최상의 유성 기어를 선택하기 위한 제언

CGI

프로젝트가 끝날 쯤에 기어 설계를 고려하는 것은 프로젝트 지연과 추가 비용으로 연결된다. 성공적인 모션 제어 프로젝트를 계획하기 위해서는, 기어가 제공할 수 있는 모든 이점을 이해해야 한다.

프로젝트 초기 단계에서의 기어에 대한 유념 사항

모터가 모션 제어 시스템용으로 설계될 때, 설계의 콘셉트에 영향을 주는 주요 요소는 보통 비용 문제다. 보조 부품을 최소한으로 유지하기 위해서, 모터 자체만으로 애플리케이션을 수행할 수 ​​있다는 기대로 인해 기어는 종종 무시된다. 그러나 모터를 단독으로 사용해 문제가 발생한 대부분의 경우, 프로젝트가 끝나서 고객에게 납품할 시간대가 되고 기어의 필요성을 이해하게 된다. 또한, 초기 설계가 끝난 후에야 기어의 필요성을 판단하고, 예정과 다른 공간에 기어를 수용하게 된다. 일반적으로 기어를 적용하기 위해 모션 애플리케이션을 재설계하는 비용이 처음부터 설계하는 것보다 비싸다.

시스템 응답

시스템 응답과 관성의 일치는 특히 중요하다. 때로는 적용하려는 관성이 모터의 관성보다 몇 배 더 클 수 있기 때문에, 느리고 실망스러운 동작 반응이 유발될 수 있다. 기어를 시스템에 통합하면 모터 축에서 반영된 부하 관성이 기어 비율에 대해 제곱의 역수만큼 감소한다. 즉, 기어의 역할이 에너지를 절약하기 위해 부하를 넘겨받고, 모터가 실제보다 큰 것처럼 작용한다는 것을 의미한다. 로터 관성이 애플리케이션의 부하 관성과 같은(혹은 가능한 한 가까운) 환경이 가장 이상적이다. 이는 시스템 응답을 빠르게 만드는 조건이며, 이것이 곧 기어가 할 수 있는 역할이다.

속도 매칭

모터 힘 외에도 기어와 속도의 매칭 역시 성능 이점을 제공한다. 대부분의 전기모터는 효율적으로 작동하도록 설계된 최적의 속도(정격 RPM)를 가지고 있다. 기어를 이용하면 두 개의 분리된 속도를 얻을 수 있다. 모터에 최적인 속도와 애플리케이션에 최적인 속도(기어비의 결과)이다. 초기에 모션 디자인의 일부로 고려했다면, 속도 매칭은 애플리케이션을 위한 더 긴 컴포넌트 수명을 형성하게 할 수 있다.

시스템 강성

운동 시스템에 강성이 부족할 때 모션 손실, 시스템 컴플라이언스, 와인드업, 고조파(울림), 예측 불가능성, 조기 마모 및 시스템 진동 등의 예기치 못한 문제가 발생할 수 있으며, 이는 기어를 통해 완화할 수 있다. 모터에 기어를 추가하면 기어 비율에 비례해 모션 시스템의 견고성 혹은 강성을 높일 수 있다. 하중 분산 또는 백 드라이빙(반사) 하중과 같은 힘은, 기어를 사용해서 보다 쉽게 제어할 수 있다.

해상도 증가

신속한 응답, 더 큰 출력, 연장된 수명 및 최대 강성과 같은 시스템 개선 외에도, 유성식 기어는 시스템 분해능에 이점이 될 수 있다. 시스템 해상도가 좋을수록 움직임을 보다 정확하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 모터와 결합된 10:1 비율의 기어는 모터의 위치 결정능력을 확대해 애플리케이션에서 더 정밀한 이동과 10배의 정확도를 만든다. 모터 코깅 또는 스텝 크기(스테퍼 모터 사용 시) 또한 기어 비율에 의해 직접 감소돼 더욱 일관되고 부드러운 모션 응답을 제공한다.

애플리케이션

엔지니어가 애플리케이션을 평가할 때 반드시 알고 있어야 하는 정보 항목 중 하나는, 모션 프로파일 및 로드 요구 사항에 대한 확실한 지식이다. 또한 토크 적용, 오버런 하중, 시스템 강성, 백래시에 대한 민감도, 듀티 사이클, 환경에 관한 관심, 수명 및 충격 하중과 같은 시스템 요소를 이해하는 것은 모션 애플리케이션의 기어를 잘 적용하기 위한 필수 사항이다. 애플리케이션 요구사항을 사전에 알아두면, 최적의 기어 크기와 구성 그리고 기어비를 선택할 때 필요한 것에 대한 우선순위를 매기고 균형을 잡는 것이 더 쉬워진다. 예를 들어 모션 애플리케이션의 우선순위와 요구사항을 파악하는 것이 중요하다. 속도 매칭을 최적화하는 비율이 일부 애플리케이션에서 목표하는 관성과 잘 매칭되지 않을 수 있기 때문이다. 모션 시스템을 설계할 때 우선순위를 모두 만족시키려면 저글링 액션(juggling act)이 되지만, 기어를 사용하면 애플리케이션 목표를 달성하는 데 적절한 균형을 찾을 수 있다.

자료 제공 : CGI(www.cgimotion.com)