감속기의 레이디얼 하중과 액셜 하중이란 무엇인가?

감속기 레이디얼 하중 및 액시얼 하중이란 무엇인가?

감속기 레이디얼 하중(Radial load)과 액시얼 하중(Axial load)은 출력축에 직접 작용하는 두 가지 외부 힘입니다. 이는 감속기 선정 시 모터 출력, 감속비, 토크와 함께 반드시 확인해야 하는 사양입니다.

감속기가 충분한 토크를 제공하더라도 스프로킷, 풀리, 드럼 또는 부하 메커니즘이 축과 베어링의 허용 하중을 초과하는 힘을 가하면 감속기가 조기에 고장날 수 있습니다. 흔히 발생하는 결과로는 베어링 과열, 진동, 유격 증가, 오일 누출 또는 출력축 변형 등이 있습니다.

감속기 레이디얼 하중이란 무엇인가?

감속기 레이디얼 하중은 출력축의 중심선에 수직으로 작용하는 힘입니다. 일반적으로 FR로 표기합니다.

관련 용어는 다음과 같습니다:

• Radial load

• Overhung load

• OHL

• Radial force

레이디얼 하중은 감속기 축에 다음과 같은 부품이 설치될 때 주로 발생합니다:

• 스프로킷

• 벨트 풀리

• 기어

• 드럼

• 휠

• 베어링 위치에서 벗어난 구동 메커니즘

예를 들어, 감속기가 스프로킷을 사용하여 컨베이어를 구동할 때, 체인의 장력이 스프로킷에 작용하여 축에 횡력을 발생시킵니다. 이 힘이 너무 크면 축이 휘어질 수 있으며 출력 베어링에 과부하가 걸리게 됩니다.

감속기 액시얼 하중이란 무엇인가?

액시얼 하중(Axial load)은 축의 중심선과 평행하게 작용하는 힘입니다. 일반적으로 FA로 표기합니다.

관련 용어는 다음과 같습니다:

• Axial load

• Thrust load

• Axial force

액시얼 하중은 다음과 같은 경우에 발생할 수 있습니다:

• 스크류 컨베이어

• 추력을 생성하는 교반기

• 압착 또는 밀기 메커니즘

• 헬리컬 기어

• 베벨 기어

• 인장 또는 압축을 받는 축

• 축 방향으로 잘못 설치된 커플링

액시얼 하중은 감속기 내부의 스러스트 베어링, 축 및 위치 결정 메커니즘에 직접적인 영향을 미칩니다.

레이디얼 하중과 액시얼 하중 비교

스프로킷 및 풀리 장착 위치가 중요한 이유는 무엇입니까?

반경 방향 하중(Radial load)은 힘의 크기뿐만 아니라 힘이 작용하는 지점과 출력 베어링 사이의 거리에 따라 달라집니다.

기본 관계식:

굽힘 모멘트 = 반경 방향 하중 × 하중 작용 거리

스프로킷이나 풀리가 축 숄더(Shaft shoulder)에서 멀리 떨어져 있을수록 굽힘 모멘트는 커집니다. 따라서 동일한 하중이라도 설치 방식에 따라 축과 베어링의 수명이 크게 달라질 수 있습니다.

설치 시 권장 사항:

• 스프로킷이나 풀리를 축 숄더에 최대한 가깝게 배치하십시오.

• 허브가 축 끝단에서 너무 멀리 돌출되지 않도록 하십시오.

• 벨트와 체인의 장력을 적절하게 유지하십시오.

• 운전 전 동심도를 조정하십시오.

• 망치를 사용하여 스프로킷이나 풀리를 축에 박아 넣지 마십시오.

• 축이 길거나 하중이 큰 경우 외부 지지대를 추가하십시오.

스프로킷 또는 풀리에 작용하는 하중의 개략적인 계산 방법

토크 전달에 필요한 접선력(Tangential force)은 다음 공식으로 추정할 수 있습니다:

Ft = 2T / d

여기서:

• Ft: 접선력, 단위 N

• T: 축 토크, 단위 Nm

• d: 유효 직경, 단위 m

직경을 밀리미터(mm) 단위로 입력하는 경우:

Ft = 2,000 × T / d

스프로킷 하중 계산 예시

감속기 사양:

• 출력 토크: 200 Nm

• 스프로킷 유효 직경: 200 mm

접선력:

Ft = 2,000 × 200 / 200 = 2,000 N

2,000 N은 토크 전달에 필요한 접선력입니다. 이것이 반드시 베어링에 작용하는 실제 반경 방향 하중은 아닙니다.

실제 하중은 다음 요소에 따라 달라집니다:

• 체인의 긴장측 및 이완측 장력

• 벨트의 초기 장력

• 스프로킷, 풀리 또는 드럼의 무게

• 감기각(Wrap angle)

• 스프로킷 잇수

• 충격 하중

• 힘 작용 지점과 축 숄더 사이의 거리

실제 하중을 확인한 후에는 해당 감속기 모델의 허용 하중 제한치와 비교해야 합니다.

반경 방향 하중과 축 방향 하중이 동시에 발생할 수 있습니까?

네, 가능합니다. 많은 기구에서 출력축은 동시에 다음 하중을 받습니다:

• 비틀림 모멘트

• 반경 방향 하중

• 축 방향 하중

• 굽힘 모멘트

• 충격 하중

• 역방향 하중

FR과 FA가 동시에 작용할 때 베어링의 하중 지지 능력은 단일 하중만 작용할 때보다 낮아질 수 있습니다.

모든 감속기에 반경 방향 하중과 축 방향 하중의 고정된 비율을 적용해서는 안 됩니다. 하중 지지 능력은 다음 요소에 따라 달라집니다:

• 감속기 크기

• 축 직경

• 베어링 유형 및 크기

• 베어링 간 거리

• 하중 작용 위치

• 인장 또는 압축 방향

• 설치 자세

• 출력 속도

• 운전 시간

• 충격 및 역방향 하중 수준

외부 하중이 제한치를 초과할 때의 징후

반경 방향 하중 또는 축 방향 하중이 너무 크면 감속기에 다음과 같은 현상이 나타날 수 있습니다:

• 베어링의 비정상적인 발열

• 축 끝단의 진동

• 웅웅거리는 소음 또는 타격음

• 출력축의 휨

• 축 끝단의 유격 증가

• 오일 씰의 편심 작동

• 오일 누유

• 기어의 불균일한 마모

• 베어링 수명 단축

• 축의 변형 또는 파손

이러한 현상은 오일 부족이나 기어 손상으로 오인하기 쉽습니다. 그러나 실제 원인은 과도한 외부 하중이나 구동 부품이 축 어깨(shaft shoulder)에서 너무 멀리 설치된 것일 수 있습니다.

외부 베어링 지지대(Outboard bearing support)는 언제 사용해야 합니까?

다음과 같은 경우 외부 베어링 지지대 추가를 고려해야 합니다:

• 드럼 또는 풀리의 무게가 큰 경우

• 스프로킷이 축 어깨에서 멀리 위치한 경우

• 부하 축이 긴 경우

• 벨트에 높은 장력이 필요한 경우

• 체인이 충격 하중을 받는 경우

• 기계가 자주 역회전하는 경우

• 감속기가 전체 하중을 직접 지탱하고 있는 경우

• 반경 방향 하중이 출력축 베어링의 허용 하중을 초과하는 경우

외부 베어링 지지대는 하중을 기계 구조물로 분산시켜 감속기의 축과 베어링에 가해지는 직접적인 부하를 줄여줍니다.

지지대는 축과 동심을 이루도록 정렬해야 합니다. 편심으로 설치될 경우, 지지대는 하중을 줄이는 대신 오히려 추가적인 부하를 발생시킬 수 있습니다.

감속기에 가해지는 반경 방향 하중을 줄이는 방법

다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다:

1. 기계적 조건이 허용하는 경우 스프로킷 또는 풀리의 직경을 늘립니다.

2. 구동 부품을 축 어깨에 가깝게 배치합니다.

3. 벨트와 체인의 장력을 적절하게 조정합니다.

4. 적합한 경우 직결 커플링을 사용합니다.

5. 드럼, 풀리 또는 긴 축을 위해 별도의 베어링 지지대를 설치합니다.

6. 기동 시 충격 하중을 줄입니다.

7. 더 큰 축과 베어링을 가진 감속기를 선택합니다.

8. 감속기와 기계 축 사이의 동심도를 점검합니다.

9. 감속기가 부하 장치의 전체 무게를 지탱하지 않도록 합니다.

10. 스프로킷 또는 풀리 직경 변경 시 재계산합니다.

감속기 선정 시 제공해야 할 정보

반경 방향 하중과 축 방향 하중을 검토하려면 다음 사항을 확인해야 합니다:

• 모터 출력 및 속도

• 감속비

• 출력 속도

• 부하 토크

• 부하 유형: 균일, 충격 또는 역회전

• 축에 장착된 부품

• 스프로킷, 풀리 또는 기어의 직경

• 하중 작용점부터 축 어깨까지의 거리

• 벨트 또는 체인의 장력

• 풀리 또는 드럼의 무게

• 인장 또는 압축 방향의 축 하중

• 풋 마운트 또는 플랜지 마운트 설치 방식

• 일일 운전 시간

• 기동 또는 역회전 횟수

DSK, Nara Samyang 또는 NK 감속기 및 기어드 모터의 경우, 실제 모델, 축 치수 및 설치 조건에 따라 올바르게 선정해야 합니다.

자주 묻는 질문

스프로킷 체인이 반경 방향 하중을 발생시킵니까?

네. 체인의 장력이 스프로킷에 작용하여 감속기 출력축에 수직인 힘을 발생시킵니다.

벨트 풀리가 감속기 베어링에 영향을 미치나요?

네. 벨트 장력이 너무 높거나 풀리가 축 어깨에서 너무 멀리 설치되면 반경 방향 하중과 굽힘 모멘트가 증가하여 베어링이 과열되거나 마모될 수 있습니다.

커플링이 반경 방향 하중을 발생시키나요?

정확하게 정렬된 커플링은 일반적으로 작은 외부 하중만 발생시킵니다. 그러나 편심, 각도 오정렬 또는 축 방향 압력은 축과 베어링에 가해지는 하중을 증가시킬 수 있습니다.

스프로킷 직경을 늘리면 하중 감소에 도움이 되나요?

토크가 일정할 때 스프로킷의 작동 직경을 늘리면 필요한 접선력이 감소합니다. 그러나 체인 속도, 설치 치수 및 전체 메커니즘의 하중을 확인해야 합니다.

감속기는 어느 정도의 축 방향 하중을 견딜 수 있나요?

모든 감속기에 적용되는 공통 값은 없습니다. 하중 지지 능력은 모델, 축 유형, 베어링 설계, 설치 자세, 힘의 방향 및 작동 조건에 따라 다릅니다.

토크만 기준으로 감속기를 선택하면 충분한가요?

아니요. 토크 외에도 반경 방향 하중, 축 방향 하중, 하중 계수, 속도, 힘 작용 위치 및 작동 시간을 확인해야 합니다.

MDriveTech의 감속기 선정 컨설팅

MDriveTech는 다음 용도에 적합한 DSK, Nara Samyang 및 NK 감속 모터와 감속기 선정을 지원합니다:

• 컨베이어

• 스크류 컨베이어

• 교반기

• 포장기

• 드럼

• 승강 장비

• 산업용 구동 시스템

정확한 검토를 위해 고객은 기계 사진, 모터 명판, 출력 속도, 부하 토크, 스프로킷 또는 풀리 치수 및 설치 위치 도면을 제공해야 합니다.

핫라인: 0868 789 647
이메일: [email protected]

결론

반경 방향 하중은 축에 수직으로 작용하며, 축 방향 하중은 축 중심선에 평행하게 작용합니다. 두 하중 모두 베어링, 축, 오일 씰 및 감속기의 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.

감속기 선정 시 출력, 감속비, 토크만 확인해서는 안 됩니다. 올바른 모델을 선택하려면 외부 하중, 스프로킷 또는 풀리 설치 위치, 축 어깨까지의 거리 및 실제 작동 조건을 확인해야 합니다.