profile 김철 2000-01-25 17:16:31
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<B>AC 모터와 스퍼어 기어를 이용한 이송 장치</B>



안녕하십니까?

얼마 전 서보 모터와 타이밍 벨트를 이용한 동력 전달에 관한 질문을 드렸던 사람입니다.

정성스럽게 답변해 주신 내용은 좋은 참조가 되었습니다. 특히 타이밍 벨트에 대한 내용은 아주 큰 도움이 되었습니다. 감사합니다!!!


또 여쭙고 싶은 것이 있어서 이렇게 염치 불구하고 다시 글을 올립니다.

아래 그림은 이번에 문의하고 싶은 내용을 간단히 도식화 한 것입니다.


<img src="http://my.netian.com/~shark666/menu/img.gif" width="550">

그림에서와 같이 물체를 좌우로 이송시키는 데, AC 모터와 스퍼어 기어 그리고 이송 경로를 정의한 원통 캠으로 크게 이루어져 있습니다. 캠 팔로워를 지지하고 있는 블록은 볼 부싱을 통해 가이드되고, 블록에 연결된 축을 통해 운동이 전달되는 구조로 되어 있습니다.

위와 같은 운동 전달 구조를 설계하는 데 고려하여야 할 점이 무엇인지 알고 싶습니다.
예를 들어 설계 순서라고나 할까요?
아무튼 먼저 고려하여야 할 사항이 무엇이며, 어느 부분부터 부분 설계를 들어 가야 하고, 또 필요한 설계 공식은 어떠한 것들이 있는지 대략적으로 알려 주시길 바랍니다.



바쁘신데도 불구하고 저의 질문에 성심 성의껏 답변해주신 모든 분들께 감사드립니다!
그리고, 한 가지 더! 제 개인 홈페이지를 준비 중인데…… 기계 설계 및 CAD에 대한 자료를 올리려고 하는데, 본 사이트의 내용을 참조 및 수정하여 글을 싣거나, 직접 링크하는 것이 실례가 되지 않는 것인가 해서입니다.

그럼, 무궁한 발전을 기원합니다!!!

finder 2000-01-25 19:36

답변 작성하다가 저녁먹으러 갔다와서 마무리하고
올렸더니만 이미 김원경님이 답변을 올렸네요...

중언부언한 꼴이 되었습니다. ^^;

finder 2000-01-25 19:33

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> 김철 님의 글 "다시 한번 부탁드립니다!"
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> <B>AC 모터와 스퍼어 기어를 이용한 이송 장치</B>
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> 안녕하십니까?
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> 얼마 전 서보 모터와 타이밍 벨트를 이용한 동력 전달에 관한 질문을 드렸던 사람입니다.
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> 정성스럽게 답변해 주신 내용은 좋은 참조가 되었습니다. 특히 타이밍 벨트에 대한 내용은 아주 큰 도움이 되었습니다. 감사합니다!!!
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> 또 여쭙고 싶은 것이 있어서 이렇게 염치 불구하고 다시 글을 올립니다.
>
> 아래 그림은 이번에 문의하고 싶은 내용을 간단히 도식화 한 것입니다.
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> <img src="http://my.netian.com/~shark666/menu/img.gif" width="550">
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> 그림에서와 같이 물체를 좌우로 이송시키는 데, AC 모터와 스퍼어 기어 그리고 이송 경로를 정의한 원통 캠으로 크게 이루어져 있습니다. 캠 팔로워를 지지하고 있는 블록은 볼 부싱을 통해 가이드되고, 블록에 연결된 축을 통해 운동이 전달되는 구조로 되어 있습니다.
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> 위와 같은 운동 전달 구조를 설계하는 데 고려하여야 할 점이 무엇인지 알고 싶습니다.
> 예를 들어 설계 순서라고나 할까요?
> 아무튼 먼저 고려하여야 할 사항이 무엇이며, 어느 부분부터 부분 설계를 들어 가야 하고, 또 필요한 설계 공식은 어떠한 것들이 있는지 대략적으로 알려 주시길 바랍니다.
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> 바쁘신데도 불구하고 저의 질문에 성심 성의껏 답변해주신 모든 분들께 감사드립니다!
> 그리고, 한 가지 더! 제 개인 홈페이지를 준비 중인데…… 기계 설계 및 CAD에 대한 자료를 올리려고 하는데, 본 사이트의 내용을 참조 및 수정하여 글을 싣거나, 직접 링크하는 것이 실례가 되지 않는 것인가 해서입니다.
>
> 그럼, 무궁한 발전을 기원합니다!!!
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-------------- 답 변 --------------

안녕하세요? 김철님

질문하신 내용에 대해서 일단 설계순서는 꼭 이렇게만 하여야 한다는
법칙이 없습니다. 어떤 과정을 거쳐 설계를 하는가는 설계자 고유의 권한
이라고 볼 수 있습니다. 여기서 설계자 각각의 개성이 드러나게 됩니다.

제가 여기에 올리는 내용도 역시 100% 완벽한 답변이 아니기 때문에 꼭
이렇게 하여야만 하는 것이 아닙니다. 그동안 설계를 하면서 나름대로
시행착오를 적게겪는 수 있는 방법에 대해 체득한 내용일 뿐입니다.

상세한 설계 공식이나 내용을 원하시면 테크노 넷의 기술 문서나
요 아래 타이밍 벨트관련 답변하신 서문수님의 홈페이지 http://www.tao.co.kr/d-mecha
에 잘 정리되어 있습니다.


1) 설계하고자 하는 기계장치의 목표 시방 체계적 정리.
지금 설계할려고 하는 기계에 대한 충분한 이해가 필수입니다.
목표 Stroke, 속도, Duty Cycle, 목표가격 등등...

2) 캠 Profile 선정 --- 이기계가 수행하여야 하는 동작을 충분히
보증할 수 있는 profile 설계, 이부분이 가장 중요할 것으로
보입니다만, 질문내용으로 미뤄 볼 때 이미 선정이 되어 있는 것
같습니다. 여기에서 필요 좌우 이송속도, 캠 회전속도 등등이
결정 되리라 봅니다. 이것이 결정되면 모타의 필요 회전 속도,
기어헤드 감속비, 기어비 등등의 대략적인 사양이 정대지게 됩니다.

3) 속도 Profile 선정
위 2)번 과정과 연계되어 있습니다만 한 사이클(예를 들어 한 쪽
끝에서 다른 쪽 끝까지 갔다가 제자리로 복귀)에 대한 캠 팔로워의
시간, 속도 선도를 작성합니다.물론 캠의 profile에 따라서 실제 선도가
복잡해지지만 아주 단순한 사다리꼴 형태로 가속, 등속, 감속 구간으로
근사해도 충분합니다.

4) 구동 방식 결정 --- 첨부 도면으로 결정

5) 부하계산
캠 팔로워에 부착되는 부하 ( 부하 테이블 중량등)
캠 팔로워 이송에 필요한 부하 (볼나사 계산법을 원용)
캠 이너셔
구동기어 이녀서
종동기어 이너셔 등등 계산

계산된 각각의 값을 모타축(기어헤드 출력축)으로 환산
여기에서 모타축 환산 이너셔 값과 모타축 환산 부하토크,
가감산 토크 값 등등이 계산됩니다. 이것을 기어드모타의
사양과 비교하여 먼저 대략 선정한 기어드 모타 사양이
적합한지 판단합니다.
적합하다면 모타의 실효토크 등을 부가적으로 검토하여 확인합니다.

6) 각각의 요소부품 용량 및 강도계산
위에서 모타가 결정되면 각각의 부품 세부 설계에 들어 가야합니다.

- 기어의 경우 전달되는 최대토크를 견딜수 있도록 모듈, 중심거리,
치폭 등등을 계산합니다. 상세하게 기어 강도를 계산 할려면
너무 복잡한 과정이 되므로 기계요소설계 책이나 Stock gear 카달로그
에 나오는 수준 정도로만 해줘도 충분합니다.

- 기어고정 방식 결정 및 강도계산
기어고정을 key로 한다면 전달 토크에 대한 키이의 강도를 검토

- 캠, 캠팔로워 접촉부 강도및 윤활방법 검토

- 볼부시 용량검토

- 그외 검증이 필요하다고 판단되는 부위 강도, 용량 검토

7) 재질 및 열처리 방법 선정
6) 강도 및 용량 검토와 병행하여 사용 재질 및 열처리 필요부위
열처리 방법 결정

8) Detail 조립도 작성

9) 부품도 작성

원하시는 상세공식은 여기에 나열하기 보다는 관련 책을 참조하시는
것이 좋을 듯 합니다. 특별하게 어려운 식들이 사용되는 것이 아니라
아주간단한 기본식 ( F = ma. T = Iα , I = m r^2 ...)들의
조합입니다.

여기에서는 각각의 과정이 조건이 맞지 않으면 계속해서 반복해서
고쳐나가야 합니다. 또한 절대적인 순서가 될 수는 없고 편의에
따라 생략하거나 추가하거나 하여야 합니다. 만일 조건이 맞지 안으면
위의 그림과 전혀다른 구동방식을 검토하는 것 까지 충분히 검토하여
장단점을 반영해야 합니다.

테크노 넷의 문서 출처를 명시하고 임의로 변경하지만 않는다면
얼마든지 인용이 가능합니다.



김원경 2000-01-25 18:30

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> 김철 님의 글 "다시 한번 부탁드립니다!"
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> <B>AC 모터와 스퍼어 기어를 이용한 이송 장치</B>
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> 안녕하십니까?
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> 얼마 전 서보 모터와 타이밍 벨트를 이용한 동력 전달에 관한 질문을 드렸던 사람입니다.
>
> 정성스럽게 답변해 주신 내용은 좋은 참조가 되었습니다. 특히 타이밍 벨트에 대한 내용은 아주 큰 도움이 되었습니다. 감사합니다!!!
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>
> 또 여쭙고 싶은 것이 있어서 이렇게 염치 불구하고 다시 글을 올립니다.
>
> 아래 그림은 이번에 문의하고 싶은 내용을 간단히 도식화 한 것입니다.
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> 그림에서와 같이 물체를 좌우로 이송시키는 데, AC 모터와 스퍼어 기어 그리고 이송 경로를 정의한 원통 캠으로 크게 이루어져 있습니다. 캠 팔로워를 지지하고 있는 블록은 볼 부싱을 통해 가이드되고, 블록에 연결된 축을 통해 운동이 전달되는 구조로 되어 있습니다.
>
> 위와 같은 운동 전달 구조를 설계하는 데 고려하여야 할 점이 무엇인지 알고 싶습니다.
> 예를 들어 설계 순서라고나 할까요?
> 아무튼 먼저 고려하여야 할 사항이 무엇이며, 어느 부분부터 부분 설계를 들어 가야 하고, 또 필요한 설계 공식은 어떠한 것들이 있는지 대략적으로 알려 주시길 바랍니다.
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>
> 바쁘신데도 불구하고 저의 질문에 성심 성의껏 답변해주신 모든 분들께 감사드립니다!
> 그리고, 한 가지 더! 제 개인 홈페이지를 준비 중인데…… 기계 설계 및 CAD에 대한 자료를 올리려고 하는데, 본 사이트의 내용을 참조 및 수정하여 글을 싣거나, 직접 링크하는 것이 실례가 되지 않는 것인가 해서입니다.
>
> 그럼, 무궁한 발전을 기원합니다!!!
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-------------- 답 변 --------------
구체적인 그림을 올려 주셔서 이해가 쉽군요.
A. 먼저 설계 순서 부터 말씀드리겠습니다.

1. 설계 목적 또는 Spec 을 명확히 해야 합니다.
이송장치의 Stroke, 이송장치의 부하, 속도 Profile,
Duration 등과 요구되는 Cycle Time, 수명 등등
2. 설계 Spec 을 만족하기 위한 동력 전달 메커니즘을 검토 합니
다. 즉 그림과 같은 캠&follower 구조로 할 것인지, 전에 질
문 하였던 서보 모터를 적용할 것인지를 결정합니다. 이 부분
이 매우 중요합니다. 구조에 따라 성능, 내구성, 가격 등이
큰 차이가 나므로 몇가지 안을 만든후 비교 검토하는 과정이
필요 합니다.
3. 구조를 정한후, 중요한 설계 변수를 설계 합니다.
그림에 있어서 모타의 최고 회전수, 기어비, 캠의 스트로크
등등..
4. 부품에 대한 설계를 합니다.
모터의 용량, 기어의 모듈,치폭, 캠 곡선 등등 ..
이때 구동부의 각 부분에 작용하는 힘에 대하여 반드시 검토
하여야 합니다. 치면에 작용하는 힘, 캠의 접촉력, 볼 부쉬에
에 작용하는힘을 계상하여야 하며, 기구의 Duty Cycle을 고려
하여 각 부품의 수명을 계산합니다.
5. 재검토 단계
설계 완료후 원래 목적 했던 기능 과 품질을 만족 하는가 와
내구성, 제작성, 조립성 등등을 검토합니다.

위에 말씀드린 순서는 절대적인 것은 아니며 수회 반복하여야 할 것입니다.

B, 설계 공식
설계 공식은 기본적인 것입니다.
요구되는 직선운동의 Profile 에 의해 캠의 곡선은 기하학적으로 정하면 되고, 회전운동과 직선운동으로 변환에의한 관성의 변화는 에너지 보존(mv2 = Iw2)을 사용하고, 기어의 설계는 저희 기술문서를 참조하며, 모타는 카다로그를 참조하면 됩니다.

C.주의 사항
캠의 제작성 검토 : 수량이 많지 않으며 가공비가 비쌉니다.
캠의 내구성 : 마모에 대비하여 열처리 및 표면처리를 충분히
고려 하여야 하며, 적절한 윤활이 되도록 할것

D. 자료 관련 사항
테크노넷의 자료는 자료작성자 고유의 저작물이므로 수정 및 편집은 불허 합니다. 타 홈페이지에서 Link 는 허용하며 반드시 출처가 나와야 하며, 테크노넷 사이트에 연결되어야 합니다.

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