전동 나사 또는 변환 나사라고도 알려진 리드 스크류는 회전 운동을 선형 운동으로 변환하기 위해 기계의 연결 장치로 사용되는 나사입니다. 이번 글에서는 리드 스크류 정의와 구조 및 작동원리에 대해서 자세히 살펴보도록 하겠습니다.
리드 스크류 정의
암, 수 요소 사이의 슬라이딩 접촉 면적이 크기 때문에 나사산은 다른 연결 장치에 비해 마찰 에너지 손실이 더 큽니다.
일반적으로 고전력을 전송하는 데 사용되지 않고 저전력 구동 및 포지셔너 메커니즘에서 간헐적으로 사용되고 있습니다.
리드 스크류는 선형 액추에이터, 기계 슬라이드, 바이스, 프레스 및 잭에 널리 사용됩니다.
나사형 스핀들은 전기 선형 액추에이터의 일반적인 구성 요소로써 다른 나사 형태처럼 제조됩니다.
리드 스크류는 때때로 하프 너트라고도 불리는 분할 너트와 함께 사용되는데 이를 통해 너트가 나사산에서 풀리고 필요한 경우 나사의 회전에 관계없이 축 방향으로 이동할 수 있습니다.
또한, 분할 너트를 사용하면 너트 부분을 압축하여 마모를 개선할 수도 있습니다.
정역학적 리드 스크류는 높은 위치 정확도, 매우 낮은 마찰, 매우 적은 마모로 일반 리드 스크류의 많은 단점을 극복하였습니다.
하지만, 고압 유체의 지속적인 공급과 고정밀 제조가 필요하므로 대부분의 리드 스크류보다 훨씬 더 높은 비용이 발생한다는 점은 알고 계셔야하겠죠?
리드 스크류 작동원리
리드 나사는 금속 나사 막대와 나사와 직접 접촉하는 나사 너트로써 이는 다른 대체 장치(예: 볼나사)의 구름마찰과 반대로 미끄럼마찰을 생성합니다.
볼나사와 마찬가지로 회전 운동으로 인해 나사가 회전하여 너트가 선형 운동으로 움직이며 따라서 이는 회전운동이 선형운동으로 변환되는 장치라고 생각하시면 됩니다.
리드 스크류는 두 가지 방식 중 하나로 작동하는데 샤프트가 고정되어 있고 너트에 동력이 공급되거나 샤프트가 회전하여 너트에 동력을 전달합니다.
리드 스크류 자체는 많은 복잡한 어셈블리에서 작은 구성 요소이지만 기본 리드 스크류조차도 스크류 샤프트, 스레드 및 너트의 세 가지 주요 구성 요소/기능으로 나눌 수 있습니다.
나사축은 쐐기로 감싼 원통형 막대이며 나사산은 나사축을 감싸는 홈이고, 너트는 나사축에 맞는 나사산이 들어있는 부품입니다.
나사축이 회전하면 너트가 나사축을 따라 선형으로 움직입니다.
스크류와 너트 사이의 미끄럼 접촉 면적이 높기 때문에 리드 스크류는 기어 트레인 및 체인 드라이브와 같은 다른 대안에 비해 마찰 손실이 더 많습니다.
이러한 특성은 일반적으로 리드 스크류의 사용을 경량 및 중간 부하 용도로 제한합니다.
리드 스크류 구조
모든 나사에는 너트가 필요하며 리드 나사도 예외는 아닙니다.
리드 스크류 너트는 리드 스크류의 외부 스레드와 짝을 이루는 내부 스레드가 있는 부품으로, 너트를 기계에 부착하고 리드 스크류의 회전으로 생성된 힘을 전달하는 수단을 제공합니다.
리드 스크류의 구성 요소는 다음과 같습니다.
1. 나사 축
나사 축은 길이 주위에 나선형으로 이어지는 단일 또는 일련의 홈이 있는 원통형 막대이며 이를 외부 스레드라고도 합니다.
2. 나사산(Thread)
나사산은 나사 축과 너트가 서로 미끄러지면서 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 역할을 하는 구조입니다.
3. 너트
리드 스크류 너트는 스크류 샤프트의 외부 스레드와 일치하는 내부 스레드가 있는 원통형 섹션입니다.
4. 외경
외경은 나사산의 가장 큰 직경이며 나사축의 주요 직경은 반대쪽 두 개의 꼭대기 사이의 거리이고, 너트의 주요 직경은 반대쪽 두 뿌리 사이의 거리입니다.
5. 골 지름
골 지름은 나사산의 가장 작은 직경입니다. 나사 축의 골 지름은 마주보는 두 뿌리 사이의 리이고, 너트의 골 지름은 나사 축과 반대로 마주보는 두 꼭대기 사이의 거리입니다.
6. 크레스트(Crest)
크레스트는 수나사(나사축)에 있는 융기된 나선형 구조와 암나사(너트)에 있는 오목한 나선형 구조입니다.
7. 루트(Root)
루트는 수나사(나사축)에 있는 오목한 나선형 구조와 암나사에 있는 융기된 나선형 구조입니다.
8. 나사산 깊이
나사산 깊이는 루트에서 꼭대기까지의 거리로 방사형으로 측정됩니다.
9. 플랭크(Flank)
플랭크는 뿌리와 능선을 연결하는 표면입니다.(위 그림 참조.)
10. 피치 직경
피치 직경 또는 유효 직경은 동심원 방향으로 주요 직경과 작은 직경 사이의 대략 중간 지점에 위치하며 원주가 나사산 피치의 절반과 교차하는 가상 원통의 직경입니다.
11. 피치
피치는 축에 평행하게 측정된 인접한 두 나사 사이의 축 거리로써 나사산끼리의 거리라고 생각하시면 됩니다.
12. 리드(Lead)
리드는 한 번의 완전한 회전(360°회전)에서 축을 따라 나사 샤프트 또는 너트가 이동한 선형 거리로 리드가 증가하면 선형 속도도 증가하지만 리드 스크류의 부하 용량은 감소합니다.
13. 스레드 시작(Thread Starts)
시작 횟수는 스레드 길이 주위에서 실행되는 독립적인 스레드 수를 나타냅니다. 나사의 리드는 개별 나사산 수에 피치를 곱하여 결정됩니다.
14. 나선 각도(Helix Angle)
나선 각도는 나사산의 나선과 회전축에 수직인 선 사이에 형성된 각도이며 일반적으로 나선 각도가 높은 리드 스크류는 마찰 손실이 적으므로 효율성이 더 높습니다.
이는 이러한 나사를 회전시키는 회전수가 동일한 선형 거리에 대해 나선 각도가 낮은 나사보다 낮기 때문이지만 나사를 회전하려면 더 많은 토크가 필요합니다.
15. 리드 각
리드 각은 나선각의 보각입니다. 나사산의 나선과 회전축에 평행한 선 사이에 형성된 각도입니다.
16. 나사산 각도
나사산 각도는 인접한 두 나사산 사이에 형성된 각도입니다.