정적 하중과 동적 하중은 힘이 시간에 따라 또는 움직임을 통해 어떻게 작용하는지를 설명합니다. 정적 하중은 기계가 평형 상태를 유지할 만큼 충분히 고정되어 있습니다. 동적 하중은 움직임, 시간, 가속도, 방향, 충격 또는 진동에 따라 변화하며 단순한 정지 하중 체크에서는 존재하지 않는 힘을 생성할 수 있습니다.
보다 폭넓은 엔지니어링 워크플로우에 대해서는 다음을 참조하십시오. 전기 액추에이터 선택 가이드.
패키지형 선형 액추에이터의 경우, 용어는 보다 구체적으로 사용되는 경우가 많습니다: 정적 하중 정지 시 액추에이터가 지지해야 하는 것을 설명하며, 동적 하중 전원 확장 또는 수축 중 존재하는 힘을 설명합니다. 이러한 구분은 유용하지만, 모든 베어링, 가이드 또는 볼 스크류 사양에 무작정 적용해서는 안 됩니다. 이러한 구성 요소는 서로 다른 등급 관행을 사용할 수 있기 때문입니다.
정적 하중이란 무엇인가?
정적 하중은 힘이 느리게 적용되거나 충분히 고정되어 있어 중대한 가속이 없음을 의미합니다. 기계는 변화하는 힘에 지속적으로 반응하는 대신 평형 상태에 도달합니다.
선형 액추에이터 애플리케이션에서 일반적인 정적 조건은 플랫폼, 해치 또는 고정물이 이동이 멈춘 후 고정된 위치에 유지되는 것입니다. 하중은 여전히 상당할 수 있습니다. '정적'은 아니요 '하중 없음'을 의미하지 않습니다; 정의된 하중 조건은 기계적 반응에 상대적으로 정지 상태이거나 천천히 변화하는 것을 의미합니다.
액추에이터 제조업체는 일반적으로 정지 상태에서 장치가 지지할 수 있는 하중으로 정적 또는 유지 용량을 설명합니다. 정확한 정의, 테스트 기준 및 역구동 조건은 여전히 제품 문서에서 확인해야 합니다.
정지된 액추에이터는 여전히 상당한 하중을 지지할 수 있으며, 유지 상태는 전원 작동과 별도로 확인해야 합니다.
정적 하중은 여전히 중요한 경우일 수 있습니다.
기계는 몇 초 동안만 움직이고 몇 시간 동안 위치를 유지할 수 있습니다. 따라서 정지 상태는 별도의 검토가 필요합니다:
- 모션이 멈춘 후 액추에이터에 남아있는 하중은 무엇입니까?
- 하중이 의도된 축을 따라 밀거나 당기고 있습니까?
- 메커니즘이 주차된 상태에서 외부 힘이 작용할 수 있습니까?
- 전원이 제거되면 어떤 일이 발생합니까?
- 스crew 행동, 브레이크, 전원이 필요한 토크 또는 별도의 기계적 제약에 의해 위치가 유지됩니까?
이 질문들은 액추에이터가 하중을 이동시킬 수 있는지 여부를 묻는 것과 다릅니다.
동적 하중이란 무엇입니까?
동적 하중은 적용된 힘이나 시스템 응답이 시간에 따라 크게 변화함을 의미합니다. 모션이 명백한 예이지만, 가속, 감속, 진동, 충격 및 반복적인 사이클 모두 동적 효과를 생성할 수 있습니다.
포장된 전기 액추에이터의 경우, 동적 조건은 일반적으로 장치가 전원이 공급되고 전진 또는 후진할 때 존재하는 힘을 포함합니다. 메커니즘은 지속적인 외부 하중과 마찰, 공정 힘 및 가속도와 관련된 힘을 극복해야 할 수 있습니다.
핵심 물리학은 뉴턴의 두 번째 법칙입니다:
F = m × a
여기서 m 은 이동하는 질량이고 a 는 가속도입니다.
이것은 완전한 액추에이터 크기 결정 공식이 아닙니다. 단지 같은 적재량이 시작, 정지, 역전 또는 충격을 경험할 때 다른 힘 조건을 생성할 수 있는 이유를 보여줍니다.
동적 하중은 하중 중량만으로 판단되는 것이 아니라 작동하는 모션 프로파일에 의해 정의됩니다.
정적 하중 대 동적 하중: 공학적 비교
| 비교 포인트 | 정적 하중 | 동적 하중 |
|---|---|---|
| 기본 조건 | 정지 상태, 안정적이거나 느리게 적용된 | 이동 중 또는 빠르게 적용된, 반복적이거나 시간에 따라 변화하는 |
| 가속도 | 정의된 하중 사례에 대해 무시할 수 있음 | 상당할 수 있음 |
| 관성 효과 | 일반적으로 무시할 수 있음 | 적용된 힘에 추가될 수 있음 |
| 전형적인 액추에이터 예 | 플랫폼을 고정된 위치에 유지 | 플랫폼을 확장하거나 철회 |
| 일반적인 우려 사항 | 유지 행동, 역구동, 구조 변형 | 시작, 정지, 역전, 충격, 진동 |
| 무엇이 지배할 수 있습니까? | 기계적 강도, 유지 행동, 변형, 하중 경로 | 전원 힘, 모션 프로파일, 순간적인 피크, 피로 또는 수명 |
| 평가 해석 | 제품 또는 구성 요소 정의를 따라야 합니다. | 제품 또는 구성 요소 정의를 따라야 합니다. |
| 공학 질문 | 정지 상태에서 지원되어야 하는 것은 무엇입니까? | 시스템이 움직이거나 상태가 변경될 때 어떤 힘이 발생합니까? |
‘움직이는 것과 정지하는 것’은 유용한 첫 번째 구분이지만 이야기 전체는 아닙니다. 갑작스러운 충격이나 강한 진동에 노출된 정지 메커니즘은 평균 위치가 변화하지 않더라도 순수한 정상 하중 상태를 경험하지 않게 됩니다.
동일한 하중이 동적 하중 상태가 될 때
하중의 무게가 변할 필요는 없지만, 기계적 하중 상태는 변할 수 있습니다. 정적에서 동적으로의 전환은 시스템의 움직이는 방식 때문에 발생할 수 있습니다.
가속도 및 감속
속도가 일정할 때 가속도는 제로입니다. 시작 또는 제동 중에는 가속도가 제로가 아니므로 관성력이 발생합니다. 같은 이동 질량에 대해 속도의 빠른 변화가 일반적으로 더 큰 관성 효과를 생성합니다.
하중을 성공적으로 지지하는 메커니즘도 빠른 시작, 갑작스러운 정지 또는 급격한 반전 동안에는 더 까다로운 상태를 경험할 수 있습니다.
충격 및 하드 스톱
충격은 짧은 지속 시간의 동적 사건입니다. 떨어진 하중, 충돌, 막힘, 하드 종료, 또는 갑작스러운 외부 접촉은 사건 직전의 지속적인 힘을 훨씬 초과하는 정점 힘을 생성할 수 있습니다.
유용한 질문에는 다음이 포함됩니다:
- 접촉 전에 질량은 얼마나 빠르게 이동합니까?
- 어떤 거리 또는 시간 내에 멈추나요?
- 탄력성 또는 쿠셔닝이 있습니까?
- 어떤 액추에이터, 브래킷, 가이드, 패스너 또는 프레임 구성 요소가 정점을 받습니까?
메커니즘이 명목상 정지 상태일 때 발생하는 충격은 무해한 정적 상태로 처리되어서는 안 됩니다.
진동 및 반복 주기
진동은 또한 시간에 따라 변하는 하중입니다. 이는 기계, 주변 구조, 모터, 반복 시작 및 정지, 또는 프로세스 자체에서 발생할 수 있습니다.
반복 하중은 피로와 서비스 수명이 일회성 정적 강도와는 다른 문제이기 때문에 중요합니다. 구성 요소는 정적 변형 한도 아래에 머물 수 있지만 여러 사이클에 걸쳐 피로 손상을 축적할 수 있습니다.
시작, 정지, 진동 및 충격은 액추에이터 단독이 아닌 전체 기계 하중 경로에서 검토해야 합니다.
정적 및 동적 하중 정격이 상호 교환될 수 없는 이유
가장 중요한 공학적 주의 중 하나는 정적 하중과 동적 하중은 모든 선형 운동 제품에 대해 보편적인 카탈로그 의미가 없다는 것입니다.
패키지 액추에이터 관례
완전한 액추에이터의 경우, 제조업체는 일반적으로 다음을 사용합니다:
- 정적 또는 정지 상태 하중 멈춘 조건에 대해; 그리고
- 동적, 작업 또는 리프팅 하중 전원 푸시/풀 동작에 대해.
이 관례는 액추에이터의 두 운영 상태에 직접적으로 연관됩니다.
구름 요소 구성 요소 관례
구름 선형 베어링, 가이드 및 볼 스크류의 경우, 정격 논리는 다를 수 있습니다.
선형 운동 참조는 일반적으로 다음을 구별합니다:
- 기본 정적 하중 용량, 종종 다음과 같이 식별되는 C0, 접촉 변형 또는 정적 손상 기준과 관련이 있습니다; 그리고
- 기본 동적 하중 용량, 종종 다음과 같이 식별되는 C, 이는 정의된 조건 하에 정격 수명 또는 피로 수명 계산에 사용됩니다.
선형 구름 베어링의 경우, ISO 14728-1은 동적 하중 정격 및 수명 관례에 사용되는 표준 중 하나입니다.
선형 가이드에 표기된 '동적 하중 용량' 값은 따라서 액추에이터 제조업체의 최대 전원 푸시/풀 힘과 자동적으로 동일한 종류의 숫자가 아닙니다.
정적 및 동적 정격은 제조업체의 정의, 테스트 기준 및 작동 조건에만 의미가 있습니다.
숫자 앞에서 정의를 비교하십시오
카탈로그 값을 비교하기 전에 확인하세요:
- 제조업체가 정적 또는 동적이라고 정확히 무엇을 의미합니까?
- 정격이 최대 힘, 보유 한도, 변형 기준 또는 수명 계산 매개변수입니까?
- 어떤 속도, 이동, 주기, 온도, 윤활 또는 장착 가정이 적용됩니까?
- 충격, 진동, 측면 하중 또는 모멘트 하중이 포함되거나 제한되거나 제외됩니까?
- 구성이 변경되거나 작동 조건에 따라 정격이 변경됩니까?
많은 수치는 정격 기준이 실제 적용과 일치할 때만 유용합니다.
안전 계수가 적합한 경우 - 그리고 그렇지 않은 경우
안전 계수 또는 설계 여유가 적용됩니다. 하중 케이스와 고장 모드가 올바르게 정의된 후에그것은 문제가 정적, 동적, 충격에 의한 것인지, 피로에 의한 것인지, 또는 장착 기하학에 지배되는지를 숨기기 위해 사용되어서는 안 됩니다.
공개된 지침은 구성 요소 유형 및 작동 조건에 따라 다릅니다. 매끄러운 작동, 충격, 진동 및 고주기 움직임은 다른 처리가 필요할 수 있습니다. 따라서 모든 액추에이터 응용에 적합한 보편적인 배수기는 없습니다.
실용적인 순서는:
- 정지 상태를 정의합니다.
- 전원 이동 상태를 정의합니다.
- 가속, 감속 및 전환 사건을 식별합니다.
- 충격, 진동 및 주기적 조건을 식별합니다.
- 각 케이스에 어떤 정격 또는 고장 모드가 적용되는지 결정합니다.
- 해당 케이스에 필요한 제품별 또는 표준 특정 여유를 적용합니다.
- 액추에이터만이 아닌 전체 메커니즘을 검증합니다.
여유는 하중 모델을 대체하지 않습니다. 그것은 올바르게 정의된 설계를 불확실성으로부터 보호합니다.
액추에이터 응용을 위한 하중 정의 체크리스트
액추에이터 사양을 비교하기 전에 다음 사항을 문서화합니다.
1. 정지 상태
- 움직임이 멈춘 후 어떤 하중을 유지해야 합니까?
- 대기 상태는 얼마나 됩니까?
- 전원 손실 시 무엇이 발생해야 합니까?
- 프로세스 힘, 바람 또는 인간 상호작용과 같은 외부 하중이 있습니까?
2. 이동 상태
- 어떤 질량이 이동합니까?
- 어느 방향으로 이동합니까?
- 필요한 속도와 이동 프로파일은 무엇입니까?
- 가속 및 감속은 어디에서 발생합니까?
3. 순간적인 사건
- 단단한 정지, 막힘, 충돌 또는 비상 정지가 있습니까?
- 하중이 떨어지거나, 세게 치거나, 부딪힐 수 있습니까?
- 완충이 가능한가요?
4. 반복 하중
- 메커니즘이 얼마나 자주 사이클을 반복하나요?
- 빈번한 반전이 있습니까?
- 이동 중 또는 정지 중에 진동이 존재합니까?
- 필요한 서비스 수명은 얼마입니까?
5. 기계적 하중 경로
- 액추레이터가 주로 축 방향으로 하중을 받나요?
- 가이드 또는 주변 구조물이 측면 하중 및 모멘트를 받나요?
- 링크 기하학이 스트로크를 통해 힘을 변화시키나요?
- 어떤 위치에서 가장 나쁜 조건이 발생합니까?
6. 평가 기준
- 제조업체는 정적 및 동적 용량을 어떻게 정의하나요?
- 어떤 테스트나 기준이 평가의 기초가 됩니까?
- 적용되는 운영 조건이나 제외 사항은 무엇입니까?
이 하중 프로필이 명확해지면, 사용 가능한 리니어 액추레이터의 사양과 비교하십시오. 서로 다른 등급 정의를 혼합하지 마십시오.
정적 하중과 동적 하중 비교 시의 일반적인 실수
전체 하중 사례로서 페이로드 무게를 사용하는 것. 무게는 이동 중 힘의 일부일 수 있습니다.
정적 등급이 동적 성능을 입증한다고 가정하는 것. 정지된 고정 한계는 동력 강도, 속도, 열 거동 또는 피로 수명을 설정하지 않습니다.
동적 등급이 안전한 고정을 입증한다고 가정하는 것. 이동 강도 평가는 자동으로 비전력 하중 유지 또는 안전 기능을 설정하지 않습니다.
모든 정지 사건을 정적이라고 간주하는 것. 강한 충격 또는 진동은 메커니즘이 크게 이동하지 않더라도 동적일 수 있습니다.
정적 용량이 항상 동적 용량의 고정 배수라고 가정하는 것. 관계는 제품 설계에 따라 다르며, 더 중요하게는 각 등급이 어떻게 정의되는지에 달려 있습니다.
모든 실패 모드에 대해 하나의 안전 계수를 사용하는 것. 정적 변형, 동적 성능, 충격, 피로, 장착 강도 및 안전 유지 관리는 서로 다른 검사입니다.
테스트 기초를 읽기 전에 카탈로그 번호를 비교하는 것. 공정한 비교는 정의, 조건 및 제외 사항에서 시작됩니다.
등급 문의 해결을 위해 제어된 도면, 테스트 기록 또는 기타 증거가 필요할 때, 이용 가능한 자료를 검토하십시오. 기술 문서 가정을 통해 공백을 메우기보다는.
자주 묻는 질문
정적 하중이란 무엇입니까?
정적 하중은 힘이 일정하거나 충분히 천천히 가해져서 유의미한 가속도가 없는 상태를 의미합니다. 패키지형 액추에이터 응용에서는 액추에이터가 멈춰 있는 동안 지탱하는 하중을 일반적으로 설명합니다.
동적 하중은 무엇을 의미합니까?
동적 하중은 시간에 따라 하중 또는 시스템 응답이 변화하는 것을 의미합니다. 운동, 가속도, 감속, 충격, 진동 및 반복 주행 등이 모두 동적 효과를 생성할 수 있습니다.
같은 하중이 움직이는 동안 더 큰 힘을 생성할 수 있습니까?
예. 하중 질량은 변하지 않을 수 있지만, 가속도 또는 감속이 관성력을 생성합니다. 충격 및 기타 일시적인 사건은 더 높은 단기 힘을 생성할 수 있습니다.
동적 하중은 이동하는 중량에 불과합니까?
아니요. 중량은 하나의 입력일 뿐입니다. 메커니즘에 따라 동적 조건은 관성, 마찰, 프로세스 힘, 기하학적 변화, 진동 및 일시적인 사건을 포함할 수 있습니다.
정적 하중 용량이 항상 동적 하중 용량보다 높습니까?
이를 보편적인 규칙으로 가정하지 마십시오. 일부 롤링 구성 요소는 종종 더 높은 정적 용량을 보이지만, 액추에이터와 구성 요소의 정격 관례는 다릅니다. 특정 제품의 정의와 시험 기준을 비교하십시오.
동적 하중 용량이 선형 가이드 또는 볼 스크류의 경우 다른 의미가 있는 이유는 무엇입니까?
롤링 요소 구성 요소의 경우, 기본 동적 하중 용량은 일반적으로 특정 조건하에서 피로 또는 정격 수명 계산을 위한 매개변수로 사용됩니다. 패키지형 액추에이터는 대신 동적 하중을 전원 밀어내기/당기기 힘을 설명하는 데 사용할 수 있습니다.
충격 및 진동이 메커니즘이 멈춘 경우 동적 하중으로 간주됩니까?
그들은 시간에 따라 변화하는 또는 일시적인 효과이며, 정적 상태와는 별도로 검토되어야 합니다. 구성 요소는 정지된 위치에 있을 수 있지만 여전히 진동이나 충격을 경험할 수 있습니다.
모든 하중 사례에 대해 하나의 안전 계수를 사용할 수 있습니까?
모든 제품과 결함 모드에 맞는 범용 요소는 없습니다. 적절한 마진은 등급 정의, 작동 조건, 충격 또는 진동의 심각성, 요구 수명 및 제조업체 또는 기준 지침에 따라 다릅니다.
액추에이터를 선택하기 전에 하중 사례 정의
가장 유용한 구분은 단순히 "정적 = 정지"와 "동적 = 이동"이 아닙니다. 엔지니어링 작업은 전체 하중 프로파일을 정의하는 것입니다: 정지 유지, 전원 이동, 가속 및 정지, 충격, 진동, 주기적 수명 및 제조업체의 등급 기준.
이 조건이 문서화되면, ServoCylMotion 제품 선택기 를 사용하여 명확하게 정의된 응용 요구 사항에 대한 액추에이터 옵션을 비교합니다.
