볼 스크류의 수명이란 ①
『기계』를 설계할 때, 그 수명을 예측하는 것은 볼 스크류에 한정되지 않고, 모든 기계 요소에 있어서 중요한 검토 항목입니다.
수명이란 『태어나서 죽을 때까지의 시간』을 가리킵니다만, 공산품의 경우는 『문제없이 사용할 수 있는 기간(혹은 거리, 횟수)』으로서 사용됩니다.
볼 스크류의 수명이란 대체 무엇일까요?
답은 『임의의 하중이 작용한 상태에서 가동할 수 있는 총회전수』 입니다.
만약 자동차의 카탈로그 수명이 엔진의 총 회전수로 표시되어 있다면 매우 알기 어렵다고 생각합니다. 볼 나사도 마찬가지입니다. 그 때문에, 통상은 수명 계산에 의해서 얻은 볼 나사의 총회전수를 가동 시간, 가동 연수나 주행 거리로 나타내어 서보 스폿 용접건이나 프레스 기계에서는 샷 회수나 프레스 회수등으로 환산해 사양 검토합니다.
그럼 수명에 도달한 볼 스크류는 어떻게 되는 것일까요?
나사축이 부러지거나,축과 너트가 분해되거나, 순환하고 있는 볼이 탈락되거나 등 그렇게 되지는 않습니다.
수명을 맞이한 볼 스크류 나사홈에는 작은 원형(0.2mm 정도)의 홈=피칭(pitting)이 10%의 신뢰도로 발생합니다. 이를 90% 정격수명(L-10Life)이라고 합니다.
만약 10개 같은 볼 스크류가 있는 경우, 1개에 피칭이 발생합니다. 물론 나머지 9개에도 점차 피칭이 발생하지만, 피칭이 있다고 볼 나사가 움직이지 않게 되는 것은 아니며, 일반적인 반송 등의 용도로는 문제없이 사용할 수 있습니다.
볼 스크류의 나사홈에 생긴 피칭은 이윽고 크랙(crack)→플레이킹(flaking)으로 나사 홈의 박리 상태가 진행됩니다. 이것은 자동차가 통과하는 도로의 파손이 진행되는 방식과 비슷합니다. 도로가 손상되어 오면, 바퀴 자국 안에 작은 갈라진 틈이 생겨, 거기로부터 비늘 모양으로 도로 표면의 박리가 진행해 갑니다. 이는 덤프차가 많은 도로에서 흔히 볼 수 있는데, 자동차의 무게가 타이어를 통해 도로의 파손부(약한 부분)에 반복적으로 작용하여 박리 부분이 서서히 퍼져 나가기 때문입니다.
볼 스크류도 도로도 피칭이나 갈라진 틈이 있다고 해서 사용 불가!는 아니지만, 「문제없이 사용할 수 있는가?」라고 말하면 미묘한 부분이죠.
볼 나사의 경우 정밀한 위치 결정을 기대할 수 없으며, 도로의 경우 자동차 경주나 활주로로 사용할 수 없습니다.
그래서 볼 스크류의 수명은 '문제없이 사용할 수 있는 기간'으로 90% 정격 수명을 정의했습니다.
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