트 구동 액추에이터를 수직 애플리케이션으로 설계할 때 발생합니다. 일반적으로 두 시스템 모두 90%의 기계적 효율성을 갖습니다. 전력 손실이 발생하는 경우 모터에는 유지 토크가 없으므로 부하가 아래로 충돌하게 됩니다.

역구동 토크 Tb는 Tb = PLe/2π로 계산할 수 있습니다. 여기서 L은 나사 리드(인치), P는 하중(파운드), e는 기계적 효율 상수입니다.

시스템의 일부 고유 마찰은 가벼운 하중을 견딜 수 있지만 로드리스 액추에이터는 일반적으로 적은 양의 힘으로도 역구동합니다. 백드라이빙에 저항하는 요인은 기계적 비효율성입니다(부하에 반대되는 힘이 가해지는 것을 포함). 베어링 및 구동 시스템의 정지 마찰; 비효율성 감소(타이밍 벨트 또는 기어로 인해) 모터에 전원이 공급되지 않을 때 손으로 샤프트를 돌리는 데 필요한 토크.

나사 구동 시스템의 피치도 이에 기여합니다. 인치당 2회전 피치의 볼스크류는 인치당 5회전 피치의 볼스크류보다 백 드라이브가 더 낮습니다. 이는 마찰 토크와 축 유지력의 관계가 F = 2πTfp이기 때문입니다. 여기서 Tf는 마찰 토크이고 p는 볼스크류의 피치입니다.