리드스크류

리드스크류(또는 리드스크류)^[2]는 전동나사^[1] 또는 변환나사로도 알려져 있으며 회전운동을 선형운동으로 변환하기 위해 기계에서 링크로 사용되는 나사입니다.나사산은 수컷과 암컷의 슬라이딩 접촉 면적이 넓기 때문에 다른 링크에 비해 마찰 에너지 손실이 큽니다.일반적으로 고출력을 전달하기 위해 사용되는 것이 아니라 저출력 액추에이터 및 포지셔너 메커니즘에서 간헐적으로 사용하는 데 사용됩니다.리드 스크루는 선형 액추에이터, 기계 슬라이드(공작기계 등), 가시, 프레스 및 ^[3]잭에 일반적으로 사용됩니다.리드 스크루는 전기 선형 액추에이터의 일반적인 구성 요소입니다.

리드 스크루는 다른 나사산과 같은 방법으로 제조됩니다(롤, 절단 또는 접지할 수 있습니다).

리드 나사는 분할 너트(하프 너트라고도 함)와 함께 사용되기도 합니다. 이 너트를 나사산에서 분리하여 필요할 때 나사의 회전과 독립적으로 축 방향으로 이동할 수 있습니다(예: 수동 선반의 싱글 포인트 나사산).분할 너트는 너트의 부품을 압축하여 마모를 보상하기 위해 사용할 수도 있습니다.

정압 리드 스크루는 위치 정밀도가 높고 마찰이 매우 낮으며 마모도가 매우 낮은 일반 리드 스크루의 많은 단점을 극복하지만 고압 유체의 지속적인 공급과 고정밀 제조가 필요하기 때문에 대부분의 다른 선형 모션 ^[4]링크보다 훨씬 높은 비용이 발생합니다.

종류들

전원 나사는 나사산의 형상에 따라 분류됩니다.V 나사산은 나사산 사이에 마찰력이 크기 때문에 Acme와 같은 다른 나사산에 비해 납 나사에 적합하지 않습니다.나사산은 이 마찰을 유도하여 고정 장치가 느슨해지는 것을 방지하도록 설계되었습니다.반면 리드스크루는 ^[5]마찰을 최소화하도록 설계되어 있습니다.따라서 대부분의 상업용 및 산업용에서는 리드 스크루 사용을 위해 V-스레드를 사용하지 않습니다.그럼에도 불구하고 V-스레드는 때때로 리드 스크루로 성공적으로 사용됩니다(예: 마이크로 랙 및 마이크로밀).^[6]

정사각형 나사산

정사각형 스레드는 정사각형 지오메트리의 이름을 따서 명명됩니다.가장 효율적이고 마찰이 적기 때문에 고출력의 나사로 자주 사용됩니다.하지만 기계 제작이 가장 어렵기 때문에 가격이 가장 비쌉니다.

Acme 나사산/사다리꼴 나사산

Acme 나사산은 각도가 29°로 정사각형 나사산보다 기계 가공이 용이합니다.나사산 ^[3]각도로 인해 마찰이 증가하므로 사각형 나사산만큼 효율적이지 않습니다.Acme 나사산은 사다리꼴 나사산 프로파일로 인해 일반적으로 정사각형 나사산보다 강하기 때문에 내하중 능력이 ^[7]더 높습니다.

버트리스 나사산

버트리스 나사산은 삼각형 모양입니다.스크루에 가해지는 하중이 한 ^[8]방향으로만 가해지는 경우에 사용합니다.이러한 애플리케이션의 효율은 정사각형 스레드만큼 높지만 제조는 더 쉽습니다.

장점과 단점

리드 스크루의 장점은 다음과 같습니다.^[2]

• 대용량 내하력
• 작은
• 심플한 설계
• 제조가 간단하여 특별한 기계가 필요 없음
• 큰 기계적 이점
• 정확하고 정확한 직선 운동
• 부드럽고 저소음하며 유지보수가 용이함
• 최소 부품 수
• 대부분은 자체 잠금 방식(백 구동 불가)

단점은 대부분이 매우 효율적이지 않다는 것입니다.효율이 낮기 때문에 연속적인 전력 전송 애플리케이션에서는 사용할 수 없습니다.또한 나사산에 높은 마찰력을 가지기 때문에 나사산이 빠르게 마모될 수 있습니다.정사각형 나사산의 경우 너트를 교체해야 하며 사다리꼴 나사산의 경우 ^[5]마모를 보상하기 위해 분할 너트를 사용할 수 있습니다.

대체 수단

리드 스크루에 의한 작동에 대한 대안으로는 다음이 있습니다.

• 볼나사 및 롤러나사(반대되는 것이 아니라 리드나사의 종류로 분류되는 경우도 있습니다)
• 유체 동력(예: 유압 및 공압)
• 기어트레인(웜드라이브, 랙앤피니언드라이브 등)
• 전자파 작동(예: 솔레노이드)
• 압전 작동

메카닉스

하중을 올리거나 내리는 데 필요한 토크는 나사산을 한 바퀴 "풀어서" 계산할 수 있습니다.이는 사각 나사산 또는 버트레스 나사산에 대해 가장 쉽게 설명할 수 있습니다. 나사산 각도가 0이고 계산과 관련이 없기 때문입니다.래핑되지 않은 나사산은 직각 삼각형을 형성합니다.여기서 베이스의 길이는 ${\displaystyle {}_{}}$ d $(\displaystyle$ \$pi$ d_${\text{$m}})이고$$ 높이는 리드(오른쪽 그림)입니다.하중의 힘은 아래로 향하고, 정상 힘은 삼각형의 빗변과 수직이며, 마찰력은 운동 방향의 반대 방향(정상의 힘에 수직 또는 빗변 방향을 따라)으로 향하며, 상상의 "노력" 힘은 반대 방향으로 수평으로 작용한다.마찰력의 변화이 자유 차체 다이어그램을 사용하여 하중을 올리거나 내리는 데 필요한 토크를 ^[9][10]계산할 수 있습니다.

$({displaystyle T_{\text{raise}}=parfrac {Fd_{\text{m}}{\text{m}}}{\text{m}}}{\right})=parfrac {Fd_{\text{m}}}{\right}}}}{\leftfrac {Frac {Fd_{{\t}}}}}}{{\taphtan}{{{{\tan}}}}}}}}}{{\time}}}}}{\t}}$

${\displaystyle T_{\text{ 낮은}}={\frac{Fd_{\text{m}}}{2}}\left({\frac{\pi\mu d_{\text{m}}-l}{+\mu 나는\pi d_{\text{m}}}}\right)={\frac{Fd_{\text{m}}}{2}}\tan{\left(\phi -\lambda \right).}}$

리드스크류^[11] 나사산의 마찰계수

나사재	너트재
	강철	브론즈	금관 악기	주철
스틸, 건조	0.15–0.25	0.15–0.23	0.15–0.19	0.15–0.25
강철, 기계유	0.11–0.17	0.10–0.16	0.10–0.15	0.11–0.17
브론즈	0.08–0.12	0.04–0.06	-	0.06–0.09

어디에

• ${\displaystyle T}${\$displaystyle$ T$}$ =$$ 토크
• ${\displaystyle F}${\$displaystyle$ F$}$ =$$ 나사 하중
• ${\displaystyle d_{}}$ m$${\$displaystyle d_{\text{m}}}$ =$$ 평균 직경
• ${\displaystyle }$μ$${\$displaystyle \mu$} =$$ ${\displaystyle \mathrm{마찰계수}}$(공통값은 인접표 참조)
• ${\displaystyle l}${\$displaystyle$ l$}$ =$$ 납
• ${\displaystyle }$ϕ ${$ \phi$$} $$= 마찰각
• $λ${$displaystyle$ \ displayda$$} $$= 리드 각도

${\displaystyle {\text{T}}_{}}$lower { $displaystyle T_{\text {lower}}$ 방정식에$$ 따르면 마찰계수가 리드 각도의 탄젠트보다 클 경우 나사가 자동으로 잠긴다는 것을 알 수 있습니다.이와 동등한 비교는 마찰각이 리드각보다 큰 경우( $display$> ${\$ { displaystyle $\phi$> \ $lambda$}^[12] )입니다.그렇지 않으면 ^[9]나사가 역주행하거나 하중을 가하면 내려갑니다.

효율성.

위의 토크 방정식을 사용하여 계산된 효율은 다음과 같습니다.^[13][14]

${\displaystyle {\mbox{efficiency}} = frac {T_{0}} {T_{\text{raise}}=flac {Fl}{2\pi T_{\text{raise}}=flac {\timeda}}{\tan(\phi +\phda\right)}}}}$

0이 아닌 나사산 각도

사다리꼴 나사산과 같이 나사 각도가 0이 아닌 경우 마찰력이 증가하므로 이를 보상해야 합니다.다음 공식에서는 이를 ^[13][15]고려합니다.

${\displaystyle T_{\text{raise}=parchfrac {Fd_{\text{m}}{2}\left({\frac {l+\pi \m}}}\sec {\pi d_{\text {m}}}-\mu l_{\text}}}\right)=frac {{f}{text}{d}$

$({displaystyle T_{\text{lower}}=flac {Fd_{\text{m}}{2}\left({\frac {pi \m}\sec {\text}-l}{\pi d_{\text}}+\mu l}\right)=frac {f}{text}{f}{d}}$

$여기$서$$α {\$displaystyle \alpha }$는 스레드 각도의 절반입니다.

리드 스크루에 하중이 걸리는 칼라가 있는 경우, 토크 계산에서도 인터페이스 사이의 마찰력을 고려해야 합니다.다음 방정식의 경우 하중은 평균 칼라 직경( ${\displaystyle {}_{}}$ $c${\$displaystyle d_{\$text${c$}})$$^[13]에 집중된다고 가정합니다.

서로 다른 마찰 계수에 대한 리드 각도에 대한 사각 리드 나사 효율 그림

${\displaystyle T_{\text{c}}=frac {F\mu_{\text{c}}d_{\text{c}}{2}}$

$여기$서 ${\displaystyle {\mu }_{}}$ c$${\$displaystyle \mu$ _${\text{c}}}$는 부하 칼라 사이의 마찰계수이고 ${\displaystyle d_{}}$ c$${\$displaystyle d_{\text{c}}}$는 평균 칼라 직경입니다.스러스트 베어링을 사용하는 칼라의 경우 마찰 손실은 무시할 수 있으며 위의 방정식은 ^[16]무시할 수 있다.

0이 아닌 나사산 각도의 효율은 다음과 같이 ^[17]쓸 수 있습니다.

${\displaystyle \eta = prac {\cos \alpha \-\\mu \tan \tan \tan da}{\cos \alpha \+\mu \cot \tan \ta }}$

스러스트^[16] 칼라의 마찰 계수

재료 조합	$시작{\displaystyle {}_{}}$ \$displaystyle \mu$ _${\text{c}}}$	$(\displaystyle$ \$mu _{\text{c$}})
연강/주철	0.17	0.12
경화강/주철	0.15	0.09
연강 / 브론즈	0.10	0.08
경화강 / 브론즈	0.08	0.06

실행 속도

다양한^[18] 너트 재료 및 강철 나사 하중에 대한 안전한 주행 속도

너트재	안전 하중(psi)	안전 하중(바)	속도(fpm)	속도(m/s)
브론즈	2,500 ~ 3,500 psi	170~240바	저속
브론즈	1,600 ~ 2,500 psi	110~170바	오후 10시	0.05 m/s
주철	1,800 ~ 2,500 psi	120~170바	오후 8시	0.04 m/s
브론즈	800 ~ 1,400 psi	55~97바	20 ~ 40 fpm	0.10~0.20 m/s
주철	600 ~ 1,000 psi	41~69바	20 ~ 40 fpm	0.10~0.20 m/s
브론즈	150 ~ 240 psi	10~17바	50 fpm	0.25 m/s

리드스크류(또는 볼나사)의 동작속도는 일반적으로 계산된 임계속도의 최대 80%로 제한됩니다.임계 속도는 나사의 고유 주파수를 들뜨게 하는 속도입니다.강철 리드 스크루 또는 강철 볼 스크루의 경우 임계^[19] 속도는 약

${\displaystyle N={(4.76\times 10^{6)}d_{\text{r}}C\over L^{2}}}}$

어디에

• ${\displaystyle N}${\$displaystyle$ N$}$ =$$ 임계 속도(RPM)
• ${\displaystyle d_{}}$ r$$\ $displaystyle d_{\text{r}}$ =$$ 리드스크루의 최소(루트) 직경(인치)
• ${\displaystyle L}${\$displaystyle$ L$}$ =$$ 베어링 지지대 사이의 길이(인치)
• $(\displaystyle$ C$)$ =$$ .36(한쪽 끝 고정, 한쪽 끝 없음)
• ${\displaystyle C}$\ $displaystyle$ C$$=$$ 1.00 (양단 단순)
• $(\displaystyle$ C$)$ =$$ 1.47(한쪽 끝은 고정, 한쪽 끝은 단순)
• $C$\ $displaystyle$ C$$=$$ 2.23 (양단 고정)

또는 메트릭 ^[20]단위를 사용할 수도 있습니다.

${\displaystyle N=sysfrac {Cd_{\text{r}}\times 10^{7}}{L^{2}}}}$

여기서 변수는 위와 동일하지만 값은 밀리미터 $단위$이고 C$(\displaystyle$ C$)$는 다음과 같습니다.

• ${\displaystyle C}$\ $displaystyle$ C$$=$$ 3.9 (고정 프리 서포트용)
• ${\displaystyle C}$\ $displaystyle$ C$$=$$ 12.1 (양단 지원)
• ${\displaystyle \mathrm{고정}}$ 지지 구조의 경우 C$\displaystyle$ C$=$ 18.7
• $(\displaystyle$C) =$$ 양끝 고정 시 27.2

참고 항목

• 볼 나사
• 미세 조정 나사
• 잭나사

레퍼런스

참고 문헌

• 를 클릭합니다Bhandari, V B (2007), Design of Machine Elements, Tata McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-061141-2.
• 1998년에 처음 출판되었습니다.각 인쇄에 따라 갱신되는 콘텐츠는 '개정판'과 유사합니다Martin, Joe (2004), Tabletop Machining: A Basic Approach to Making Small Parts on Miniature Machine Tools, Vista, California, USA: Sherline, Inc., ISBN 978-0-9665433-0-8. 현재 4번째 인쇄 중입니다.
• 를 클릭합니다Shigley, Joseph E.; Mischke, Charles R.; Budynas, Richard Gordon (2003), Mechanical Engineering Design (7th ed.), McGraw Hill, ISBN 978-0-07-252036-1.

외부 링크