볼스크류 계산기 — 축하중·수명·허용 회전수·구동 토크
이송 질량·속도·가속 시간과 볼스크류 사양을 넣으면 운전 구간별 축하중, 평균 축하중과 정격수명(거리·시간·년), 좌굴 하중·위험속도·DN 값으로 본 허용 축하중과 허용 회전수, 모터 구동 토크를 THK 선정 순서대로 계산합니다. 리니어 가이드 수명은 LM가이드 수명 계산기에서 이어서 확인하세요.
계산 근거
축하중: 수평 ±(μmg + f) ± mα, 수직 mg ± f ± mα. 평균 축하중 Fm = ∛(ΣFa³·ℓ/Σℓ), 정격수명 L10 = (Ca/(fw·Fm))³ × 10⁶ rev, 좌굴 하중 P1 = η2·d1⁴/la² × 10⁴, 허용 인장압축 하중 P2 = 116·d1², 위험속도 N1 = λ2·d1/lb² × 10⁷, DN 허용 N2 = 계수/D, 구동 토크 Tt = (Fa·Ph/(2πη) + T2 + T4)·A, Tk = Tt + J·ω′. THK Ball Screw Selection Criteria 0006·0007·0009·0010·0013 기준.
함께 쓰는 양식
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자주 묻는 질문 (FAQ)
볼스크류 수명은 어떻게 계산하나요?
정격수명 L10 = (Ca / (fw × Fm))³ × 10⁶ 회전입니다. Ca 는 정격 동하중, Fm 은 평균 축하중, fw 는 진동·충격에 따른 하중계수입니다. 거리로는 L10 × 리드 / 10⁶ km, 시간으로는 L10 × 리드 / (2 × 60 × 분당 왕복 횟수 × 스트로크) 입니다(THK 선정 기준).
평균 축하중은 어떻게 구하나요?
운전을 가속·정속·감속(왕복 6구간)으로 나눠 각 구간 축하중 Fa 와 이동 거리 ℓ 를 구한 뒤 Fm = ∛(ΣFa³·ℓ / Σℓ) 로 계산합니다. 수평 운전처럼 하중 방향이 바뀌면 양(+)과 음(−) 하중을 따로 구해 큰 값을 씁니다. THK 예제(Fm1 35.5 N, Fm2 17.2 N)와 같은 값이 나옵니다.
하중계수 fw 는 얼마로 두나요?
THK 표 기준으로 미세한 진동·충격(0.25 m/s 이하) 1~1.2, 작은 진동·충격(1 m/s 이하) 1.2~1.5, 중간(2 m/s 이하) 1.5~2, 강한 진동·충격(2 m/s 초과) 2~3.5 입니다. 계산기는 입력한 최고 속도에 맞는 범위를 옆에 보여 줍니다.
좌굴 하중과 허용 인장압축 하중은?
압축 하중을 받는 나사축은 좌굴 하중 P1 = η2 × d1⁴ / la² × 10⁴ (N, 안전계수 0.5 포함)과 허용 인장압축 하중 P2 = 116 × d1² 중 작은 값이 허용 축하중입니다. η2 는 설치 방법에 따라 고정-자유 1.3, 고정-지지 10, 고정-고정 20 입니다(지지-지지 5.0 은 오일러 공식으로 계산한 값).
위험속도와 DN 값은 무엇인가요?
위험속도는 나사축이 공진하는 회전수로 N1 = λ2 × d1 / lb² × 10⁷ (min⁻¹, 안전계수 0.8 포함)입니다. DN 값은 볼 중심경 × 회전수로, 모델 계열마다 상한이 정해져 있습니다(예: BNF·BIF 계열 130,000). 허용 회전수는 둘 중 낮은 값입니다.
정적 안전계수는 얼마가 필요한가요?
fs = C0a / 최대 축하중이며, THK 는 참고 하한으로 진동·충격이 없으면 2, 있으면 5 를 제시합니다. 계산기는 이 값과 나란히 보여 줄 뿐이며, 충격 하중이 있는 설비는 제조사 기술 담당에게 확인하세요.
구동 토크는 어떻게 계산하나요?
외부 하중에 의한 토크 T1 = Fa × 리드 / (2π × η), 예압 토크 T2, 기타 토크 T4 를 더한 정속 토크 Tt 에 가속 토크 T3 = J × 각가속도를 더해 가속 시 토크를 구합니다(THK). 볼스크류 효율은 THK 기준 90% 이상이며 기본값 0.9 입니다. 모터 선정은 모터 용량·토크 계산기와 서보모터 관성비 계산기로 이어집니다.
이 계산기의 한계는?
설계 참고용 계산입니다. 기본 볼스크류 사양은 예시 입력값이므로 쓰는 모델의 카탈로그 값(리드·골지름·볼 중심경·Ca·C0a)으로 바꾸세요. 나사축 관성은 바깥지름 원통으로 근사하고, 강성·위치 정밀도·축 끝단 강도는 다루지 않습니다. 최종 선정은 제조사 카탈로그와 담당 기술자 검토를 거치세요.
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