ASA ELECTRONICS 커플링 (SHAFT COUPLINGS) > 리지트 커플링
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리지트 커플링
특징
- 원 척으로 좌우 구멍 관통 바이트 마무리로 동심 고정도
제품소개
리지트 커플링
RAS
알루미늄
세트 스크류 타입
RoHS2 대응
치수 
●원 척으로 좌우 홀 관통 바이트 마무리로 동심 고정도
●알루미늄 합금제, 알루마이트 마무리
RSS
스테인리스
세트 스크류 타입
RoHS2 대응
치수 
●원 척으로 좌우 홀 관통 바이트 마무리로 동심 고정도
●SUS303으로 강력 결합, 내식성대
RAC
알루미늄
클램프 타입
RoHS2 대응
치수 
●원 척으로 좌우 홀 관통 바이트 마무리로 동심 고정도
●알루미늄 합금제, 알루마이트 마무리
RSC
스테인리스
클램프 타입
RoHS2 대응
치수 
●원 척으로 좌우 홀 관통 바이트 마무리로 동심 고정도
●SUS303으로 강력 결합, 내식성대
리지트 커플링 사용상의 주의
당사의 리지드 커플링은 정밀 선반으로 원 척·바이트 가공 마무리(동구경, 이구멍 지름 모두)로 제작하고, 클램핑형은 열처리로 내부 변형 응력을 제거하고 나서 절삭, 스리 클리닝 가공 하고 동심 정확도를 유지합니다. 그래도 고정밀도로 축 흔들림을 최대한 억제하기 위해서는 조립 시에도 충분한 주의가 필요합니다.
조립 상태의 편심, 편각의 검사 방법(도 1 참조)
조립된 유닛의 축(1)을 V블록에 놓고 천천히 돌려 축(2)의 외주 흔들림을 테스트 표시기로 측정합니다.
예를 들어 A점의 흔들림이 0.04이면 편심은 0.02입니다.
다음에 B점(A점으로부터 L만큼 떨어진 위치)의 외주 흔들림값이 0.16 있었다고 하고, L이 100이라고 하면 편각 α는
됩니다.(엄밀하게는 B점의 최대 흔들림의 회전 위치에 있어서의 A점과의 차이로 계측해야 합니다)
조립상의 주의(세트 스크류 타입)
(그림 2) 참조
- 끼워맞춤부는 세척하여 쓰레기를 제거해 주십시오.
- 축 또는 커플링을 가볍게 돌리면서, 비스듬히 좌우의 2개의 세트 스크류를 번갈아, 균등하게 체결하여 축을 C・저면에 안정시켜 주십시오.
- 축(1)과 축(2)은 편각이 없는 일직선 상태를 유지하면서 조립해 주십시오.
(그림 3)과 같이 편각이 있는 상태로 체결하면 완전히 수정할 수 없습니다. - 축의 재질이 부드러운 플라스틱이나 알루미늄 합금인 경우에 세트 스크류를 너무 조이지 않는 것도 중요합니다. 축이 휘어져 편각 발생의 원인이 됩니다.
조립상의 주의(클램핑 타입)
(그림 4) 참조
- 끼워맞춤부는 세척하여 쓰레기를 제거해 주십시오.
- 축 또는 커플링을 가볍게 돌리면서 클램프 볼트를 조금씩 조이십시오.
커플링의 구멍 지름이 축의 외주와 일치하여 심 편차 e가 0이 됩니다. 이것이 클램핑 타입의 특징입니다. - 축(1)과 축(2)은 편각이 없는 일직선 상태를 유지하면서 조립해 주십시오.
커플링 선택 방법
회전축을 결합하는 커플링의 사용처는 바로 천차만별입니다. 우리 메이커도 그 사용 방법에 생각을 돌리면서, 저것 이것 대응하는 커플링을 제작하고 있습니다.
옛날에는 기어나 벨트가 회전 전달의 주역이었지만, 현재는 커플링의 이용이 점점 높아지고, 방식도 종류도 증가하고 있습니다.
한편 커플링의 파손은 장치의 고장이 되어 큰 손해를 발생시키는 경우가 적지 않습니다. 해야 합니다.
전달해야 할 에너지(토크·회전속도·회전체 관성 등)의 크기, 역전빈도와 그 순간의 회전각 가속도, 축간의 미스얼라이먼트(그림 1 참조)의 종류와 크기, 스페이스, 환경( 물·기름·광선·전자파·먼지·주위 온도·진공중 등)의 상황, 필요로 하는 회전 수명···그 중에서 필요한 항목을 채운 다음에 적정한 코스트의 상품을 선택해 주셨습니까 해야 합니다.
실제로 사용하여 단시간에 파손된 경우는 토크 또는 미스 얼라인먼트의 과대가 원인입니다. 최근에는 특히 서보 모터 관계에서 때때로 트러블이 발생하고 있습니다. 그 첫 번째 문제점은 서보 모터의 순간 최대(3배) 토크 이상의 토크가 커플링에 가해질 리가 없다고 착각되고 있는 경우입니다.
(그림 2)는 A점⇔B점간의 프로그램 제어의 예로 서보 모터의 구동 전류의 파형과 서보 게인 소와 대의 비교로 나타낸 그림입니다.
기동・정지의 A점・B점에서는 모터의 순간 최대 전류가 흐릅니다만, A→B와 저속으로 움직이고 있는 사이에서도 로터가 회전 진동을 하고 있습니다.
서보 모터의 로터와 축은 상당한 관성 질량을 가지고 있기 때문에, A점·B점에서 큰 회전 해머가 되어 커플링에 충격 토크를 줍니다. 또한 저속 이동 중에도 임팩트 드라이버로 커플링을 아프게 계속합니다.
(도 3 참조)
서보 모터가 크고 서보 게인이 높고 항상 로터가 격렬하게 회전 진동하고 있는 상황에서는, 이 진동에 의한 충격 토크가 서보 모터의 순간 최대 토크를 크게 넘어, 게다가 몇 사이클에서 수십 사이클의 진동 충격이 됩니다. 이 충격 토크를 알기 위해서는 초고속 카메라로 순간 최대 각가속도를 측정하고 관성 모멘트를 타면 좋다.
경험적으로 고찰한 경우입니다만, 고속으로 격렬한 움직임의 서보계로 24시간 계속 작동하는 예에서는, 서보 모터의 순간 최대 토크의 5~8배가 커플링 사양의 허용 토크 이하이면 수년의 수명 기대할 수 있습니다. 단, 이러한 기계에서는 당연히 미스 얼라인먼트는 0에 가까운 정도에 고정밀도로 조립되어 있어야 합니다.
보충 설명
커플링이 파손에 도달하는 원인에 대해서
이해를 돕는 예로 에어 실린더의 경우를 설명합니다. 에어실린더의 작동력은 실린더의 면적×공기압으로 표시되며, 그 이상의 힘은 발생하지 않습니다. 그러나 파손되지 않기 때문에 스토퍼부에 고무 쿠션을 붙이거나 에어 조리개 단말 구조로 충격력에 어느 정도 견딜 수 있도록 만들어져 있습니다. 또한 사용시에는 감압 밸브, 스피콘, 쇼크 업소버 등을 붙여 결합부의 파손이나 느슨함을 막아야 합니다. 이 파손하는 힘은 공압적 힘이 아니고, 질량을 가진 운동체가 급격하게 정지시킬 때의 힘(F=Mα)이며 대책의 유무로 매우 커질 수 있습니다.
커플링의 경우도 마찬가지로, 기동·정지·회전 진동 등의 가속도를 얼마나 작게 누를 수 있는지에 따라 커플링의 강도를 생각합니다. 쇼크 업소버적 요소가 없으면 그만큼 허용 토크에 대해 안전율을 높일 필요가 있습니다.
기술 정보
비틀림 스프링 상수에 대해
주로 서보계에 사용하는 커플링으로 중요한 특성입니다. 커플링의 한쪽 축을 고정하고, 반대측의 축에 토크를 가하면서 좌우 허브 사이의 비틀림 각도(도)를 추정하면(그림 a)와 같은 그래프를 그릴 수 있습니다. 허용 토크 To의 결정 방법은 제조사에 따라 형식에 따라 다소 다릅니다.
비틀림 스프링 정수는 To×57.3/C[N·m/rad]로 나타냅니다.
카탈로그 기재의 비틀림 스프링 정수가 예를 들면 2000N·m/rad이고, 상용 토크가 7N·m이면 「7×57.3/2000≒0.2(도)」 즉 7N·m의 상용 토크에 대한 비틀림각이 0.2(도 )라고 실감할 수 있습니다.
단, 이 수치가 즉 서보의 위치 오차가 되는 것은 아닙니다.
편심에 대해
디스크형 커플링과 편심의 관계
- 설계와 제작 위에서 편심을 0에 가깝게 유지한다고 생각하고 있는 장치의 경우는, 일반적으로 싱글 디스크(쇼트 타입) 커플링이 채용되고 있습니다만, 현실에는 이 점이 상당히 트러블의 원인이 되어 있는 것 같습니다. 조립 정밀도에 자신이 있어도 서보 기계에서는 더블 디스크 (롱 타입)를 권장합니다.
싱글 디스크의 편심 스프링 정수는, 더블 디스크 타입에 비해 10~20배 크기 때문에, 불과 0.05(mm) 정도의 편심에서도 큰 편심 스프링 하중이 가해져, 비록 커플링이 단기간에 파손되지 않는 경우에서도, 베어링의 수명을 상당히 짧게 합니다. 심한 경우에는 축의 파손 예도 있습니다. 또, 트러블이 발생해도, 스페이스의 관계로 더블 디스크 타입으로 교환이 불가 됩니다. 대응책으로서는, 편심 스프링 정수가 작은 폴리이미드 디스크나 서보 대응의 올덤 커플링을 선택할 필요가 있습니다. - 편심이 작게 억제되지 않는 경우는 더블 디스크(롱 타입) 커플링의 선정이 필요합니다. 이 경우에도 카탈로그 허용치보다 작게 억제하는 노력이 필요합니다. 허용치 한 잔의 경우에는 상용 토크를 1/2~1/5로 낮출 필요가 있습니다. 편심은 수명과 관련이 있다고 생각해야합니다. 이 경우의 파손 상황은 금속 디스크의 굽힘 응력에 의한 피로 파단이 대부분입니다.
- 수명의 걱정을 잃기 위해서는 피로 현상이 없는 폴리이미드 혹은 탄소 FRP의 디스크를 선택하는 방법도 있지만 허용 토크는 작아집니다.
올덤 커플링과 편심의 관계
- 올덤 커플링은 소형이며 고토크가 특징입니다만, 편심이 있는 경우에는 파손되는 것이 아니라 「부하토크×편심량×회전속도」의 곱의 크기에 비례하여 허브와 슬라이더의 슬라이딩면에서 마모 진행이 발생합니다. 장수명을 위해서는 편심을 가능한 한 작게 할 필요가 있습니다. 또한, 슬라이딩면에 이황화 몰리브덴계 그리스의 도포도 유효합니다.
- 현재는, 서보계의 커플링으로서 사용되는 비율이 매우 많아지고 있습니다. 그 이유로서, 소형·고토크이므로 장치의 소형화를 할 수 있는 것을 들 수 있습니다. 편심 0.1 이하이면 백래시 제로로 서보 특성으로서도 양호합니다.
편각에 대해
- 큰 편각(5°이상)에 대해서는, 시판의 유니버설 조인트 혹은 당사 신개발의 볼 커플링을 사용해 주시는 것을 추천합니다.
편각 5° 이하의 커플링으로서는 폴리이미드 디스크 더블 타입(M·CU·C1) 편각 3°
이하의 커플링으로서는 카본 디스크 더블 타입(M·CU·C1) 편각
2° 이하의 커플링 로서는 금속 디스크 타입도 선택 대상이 됩니다. - 디스크형 커플링의 경우
(1) 폴리이미드 디스크가 편각에 강한 커플링으로 실 부하 토크가 정격 토크의 1/2이면 최대 허용 편각도 10억 회전 테스트에서도 파손되지 않습니다.
(2) 카본 디스크도 금속 피로와 같은 파손이 되지 않고, 정격 토크의 1/3로 10억 회전 테스트에 합격합니다.
(3) 스테인리스 디스크의 경우는, 편각의 크기에 비례하여 디스크의 굽힘 응력의 반복으로 금속 피로에 의한 파손에 이릅니다. 따라서 편심·편각을 작게 하는 노력이 요구됩니다. - 올덤 커플링의 경우
올덤 커플링은 형상적으로는 편각에 적합하지 않습니다.
올덤 커플링에서 허용 편각이 큰 커플링이란 중간 슬라이더가 약한(비틀림 스프링 상수가 작음) 것을 나타냅니다. 이것은 슬라이더의 흔들림이나 변형에 의해 편각을 흡수하고 있기 때문입니다.
회전수에 대해
통상의 커플링(저속 회전용은 제외한다)에서는, 3000rpm 정도의 회전수를 상정해 상용 토크(허용 토크)를 결정하고 있습니다. 따라서, 실동의 최고 회전수가 2배인 6000rpm으로 사용되는 경우는 상용 토크는 50% 이하로 하는 것이 무난합니다(이 값은 엄밀한 수치는 아니지만, 회전 상승에 따른 진동 이나 저항 에너지의 증가는 균일하지 않으므로 개별 문제가 됩니다.덧붙여 정속·연속 회전의 경우는 100%의 판단으로 괜찮습니다)
성능표의 허용치에 대하여
커플링의 성능표에 기재되어 있는 항목 즉 허용 토크, 허용 편심, 허용 편각, 최고 회전수 등은 각 항목마다 검토하고 결정하고 있습니다. 따라서, 미스 얼라인먼트가 복합되는 경우는 각 허용치의 값을 복합하는 얼라인먼트의 수로 나누는 등의 배려가 필요합니다.
(그것은 사고방식으로서 이상하지 않을까 하는 의견도 받습니다만, 예를 들면 모든 얼라인먼트가 허용치 가득한 상태에서 허용 토크를 결정한다고 하면, 실용성이 부족한 작은 값이 되어 버립니다.컵 링은 에너지를 전달하는 요소 부품이므로 내부 응력의 성질과 크기가 수명에 관계되는 것입니다)
편심과 수명의 관계에 대해
일례로서 UJ·GJ시리즈의 플라스틱 커플링의 경우에 대해 보고합니다.외부로부터 편심시키는 힘을 더해, 힘과 편심량이 직선적으로 변위하는 값(탄성 편심량)의 1/2. 허용 편심량으로 결정했습니다. 3년이 걸리며 각 미스얼라이먼트별로 수명시험을 한 것을 여기 에 기재하고 있으므로 참조해 주십시오. 10억회전까지 실시했습니다만, 그것이 고객님 앞에서 몇년분인지는 모릅니다. 또, 디스크형 커플링에 대해서도, 디스크의 재질별로(폴리이미드·카본 FRP·스테인리스) 얼라인먼트와 수명의 관계에 대해서 시험을 실시하고 있습니다. 자세한 내용은 여기를 참조하십시오.
주의
- 나사를 체결할 때는 반드시 토크 드라이버·토크 렌치를 사용하여 적정하게 체결해 주십시오.
- 클램프 타입의 커플링을 체결할 때는 축을 삽입한 후 체결해 주십시오.
- 커플링은 미스 얼라인먼트의 허용치 이하로 사용해 주십시오.
- 제품의 분해·개조는 하지 마십시오. (카탈로그의 성능 보증을 할 수 없게 됩니다.)
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