유연한 벨로우즈 커플링 솔루션

Servometer
 

전착된 니켈 벨로우즈 커플링은 오정렬 샤프트에 매우 유연하면서도 강성은 그대로 유지된다.

군용 탱크에서 의약품 장치에 이르기까지

미크론 정밀 실리콘 웨이퍼 커터와 수술 현미경 포커싱 메커니즘, MIA2 Abrams 탱크의 목표 조준 시스템은 모두 전착된 니켈 벨로우즈 커플링을 사용하고 있다. 이것은 기기와 분수 마력 애플리케이션에서 탁월하지만 다른 유형보다 비용이 더 들어 때때로 간과된다. 커플링은 일반적으로 토크 용량과 회전 관성, 요소에 대한 저항, 수명, 와인드업과 백래시 수준, 유연성으로 평가되므로, 전착된 벨로우즈 커플링은 타사 제품보다 오히려 이점이 많다.

전착 벨로우즈의 장점은 제조 공정 자체에서 기인한다

Servometer는 정밀한 두께와 직경으로 기계 가공된 알루미늄 심봉에 니켈 층을 전착하여 니켈 벨로우즈를 만든다. 심봉을 분해하면 가벼운 회선 튜브(convoluted tube)가 남는데, 이것이 바로 유연한 벨로우즈이다.

벨로우즈를 알루미늄 허브에 접합하거나 스테인리스강 허브에 부드럽게 납땜하여 만든 전착된 벨로우즈는 직경이 0.5mm(0.02인치)로 작고 두께가 0.008mm(0.0003인치)로 얇다. 이는 기계적으로 성형한 유사한 하이드로포밍 벨로우즈보다 두께가 더 얇거나 직경이 더 작다.

전착된 벨로우즈는 같은 길이의 하이드로 포밍 벨로우즈보다 주름이 많아 더 유연하게 움직인다. 얇은 벽은 회전 관성을 낮추어 간헐적으로 일어나는 작동 시 구동력의 손실을 줄인다.

연성이 매우 높은 니켈 소재로 된 얇은 주름은 유연성을 높여 잘못 정렬된 샤프트 사이의 측면 힘을 최소화한다. 한 테스트 장비 제조업체는 서보 모터와 타코미터를 딱딱한 커플링이 아닌 니켈 벨로우즈 커플링으로 연결하여 생산 비용을 절감했다.

벨로우즈 커플링은 비용이 많이 드는 레이저 정렬 과정을 제거할 수 있다. 실리콘 웨이퍼 커터 같은, 다른 정밀 포지셔닝 애플리케이션에는 벨로우즈 커플링이 입력과 출력 샤프트를 회전식으로 정렬하기 위해 특히 엄격한메커니즘이 필요하다. 여기서는 저렴한 비용의 고정식 커플링이 와인드업이나 반동 없이 높은 토크를 처리하므로 적합하다. 그러나 샤프트와 베어링은 비스듬하거나 평행한 오정렬이나 또는 축 방향의 힘에 직면할 때 조기에 결함이 발생할 수 있다.

벨로우즈형 커플링은, 대조적으로, 의도적인 측면과 축 방향의 모션, 비틀린 채로 굳어 있는 조립 불량에 강하다. 주름 벨로우즈는 구부리거나, 압축, 연장할 때에 무시해도 될 수준의 와인드업으로 토크를 전달한다.

EASE로 오정렬 처리

전착된 벨로우즈 커플링은 각도 오정렬의 30배 이상을 처리하며 Oldham 커플링보다 15배 이상 압축하거나 연장한다. 커플링은 설계에 따라 최대 31° 나 1.73mm(0.068) 평행 정렬로 작동된다. 대부분, 측면 추력은 약 4N/0.1mm 오프셋으로 제한된다.

유연성이 뛰어나 진동을 차단하는 데도 도움이 된다. 탄성 와인드업은 일반적으로 10arc-sec/N-cm 미만이거나, 하이드로 포밍된 청동이나 스테인리스강 벨로우즈의 약 1/4이다. 이것이 와인드업 측정기의 제조업체가 드라이브를 포지션 엔코더에 연결하기 위해 Servometer 전착 니켈 벨로우즈 커플링을 지정한 이유이다. 이 커플링은 엔코더를 인쇄나 변환 장치의 컨트롤과 연결하는 데 이상적이다. 높은 비틀림 강성은 기계가 정확한 위치 를 유지하도록 도와준다.

동심도와 서비스 수명도 중요한 측정 기준이다. Servometer는 보통 전착된 벨로우즈 커플링의 동심도를 12.7μm(0.0005) 이내로 유지한다. 360°로 회전하는 순환 속도 변화(Cyclic speed variation)는 사실상 0이다.

권장 한계 내에서, 커플링은 거의 무한대의 수명을 갖는다(108사이클). Abrams 탱크 조준 시스템 설계자는 긴 수명을 위해 Servometer 벨로우즈 커플링을 선택한다. 밀폐된 센서 어셈블리 내부의 커플링 오류를 허용해서는 안 되기 때문이다.

마찬가지로, GPS 위성은(Global Positioning Systems satellites)은 다중 전착 니켈 벨로우즈를 사용하여 궤도에서 수리할 수 없는 마이크로웨이브 안테나를 조정한다. 이음새가 없는 비다공(non-porous) 전착 벨로우즈는 열악한 우주 환경을 견디고, 정밀한 드라이브가 오염되지 않도록 해준다.

 

일부 설계 고려 사항

클러치 스타트나 브레이크 스톱 시 최대 순간 토크

기어 감속 드라이브와 결합된 저관성 모터의 경우, 감속비로 모터 시동 토크를 증가시킨다. 압축 작동되는 벨로우즈 커플링은 정격 토크의 75%를 사용한다. 연장된 커플링은 일반 토크 등급을 사용한다.

듀티 사이클

인덱스 테이블의 짧은 스테핑 동작과 같이, 빠른 반전이나 잦은 스타트-스톱의 경우에 토크 스파이크를 고려한다. 그러나 이는 드라이브 커플링에 부가적인 부하를 준다.

축 방향 압축이나 인장

전착된 니켈 벨로우즈는 연장된 길이의 60%까지 압축할 수 있다.

극한 온도

납땜한 허브 전착 벨로우즈 커플링은 -50°C~126°의 온도에서 연속적으로 작동할 수 있다.

화학 환경

니켈 벨로우즈는 공기나 알칼리성 유체에서 산화하지 않는다.

와인드업

짧은 길이나 큰 직경의 커플링은 와인드업을 줄인다.

자료 제공: Servometer(www.servometer.com)