이번 포스팅은 감속기에 대해 알아보겠습니다.

출처는 아래와 같습니다.

http://mncautomation.co.kr/community.do?board_seq=16&subMenuSeq=MENU20120330043&cmd=view


감속기란 무엇인가요

감속기란 무엇인가?  

 감속기는 말 그대로 속도를 떨어뜨리는 기계장치로, 우리 주위에서 가장 흔하게 볼 수 있는 것은 자동차에 있는 변속기입니다. 이 변속기의 아주 단순한 형태가 우리가 흔히보는 전동기에 사용되는 감속기라고 생각하시면 됩니다. 사실 속도를 줄여 주는 것 뿐만 아니라 더 빠르게도 할 수 있는데, 대부분 속도를 줄이기 때문에 감속기라고 부릅니다.

사전적 의미로는, 기어(GEAR)를 이용하여 속도를 변환시키는 기구로써, 주 구동원(주로 모터)의 회전수를 필요한 회전수로 감속하여 더 높은 토크(TORQUE, 힘)를 얻을 수 있도록 만들어진 것 정도 되겠습니다.

 
 
감속기는 왜 사용하는가?
 
  
 막연히 속도를 줄이고, 토크(힘)을 늘인다고 하면 좀 막막하시죠? 원래 그런가 보다라고 하면 그냥 넘어가지만 머리 한구석에는 아직 의문점이 남습니다. 


사실 이 부분을 이해하기 위해서는 유체역학이라고 하는 좀 어려운 부분을 알아야 하는데, 저 또한 기계나 이쪽 전공이 아니라 정확히 이해하거나 알 수는 없습니다. 


다만 그동안에 걸친 인터넷 검색으로 조금이나마 이해하고 있는 부분을 전달하려고 합니다.


정지 추력이라고 하는 것이 이해 하여야 하는데, 이것은 모터를 고정한 상태에서 프로펠러를 돌렸을 경우 발생하는 힘이라고 생각하시면 됩니다. 


이 정지 추력이라고 하는 것을 계산하는 식은 다음과 같습니다.


Static Thrust = 0.00000000000283 * rpm^2 * Prop Diameter^4 * Air Density/29.92 * CF value 


이 중에, Air Density(공기 밀도)의 경우 상수(고정값)로 보고 CF Value(프로펠러의 효율정도 됩니다, 아마 피치가 포함된 값이 아닐런지...)역시 고정값으로 볼 때...

Air Density를 1로 고정하고


Case 1: 모터 직결, 작은 프로펠러(5인치), 높은 RPM, 높은 피치의 경우

RPM: 10,000

프로펠러직경: 5인치

CF: 2

의 경우를 계산하면, 약 0.49가 됩니다.


Case 2: 감속기 사용, 큰 프로펠러(10인치), 낮은 RPM, 낮은 피치의 경우

RPM: 5,000

프로펠러직경: 10인치
CF: 1


의 경우를 계산하면, 약 0.98이 됩니다.

즉 모터의 속도를 절반으로 낮추고 큰 프로펠러를 쓰면 힘(추력)이 그만큼 좋아진다는 뜻입니다.


 
 
감속기사용에 따른 장점
감속기를 사용하는 일반적인 이유

1. 작은 모터로 큰 기체의 비행이 가능하다.
2. 배터리의 소모전류가 낮아져 비행시간이 길어진다.

 
 
감속기사용에 따른 단점 
감속기를 사용하면서 발생하는 단점

1. 부가적인 기계장치 추가로 기체가 무거워진다.
2. 기체의 속도가 느려진다. (실속 속도가 높은 기체의 경우 사용이 어렵습니다.)
3. 추가적인 돈이 들어간다.(감속기를 사야하니...)



감속기의 종류
무선모형에서 사용하는 감속기는 주로 3가지로 분류됩니다.

1. 평행형 스퍼기어 방식
2. 유성기어 방식 (Planetary Gear)

3. 밸트구동 방식 (Belt Drive)

사용되는 3가지 감속기의 장점과 단점은 다음과 같습니다.

 

1. 스퍼기어 방식

가장 일반적으로 가장 많이 사용되는 방식입니다.


장점: 

가격이 싸다. 구입이 쉽다. 정비(수리)가 쉽다. 제작이 쉽다.


단점: 

효율이 낮다. 

모터의 회전방향이 프로펠러의 방향과 반대가 되어야 한다. 
노출형의 경우 외부의 이물질에 의하여 기어의 손상이 되기 쉽다.

 

 

2. 유성기어 방식

대형 부러쉬리스 모터에 많이 사용되는 방식입니다.


장점: 

모터의 회전축과 프로펠러의 회전축이 동일 선상에 있어 모터 직결용을 만들 수 있다.

효율이 높다. 모터와 프로펠러의 회전방향이 같다.
밀폐형으로 외부의 이물질의 오염으로부터 보호된다.

다단 구조로 만들면 큰 기어비를 얻을 수 있다.


단점: 

비싸다.
정비(수리)가 어렵다.
구조적으로 복잡하다.
구입이 어렵다.

 

3. 밸트구동 방식

잘 사용되지는 않지만, 큰 부러쉬드 모터에 사용하던 방식입니다.


장점

효율이 좋다.
모터의 회전방향과 프로펠러의 회전방향이 같다.


단점: 

구입이 어렵다. 
큰 기어비를 얻기 힘들다.
대부분 노출형으로 외부의 이물질로 보터 기어 손상이 되기 쉽다.

 
이밖에 알아야 하는 것들
 
 스퍼기어
 프로펠러와 연결되는 큰 기어를 말합니다. 대부분 플라스틱 계열로 만들어집니다.

피니언기어
모터와 연결되는 기어를 이야기 합니다. 대부분 금속계열로 만들어져 있습니다.


기어비
피니언기어와 스퍼기어의 이빨수의 비율입니다. 

3:1이라고 함은, 스퍼기어가 피니언 기어의 이빨 수 보다 3배 많은 것이며, 

이것은 모터가 3회전 할 때 프로펠러는 1회전 한다는 뜻이기도 합니다. 

일반적인 방식의 경우 크기의 한계 때문에 큰 기어비를 얻기 힘들지만, 

유성기어의 경우 다단 감속으로 400:1 이상의 높은 감속도 가능합니다.


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안녕하세요.

이번 포스팅은 스태핑모터(스태퍼/스탭) 모터의 원리를 자세하게 나타낸 영상이 있어 소개 드립니다.

원본 출처는 https://www.youtube.com/watch?v=eyqwLiowZiU 입니다.


참고 바랍니다.

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이번 포스팅은 자동선반의 개념을 이해하는데 도움이 될 만한 글을 퍼왔습니다. ^^

원본 출처는 http://ei.co.kr/content/view.asp?idx=2735 입니다.

참고 하시기 바랍니다.

130년 전에 스위스에서 시계부품 가공 기로서 고안된 주축 이동형 자동머신이다. 반세기 이전에 시계공업의 진흥을 도모하기 위해 일본에서 개발되었고 그후에는 일본공업계의 발전 및 업종의 변천과 더불어 품질·성능을 향상시켜 현재에 이르렀다.
  특히 캠식에서 NC화로 이동하고 전화(電化) 제품, 자동차 등의 소비가 확대됨에 따라 스위스형 자동 선반이 급속히 보급되었다.
스위스형 자동 선반에 의한 자동차 부품가공
대상 공작물은 시계 부품과 같이 소경(小徑) 부품에서부터 자동차 부품, 모터, 프린터 등의 샤프트가 주류이고 근년에는 커넥 터, PC 주변장치, 정보 단말기기, 의료 부품으로 변천하여 단순한 형상이지만 고정 밀도를 요구하는 것, 더욱 복잡한 형상에 대응하는 것, 티탄 등의 난삭재에 대응하는 것 등 시장의 요구도 다종 다양화 추세로 가고 있다.
  자동차 부품만 하더라도 단순한 형상이 지만 밀링·슬리팅 가공 등의 복합가공을 필요로 하는 샤프트 가공에서 브레이크 부품, 유압제어 부품, 그리고 연료분사 장치 처럼 고정밀도의 부품으로 부품의 형상이 변화하고 있으며 또한 부품의 소형화로 인해 스위스형 자동 선반에서 가공해야 할부품이 늘어나고 있다.
  자동차에 새로운 기술이 도입되어 자동 차가 진화(進化)함에 따라 고정밀도·복잡 형상의 부품을 좀더 효율적으로 가공할 수있는 기계가 요구되고 있다.
스위스형 자동 선반의 특징
스위스형 자동 선반은 범용 선반과는 달리 다음과 같은 특징이 있다.
 (1) 소경(小徑)·장물(長物) 공작물의 고정밀도 가공이 가능하다
  스위스형 자동 선반은 재료를 지지하기 위한 가이드 부시 장치가 주축 전방(前方)에 설치되어 있어 주축이 Z축 방향으로 이동하고 절삭공구가 X축 방향으로 이동한 다<그림 1>. 따라서 항상 가이드 부시 부근에서 절삭이 이루어지므로 절삭력에 의한 재료의 휨을 억제할 수 있다. 범용 선반에 서는 가공 포인트와 주축이 재료를 그립하고 있는 위치가 일정하지 않기 때문에 장물 공작물을 가공할 때에는 심압대 등으로 재료를 지지하지 않으면 절삭력으로 인한 휨이 발생하게 된다<그림 2>.
 (2) 연속가공이 가능하다
  재료는 h공차로 다듬질된 봉재 (2m~4m)를 사용하고 공작물 1개의 절삭 공정을 반복함으로써 하나의 재료로 수개~수백개의 부품을 연속가공할 수 있다. 통상적으로 스위스형 자동 선반은 봉재 공급장치와 세트로 사용하고 봉재 공급장치에 예비 재료를 세트해 두면 24시간 연속가공도 가능하다. 범용 선반처럼 재료를 하나 하나 로봇 등으로 세트하는 것에 비해 효과 적이다.
  통상적으로 봉재의 재료 지름은 1mm~ 32mm 정도이고 소경 가공에서는 1mm 이하, 대경 가공 에서는 32mm까지가 스위스형 자동 선반의 가공 범위 내에 속한다.
 (3) 고효율의 절삭이 가능하다
  재료가 h공차로 다듬질되어 있기 때문에 공작 물에 따라서는 재료의 외경을 절삭하지 않더라도 그대로 완성품으로 다룰 수 있어 가공시간 단축과 더불어 칩 배출량을 줄일 수 있다.
  이상과 같이 고정밀도·고효율 가공을 특징으로 하는 스위스형 자동 선반인데 기능을 살림에 있어서는 다음과 같이 스위스형 자동 선반만이 갖고 있는 취급상의 어려움도 있다.
 ① 가이드 부시와 재료와의 틈새 확보 가이드 부시 장치에서 재료를 지지하여 고정밀도 가공을 하는 효과를 발휘하게 하려면 재료를 세트한 시점에서 재료와의 틈새가 아주 작아지도록 조정할 필요가 있다. 통상적으로 0.01mm 이하로 관리해야 한다. 틈새가 너무 작으면 재료와 가이드 부시가 들러붙는 일이 있다. 반면에 너무 크면 가이드 부시 장치의 의미가 없어지므로 가이드 부시와 재료의 틈새 조정은 운전자의 판단에 의존하게 된다.
  스타정밀(주)에서는 운전자 개인차에 의한 틈새 차이를 없애기 위해 조정 나사를 돌리는 토크를 검출하여 수치화 함으로써 정량적으로 틈새를 확보하는 자동 틈새 조정기능이 탑재되어 가이드 부시 장치를 갖춘 기종이 있다.
 ② 재료의 관리 공작물에 대한 요구 정밀도가 높아질수록 가이드 부시와 재료와의 틈새 관리도 엄밀해진다. 재료 외경 치수의 편차에 따라서도 틈새는 영향을 받으므로 h공차로 다듬질되어 있다고는 하지만 재료의 치수관리가 필요하다. 하나의 재료에서 선단부, 중간, 말단부의 치수가 달라지는 것이 있다.
  그리고 동일한 로트에서 제조된 재료라도 h공차 내에서 재료 하나 하나마다 치수가 달라지고 있는 실정이다. 앞서 말한 것처럼 자동 틈새 조정에서는 재료의 편차에 대응할 수 없다. 그리고 재료를 교환할 때마다 가이드 부시와의 틈새를 조정한다면 연속가공의 이점이 희박해진다. 이 문제를 해결하기 위해 스타정밀(주)에서는 에어 실린더 구조에서 가이드 부시를 일정한 힘으로 재료에 강압 하여 재료의 치수변화에 대응할 수 있게 한 「가이드 부시 장치」를 개발했다.
  그리고 재료 그 자체의 휨에도 주의해야 한다.
  재료를 고속 회전시키기 때문에 재료의 휨으로 인해 기계가 진동하여 가공에 영향을 끼친다. 따라서 사용하는 봉재가 변형되지 않도록 재료를 보관 하는 장소 및 방법에 주의를 기울여야 한다. 그 반면에 대량생산 부품을 가공할 경우의 경제 효과가 큰데 바로 그 점이 스위스형 자동 선반을 보급하게 된 요인이다. 최근에 와서는 다품종 소(少)로트 생산에도 대응할 수 있는 기계가 요구되고 있어 스타정밀(주)에서는 준비시간을 단축시키기 위한 소프트웨어 「SD 에디터」를 개발했다.
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기계 구성과 가공 예
가장 적당한 기종을 선정하려면 공작물 형상에 맞는 기계의 사양·능력을 파악해야 한다. 게다가 공작물 1개당 단가에 관련하는 기계의 생산능력을 고려하여 좀더 경제적인 기종을 선정한다. 스위스형 자동 선반은 절삭공구대 구성면에서 크게 나누면 방사상(放射狀) 절삭공구대, 터릿형 절삭 공구대, 체이서 절삭공구대로 3종류가 있다.
 (1) 방사상(放射狀) 절삭공구대
  <그림 3> 캠식 자동선반의 기계 구성을 계승하고 있어 내외경의 동시가공, 밸런스 컷<그림 4>, 다음 공정 공구의 대기동작 시간 단축으로 인해 선삭·피어 싱가공에 한해 가공시간의 단축을 가장 효율적으로 도모할 수 있다.
  하지만 Y축 제어가 부가되어 있지 않기 때문에 밀링가공 등의 2차 가공을 필요로 하는 공작물에는 부적당하다.
 (2) 체이서 절삭공구대
  절삭공구대는 X축·Y축의 2축 제어로 되어 있기 때문에 밀링가공에도 대응할 수 있고, 또 절삭 공구를 세트하는 작업이 방사상 절삭공구대에 비해 용이하다. 복합가공 부품이 주체로 되어 있는 최근에는 가격도 합리적이고 가장 보급되어 있는 스위스형 자동 선반의 절삭공구대 구성이다.
 ① 싱글 체이서 절삭공구대
  <그림 5> 공작물을 잘라 떨어뜨린 후 서브 스핀들에서 공작물의 절삭면을 가공하는 서브 주축대가 탑재되어 있어 <그림 6>의 공작물 A를 가공할 경우에는 대향(對向) 정면 드릴을 사용하여 정면과 배면을 동시에 피어싱가공할 수 있다<그림 7>. <그림 8>의 공작물 B를 가공할 경우에는 메일 가공으로 밀링가공을 하고 서브 스핀들에서 피어 싱가공을 실시하기 때문에 서브 스핀들에서 배면에 대한 피어싱 공정이 끝날 때까지 메인 가공은 대기하고 있는 상태이다.
  대기시간을 생략하려면 백(Back) 전용 절삭공 구대<그림 9>를 장비한 기계에서 배면가공과 다음 공작물의 메인 가공을 오버랩시켜서 가공하여 가공시간의 단축을 도모한다.
  <그림 10>에서는 공작물 B의 오버랩 가공을 나타낸다.
 ② 더블 체이서 절삭공구대
  <그림 11> 선삭가공에 요하는 시간보다도 밀링가공에 요하는 시간이 압도적으로 많이 걸린다. 따라서 <그림 8>의 공작물 B를 가공할 경우, 싱글 체이서 절삭공구대에서는 재료를 반전시켜 밀링 공정을 2회 실시할 필요가 있으나 더블 체이서 절삭공구대 에서는 좌우에 배치한 2개의 밀링커터 공구로 동시에 가공할 수 있기 때문에 밀링가공의 공정을 1회에 끝마칠 수 있다<그림 12>.(3) 터릿형 절삭공구대 <그림 13> 체이서 절삭공구대와 비교해서 복합가공 능력과 중(重)절삭에 견딜 수 있는 강성이 뛰어난 것은 터릿형 절삭공구대이다.
  선삭가공에 비해 밀링가공 등의 2차 가공 비율이 높은 복잡 형상의 공작물은 사용하는 절삭공구도 다종 다양하여 체이서 절삭공구대와 같이 회전공구를 직선상에 배치하는 절삭공구대 구조에서는 공구 개수가 많아질수록 비효율적이다.
  터릿형 절삭공구대는 절삭공구를 원주상에 배치하고 있으므로 구동원인 마스터 기어를 중심으로 각 회전공구를 구동시킬 수있다.
  터릿형 절삭공구대의 X축과 주축인 Z축 과의 2축 동시 제어방식이면 <그림 14>에 나타내는 바와 같이 경사진 구멍가공에 대응할 수 있다. 이와 같이 특수한 회전공구 유닛을 사용할 경우에는 체이서 절삭공구 대와 비교해서 임기응변으로 대응할 수 있다. 그리고 터릿형 절삭공구대의 Y축을 이용하여 터릿 1면에 절삭공구 3개가 장착되는 등, 더 많은 절삭공구를 사용할 수 있다.
자동차 부품가공에도 대응하는 신기종
스타정밀(주)에서는 작년에 자동차 부품을 타깃으로 싱글 체이서 절삭공구대와 백전용 절삭공구대를 갖춘 신제품 「SR-32」를 발표했다<그림 15>. 이미 자동차 부품 시장에서 호평을 받고 있는 「SR-16」과 마찬가 지로 슬랜트형 더브테일홈 안내면 구조의 절삭 공구대에 의해 중(重)절삭에 견딜 수 있는 강성을 확보하였다. 가공지 름이 커지면 복잡 형상의 공작물을 대상으로한 복합가공 기능이 요구되어 기계 본체가 고가로 되어 버린다. 「SR-32J」는 단순 형상의 부품에서 복합가공을 필요로 하는 후물(厚物) 부품 가공을 실시하는 데 적합한 사양과 가격을 실현하기 위해 기계구성 부품을 수정하고 빼놓을 수 없는 2차 가공 기능을 압축하여 32mm 사이즈의 기계이면서 저가격화를 실현했다. <표 1>에서는 주요 사양을 나타낸다.
  <그림 13>에 나타내는 더블 터릿형 절삭공구대인 「ECAS-32T」는 복잡 형상의 공작물을 대상으로 2차 가공 기능의 충실화와 가공시간의 단축을 도모했다<그림 16>,<그림 17>. 백 전용 절삭공구 대에 최대 8개의 회전공 구를 장착할 수 있고 4축 제어(직선축 3+회전축) 방식의 서브 주축을 지녀 배면측에서의 가공 기능을 향상시킨다. 밸런스 컷, 내외경 동시가공, 동시 2차 가공, 오버랩 가공 등 다양한 툴링 레이 아웃에 대응할 수 있다.
  또한 NC 제어와 MC 제어(Motion Control)를겸비한 스타정밀(주)의독자적인 제어방식 「스타 Motion Control」 을적용하여 제어계에서의 가공시간 단축을 도모한다. MC 제어에서는 시간 이나 주축 회전각도에 대해 복수 제어축의 위치, 이송속도, 가속도를 서로 관련지어 제어할 수 있다. 지금까지 NC 제어 처리에 소비했던 아이들타 임의 단축과 동시가공에 의한 절삭시간 단축을 도모하였다. 그리고 다음 공정에서 필요한 절삭공구를 필요한 타이밍에 어프로치 동작시킴으로써 고속 이송시 가감속으로 인해 발생하는 관성부하를 경감하였다. 관성부하를 경감함으로써 기계 수명을 향상시킬 수 있고 절삭하는 중에 다른 축이 어프로치 위치까지 고속이송으로 이동할 때 발생하는 진동이 가공 정밀도에 미치는 악영향을 억제할 수도 있다.
  그리고 프로그램 작성 지원 소프트웨어인 「SD 에디터」에서는 프로그램 작성시간의 단축과 3D 모델에 의한 절삭 시뮬레 이션 및 공구 간섭에 대한 체크가 가능하여 준비 시간의 단축을 도모한다.
  선반이라는 범주 안에서 대량생산을 장기로 하는 스위스형 자동 선반은 높은 생산성을 유지하면 서도 복합가공 능력이 요구되고 있다. 복합가공으로 인해 가공 공수가 늘더라도 공작물의 단가가 오르지 않는 실상에서는 초기비용과 운전비용의 절감으로 이어지는 기계를 메이커의 입장에 서는 대응해 갈 필요가 있다.
  제조원가 비용을 줄이기 위해 기계계, 제어계의 양면에서 공작물 1개에 대한 가공시간의 단축을 꾀하는 한편 실제로 운용면에서의 소비전력 삭감, 준비시간 단축, 메인티넌스성 향상시켜 기계 1대에 드는 비용과 작업 공수를 줄이는 점도 중요한 과제이다. 그리고 환경 대응, 안전성에 대한 대응방안도 중시하여 스타정밀(주)로서는 앞으로도 고객 만족도 차원에서 높은 평가를 받을 수 있는 제품을 개발할 예정이다.
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