리드 스크류 - 너트 - 압력 속도

압력 속도(PV) 제한은 폴리머 너트를 사용하는 리드 스크류 어셈블리를 선택하고 올바른 크기를 결정하는 데 있어서 중요한 설계 매개변수입니다. 대부분의 엔지니어링 폴리머에는 PV 값이 표시되지만 폴리머 너트를 사용하는 리드 스크류 설계를 고려할 때 일반적으로 PV가 간과됩니다. 놀랍게도 대부분의 설계자는 시스템의 크기를 결정할 때 너트 정격 하중만 살펴보고 속도의 영향은 무시합니다. PV 제한을 초과할 경우 발생한 열로 인해 너트가 변형되어 갑작스럽고 빠른 파단이 발생할 수 있습니다. 이 유형의 파단은 PV 엔벨로프 내에서 설계함으로써 방지할 수 있습니다.

압력은 적용되는 축력을 스크류 하중 베어링 표면적에 대한 너트의 면적으로 나눈 값으로 정의할 수 있습니다. 압력을 위의 공식으로 치환한 다음 축력을 해결하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

이 공식은 원하는 속도 범위에 대해 PV 곡선을 그리는 데 사용될 수 있습니다. 속도가 분모가 될 경우 속도가 높아지면 너트가 수용하는 힘의 양이 줄어듭니다. 더 많은 힘이 적용되면 너트의 PV 제한이 초과되지 않도록 속도를 줄여야 하므로 반대의 경우도 마찬가지입니다. 파단을 방지하기 위해 스크류 어셈블리 하중 및 속도 조합을 너트 재료의 PV 제한 아래로 유지해야 합니다.

다음은 각기 다른 재료로 만들어진 2개의 유사한 너트의 PV 도표 예입니다.

PV 제한으로 인해 너트가 열에 의해 변형되기 시작할 경우 적용 환경의 온도와 듀티 사이클도 영향을 받습니다. 안타깝게도 간단한 공식으로는 온도와 듀티 사이클의 영향을 예측하기 어렵습니다. 듀티 사이클이 50% 이상이거나 온도가 주변 온도보다 높은 적용 환경의 경우 어셈블리 테스트는 성능 한계를 알아낼 수 있는 최선의 방법입니다.

특정 너트의 PV 제한과 관련된 계산에 대한 자세한 내용을 확인하려면 계속 읽으십시오. 확인하지 않으려면 언제든지 다음 주제로 이동할 수 있습니다.

특정 너트의 PV 곡선을 계산하기 위해서는 너트와 스크류의 나사산 사이의 예상 교차 면적을 계산해야 합니다. 이 값은 너트의 나선 길이를 계산하고 줄 수를 곱해서 구할 수 있습니다. 그런 다음 너트와 스크류 사이의 나사산 교차의 깊이를 곱합니다.

나선 길이는 이론적인 나사산 교차가 발생하는 피치 직경에서 나사산 주변에 그려지는 가상의 라인입니다. 나선의 단일 회전은 다음 공식을 사용하여 계산합니다.

또는 리드 스크류의 경우 특별히

나선 길이가 필요합니다. 하나의 나사산의 나선 길이는 1회전 나선 길이에 너트의 회전 수를 곱한 값과 같습니다.

회전 수는 너트의 나사산 부분의 길이를 너트의 리드로 나눠서 계산할 수 있습니다.

나선 길이와 회전 수를 넓이 공식으로 치환하면 다음과 같은 결과를 얻게 됩니다.

복합 요인이 실제로 증가합니다. 하중이 적용되면 너트 나사산이 편향되어 너트와 스크류 사이의 접촉 면적이 줄어듭니다.

나사산 접촉이 감소하면 교차 면적이 줄어듭니다. 실제로 줄어드는 면적을 정확히 계산하기란 어렵습니다. 더 안타까운 것은 하중이 증가함에 따라 면적이 감소한다는 것입니다. 이로 인해 PV 관련 파단이 증가하는 경향을 보이게 됩니다. 즉, 이는 성능 엔벨로프 내에서 벗어나지 않아야 한다는 것을 분명히 보여줍니다.

이 문제를 해결하기 위해 예상 면적 계산에 보정 계수(C_f)를 도입했습니다. 이 계수는 일반적으로 하중이 경하중에서 최대 정격 하중 지지력까지 증가함에 따라 약 0.75~0.25 범위에 있습니다.

표면 속도는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다(1회전의 나선 길이(인치)).

1회전의 나선 길이 대체가 다음과 같이 변환됩니다.