리니어 모션 베어링
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1. 개요
리니어 모션 베어링은 직선 운동을 구현하는 기계 부품으로, 롤러, 볼 베어링, 평면 베어링, 볼 스플라인 등 다양한 종류가 있다. 롤러 슬라이드는 롤러를 사용하여 높은 하중을 지지하고 정밀한 위치 제어가 가능하며, 볼 베어링 슬라이드는 낮은 마찰로 부드러운 움직임을 제공한다. 평면 베어링은 여러 슬라이드 레일을 조합하여 다양한 움직임을 구현하며, 랙 슬라이드는 장비의 유지 보수와 접근성을 향상시킨다. 볼 스플라인은 직선 운동과 회전 운동을 동시에 수행하며, 정밀한 움직임과 토크 전달이 필요한 분야에 사용된다.
구름 베어링은 슬리브 형태의 외부 링과 케이지에 의해 고정된 여러 줄의 볼로 구성된다. 이 케이지는 원래 고체 금속으로 가공되었으나, 곧 스탬핑으로 대체되었다. 부드러운 움직임, 낮은 마찰, 높은 강성, 긴 수명을 특징으로 하며, 경제적이고 유지 보수 및 교체가 용이하다. Thomson Industries[1] (현재 Altra Industrial Motion[2] 소유)가 처음으로 선형 볼 베어링을 생산한 것으로 알려져 있다.
평면 베어링은 볼 베어링을 사용하지 않고 미끄러진다는 점을 제외하면 구름 요소 베어링과 디자인이 매우 유사하다. 원통형 모양인 경우 부싱이라고도 한다. 부싱은 금속 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있으며 심지어 공기로 만들어질 수도 있다.[1] 평면 베어링은 다음과 같은 특징을 가진다.
2. 구름 베어링
구름 베어링은 다음과 같은 특징을 갖는다.
구름 베어링은 볼 베어링 슬라이드와 롤러 슬라이드 두 가지 형태로 제조된다. (각각 #볼 베어링 슬라이드와 #롤러 슬라이드에서 자세히 설명)
2. 1. 볼 베어링 슬라이드
볼 슬라이드라고도 불리는 볼 베어링 슬라이드는 가장 흔한 유형의 선형 슬라이드이다. 볼 베어링 슬라이드는 선형 베이스에 내장된 볼 베어링의 도움을 받아 단일 축 선형 설계를 따라 부드럽고 정밀한 움직임을 제공하며, 신뢰성을 높이는 자체 윤활 특성을 가지고 있다.[1] 볼 베어링 슬라이드 적용 분야에는 섬세한 계측기, 로봇 조립, 캐비닛, 고급 가전 제품 및 클린룸 환경 등이 있으며, 주로 제조업 분야에 사용되지만 가구, 전자 제품 및 건설 산업에도 사용된다. 예를 들어, 가구 산업에서 널리 사용되는 볼 베어링 슬라이드는 볼 베어링 서랍 슬라이드이다.
알루미늄, 경화된 냉간 압연 강철 및 아연 도금 강철과 같은 재료로 일반적으로 제작되는 볼 베어링 슬라이드는 네 개의 로드로 묶여 있으며 베이스의 서로 다른 쪽에 위치한 두 개의 선형 볼 베어링 열로 구성되어 볼 베어링을 따라 부드러운 선형 움직임을 위한 캐리지를 지지한다. 이 저마찰 선형 움직임은 구동 메커니즘, 관성 또는 손으로 구동될 수 있다. 볼은 마모 및 찰과상에 덜 저항하기 때문에 볼 베어링 슬라이드는 다른 선형 슬라이드에 비해 크기에 비해 하중 용량이 낮은 경향이 있다. 또한 볼 베어링 슬라이드는 하우징 또는 구동 시스템에 맞아야 한다는 제약이 있다.
선형 재순환 볼 베어링의 이동 거리는 베어링 하우징 내부에서 볼이 재순환하므로 레일의 길이에 의해서만 제한된다. 선형 비재순환 볼 베어링은 브래킷에 볼이 설치되어 있으며 재순환 없이 한 축으로만 움직인다. 볼이 재순환하지 않으므로 이 유형의 베어링은 매우 부드러운 움직임을 제공할 수 있다. 그러나 선형 비재순환 볼 베어링의 이동 거리는 브래킷의 길이에 의해 제한된다.
2. 2. 롤러 슬라이드
롤러 슬라이드는 교차 롤러 슬라이드라고도 하며, 관성이나 수동으로 구동되는 장비에 저마찰 선형 운동을 제공하는 비전동 선형 슬라이드이다. 롤러 슬라이드는 선형 롤러 베어링을 기반으로 하며, 더 무거운 하중을 처리하고 더 나은 움직임 제어를 제공하기 위해 자주 교차된다. 제조업, 광학, 의료 및 통신과 같은 산업에 사용되는 롤러 슬라이드는 다재다능하며, 클린룸, 진공 환경, 자재 취급 및 자동화 기계와 같은 다양한 응용 분야에 맞게 조정할 수 있다.
롤러 슬라이드는 볼 베어링 슬라이드와 유사하게 작동하지만, 캐리지 내에 있는 베어링은 볼 모양 대신 원통형이다. 롤러는 90° 각도로 서로 교차하며, 롤러를 둘러싼 4개의 반평행 막대 사이를 움직인다. 롤러는 "V"홈 베어링 궤도(레이스) 사이에 있으며, 하나는 상단 캐리지에 있고 다른 하나는 베이스에 있다. 일반적으로 베어링 하우징은 알루미늄으로 제작되고 롤러는 강철로 제작된다.
롤러 슬라이드는 자동 세척 기능은 없지만, 먼지나 분진과 같은 공기 중 오염 물질의 수준이 낮은 환경에 적합하다. 비교적 고가의 선형 슬라이드 중 하나인 롤러 슬라이드는 적층 가능한 슬라이드와 이중 캐리지를 통해 둘 이상의 축에서 선형 운동을 제공할 수 있다. 롤러 슬라이드는 볼 베어링과 달리 선 접촉을 제공하여, 캐리지와 베이스 사이의 접촉 일관성으로 인해 더 넓은 접촉 표면을 생성하고 침식(부식)을 줄인다.
3. 평면 베어링
3. 1. 주먹장 슬라이드
주먹장 슬라이드(주먹장 방식 슬라이드)는 일반적으로 주철로 제작되지만, 하드 코팅 알루미늄, 아세탈, 스테인리스강으로도 제작될 수 있다. 모든 베어링과 마찬가지로, 주먹장 슬라이드는 고정된 선형 베이스와 움직이는 캐리지로 구성된다. 주먹장 캐리지는 V자 모양 또는 주먹장 모양의 돌출된 채널을 가지고 있으며, 이는 선형 베이스의 해당 홈에 고정된다. 주먹장 캐리지가 베이스의 채널에 장착되면, 캐리지는 채널의 선형 축에 고정되어 자유로운 선형 운동을 허용한다. 플랫폼이 주먹장 슬라이드의 캐리지에 부착되면 주먹장 테이블이 생성되어 확장된 하중 지지 능력을 제공한다.
주먹장 슬라이드는 하중 용량, 경제성, 내구성이 뛰어나다는 장점이 있다. 긴 이동 거리를 제공할 수 있으며, 다른 베어링보다 충격에 강하고, 화학 물질, 먼지 및 오염에 거의 영향을 받지 않는다. 주먹장 슬라이드는 전동식, 기계식 또는 전기 기계식으로 사용할 수 있다. 전기 주먹장 슬라이드는 볼 스크류, 벨트 및 케이블과 같은 다양한 장치에 의해 구동되며, 이는 스테핑 모터, 리니어 모터, 핸드휠과 같은 기능성 모터에 의해 구동된다. 직접 접촉 시스템인 주먹장 슬라이드는 CNC 기계, 셔틀 장치, 특수 기계 및 공작물 고정 장치를 포함한 고하중 응용 분야에 적합하다. 주로 제조업 및 실험 과학 산업에서 사용되는 주먹장 슬라이드는 고정밀 응용 분야에 이상적이다.
3. 2. 복합 슬라이드
슬라이드는 2단 또는 여러 단으로 구성될 수 있다. 2단 슬라이드는 압축된 전체 슬라이드 길이의 약 3/4까지만 확장될 수 있다. 복합 슬라이드는 일반적으로 고정부, 중간 부동 부재, 장비에 부착된 부분의 세 부분으로 구성된다. 복합 슬라이드는 압축된 슬라이드 길이만큼, 그리고 일반적으로 약간 더 확장될 수 있다. 랙 슬라이드의 경우, 이를 통해 장비가 랙에서 완전히 튀어나와 서비스 또는 장비 뒷면에 케이블 등을 연결할 수 있다.
3. 3. 랙 슬라이드
랙 슬라이드는 장비를 19인치 랙 또는 23인치 랙에 장착하기 위해 특별히 고안되었다. 마찰 베어링, 볼 베어링, 롤러 베어링을 사용할 수 있다. 랙 슬라이드는 랙의 장착 구멍에 맞춰 끝 부분에 장착 플랜지가 있으며, 랙에 맞게 크기가 조정된다. 경우에 따라 랙 슬라이드에 하나의 장착 플랜지가 형성되고 다른 쪽 끝에 어댑터 브래킷이 부착되어 다양한 깊이의 랙을 수용하기도 한다. 외부 고정 부재는 랙에 부착되고 내부 이동 부재는 일반적으로 장착된 장비의 측면에 나사로 고정된다. 랙 슬라이드는 보통 복합 또는 3단 슬라이드로 장착된 장비의 완전한 확장을 허용하며, 내부 부재를 완전히 자유롭게 미끄러지게 하여 랙에서 장비를 제거할 수 있도록 한다. 또한 실수로 스톱 메커니즘을 해제하지 않고 장비를 랙에서 당기는 것을 방지하기 위한 스톱이 포함될 수도 있다.
나사 없이 장비에 클립으로 고정되거나 적절하게 설계된 랙에 클립으로 고정될 수 있는 독점적인 구성이 있을 수 있다. 하지만 장착 방식에 관계없이 기본 형상은 동일하다.
4. 볼 스플라인
볼 스플라인(볼 스플라인 베어링)은 토크를 동시에 전달하면서 거의 마찰이 없는 직선 운동을 제공하는 특수한 유형의 선형 운동 베어링이다. 샤프트 길이를 따라 볼 베어링이 내부에서 움직일 수 있도록 홈이 가공되어 있어 스플라인을 형성한다. 볼을 수용하는 외부 쉘은 부싱이 아닌 너트라고 불리지만 전통적인 의미의 너트는 아니다. 너트는 샤프트 주위로 자유롭게 회전할 수 없고 샤프트를 따라 위아래로 자유롭게 이동할 수 있다. 샤프트가 상당한 길이로 이동할 경우 너트에는 볼을 재순환하는 채널이 있어 볼 스크류와 동일한 방식으로 작동한다.
볼 베어링의 샤프트 접촉 면적을 약 45도로 늘리면 측면 하중 및 직접 하중 지지 능력이 크게 증가한다. 각 너트는 강성을 보장하기 위해 사용 가능한 반경 방향 유격을 줄이기 위해 공장에서 개별적으로 프리로드될 수 있다. 이 공정은 직접 하중 능력을 증가시켜 접촉 면적을 증가시킬 뿐만 아니라 반경 방향 움직임을 제한하여 오버행 모멘트 능력을 증가시킨다. 이를 통해 매우 격렬한 작업 환경을 처리할 수 있는 더욱 견고한 구조가 만들어진다.
참조
[1]
웹사이트
thomsonlinear.com
https://www.thomsonl[...]
[2]
웹사이트
altramotion.com
https://www.altramot[...]
[3]
웹사이트
What are recirculating linear bearings?
https://www.linearmo[...]
2017-03-02
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