Ball Screw Assembles의 "수명" 은 어떻게 계산할까?
기계 장치 및 이송 장치를 설계하시는 고객들 중에서 적지 않은 분들이, 가끔 Ball Screw를 제조하는-또는 판매하는- 회사에
상담을 하시면서 "이 규격의 Ball Screw Assembles에는 어느 정도의 하중을 실어서 이송할 수 있는지?"를 문의하십니다.
즉, 현재 설계하시는 기계 장치 및 이송 장치의 하중이 선택하고자 하는 Ball Screw Assembles에 적합한 것인지를 확인하고
싶어하시는 것입니다.
그러나 Ball Screw Assembles는 물론이고 일반적으로 구름운동을 수행하는 Bearings는 단순히 하중을 기준으로 선정할
수 없습니다.
지금까지 설명드렸던 Ball Screw Assembles의 선정과 관련된 주요 항목들 모두는 그래서 필요한 것이고 수명에 대한 내용을
제일 마지막에 설명드리는 것도 그러한 이유입니다.
Ball Screw Assembles를 선정하시면서 가장 중요하게 생각하셔야 하는 부분은 선택하신 제품이 고객께서 설계하시는 장치에
부착되어서 어느 정도의 수명을 가지게 될 것인가?를 고려하시는 것입니다.
즉, 설계하시는 기계 장치의 기본적인 목표수명이나 기대수명과 비교하여 적합한 제품을 선정하시는 것이 Ball Screw 제품은
물론 연관되는 각종 조합 제품들의 초기 구매 비용 및 유지 비용에 적정성을 가지게 하는 중요한 선택이 되기 때문입니다.
통상적으로 Ball Screw Assembles를 제작하는 여러 회사들은 아래의 항목 별 수명 시간을 일반적인 표준 수명 시간으로 추천
하고 있습니다.
기계 및 장치 항목 | 표준 수명 시간 | 수명 일자 |
공작 기계 | 20,000 시간 | 100 개월 |
산업 기계 및 이송 장치 | 10,000 시간 | 50 개월 |
자동제어 기계 및 계측 장치 | 15,000 시간 | 75 개월 |
* 수명 일자는 1일 8시간 / 1개월 25일 가동을 기준으로 설정하였습니다.
Ball Screw Assembles의 수명을 산정하시는 방법은 제조 회사들이 제공하는 Catalogue에 매우 상세하게 설명되어 있으므로
이곳에서 부연할 필요는 없겠습니다만, 그 내용을 간략하게 설명드린다면
1) Ball Screw Assembles의 수명이 종료되는 시점은?
Balls, Screw의 궤도면, Nut의 궤도면 어느 쪽에서나 반복적으로 가해지는 응력에 의해서 피로 현상이 발생하고 그로 인해
박리(薄離 Flaking)현상이 일어나기 시작하는 순간을 말합니다.
Ball Screw Assembles가 규정된 수명 시간을 넘어 계속 사용될 경우에 통상 Nut와 Screw의 궤도면에 원형으로 형성되는
0.2mm 정도 크기의 Pitting이 발생하며, 점차 그 주위에 Crack이 발생하여 성장하게 됩니다.
성장된 Crack은 결국 박리(Flaking)현상으로 진전되며, 박리된 조각이 Ball에 영향을 미치고 연속해서 다른 궤도면과 Ball에
영향을 전달하면서 급속하게 마모가 촉진됩니다.
Pitting 현상 Crack 현상 Flaking 현상
2) Ball Screw Assembles의 수명을 나타내는 단위는?
Ball의 총 회전수입니다. 즉, 박리 현상이 발생하는 순간까지의 총 회전수를 수명으로 표시하며 계산된 총 회전수에
도달하기까지의 시간을 환산하여 수명으로 산정합니다.
3) 앞에서 기본 동 정격 하중에 대한 설명을 드리면서 "정격 수명"이라는 용어를 풀이해 드린 것을 기억하실 것입니다.
여러분께서는 제조회사들이 제공하는 계산 식에 의거하여 설계하시는 기계 장치의 '평균 속도', '평균 하중', 정격 수명',
'구동 Torque', '구동력' 등을 산출하실 것이며, 기계의 작동 시간과 Ball Screw의 작동시간을 이용하여 '요구 수명'을 산출하실
수 있을 것입니다.
이렇게 계산된 '요구 수명' 값과 '평균 하중' 값을 이용하여 필요한 동 정격 하중 값을 확인하시게 되며 확인된 동 정격 하중
값에 부합하는 제품을 Catalogue의 Dimension Table에서 찾으시면 되는 것입니다.
4) 그 후 선정된 제품의 회전수 수명이, 처음 설정하신 목표 수명 값보다 너무 높거나 낮지 않은지 재 확인하시는 것으로
적정한 Ball Screw의 Size를 선정해 내실 수 있을 것입니다.
반드시 유념하셔야 하는 것은, Screw의 회전수가 10 RPM을 넘지 못하는 저속에서의 사용이 예상되는 경우에는 기본 동 정격
하중 값을 이용하여 수명을 확인하시면 큰 오차가 발생하게 된다는 점입니다.
저속 회전에서의 수명 확인은, 기본 정 정격 하중 값을 이용하시기를 권장합니다.
여기까지의 설명을 보시면서 느끼셨겠습니다만, Ball Screw Assembles의 선정에 있어서 가장 우선시되어야 하는 항목은 고객
께서 설계하시는 기계 장치의 목표를 설정하시는 것입니다.
즉, 기계 장치가 가져야 할 정밀도, 강도, 속도, 수명에 대한 목표를 우선 설정하시고 그 목표에 부합되는 Ball Screw가 어떤 것
인지를 선택하셔야 한다는 것입니다.
또한 Ball Screw Assembles를 제조하는 Maker들이 권장하는 각각의 사용 조건들을 준수하시고, 적절한 윤활이 유지될 수
있도록 해 주시는 등, 목표와 사용 조건이 부합되는 환경을 구성하셔야 합니다.
근래에 들어서는 Ball Screw Assembles가 적용되는 분야의 한계를 없애기 위한 다양한 노력이 결실을 보이고 있습니다.
예전에는 적용할 수 없었던 속도와 온도, 하중 값 등의 가혹한 조건에서도 훌륭하게 역할을 수행하는 새로운 디자인과 소재
들을 적용한 신제품들이 공급되고 있는 것입니다.
그러므로 각각의 제조 회사들이 제시하는 신제품에 대한 정보를 꼼꼼히 챙기셔서 고객께서 설계하시는 기계 장치에의 적용
을 검토하는 것도, 일반적인 사용 조건의 탐색에 못지 않게 중요한 일입니다.
당사의 Web-Site에서 제공하는 이러한 정보들이 고객들의 사전 사후 비용을 줄여드리고, 효율을 높이는 일에 조금이라도
기여할 수 있기를 희망합니다.
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