리니어 가이드를 사용하다 보면 종종 베어링이 끼거나 걸리는 등 불규칙한 움직임을 보일 때가 있다. 하지만 이는 몇 가지 팁만 있다면 쉽게 방지할 수 있는 문제이다. 간단하지만, 그래서 흔히 간과하고 지나가는 리니어 가이드의 잘못된 설치 방법을 바꿔보자.
한국이구스 김성우 부장이 직동 베어링 사용 시 나타나는 5가지 대표적인 현상을 통해 리니어 가이드의 올바른 설치 방법을 소개한다. 내용을 숙지하여 비용은 절감하고 기술력은 향상시켜 직동 베어링 제품의 수명을 연장하는 일석이조의 효과를 누려보자.
1. 리니어 가이드를 외팔보 하중으로 구동 시 소음이 발생하거나 큰 힘으로 구동 시 전혀 움직이지 않는다(그림 1).
이는 한 쪽 축에 설치 된 두 개의 베어링 간격이 편하중 또는 구동력에 비해 너무 가까울 때 나타나는 현상이다.
이 문제를 해결하고자 한다면, ‘2:1 원칙’을 떠올리면 된다. 2:1 원칙이란, 중심축에 있는 두 개의 베어링 간격을 1 이라고 할 때 구동부(F)와 고정 베어링 사이의 간격이 2를 넘으면 안 된다는 것을 말한다.
소음이 발생하거나 베어링이 움직이지 않는 경우, 1에 해당하는 베어링 사이의 간격을 늘려주거나(1x를 크게), 구동부를 중심축 고정 베어링에 가깝게 두면 된다(2x를 작게). 순간적으로 큰 힘으로 구동 시 베어링이 작동하지 않을 수 있으므로 주의해야 한다.
2. 직동 가이드 시스템이 레일의 특정 주행 구간에서 떨림이 있거나 멈춘다.
이러한 현상은 ①베어링 장착 표면이 매끄럽지 않거나 ②강도가 낮은 재질 또는 ③레일이나 베어링이 평행하지 않을 경우 발생한다.
이 경우의 해결법으로는 두 가지가 있다.
첫째, 자동조심(Floating) 베어링을 사용하면 된다. 자동조심 베어링을 사용할 때에는 레일 혹은 캐리지가 제대로 정렬되어 있는지 확인해야 하며, 캐리지가 틀어질 우려가 있을 경우 유격을 위해 오버토크를 피해야 한다.
둘째, 용접된 프레임 또는 장착 면이 편평하지 않은 장비에 설치할 때는 베어링의 엑스트라 공차를 이용한다. 일반적으로 사각 샤프트 베어링이 둥근 타입보다 유격(Floating)에 더 적합하다.
이구스는 DryLin T, DryLin W, DryLin N 직동 가이드 제품을 사각 프레임으로 제공하고 있다.
3. Y 또는 Z축(일반적으로 X축 이동 레일의 수직 축)에서 구동을 위한 레일 간격이 너무 가까워 불규칙한 주행이나 소음이 발생한다(그림 2).
두 레일 간의 거리(b)가 레일에서 무게중심까지의 거리에 비해 너무 가까울 때 나타나는 현상이다.
이럴 경우에는 ‘5:1 원칙’을 적용하면 된다. 두 레일 간의 거리(b)를 1이라고 가정할 때 레일과 그 위에 놓이는 물체의 무게 중심까지의 거리는 반드시 5를 넘어서는 안 됨을 말한다. 예를 들어 두 레일 사이의 거리가 5라면, 무게중심은 25 이내여야 한다.
여유 공간이 더 있다면 간격을 조금 더 넓힐 수 있다. 하지만 sy나 sz는 꼭 5×b 보다 작아야 한다는 것에 유의해야 한다.
그림 2의 왼쪽 예시는 무게 중심이 레일 간격의 5배보다 크기 때문에 적합하지 않은 반면, 오른쪽 그림은 적합한 예라고 볼 수 있다.
4. 직동 베어링의 반복횟수가 증가하게 되면 마찰력이 증가하거나 불안정하게 움직인다.
이는 베어링에 급유를 할 때 나타나는 현상이다.
이 문제를 원천적으로 해결하고자 한다면 급유가 필요 없는 플라스틱 베어링을 사용해보자.
윤활유 또는 그리스 등의 일반적인 액체 윤활제를 사용하면 시간이 지나면서 점성이 높아져 먼지나 이물질이 달라붙고 기계의 움직임을 방해한다. 이에 반해 PTFE와 실리콘과 같은 고체 윤활제로 만들어지는 이구스의 플라스틱 플레인 베어링은 급유가 필요 없어 비용을 절감해주며, 친환경적이다. 이물질이 끼지 않는 것도 특징이다.
5. 1번의 2:1 원칙을 준수함에도 불구하고 시스템을 수동으로 구동할 수 없다.
수동 적용 시 구동력이 너무 커서 발생하는 문제다.
볼 베어링 사용 시 증가하게 되는 유지보수 비용을 피하고 싶다면 롤링과 슬라이딩이 결합된 이구스 하이브리드 베어링을 사용해보자. 일반적으로 면 마찰 방식의 슬라이드 베어링은 롤러 베어링의 비해 마찰계수가 크다(COF=0.25). 일반 플라스틱 슬라이딩 베어링의 경우 레이디얼 방향 하중 10㎏마다 최소 2.5㎏의 힘이 필요하다(편하중의 경우 더 큰 힘이 필요하다). 이구스의 하이브리드 베어링을 적용할 경우, 같은 10㎏의 무게에서 0.5㎏만의 힘으로 구동 가능하다.
