공압 요동형 액추에이터의 구조와 종류

공압 요동형 액추에이터

요동형 액추에이터는 출력축의 회전 각도가 제한되어 있는 공압 모터와 같으며, 압축 공기의 에너지를 호전 운동 에너지로 변환하여 일정 각도 사이를 왕복 회전시키는 것으로서 볼 밸브의 자동 개폐, 자동문의 개폐, 산업용 로봇의 구동 및 컨베이어의 방향 변환 등 각종 장치에 이용됩니다.

 

구조와 종류

요동형 액추에이터의 원리는 압축 공기의 팽창 에너지를 이용하여 기계적인 왕복 회전 운동으로 변환시키며, 베인 형 공압 모터와 같은 구조인 베인식과 공압 실린더 피스톤의 직선 운동을 기계적인 나사나 기어 등을 이용하여 회전 운동으로 변환시켜 토크를 얻는 피스톤식으로 크게 나누어집니다.

 

베인식 요동형 액추에이터

구조는 베인 형 공압 모터와 같으나 회전 각도가 제한되어 있으며 출력은 베인의 수압 면적과 사용 공기 압력으로 결정됩니다. 베인의 개수에 따라 싱글 베 인형과 더블 베 인형이 있으며 베인의 개수가 많을수록 요동 각도는 작지만 토크는 크게 됩니다. 싱글 베 인형은 270~300˚, 더블 베인형은 90~120˚, 3중 베인형은 60˚ 이내의 요동 각도로 되어 있습니다.

베인식 요동형 액추에이터는 그 구조상 공기를 완전히 밀봉하는 것은 곤란하며 약간의 공기 누설이 발생됩니다.

 

피스톤식 요동형 액추에이터

1) 랙 피니언식 요동형 액추에이터

피스톤에 직결된 랙의 중심에 있는 피니언을 회전시킴으로써 토크를 얻으며 요동형 액추에이터 중에서 가장 효율이 좋고 내부 완충 장치도 사용할 수 있지만 구조가 조금 복잡하게 되는 단점이 있습니다. 효율은 실린더의 출력 효율과 기어와 베어링의 전달 효율을 곱한 것으로, 랙의 압력각으로 인하여 생기는 분력으로 피니언 기어의 배면이나 피스톤에 측면 추력이 가해져 마찰이 증가하지만 80~90%의 효율을 얻을 수 있습니다.

 

2) 나사식 요동형 액추에이터

나사식 요동형 액추에이터는 실린더의 피스톤이 이동하면서 출력축에 가공된 나사 홈을 따라 직선 운동이 회전 운동으로 되어 있어 출력의 반력을 받도록 되어 있습니다. 나사식은 행정 거리를 크게 함에 따라 요동 각도를 크게 할 수 있어 360˚  이상도 가능하지만 일반적으로 시판되고 있는 것은 100~370˚입니다. 나사식은 외형이 커지고 회전 방지용 스토퍼로 인하여 마찰이 커지는 단점이 있고 효율은 80% 정도입니다.

 

3) 크랭크식 요동형 액추에이터

크랭크식 요동형 액추에이터는 피스톤의 직선 운동을 크랭크를 사용하여 회전 운동으로 변환하는 것으로 요동 각도는 구조상 110˚ 이내로 제한하고 있습니다.

 

4) 요크식 요동형 액추에이터

요크식 요동형 액추에이터는 크랭크식처럼 요동 각도가 제한되어 있지만 출력 토크는 요동 각도에 따라서 약간 변동됩니다.