단순한 나사가 어떻게 로봇 공학 및 항공 우주 분야에서 사용되는 정밀한 제어 시스템으로 변신할까요? 이 글에서는 회전 운동을 높은 효율과 정확도로 직선 운동으로 변환하는 핵심 부품인 볼스크류의 흥미로운 역학에 대해 살펴봅니다. 볼스크류의 구조와 작동 원리, 다양한 산업에서 중요한 역할을 자세히 살펴보세요. 이 글을 읽고 나면 볼스크류가 의료 기기부터 자동화된 제조 라인에 이르기까지 모든 분야에서 어떻게 성능을 향상시키는지 이해할 수 있을 것입니다.
볼 나사
볼스크류는 나사, 너트, 강철 볼, 사전 압축 부품, 리버서, 방진 장치 등 여러 구성 요소로 이루어져 있습니다. 주요 기능은 슬라이딩 동작을 롤링 동작으로 변환하여 회전 동작을 직선 동작으로 변환하는 것입니다.
1898년, 너트와 나사 사이에 스틸 볼을 사용하여 기존 나사의 슬라이딩 접촉을 롤링 접촉으로 전환하는 개념이 처음 도입되었습니다. 슬라이딩에서 롤링으로 마찰이 바뀌면서 너트 내 스틸 볼의 회전 운동이 선형 운동으로 전환되어 기존 나사에 비해 토크 변환이 개선되고 위치 지정 문제와 손상이 감소했습니다.
볼스크류의 발명은 1929년 미국 특허를 받은 텍사스 출신의 루돌프 G. 뵘의 공로로 인정받았습니다. 능동 부품으로 사용할 경우 너트는 특정 사양에 따라 나사의 회전 각도에 따라 직선 운동으로 변환됩니다. 패시브 공작물은 너트 홀더를 통해 너트에 연결할 수 있습니다.
볼 나사 어셈블리는 일반적으로 강철로 만들어지며 암 너트와 나사 홈과 일치하는 나선형 홈이 있는 나사로 구성됩니다.
너트 내부의 홈에는 작은 크롬 스틸 볼이 많이 들어 있습니다. 이 볼이 너트 내부를 순환하면서 나사를 따라 부드럽게 움직이고, 디플렉터 또는 리턴 시스템이 볼을 고정하여 너트를 통해 순환할 수 있도록 합니다.
모터와 함께 사용하면 볼 스크류의 효율은 최대 90%에 달할 수 있습니다. 볼스크류는 피트당 수천분의 1 인치의 정밀도로 매우 정확합니다.
볼스크류는 항공우주, 컴퓨터, 전자, 자동차, 의료 산업 등 다양한 산업에서 정밀한 제어를 위해 사용됩니다.
볼스크류는 로봇, 자동 조립 라인, 자재 취급 장비, 컨베이어, 공작 기계, 와이어 제어 및 정밀 조립 장비와 같은 제조 공정에서 자주 사용됩니다.
볼 스크류 어셈블리는 나사와 너트로 구성되며, 각각 상호 보완적인 나선형 홈이 있습니다. 볼은 이 홈 안에서 굴러다니며 너트와 나사 사이의 유일한 접촉점 역할을 합니다.
나사 또는 너트가 회전하면 볼은 디플렉터를 통해 너트 내부의 볼 리턴 시스템으로 향합니다. 볼은 리턴 시스템을 통해 볼 너트의 반대쪽 끝으로 계속 이동한 다음 볼 스크류와 너트의 나사산 궤도로 빠져나가 폐쇄 루프에서 반복 순환합니다.
볼 너트는 볼 스크류 어셈블리의 하중과 수명을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 볼 너트 회로의 나사산 수와 볼 스크류의 나사산 수의 비율에 따라 어떤 구성 요소에 문제가 발생할지 결정됩니다. 피로 실패 (착용)을 먼저 클릭합니다.
볼 너트에 사용되는 볼 리턴 방식에는 외부 순환과 내부 순환의 두 가지 유형이 있습니다.
외부 순환에서 볼은 볼 너트의 외경을 넘어 연장된 리턴 파이프를 통해 루프의 반대쪽 끝으로 돌아갑니다.
외부 순환이 가능한 볼 너트
내부 순환은 볼이 볼 너트의 외경보다 직경이 작은 너트의 내벽을 따라 통과하거나 되돌아오는 것을 말합니다.
내부 순환이 가능한 볼 너트
내부 순환의 경우, 볼은 회전 회로를 따라 리턴 시스템을 통해 나사산 상단을 강제로 통과하게 됩니다. 이를 크로스 디플렉터형 내부 리턴 시스템이라고 합니다.
크로스 디플렉터 타입의 볼 너트에서는 볼이 축을 한 번만 회전하고 너트 내부의 볼 디플렉터(B)에 의해 회로가 닫히기 때문에 볼이 (A)와 (D) 지점에서 인접한 홈 사이를 교차할 수 있습니다.
내부 순환이 가능한 볼 너트
긴 볼스크류가 고속으로 회전할 때 가늘기 비율이 샤프트 크기의 자연 고조파에 도달하면 진동이 시작될 수 있습니다. 이를 임계 속도라고 하며 볼스크류의 수명을 크게 단축시킬 수 있습니다. 안전을 위해 임계 속도인 80%를 초과하는 속도로 스크류를 작동하지 않는 것이 좋습니다.
회전 볼 너트 구성 요소
일부 애플리케이션에서는 더 긴 샤프트 길이와 더 빠른 속도가 필요하며, 이러한 경우 회전 볼 너트 어셈블리를 사용해야 합니다.