ERD를 선택하는 10가지 주요 팁

최적의 성능, 신뢰성 및 효율성을 위해  오늘날 공장 자동화에서 높은 속도와 정밀도를 달성하면서 비용을 제어하는 것에 대한 요구가 높아지고 있다.

요구사항을 충족시키기 위해서는 그 어느 때보다도 선형 액추에이터 애플리케이션을 완벽하게 분석하고 프로젝트의 매개변수를 정확하게 결정하는 것이 중요하다. ERD 애플리케이션의 성능, 안정성과 효율성을 최적화하기 위한 10가지 팁을 소개한다.

공장 자동화의 조건을 충족시키기 위해서는 선형 액추에이터 애플리케이션을 완벽하게 분석하고 프로젝트의 매개변수를 정확하게 결정하는 것이 중요하다. 이는 특히 전기 로드형 액추에이터(Electric roc-style actuator, 이하 ERD)의 경우 공압 및 유압에 비해 높은 초기 비용, 보다 복잡한 설계 및 예측 가능한 성능으로 인해 더욱 그러하다. 전자 액추에이터 애플리케이션 프론트 엔드에 추가 엔지니어링과 분석을 실시하면 전체 비용이 절감되고 높은 신뢰성, 더 나은 성능, 낮은 에너지 소비와 유지관리가 가능한 자동화 시스템 구축이 가능하다.

Tip 1: 정확한 부하 계산

정밀도, 속도와 내구성으로 의도된 작업을 수행할 수 있는 ERD 액추에이터의 기능은 전기 모터, 리드 스크류와 베어링을 예상 부하와 일치시키는 것에 따라 달라진다. 애플리케이션의 정확한 정적 및 동적 부하를 알고 이를 액추에이터의 최대 및 연속 부하 기능에 일치시킴으로써 애플리케이션은 비용 효율적이고 신뢰도 있게 작동할 수 있다.

Tip 2: 유체 동력이 아닌 전기에 대한 계산

과도한 크기의 액추에이터는 충분한 전력이 공급되지 않는 것에 대한 저렴한 보험으로 간주되는 유체 동력 분야에 남아있는 나쁜 습관이다. 유체 동력 실린더의 경우, 필요한 것보다 약간 더 큰 액추에이터의 추가 비용은 적정 크기에 필요할 수 있는 추가 엔지니어링 시간에 비해 미미하다. 엔지니어가 다양한 이유로 유체 전력 애플리케이션에 2:1 안전율을 적용하는 것이 흔한 일이었다.

여기에는 부하에 대한 부정확한 지식, 사용 가능한 공기압의 변동, 생산 증가 혹은 애플리케이션 변화로 인한 향후 더 높은 부하를 예상해 과적하는 것을 보상하기 위해 보수 측을 잘못 사용하는 것이 포함된다. 전기 액추에이터는 전방에서 훨씬 더 비용이 많이 들 수 있기 때문에 크기를 과도하게 조정하는 것은 보다 비용을 많이 들게 하는 원인이 될 수 있다.

액추에이터를 애플리케이션과 올바르게 일치시켜 과도한 크기를 피해야 한다. 액추에이터 제조업체의 사이징 프로그램, 그래프와 공식은 이 작업이 과거보다 쉽고 정확하게 수행할 수 있게 도와준다.

Tip 3: 듀티사이클(duty cycle)의 요소

듀티 사이클은 작동 시간과 전기 액추에이터의 정지 시간의 비율로 정의된다. 작동기가 2초간 움직이고 2초간 정지한 경우 듀티사이클은 50퍼센트이다.

액추에이터에 대한 듀티사이클의 영향을 간과하면 과열, 마모 속도 및 구성 요소 조기 고장이 발생할 수 있다. 듀티사이클의 영향을 과대평가하면 과도한 크기 조정으로 인해 초기 비용이 증가할 수 있다. 대표적인 보수 듀티사이클 추정은 흔히 애플리케이션에 대한 불완전한 이해에서 비롯된다.
 

Tip 4: 필요한 힘과 속도에 대한 파악

힘과 속도 요건은 ERD 액추에이터의 모터, 나사와 너트의 기능을 규정한다. 일반적인 오류는 서보모터가 속도와 힘 요건에 더 적합할 때 비용을 절약하기 위해 스테퍼 모터를 지정하는 것이다. 스테퍼 모터의 속도가 증가함에 따라 사용 가능한 힘은 급격히 감소하는 반면 서보모터는 속도가 증가하더라도 힘을 유지할 수 있다.

마찬가지로, 힘과 속도 요건은 복합 스크류가 있는 애크미(Acme) 스크류, 청동 너트가 있는 애크미 스크류, 볼 스크류, 롤러 스크류 등 리드 스크류의 유형과 피치를 결정한다. 애플리케이션의 정확한 속도와 속도 요건을 파악함으로써 고성능과 긴 사용 수명에 필요한 적절한 구성 요소를 갖춘 액추에이터를 지정할 수 있다. 또 액추에이터 제조업체가 제공하는 스크류 차트를 사용해 추력 및 속도 요구 사항이 액추에이터 또는 스크류 용량과 호환되는지 여부를 확인하는 것이 좋다.
 

Tip 5: 적절한 가이드 사용 및 측면 부하 방지

로드형 액추에이터는 확장 로드가 중간 정도의 측면 부하에 노출될 경우 손상 및 마모에 취약하다. 일반적으로 로드의 측면 하중은 액추에이터가 주 부하와 정렬되지 않을 때 발생해 프론트 베어링이 심각하게 마모되고 리드 너트가 손상된다. 액추에이터의 장착도 요인이 될 수 있다.

예를 들어, 액추에이터 로드는 클레비스 유형 로드 엔드로 장착될 때 최대 스트로크에서 정렬이 부족한 경향이 있어 로드 및 지지 베어링에 상당한 측면 부하가 발생한다. 측면 하중을 방지하기 위해서는 액추에이터 로드에 적절한 마운팅이 장착돼 있고 정밀하게 정렬돼 있는지 확인해야 한다.
 

Tip 6: 임계 속도 제한 설정

작동 속도가 높을수록 제조 처리량이 향상되지만 로드 스타일 액추에이터에서는 리드 스크류 임계 속도가 상한선이 된다. 임계 속도는 스크류의 고유 주파수를 방해하는 회전 속도를 말한다. 스크류가 임계 속도에 도달하면 진동 및 떨면서 회전하기 시작한다. 임계 속도 제한은 스크류 길이와 직경에 따라 달라진다. 스트로크 길이가 증가하면 지지 베어링 사이의 거리가 늘어나 특정 속도에서 나사 진동이 발생한다.

이러한 진동은 지지 베어링을 조기에 마모시켜 진동, 소음 및 심지어 치명적인 고장을 일으킬 수 있다.
 

Tip 7: 피크 추력을 액추에이터에 맞추기

애플리케이션에 필요한 최대 추력은 액추에이터가 전달할 수 있는 최대 추력을 초과할 수 없다. 먼저 애플리케이션에 대한 피크 추력 요건이 무엇인지 확인한 다음 선택한 액추에이터의 추력 곡선과 비교해야 한다. 액추에이터 제조업체의 추력 곡선은 피크와 연속 추력 기능이 결합된 것을 보여준다. 대부분의 듀티사이클에서 추력은 연속 추력 곡선 아래에 머무른다.

액추에이터의 피크와 연속 추력 기능이 모터와 적절하게 일치하는지 확인해야 한다. 일부 모터는 액추에이터가 견딜 수 있는 것보다 더 많은 최대 추력을 제공해 조기 고장을 유발 할 수 있다. 마찬가지로 필요한 기둥 강도 계산을 수행하고 작동기가 스크류 혹은 로드 버클 없이 필요한 최대 추력을 제공할 수 있는지 확인하는 것이 중요하다.

Tip 8: 환경요인

액추에이터가 작동하는 환경은 성능, 내구성 및 유지관리에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 높은 온도는 씰, 윤활, 베어링과 모터 수명에 영향을 미칠 수 있다. 매우 낮은 온도는 성능, 윤활, 마모에도 영향을 미칠 수 있다. 오일, 물 혹은 연마재가 오염되면 액추에이터가 적절한 IP 등급을 가지지 않는 한 씰이 손상될 수 있다. IP 등급은 정적 조건만 다루므로 동적 조건(진동, 열, 추위, 움직임) 도 고려해야한다.

Tip 9: 전체적인 엔빌로프 문제

로드가 완전히 확장되었을 때 액추에이터와 모터의 길이와 폭인 전체 액추에이터 ‘엔빌로프(envelope)’ 를 고려하는 것이 중요하다. 총 엔빌로프를 고려하지 않을 경우 애플리케이션의 레이아웃 변경이 필요하거나 사용할수 있는 모터의 크기가 제한될 수 있다. 액추에이터의 전체 스트로크 길이와 실제 작동 스트로크 길이는 리드 너트, 범퍼와 리미터와 같은 내부 기능을 수용하는데 필요한 ‘dead 길이’로 인해 달라진다.

Tip 10: 드라이브 시스템이 설치 공간 이상이다.

액추에이터는 인라인 혹은 역병렬(reverse-parallel, RP) 모터 장착/구동 시스템으로 세분화할 수 있다. RP 시스템이 더 작은 엔빌로프를 제공하는 반면 RP는 벨트나 기어의 추가 때문에 효율적이지 않다. RP 모터 마운트는 기계적 이점과 관성 일치를 위한 기어/벨트 비율과 후면 클레비스의 추가적인 기계적 장착 옵션을 제공한다. 인라인 모터 장착은 가장 효율적인 구동 시스템과 최고의 동적 성능을 제공한다. 경우에 따라서는 성능 특성이 가장 일치하지 않을 수 있는 역병렬 드라이브를 지정하는 것보다 인라인 모터 드라이브를 위한 공간을 확보하기 위해 애플리케이션을 변경하는 것이 좋다.

이상적인 액추에이터 선택을 위해

ERD 액추에이터는 유체 전력(공압과 유압) 대비 성능, 제어 및 효율성을 개선한다. 그러나 전기 액추에이터의 초기 비용과 고유 특성 및 유체 전력 실린더 때문에 애플리케이션 요구사항을 완전히 이해하는 것이 중요하다. 보다 생산적이고 신뢰할 수 있는 자동화 시스템은 부하, 힘, 애플리케이션 설치 공간과 환경을 신중하게 결정하고 분석하면 얻을 수 있다.

출처 : Tolomatic (www.tolomatic.com)