볼 스크류의추력에대해서알려주세요②
지난번 볼 스크류의 ＇추력＇은 ＇같은 힘으로 더 부드럽게 움직일 수 있다＇고 설명했는데, 왜 그런 특징을 갖추는지 간단히 설명하고자 합니다.
먼저 ＇같은 힘으로 더 부드럽게 움직일 수 있다 ≒ 기계 효율이 높다＇는 것인데, 기계 효율과 추력에는 밀접한 관계가 있습니다. 이는 볼 스크류가 어떠한 특징을 갖추고 있기 때문입니다.
미끄럼나사의 일종인 사다리꼴나사나 삼각나사는 나사축과 너트로 구성되어 있으므로 나사축을 회전시켰을 때 축과 너트의 수나사와 암나사가 어느정도 밀착되어 서로 비비며 움직입니다. (그림1 왼쪽)
볼 스크류는 나사축도 너트도 암나사이며, 그 두 개의 나사 사이를 볼이 굴러 안내하기 때문에 매우 부드럽게 움직일 수 있고, 더 많은 에너지를 추력으로 변환할 수 있습니다. (그림 1 오른쪽)
볼 스크류의 경우 기계 효율이 90% 이상이므로 100개의 입력 에너지로 나사축을 회전시켰을 경우 90%가 추력(≒일)으로 변환됩니다.
한편 미끄럼 나사는 기계 효율 30% 이기때문에 100개의 입력 에너지에 대해 30%가 추력(≒일)으로 변환됩니다.
자동차로 비유하면 사용하는 부품의 기계 효율이 높아지면 엔진의 출력을 구동력으로 변환할 수 있는 비율이 늘어나 연비가 향상됩니다.
마찰저항을 줄이기 위해 2개의 물체를 개재하여 공이나 원통형으로 사용하는 것은 피라미드에 사용하는 석재의 운반 등에도 이용될 정도로 예로부터 알려져 있습니다.
고대부터 현재까지 같은 원리를 이용하고 있는 것은 매우 흥미롭습니다.
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