과거 기계 자동화 시스템의 과제는 전기 또는 기계 모터의 회전 운동을 유용한 선형 운동으로 성공적으로 변환하는 것이었습니다. 이러한 측면에서 획기적인 발전으로, 컨베이어 벨트 시스템은 생산 환경에서 회전 운동을 선형 운동으로 변환하는 최초의 유용한 구현 사례 중 하나였습니다. 이러한 시스템은 이전에는 기계적 힘을 사용하는 방식보다 훨씬 효율적으로 다양한 원자재와 공작물을 운반할 수 있으며, 생산 환경에서 매우 유용합니다.

오늘날 회전 운동 변환 분야의 중요한 엔지니어링 연구를 통해 다양한 종류의 선형 기계식 액추에이터가 개발되었으며, 이는 광범위한 첨단 자동화 애플리케이션에 유용합니다. 제조 환경에서 원자재 이동이든, 툴링을 정밀한 위치로 이동하도록 설계된 더욱 진보된 모션 시스템 구축이든, 원하는 기능에 적합한 액추에이터를 선택하는 것이 과제입니다.

적절한 선형 기계식 액추에이터를 선택하려면 원하는 부하 용량(추력), 필요한 스트로크 거리와 같은 몇 가지 중요한 고려 사항을 고려해야 합니다. 이러한 사항들이 주요 고려 사항이지만, 유지 보수 부담과 같은 다른 사항들도 분명히 중요한 역할을 합니다.

널리 사용되는 두 가지 유형의 기계식 선형 액추에이터는 구동 메커니즘에 따라 구분되는데, 벨트 구동 액추에이터와 볼스크류 구동 액추에이터입니다. 두 유형 모두 유사한 응용 분야에 사용되지만, 기능 면에서 상당한 차이가 있습니다. 각 유형은 고유한 장점과 중요한 한계를 가지고 있으며, 이러한 점들을 액추에이터 선택 시 신중하게 고려해야 합니다.

벨트 구동 액추에이터

벨트 구동 액추에이터는 컨베이어 벨트 시스템과 동일한 원리로 작동합니다. 벨트 구동 장치는 두 개의 원형 풀리 사이에 연결된 타이밍 벨트를 통해 회전 운동을 직선 운동으로 변환합니다. 타이밍 벨트는 일반적으로 섬유 강화 엘라스토머로 제작되지만, 더 까다로운 응용 분야에는 다양한 다른 벨트 소재를 사용할 수 있습니다. 벨트에는 로터 풀리와 맞물려 토크를 효율적으로 전달하고 미끄러짐을 방지하는 톱니가 있습니다. 벨트 구동 장치는 알루미늄 본체에 내장되어 있으며, 캐리지는 그 위에 놓여 있습니다. 구동축 인터페이스는 일반적으로 액추에이터 측면에 수직으로 위치합니다.

볼 스크류 구동 액추에이터

볼 스크류 구동 액추에이터의 기본 원리는 리드 스크류 구동 시스템을 근본적으로 개선한 것입니다. 볼 스크류 구동 액추에이터에서 볼 스크류의 회전은 볼 너트/장착 캐리지를 구동하는데, 이는 스터드와 볼 스크류 사이의 인터페이스가 본질적으로 볼 베어링 시스템이며, 너트 내부의 경화 강철 볼이 스터드의 레이스웨이를 따라 굴러가기 때문입니다. 벨트 구동 액추에이터와 유사하게, 볼 스크류 구동 액추에이터의 구동 부품은 알루미늄 본체에 둘러싸여 있으며 캐리지는 그 위에서 움직입니다. 벨트 구동 액추에이터와 달리, 구동축 인터페이스는 볼 스크류와 일직선상에 위치하며 액추에이터 끝부분에 있습니다.

각각의 강점과 한계

벨트 구동 액추에이터는 일반적으로 긴 이동 거리가 필요한 어플리케이션에 선호되며, 이는 비슷한 길이의 볼스크류 구동 액추에이터보다 비용 효율적으로 달성할 수 있습니다. 또한, 벨트 구동 액추에이터는 일반적으로 더 효율적이며, 주요 가동 부품이 적어 노동 집약적인 유지보수가 덜 필요합니다. 그럼에도 불구하고, 토크의 적절한 전달을 위해서는 벨트의 적절한 장력이 필수적이며, 정기적인 유지보수 기간 동안 벨트의 장력을 재조정하는 것이 일반적으로 필요합니다.

볼 스크류 유닛은 구름 볼 베어링 시스템과 매우 유사하여 더 높은 하중을 지지하고 더 높은 추력을 얻을 수 있습니다. 이러한 이유로 볼 스크류 구동 액추에이터는 크고 무거운 하중을 높은 정밀도로 위치 조정해야 하는 분야에 이상적입니다. 특정 액추에이터 설계에 따라 볼 스크류의 주기적인 윤활이 필요할 수 있습니다.

두 액추에이터 유형을 더 자세히 비교해 보면 벨트 구동 액추에이터는 단순성과 효율성에도 불구하고 추가적인 단점을 가지고 있음을 알 수 있습니다. 더 높은 하중/추력 요구 사항에는 상당히 두꺼운 벨트가 필요합니다. 벨트는 충격 하중에도 취약하지만, 탄성을 희생하고 강도를 높일 수 있는 벨트 소재를 신중하게 선택하면 이러한 우려를 어느 정도 완화할 수 있습니다. 또한, 벨트는 신장에 취약하기 때문에 볼스크류 액추에이터의 위치 정확도는 벨트 구동 액추에이터보다 우수한 경향이 있습니다. 따라서 볼스크류 구동 액추에이터는 장시간 높은 신뢰성과 반복성이 요구되는 분야에 선호됩니다. 볼스크류 구동 액추에이터는 높은 가속도와 높은 추력 요구 사항에 적합한데, 벨트 구동 풀리는 이러한 반복적인 요구 조건 하에서 로터에서 미끄러지기 쉽기 때문입니다.

결론적으로, 볼 스크류 구동 액추에이터는 높은 하중 및/또는 추력과 고정밀 위치 제어가 필요한 어플리케이션에 더 나은 선택입니다. 그러나 높은 효율과 단순성 덕분에 벨트 구동 액추에이터는 특히 고속이 필요한 저부하 어플리케이션에 여전히 더 나은 선택입니다. 벨트 구동 액추에이터는 또한 긴 스트로크 어플리케이션에 비용 효율적인 솔루션이 될 수 있습니다. 벨트 구동 액추에이터와 볼 스크류 구동 기계식 액추에이터 중 하나를 선택하는 것은 어려울 수 있습니다. 언뜻 보기에 각 설계의 강점과 약점은 각각의 고유한 어플리케이션에 대한 명확한 선택을 제공합니다.