선회베어링 선회드라이브 선정 시 가속·감속토크 계산이 중요한 이유

 

 

 

선회베어링 선회드라이브 선정 시 가속·감속토크 계산이 중요한 이유

 

 

 

 

 

 

안녕하세요. 이파워 인사드립니다.

선회베어링과 선회드라이브를 선정할 때

정격하중과 정격토크만 확인하면 충분하다고 생각하기 쉽습니다.

그러나 실제 장비는 일정한 속도로만 회전하지 않습니다.

정지 상태에서 출발하고, 목표 회전속도까지 가속하며, 운전 중에는 다시 감속하여 정지합니다.

 

특히 무거운 구조물을 빠르게 움직이거나 정지와 출발을 반복하는 장비에서는 순간적으로 큰 토크가 필요합니다.

따라서 안정적인 회전 시스템을 설계하려면 회전체의 관성모멘트와 가속·감속토크를 반드시 함께 검토해야 합니다.

이번 글에서는 가속·감속토크의 개념과 계산 방법,

그리고 이를 고려하지 않았을 때 발생할 수 있는 문제를 쉽게 설명해 드리겠습니다.

 

 

 

 

 

 

정격토크만 확인하면 부족한 이유

 

정격 출력토크는 일정한 운전 조건에서 지속적으로 전달할 수 있는 토크를 말합니다.

하지만 실제 장비가 정지 상태에서 회전을 시작하면 회전체의 관성을 이겨내기 위한 추가 토크가 필요합니다.

반대로 회전 중인 장비를 짧은 시간 안에 멈출 때도 감속을 위한 토크가 발생합니다.

이처럼 회전체의 속도를 변화시키는데 필요한 토크를 가속토크 또는 감속토크라고 합니다.

 

가속·감속토크를 충분히 검토하지 않으면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

• 모터 용량 부족으로 인한 기동 불량
• 목표 회전속도 도달시간 증가
• 감속기 및 선회드라이브의 순간 과부하
• 기어와 웜축의 조기 마모
• 정지 위치 오차 및 제어 불안정
• 반복 운전에 따른 발열과 수명 저하
• 급정지 시 충격하중 증가

따라서 선회드라이브는 단순히 정격토크가 크다는 이유만으로 선정해서는 안 됩니다.

실제 운전 과정에서 발생하는 가속·감속 조건까지 확인해야 합니다.

 

 

 

 

 

 

가속·감속토크란 무엇일까요?

 

가속토크는 회전체를 정지 상태에서 원하는 회전속도까지 일정시간 안에 도달시키는 데 필요한 토크입니다.

감속토크는 반대로 회전 중인 물체의 속도를 낮추거나 정지시키는데 필요한 토크입니다.

즉, 가속·감속토크는 무게가 단순히 지지하는 힘이 아닌 회전체의 속도를 변화시키는 힘입니다.

 

 

 

 

 

 

가속·감속토크의 기본 계산식

 

모터축을 기준으로 한 가속·감속 토크는 다음식으로 계산할 수 있습니다.

 

Ta = {(Im + IL) × n} ÷ {9.55 × ta}

 

기호	내용	단위
Ta	모터축 기준 가속토크	N·m
Im	모터 회전자의 관성모멘트	kg·m²
IL	모터축으로 환산한 부하 관성모멘트	kg·m²
n	목표 모터 회전속도	r/min
ta	목표속도까지의 가속시간	s

 

 

 

 

 

 

부하 관성모멘트가 중요한 이유

 

회전체는 모두 관성모멘트를 가지고 있습니다.

관성모멘트는 물체가 회전속도의 변화를 거부하는 정도를 나타내며, 단순히 전체 무게만으로 결정되지 않습니다.

같은 무게라도 질량이 회전 중심에서 멀리 배치될수록 관성모멘트가 커집니다.

예를 들어 다음과 같은 장비가 있습니다.

• 대형 회전 테이블
• 크레인 상부 선회체
• 고소작업대
• 산업용 로봇 암
• 용접 포지셔너
• 태양광 추적장치
• AGV·AMR 회전 플랫폼
• 굴삭기 및 임업용 어태치먼트

이러한 장비는 회전체의 무게뿐만 아니라 회전 중심에서 질량까지의 거리와 질량 분포를 함께 확인해야 합니다.
관성모멘트가 커질수록 동일한 시간 안에 목표 속도에 도달하기 위해 더 큰 가속토크가 필요합니다.

 

 

 

 

 

 

가속시간이 짧을수록 필요한 토크는 커집니다.

 

가속토크 계산식에서 가속시간 ta는 분모에 있습니다.
따라서 다른 조건이 같다면 가속시간이 짧아질수록 필요한 가속토크는 커집니다.
예를 들어 동일한 회전체를 목표 속도까지 움직이더라도 다음 두 조건은 필요한 토크가 다릅니다.

 

• 10초 동안 천천히 가속하는 경우
• 2초 안에 빠르게 가속하는 경우

 

2초 안에 목표 속도까지 도달하려면 10초 동안 가속할 때보다 이론상 약 5배의 가속토크가 필요합니다.
빠른 응답성이 필요한 자동화 장비나 정지와 출발을 자주 반복하는 시스템에서 가속토크 계산이 더욱 중요한 이유입니다.

 

 

 

 

 

 

선회베어링과 선회드라이브는 함께 선정해야 합니다.

 

선회베어링과 선회드라이브는 역할이 서로 다릅니다.

따라서 두 제품을 하나의 회전 시스템으로 함께 검토해야 합니다.

• 선회베어링: 회전체의 하중을 지지하고 안정적인 회전을 유지
• 선회드라이브: 모터의 회전력을 감속·증폭하여 회전체에 전달

선회베어링	선회드라이브
축하중(Axial Load)	정격 출력 토크
반경하중(Radial Load)	최대 출력 토크
틸팅 모멘트(Tilting Moment)	가속·감속토크
부하 관성모멘트	감속비
	모터용량

 

가속·감속토크는 주로 모터와 선회드라이브의 용량을 결정하는 중요한 요소입니다.

선회베어링은 축하중, 반경하중, 틸팅모멘트뿐만 아니라

급가감속 과정에서 발생하는 동적하중과 충격하중까지 고려하여 선정해야 합니다.

 

 

 

 

 

 

어떤 장비에서 반드시 계산해야 할까요?

 

다음과 같은 장비는 회전 질량이 크거나 정지와 출발을 반복하기 때문에

가속·감속토크 검토가 매우 중요합니다.

 

• 대형 회전 테이블
• 크레인 및 고소작업대
• 굴삭기·임업용 회전 어태치먼트
• 태양광 추적 시스템
• AGV·AMR 회전 플랫폼
• 산업용 로봇
• 용접 포지셔너
• 자동화 조립장비
• 검사 및 측정용 회전장치
• 대형 안테나와 레이더 시스템

 

 

 

 

 

E-POWER 기술 포인트

 

선회베어링과 선회드라이브는 각각 따로 선정하는 부품이 아니라 하나의 회전 시스템을 구성하는 핵심 부품입니다.
안정적인 제품 선정을 위해서는 다음 조건을 종합적으로 분석해야 합니다.

 

- 회전체의 중량과 크기
-  질량 중심과 편심거리
-  부하 관성모멘트
-  축하중·반경하중·틸팅모멘트
-  목표 회전속도
-  가속 및 감속시간
-  정지·출발 반복 횟수
-  모터 정격토크와 최대토크
-  선회드라이브 감속비와 전달효율
-  비상정지 및 외부 충격 조건 등..

 

정격토크는 제품 선정의 시작점일 뿐입니다.

회전체의 관성모멘트와 실제 가속·감속 조건을 반영해야
모터 용량 부족, 선회드라이브 과부하, 수명 저하 및 제어 불안정을 예방할 수 있습니다.

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