33 장장 -- 메카트로닉스 메카트로닉스 기계시스템기계시스템

직선운동 / 이송요소감속기 및 회전요소기타 OA 부품들

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직선이송 시스템 - 베어링방식

직선이송 시스템 - 이송방식

직동시스템 (LM 가이드 )다수 볼의 구름접촉에 의해 직선운동을 가이드하는 직선운동 베어링 요소로봇 , 공작기계 , 반도체 생산기기 등에 사용이 늘고있음고강성 , 저마찰 , 고정밀 직선운동 보장

정격수명 LM 가이드의 크기와 유형 선정시 부하용량과 수명 계산 이 값들이 사용조건을 만족하는가를 판단한다 .

직동시스템의 기본정격하중에는 정적 허용한계를 정하는 기본정정격하중 (Co) 과 수명산출에 사용하는 기본동정격하중 (C) 으로 2 종류가 있다 .

기본정정격하중 Co : 직동시스템이 정지 혹은 운동하고 있는 상태에서 과대한 하중을 받거나 큰 충격하중을 받는 경우에 전동면과 전동체와의 사이에 국부적인 영구변형이 발생한다 . 기본정정격하중이란 최대응력을 받고 있는 접촉부에서 전동체의 영구변형량과 전동면의 영구변형량의 합이 전동체 직경의 0.0001 배가 되는 방향과 크기가 일정한 정지하중을 말한다

기본 동정격하중 C : 기본동정격하중 (C) 라는 것은 1 군의 같은 직동시스템을 동일 조건으로 각각 운동 시켰을때 정격수명 (L) 이 볼을 사용한 직동시스템에서는 L = 50 Km, 로울러를 사용한 경우에는 L = 100 Km 가 되는방향과 크기가 변동하지 않는 하중을 말한다 . 기본동정격하중 (C) 는 직동시스템이 하중을 받고서 운동하는 경우의 수명계산에 사용한다 .

직동시스템의 수명 : 직동시스템을 동일조건으로 각각 운동 시켰을때 그 중 90% 가 플레이킹을 일으키지 않고 도달 가능한 총주행거리를말한다 . 직동시스템의 정격수명 (L) 은 기본동정격하중 (C) 와 부하하중 (P) 로부터 다음의 식으로서 구한다 .볼을 사용한 직동시스템의 경우

롤러를 사용한 직동시스템의 경우

• L : 정격수명 (km)C: 기본동정격하중 (N)P : 부하 하중 (N)

마찰계수직동시스템은 전동면 사이에 볼 혹은 로울러 등의 전동체를 삽입시켜 구름운동을 하므로 마찰저항이 미끄럼 안내에 비하여 1/20 ~ 1/40 정도의 값을가진다 . 특히 정마찰은 대단히 작고 동마찰과의 차이도 거의 없으므로 스틱 슬립이 발생하지 않는다 . 따라서 서브 미크론의 이송도 가능하게 된다 . 직동시스템의 마찰저항은 직동 시스템의 형식 , 예압량 , 윤활제의 점성저항 , 직동시스템에 작용하는 하중 등에 따라서 변화한다 . 특히 모멘트 하중이 부하되는 경우나 강성을 향상시키기 위하여 예압 (Pre Load) 을 건 경우에는 마찰저항은 증가한다 .

윤활직동 시스템을 사용할 때에는 양호한 윤활을 할 필요가 있다 . 무급유 상태에서 사용하게 되면 구름운동부의 마모가 증가 하거나 수명이 단축되는 원인이 될 수 있다 , 윤활제로는①각 운동부의 마찰을 작게 하고 눌어붙음을 방지하며 마모를 적게 한다②구름면에 유막을 형성시켜 표면에 작용하는 응력을 완화하고 구름피로수명을 길게 한다③금속표면을 유막으로 덮어 녹 발생을 방지한다 .

LM 가이드의 종류와 특징

안내구조의 설계

LM 가이드의 선정

강성설계레이디얼 클리어런스 : LM 레일을 고정하고 LM 레일 길이 방향의 중앙부에서 LM 블록을 상하로 가볍게 움직였을 때의 LM 블록 중앙부에서 레이디얼 방향의 이동량을 말한다 . 예압 (Pre Load) : LM 블록의 강성을 높이고 클리어런스를 없애는 등의 목적으로서 미리 전동체에 주는 내부 하중을 말한다 . - 기호 C1, C0

정밀도등급LM 가이드의 정도는 주행 평행도 , 높이 · 폭의 치수 허용차 , 1 축으로 여러 개의 LM 블록을 사용하는 경우나 동일 평면상에 여러 축을 부착하는 경우에 필요로 하는 높이 ·폭의 페어 상호차를 각 형번마다 규정하고 있다 .

기타부속품

LM 가이드 선정 계산사례

LM 가이드를 사용한 로봇 예

기타 직선 가이드

미니어쳐 가이드 /리니어스테이지

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스테이지 응용사례

웨이퍼 위치결정 시스템 26 자유도 자동얼라이너

웨이퍼 검사용 스테이지

볼나사볼나사는 다양한 용도에 맞게 최적의 제품을 선택할 수 있도록 풍부한 종류가 표준화되어 있다 . 볼의 순환방식은 리턴 파이프 타입 , 디플렉터 타입 , 엔드캡 타입이 있고 예압 방식은 정위치 예압 (더블 너트 방식 , 옵셋 예압 방식 ), 정압 예압이 있어 용도에 맞게 적절한 타입을 사용하고 있다 . 나사 축은 고정도로 연삭 가공된 정밀볼나사 ( 정도등급은 C0 ~ C7 까지의 6등급 ) 와 고정도의 전조가공으로 성형된 전조볼나사 ( 정도등급은 C7~C10까지의 3 등급 ) 이 있다 . 볼나사 주변기기로서 사용상 필요한 지지베어링을 조합한 서포트 유니트 , 너트 브라켓 , 로크 너트도 표준화되어 있다 .

볼나사의 분류

볼나사 주변기기

미니어쳐 리드스크루

볼 스크류 선정 계산사례THK 카탈로그 C-20 참조

기어

감속기감속기는 감속 장치의 일종으로써 , 일련의 기어 장치와 기계요소인 축 , BEARING을 조합하여 , CASING 내에 조립된 하나의 감속 장치의 기능을 가지고 있으며 , 치차감속 장치의 감속기를 치차 감속기 (GEAR REDUCER), 일반적으로 줄여서 감속기 (REDUCER) 라 부른다 치차 감속기는 원동기의 회전력을 정해진 감속비로 감속시켜 피동기에 전달하는 장치로써 , 감속기능 외에 동력 전달 장치이면서 회전력 (TORQUE) 을 감속비 만큼 증폭 시킨다 . 이러한 감속기의 종류와 명칭은 형태상 , 축의 상대적인 방향성 , 취부 방법 , 기어의 종류 및 피동기계의 종류 등에 따라 다양한 명칭을 가지고 있다 . 일반 기어의 1 단 감속비는 3:1 이하 – 고감속비 사용의 경우에는 이뿌리원의 간섭현상에 의한 치차 손상 발생종류 :

(1) 2 축이 평행한 경우 : 평치차 , 헬리컬치차 , 내치차 등 .(2) 2 축이 한점에서 교차하는 경우 : 베벨치차 등 .(3) 2 축이 엇갈리는 경우 : 나사치차 , 워엄치차 등

고감속비 기어 : 유성치차 , 워엄치차 , 하모닉 드라이브 등주의 !! – 감속기 설계는 매우 전문적인 분야임 . 필요시 감속기 조립체를 구매하여 사용하는 것이 바람직

감속기

벨트 / 체인

타이밍 벨트일반 V 벨트는 마찰에 의해 동력전달 타이밍 벨트는 물림에 의해 동력전달체인이나 V 벨트에 비해 저가 , 저소음 , 높은 동력전달 성능정밀도가 높은 동기전동이 가능하여 정밀 제어가 요구되는 로봇 , 공작기계 , OA/FA 기기 등에 적용 확대피치길이에 따라 표준화다축구동 등을 위하여 다양한 형상이 개발되어 있음

커플링

미니어쳐 베어링

캠기구캠을 이용한 인덱스 드라이브 (간헐기구 )

기구가 간소하고 강성이 높으며 , 운동의 재현성이 확실하며 동특성이 뛰어나고 제어가 간단

단점 : 자유도가 없음 종류 : 평행캠 , 롤러기어 캠 , 인덱스밸브 캠

Pear Cam Drop Cam Circular Cam

Quick Return Cam

Crank and Slider

Ratchet Mechanism

http://www.technologystudent.com/cams/camdex.htm

링크 기구

자세한 내용은 기구학에서…

연습문제1. 기계적인 정밀도를 보장하면서 회전운동을 직선운동으로 바꾸어주기

위해 다양한 기구들이 고안되었다 . 이러한 기구들에 대하여 조사하고 그 응용사례를 살펴본다 .

2. PC 용 스캐너에서는 스테핑 모터의 동력을 사용하며 , 다양한 기구방식을 사용하여 PSD(광감지소자 ) 를 이송한다 . 이 이송기구에 사용된 요소들을 살펴보고 설계도를 스케치하여 본다 .

3. 기어를 사용하여 회전속도를 감속하면 동력은 그에 비례하여 증가하지만 마찰손실이 존재한다 . 스퍼기어와 헬리컬 기어 및 베벨 기어의 의 동력전달 원리 및 마찰손실에 대하여 살펴본다 .

4. 유성기어와 하모닉드라이브는 협소한 공간 내에서 최대의 감속비를 얻을 수 있어 매우 효과적인 감속기이다 . 그 작동원리를 설명하시오