부하, 속도 및 운전 시간에 따른 감속기 모터 선정 방법

부하, 속도 및 운전 시간에 따른 감속기 선정 방법

감속기를 올바르게 선정하려면 단순히 모터에 기재된 출력값에만 의존해서는 안 됩니다. 적합한 구동 장치는 실제 부하, 기동 토크, 출력 속도, 감속비, 운전 시간 및 기계 장착 방식을 동시에 충족해야 합니다.

출력이나 토크가 부족하게 선정되면 모터가 쉽게 과열되고 과부하가 걸리며 감속기 수명이 단축됩니다. 반대로 과도하게 큰 용량을 선정하면 비용, 크기 및 전력 소비가 증가합니다. 아래 절차는 엔지니어와 기계 제작 업체가 감속 모터를 선정하기 전에 중요한 매개변수를 결정하는 데 도움을 줍니다.

1. 기계의 부하 유형 결정

부하는 감속기의 토크, 출력 및 서비스 계수를 결정하므로 가장 먼저 확인해야 할 요소입니다.

안정적인 부하

안정적인 부하는 운전 중 변화가 적고 큰 충격이 없으며 일반적으로 비교적 부드럽게 기동합니다.

일반적인 응용 분야:

• 경량 컨베이어.

• 롤러 컨베이어.

• 포장 기계.

• 저점도 액체 교반기.

• 연속 운전 회전 기구.

변동 부하 또는 중부하

변동 부하는 재료의 양, 저항력 또는 작업 조건이 불안정할 때 주로 발생합니다.

예시:

• 스크류 컨베이어(원료 적재 시).

• 믹서.

• 고점도 액체 교반기.

• 경사 컨베이어.

• 버킷 엘리베이터.

• 리프팅 기계.

이러한 응용 분야에서는 현재 사용 중인 모터의 출력만을 기준으로 삼지 말고, 반드시 작업 토크와 기동 토크를 확인해야 합니다.

충격 부하

파쇄기, 프레스, 정역 운전 기계 또는 빈번한 기동이 필요한 기구는 축, 베어링 및 기어에 충격 부하를 줄 수 있습니다.

이 경우, 적절한 부하 용량을 가진 감속기를 선택하고 제조사 카탈로그의 서비스 계수를 대조해야 합니다.

부하 상태에서의 기동

컨베이어, 스크류 컨베이어 또는 버킷 엘리베이터는 기계에 화물이 적재된 상태에서 기동해야 할 수 있습니다. 이때의 기동 토크는 기계가 정상 운전 상태일 때보다 훨씬 높습니다.

이는 감속 모터의 출력과 기동 방식을 선정할 때 중요한 정보입니다.

2. 출력 속도 및 감속비 결정

출력 속도는 감속기 축의 분당 회전수이며, 일반적으로 rpm으로 표시합니다.

감속비는 다음 공식에 따라 예비적으로 결정됩니다:

i = n₁ / n₂

여기서:

• i: 감속비.

• n₁: 모터의 입력 속도.

• n₂: 요구되는 출력 속도.

예를 들어, 모터 속도가 약 1,450 rpm이고 기계에 필요한 출력 속도가 48 rpm인 경우:

i = 1,450 / 48 ≈ 30

감속비가 1/30에 가까운 감속기를 고려할 수 있습니다. 단, 실제 속도는 모터의 정격 속도와 각 감속 단계의 설계에 따라 달라지므로 카탈로그를 통해 다시 확인해야 합니다.

단순히 “1/30 비율의 감속기”라고만 요구해서는 안 됩니다. 선정 시 모터 속도와 원하는 출력 속도를 모두 명시해야 합니다.

3. 출력 토크 계산

토크는 감속 모터가 부하를 견인, 인양 또는 회전시키는 능력을 나타냅니다.

다음 공식으로 대략적으로 계산할 수 있습니다:

T = 9.550 × P × η / n

여기서:

• T: 출력 토크, 단위 Nm.

• P: 모터 출력, 단위 kW.

• η: 감속기 총 효율.

• n: 출력 속도, 단위 rpm.

예를 들어, 1.5 kW 모터, 출력 속도 50 rpm, 가정 효율 0.9인 경우:

T = 9.550 × 1.5 × 0.9 / 50 ≈ 258 Nm

위 결과는 예비 선택용으로만 사용하십시오. 모델을 확정할 때는 제조업체의 카탈로그에 명시된 정격 토크, 서비스 팩터, 레이디얼 하중 및 액시얼 하중을 대조해야 합니다.

감속기 유형과 감속 단수를 확인하지 않은 상태에서 효율을 임의로 가정해서는 안 됩니다.

4. 기동 토크 확인

기계가 작동을 시작할 때 필요한 토크는 일반적으로 정상 상태의 토크보다 큽니다.

이는 특히 다음 경우에 중요합니다:

• 화물이 적재된 컨베이어.

• 내부에 원료가 있는 스크류 컨베이어.

• 고부하 믹서.

• 호이스트 및 버킷 엘리베이터.

• 브레이크가 장착된 기구.

• 빈번하게 기동하는 기계.

선택 전 다음 사항을 확인해야 합니다:

• 기계가 부하 상태에서 기동하는지 무부하 상태에서 기동하는지 여부.

• 요구되는 가속 시간.

• 시간당 기동 횟수.

• 빈번한 정역전 여부.

• 인버터(VFD) 사용 여부.

인버터는 소프트 스타트와 토크 제어를 지원할 수 있지만, 올바른 출력과 감속비를 선택하는 것을 대신할 수는 없습니다.

5. 운전 시간에 따른 감속 모터 선택

운전 시간은 모터 온도, 윤활유, 베어링 및 감속기 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.

하루 8시간 미만 운전

안정적인 부하와 적은 기동 횟수의 경우, 운전 요구 조건은 일반적으로 가볍습니다. 그러나 부하 토크와 환경 조건을 여전히 확인해야 합니다.

하루 8~16시간 운전

방열 능력, 실제 부하 수준 및 윤활 상태에 주의해야 합니다. 고온 환경이나 환기가 불량한 곳에서는 모터가 정격 한계치에 가깝게 지속적으로 작동해서는 안 됩니다.

24/7 연속 운전

연속 운전하는 감속 모터는 제조업체의 서비스 팩터에 따라 선택해야 합니다. 동시에 주변 온도, 오일 교체 주기, 모터 효율 등급 및 유지보수 용이성을 확인해야 합니다.

간헐적 운전이지만 빈번한 기동

운전 시간은 짧을 수 있으나 기동 전류와 반복적인 충격 부하로 인해 모터가 과열될 수 있습니다. 이 경우 시간당 기동 횟수는 총 운전 시간만큼 중요합니다.

6. 서비스 팩터 및 출력 예비율

서비스 팩터(Service factor)는 정격 부하 대비 운전 조건의 가혹 정도를 나타냅니다.

이 값은 일반적으로 다음 요소에 따라 달라집니다:

• 부하 유형.

• 일일 운전 시간.

• 기동 횟수.

• 충격 정도.

• 정역전 빈도.

• 주변 온도.

• 동력 전달 방식.

항상 모터를 20% 또는 30% 더 크게 선택하는 것과 같은 일반적인 규칙을 적용해서는 안 됩니다. 예비율은 실제 부하와 각 제조업체의 선택 표를 기준으로 해야 합니다.

용량을 너무 크게 선택하면 비용, 기계 베이스 크기 및 시스템 전류가 증가할 수 있습니다.

7. 레이디얼 하중 및 축방향 하중 확인

토크 외에도 출력축은 레이디얼 방향 및 축방향으로 힘을 받을 수 있습니다.

레이디얼 하중

레이디얼 하중은 일반적으로 출력축에 다음이 설치될 때 발생합니다:

• 스프로킷.

• 풀리.

• 기어.

• 컨베이어 드럼.

축 어깨에서 힘이 작용하는 거리가 멀수록 축과 베어링에 가해지는 하중이 커집니다. 따라서 축 직경뿐만 아니라 스프로킷 또는 풀리의 설치 위치를 확인해야 합니다.

축방향 하중

축방향 하중은 축 방향으로 당기거나 미는 힘입니다. 이러한 유형의 하중은 스크류 컨베이어, 교반기 또는 직접 구동 메커니즘에서 발생할 수 있습니다.

허용 하중 값은 특정 모델의 카탈로그에 따라 확인해야 합니다.

8. 적절한 감속기 유형 선택

모든 애플리케이션에 적합한 단일 감속기 유형은 없습니다. 선정 시 부하, 설치 공간, 효율성, 축 방향 및 유지보수 요구 사항을 고려해야 합니다.

9. 설치 유형 선정

감속 모터는 다양한 구성으로 사용할 수 있습니다:

• 베이스 마운트형(발형).

• 플랜지 마운트형.

• 수평 설치.

• 수직 설치.

• 중실축.

• 중공축.

베이스 마운트형은 지지대가 있는 기계에 적합하며 정렬이나 유지보수가 용이한 경우가 많습니다. 플랜지 마운트형은 기계 벽면에 직접 설치해야 하거나 콤팩트한 구조가 요구될 때 적합합니다.

중실축은 일반적으로 커플링, 스프로킷 또는 풀리를 통해 동력을 전달합니다. 중공축은 기계 축에 직접 장착할 수 있으나, 직경, 키, 회전 방지 방법 및 작용 하중을 확인해야 합니다.

타사 제품으로 교체할 경우, 주문 전 베이스, 플랜지 도면, 축 중심 높이 및 출력 치수를 반드시 대조해야 합니다.

더 보기: 베이스 마운트형과 플랜지 마운트형 감속 모터의 차이점은 무엇인가요?

10. 인버터(VFD)를 사용하는 감속 모터

인버터는 속도 제어, 소프트 스타트 및 기계적 충격 완화에 도움을 줍니다. 단, 다음 사항에 유의해야 합니다:

• 저속으로 장시간 운전 시 냉각팬 회전 속도 저하로 인해 냉각 성능이 떨어질 수 있습니다.

• 주파수를 높이면 모터와 감속기의 기계적 속도가 증가합니다.

• 저속에서의 토크는 인버터의 제어 모드에 따라 달라집니다.

• 잘못 선정된 감속비를 보완하기 위해 인버터를 사용해서는 안 됩니다.

• 모터가 지속적으로 저속 운전되는 경우 별도의 냉각팬이 필요할 수 있습니다.

허용 주파수 범위는 모터 및 감속기 사양서를 통해 확인해야 합니다.

11. 감속 모터 선정 시 제공해야 할 정보 표

기존 모터를 교체해야 하는 경우, 명판 사진, 도면, 축 치수 및 기계 설치 위치 사진을 추가로 보내주시기 바랍니다.

더 보기: DSK 감속기 - MFG 시리즈

12. 컨베이어용 감속 모터 선정 예시

컨베이어가 출력 속도 40 rpm을 요구하고, 하루 16시간 가동하며, 부하 상태에서 기동하고, 체인 스프로킷으로 구동되며, 인버터(VFD)를 사용하는 경우를 가정합니다.

선정 절차는 다음과 같이 수행해야 합니다:

1. 화물의 무게, 마찰 및 경사각으로부터 컨베이어 견인력을 계산합니다.

2. 견인력과 드럼 반경을 기준으로 드럼의 토크를 결정합니다.

3. 토크와 속도로부터 필요한 출력을 계산합니다.

4. 모터 속도와 출력 속도로부터 감속비를 선정합니다.

5. 컨베이어에 부하가 있을 때의 기동 토크를 확인합니다.

6. 운전 시간에 따른 부하 계수를 적용합니다.

7. 체인 스프로킷으로 인한 레이디얼 하중(반경 방향 하중)을 확인합니다.

8. 컨베이어 프레임에 적합한 설치 방식을 선택합니다.

9. 인버터 사용 시 속도 범위와 냉각 능력을 확인합니다.

견인력, 드럼 직경 및 부하 조건이 충분하지 않은 상태에서 출력 속도만으로 특정 모델을 결정해서는 안 됩니다.

감속 모터 선정 시 흔히 발생하는 오류

• 기존 모터의 출력만 보고 선정하는 경우.

• 기동 토크를 계산하지 않는 경우.

• 레이디얼 하중을 확인하지 않는 경우.

• 감속비는 선정했으나 실제 속도를 확인하지 않는 경우.

• 일일 운전 시간을 고려하지 않는 경우.

• 기동 및 정역 운전 횟수를 간과하는 경우.

• 발판(Foot), 플랜지 또는 설치 방향을 잘못 선택하는 경우.

• 인버터를 사용하여 장시간 너무 느리거나 빠르게 운전하는 경우.

• 기계 베이스 가공 전 도면을 대조하지 않는 경우.

결론

정확한 감속 모터 선정은 부하, 속도, 운전 시간의 세 가지 요소에서 시작해야 합니다. 부하는 토크와 출력을 결정하고, 속도는 감속비를 결정하며, 운전 시간은 부하 계수, 발열 가능성 및 장비 수명에 영향을 미칩니다.

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자주 묻는 질문(FAQ)

감속기 모터를 부하보다 얼마나 더 크게 선정해야 충분한가요?

모든 애플리케이션에 적용되는 단일 안전율은 없습니다. 안전율은 부하 유형, 운전 시간, 기동 횟수, 충격 정도 및 환경 조건에 따라 달라집니다. 실제 토크를 계산한 후 제조사 카탈로그의 부하 계수와 대조하는 것이 좋습니다.

감속기 모터를 출력(kW)만 보고 선정해도 되나요?

아니요. 동일한 출력의 감속기 모터라도 감속비, 출력 토크, 허용 부하, 축 직경 및 설치 방식이 다를 수 있습니다. 출력은 확인해야 할 여러 매개변수 중 하나일 뿐입니다.

24시간 연속 운전하는 모터는 무엇을 주의해야 하나요?

부하 계수, 방열 능력, 모터 효율 등급, 윤활유 및 주변 온도를 확인해야 합니다. 냉각 조건이나 부하가 불안정한 경우 모터를 정격 한계치에 가깝게 지속적으로 운전해서는 안 됩니다.

인버터(VFD)를 사용하면 모터를 더 작은 것으로 선정해도 되나요?

그렇게 단정해서는 안 됩니다. 인버터는 기동과 속도 제어를 지원하지만, 모터는 여전히 부하에 필요한 충분한 토크를 제공해야 합니다. 모터를 너무 작게 선정하면 시스템이 과부하되거나 기동되지 않을 수 있습니다.

기존 장비의 명판이 없는 경우 모터를 어떻게 선정하나요?

출력 속도, 축 직경, 베이스 또는 플랜지 치수를 측정하고, 부하 및 운전 전류를 확인해야 합니다. 대체 모델을 선정하기 전에 장비 전체 사진과 설치 위치를 기술팀에 보내 검토받는 것이 좋습니다.