"위험 속도" (Critical Speed (한계 속도)) 란 무엇인가?
Nut의 형식과 하중에 관련된 부분이 해결되었으니, 이제 속도에 관련된 검토를 해야 하겠습니다.
일반적으로 Bearing과 같이 회전과 관련된 운동기구들은 RPM으로 표시되는 제한 속도나 최대 속도 등으로 표현되는
수치를 이용해서 그 운동기구의 성능을 표현하기도 합니다.
즉, 어느 정도의 회전수까지 사용할 수 있는냐? 는 것으로 고성능이냐 저성능이냐를 구별한다는 것인데, 이런 판단은 사실
매우 적정하지 못한 판단입니다.
실질적으로 Bearing이 조립되어 사용되는 기구 및 장치는 단순히 회전한다는 능력 이외에도 광범위한 부분에서의 성능이
필요합니다. 하중의 크기는 물론 방향과 가변성 등의 여러 조건에 대응해야 하므로 회전만 잘 한다고 해서 그 성능이 높다고
판단할 수는 없다는 것입니다.
회전운동을 한다는 측면에서는 Ball Screw 역시 어느 정도의 회전수까지 사용할 수 있느냐는 부분이 매우 중요한 부분입니다.
고객께서 얻고자 하시는 직선운동의 이송속도를 결정하는 부분이니까요.
그러나 Ball Screw Assembles와 같이 환봉(丸棒:Round Bar) 형태의 제품일 경우에는 자중(自重)에 의한 처짐이 존재하므로
고속의 회전으로 인해서 극대화된 처짐량이 Screw에 무리를 주어서, 변형이 발생하거나 파손되지 않아야 한다는 특별한
주의 사항을 기준으로 회전 속도를 검토해야 합니다.
그러므로 Ball Screw Assembles의 위험 속도(한계 속도)는 각각의 Screw 길이를 기준으로, 어느 정도의 회전수에 도달
하면 Screw에 변형이 발생하거나 파손이 일어나게 될 것인지를 나타내는 수치라고 이해하시면 정확하겠습니다.
또한 Screw를 위험 속도 이상으로 회전시키면, 과다하게 발생하는 진동으로 의하여 이송 정밀도 값에도 적지 않은 영향을
끼치게 됩니다.
그러므로 대부분의 Ball Screw Assembles 제조 Maker들이 설계자들에게 권장하는 사용 속도는, 계산되는 각각의 위험 속도
값의 80% 정도입니다.
또한 통상적인 사용 속도 값이 2,000 RPM을 넘는 기계 장치의 경우에는 사전에 제조 Maker 들과 협의하여 줄 것을 요청하고
있습니다.
다만 한 가지 기억하셔야 할 것은, Ball Screw의 경우에는 이동하는 Nut가 Screw의 일정부분을 계속 지지해 주는 이동형 지지
Bearing의 역할을 하고 있고, 통상적인 운동방식이 한 방향 만으로의 회전이 아니라 정 방향 회전과 역 방향 회전을 반복하는
보완 운동이기 때문에 회전 운동 시에 발생하는 진동 진폭의 값이, 통상적인 전동 축에서 발생하는 진동 진폭보다는 매우
작은 편이라는 것입니다.
Ball Screw Assembles의 위험 속도 값은 계산을 통하여 구하던지, Catalogue에 기재된 그래프 등을 통해서 어렵지 않게
구할 수 있습니다.
그래프를 보면 통상적으로 가늘고 긴 제품이 낮은 회전에서도 위험한 상태에 도달하는 것을 쉽게 알아볼 수 있습니다.
이러한 현상 역시 Screw의 굵기가 가늘거나 길어질수록 처짐이 커진다는 것이고, 회전 시의 진폭 역시 커진다는 것을 확인해
주는 것이지요.
반면에 동일한 제품에서도 Screw의 장착 방법에 따라서 계산되어지는 위험 속도 값이 달라지는 것도 확인하실 수 있는데
Screw를 장착하는 Bearing의 조합 방식에 따라서 동일한 규격의 Screw에서도 허용되는 사용 속도 값을 높일 수도 있다는
점을 잘 기억하셔서 설계에 적용하시는 것이 좋겠습니다.
그 밖에도 Ball Screw와 양단 지지부의 조립 시에 발생할 수 있는 편심(偏心) 값, 외부로부터 Screw에 가해지는 부하의 양과
Screw의 처짐을 방지해 주는 별도의 지지(Support) 장치의 유무에 따라서 Screw의 사용 속도는 매우 다른 값을 나타낼 수도
있습니다. 그러므로 Ball Screw Assembles의 잠재 능력을 최대치로 사용하시려 한다면, 좋은 계산 수치를 보이는 크기의 제품
을 우선 선정하시는 것 보다는 적정한 지지 장치의 선택과 조립 방식의 선택 등의 조건을 우선적으로 설계에 반영하시는 것
이 타당한 방법입니다.