벨트구동과 체인구동 리니어 액추에이터 성능 비교

Bishop Wisecarver

리니어 액추에이터는 산업 전반에 걸쳐 다양한 애플리케이션에서의 핵심 구성요소이다. 대부분의 리니어 액추에이터는 벨트 또는 체인 드라이브가 시스템에 통합되어 사용된다. 본문에서는 이 두 가지 유형의 드라이브를 비교 설명한다.

리니어 액추에이터 시스템을 올바로 설계하면, 장비 성능 향상과 유지 관리가 용이하여 비용 측면에서도 큰 혜택을 볼 수 있다. 엔지니어는 리니어 액추에이터를 설계할 때 속도 및 토크 등의 기본 특성외에도 여러 요소를 고려해야 한다. 모든 애플리케이션의 요구가 각각 다르듯 리니어 액추에이터 드라이브 기술의 접근방식도 다르기 때문이다.

벨트 구동 시스템

벨트 구동 시스템에서는 필요한 스트로크 길이를 고려하고 이를 속도, 가속과 같이 검토해야 한다. 벨트 드라이브는 초당 5미터 이상의 고속 구동을 제공하는 것으로 알려져 있다. 속도와 가속이 중요한 제조 작업의 경우(고속 운송 및 포지셔닝), 벨트 드라이브가 이상적인 선택이 될 수 있다 (그림 1 참조). 이는 시스템 이동 길이가 긴 경우도 마찬가지다.

  벨트 구동 리니어 액추에이터를 설계할 때 주의해야 할 상황은, 액추에이터가 수직 하중보다 무거운 경우이다. 작은 하중을 운송할 때는 폴리우레탄 벨트가 매우 강해서 신뢰할 수 있지만, 무거운 수직 하중을 먼 거리로 운송해야 하는 경우엔 벨트가 늘어날 수 있다.

벨트가 늘어나는 것이 우려되는 경우 강철로 강화된 벨트를 사용해야한다. 강철로 강화된 벨트는 긴거리에서도 무거운 하중으로 작동할 수 있다. 다만 길이는 제한된다. 벨트가 하중으로 인해 늘어나는 경우, 벨트 장력과 정확한 작동을 유지하기 위해 장력 조절 장치가 필요할 수 있다.

특정 지점에서 벨트의 일부 길이를 잘라 나머지 길이를 다시 조여야 할 수도 있다. 강철로 강화된 벨트를 사용하는 경우도 전체 인장 강도를 고려해야 한다.
벨트 구동 리니어 액추에이터는 낮은 백래시 특성으로 피트당 0.008인치(톱니형 벨트의 경우)의 정확도를 제공한다. 정확도는 벨트의 톱니와 프로파일에 따라 다를 수 있다. 이런 시스템은 포지셔닝 시스템과 같이 높은 성능이 필요한 고정밀 작업에 탁월하다.

벨트 드라이브는 오염된 환경에서도 작동할 수 있다. 벨트는 작동 중 정전기를 발생할 수 있어 오염된 입자가 톱니에 달라붙어 결국 액추에이터에 손상 시킬 수 있다. 전반적으로 벨트 구동 리니어 액추에이터는 중소 부하의 고속 애플리케이션에 이상적인 솔루션이다.
신뢰할 수 있는 솔루션이 필요한 경우 벨트 드라이브는 설치가 쉽고 비용면에서 합리적이다. 또한 주문 시 짧은 리드타임을 제공할 수 있다.

체인 구동 시스템

애플리케이션에 따라 체인 구동 리니어 액추에이터가 필요할 수 있다(그림 2 참조). 체인 드라이브는 일반적으로 동일한 이동 길이에 대해 벨트 드라이브보다 낮은 속도로 작동된다. 체인 구동 시스템에서는 백래시가 크게 발생하여 벨트 구동 시스템보다 정확도가 떨어진다(피트당 0.015인치).

반면 체인 구동 리니어 액추에이터는, 애플리케이션이 수직 방향으로 무거운 하중이 요구될 때도 문제없이 작동한다. 즉, 체인은 다양한 포장 애플리케이션 및 자동화 애플리케이션에서 높은 품질을 제공한다. 체인은 일반적으로 탄소강 또는 스테인리스강으로 만들어진다. 이것은 체인 드라이브가 높은 구동력과 무거운 하중을 처리할 수 있음을 의미한다. 체인 구조 자체는 고온에 강하다. 다만 액추에이터의 다른 구성요소에서는 온도 제한이 있을 수 있다.

체인 드라이브는 벨트 드라이브만큼 쉽게 늘어나지 않지만 시간의 경과에 따라 크리프(creep) 현상을 없애기 위해 인장 장치가 필요하다. 체인도 윤활 주입 등 소규모 유지관리가 필요하다.
체인 구동 리니어 액추에이터가 벨트 구동 시스템보다 이점을 제공하는 또 다른 부분은 오염이 많은 환경에서도 적용할 수 있다는 점이다. 체인은 모든 오염과 이물질이 많은 환경에서도 매우 높은 신뢰성을 제공한다. 체인 틈새의 먼지와 이물질을 쉽게 제거할 수 있기 때문이다. 체인을 구동하는 스프로킷은 또한 체인의 틈을 통해 오염원을 밀어내는 데 도움을 준다.

결론

애플리케이션에 가장 적합한 드라이브 시스템을 장단점을 파악하면 구매와 설치 그리고 유지 관리에 이르기까지 시간과 비용을 절약할 수 있다. 벨트 드라이브는 일반적으로 긴 이동 거리에서 높은 정확도와 속도를 제공한다. 벨트 드라이브는 다양한 톱니 프로파일과 강철 케이블로서 강화된 폴리우레탄 버전으로 다양한 애플리케이션 분야에 사용할 수 있다.
반면, 체인 드라이브는 높은 하중을 처리할 수 있으며 혹독한 환경에 적합하다. 체인 구동 리니어 액추에이터는 다양한 산업의 모션 및 포지셔닝 작업에 적용되는 강력하고도 견고한 시스템이다.

자료 제공: Bishop Wisecarver(www.Bwc.com)