하드웨어 가이드

적용대상: 누리로봇 SF 시리즈 온라인 메뉴얼 URL: https://manuals.nurirobot.info/sfseries/hw.html

1. 개요

1.1 본 매뉴얼의 목적

본 매뉴얼은 누리로봇 SF 시리즈 제품의 하드웨어 설치, 배선, 접지, 시운전 전 점검, 유지보수에 필요한 정보를 제공합니다.

본 문서는 다음 사용자를 대상으로 합니다.

  • 로봇 시스템 설계자

  • 전장 설계자

  • 제어기 개발자

  • 설치 및 유지보수 담당자

  • 안전 관리자

본 매뉴얼은 통신 프로토콜의 상세 명령, 객체 사전, 파라미터 맵, 제어 시퀀스는 다루지 않습니다. 해당 내용은 별도의 통신 프로토콜 매뉴얼을 참조하십시오.

1.2 적용 범위

본 매뉴얼은 다음 제품군에 적용됩니다.

제품군

설명

SF-E 시리즈

EtherCAT 지원형

SF-CAN 시리즈

CANopen 지원형

1.3 관련 문서

문서명

설명

SF 시리즈 안전 가이드

제품 공통 안전 지침

SF 시리즈 통신 프로토콜 매뉴얼

CANopen, EtherCAT, Modbus 등

2. 제품 구성

2.1 기본 구성품

제품 수령 후 아래 구성품이 모두 포함되어 있는지 확인하십시오.

항목

수량

비고

SF 시리즈 본체

1

모델별 상이

전원 커넥터

1

통신 커넥터

1

CAN / RS485 / EtherCAT 모델별 상이

I/O 커넥터

1

옵션

브레이크 커넥터

1

브레이크 옵션 시

2.2 옵션 구성품

옵션

설명

브레이크

전원 차단 또는 비활성 상태에서 축 유지

멀티턴 배터리

멀티턴 절대 위치 유지

EtherCAT 포트

실시간 이더넷 통신

CANopen 포트

CiA 402 기반 모션 제어

RS485 포트

Modbus-RTU 또는 설정 통신

STO 입력

안전 토크 차단 기능

외부 I/O

디지털 입력 / 출력 / 아날로그 입력

3. 모델명 체계

SF 시리즈 모델명은 제품의 크기, 정격 출력, 통신 방식, 브레이크, 인코더, 옵션을 식별하기 위해 사용됩니다.

3.1 모델명 예시

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4. 제품 명판 및 식별

제품 본체에는 모델명, 정격 전압, 정격 전류, 시리얼 번호, 제조일자 등이 표시됩니다.

4.1 명판 항목

스티커 확정 후 교체

4.2 주의사항

  • 명판의 정격 전압 및 전류 범위를 초과하지 마십시오.

  • 명판이 훼손되면 제품 식별 및 보증 처리가 제한될 수 있습니다.

  • 제품 교체 또는 유지보수 문의 시 모델명과 시리얼 번호를 함께 제공하십시오.

5. 시스템 구성

5.1 기본 시스템 구성

SF 시리즈는 일반적으로 다음과 같이 구성됩니다.

상위 제어기 / PLC / 산업용 PC
        │
        ├── 통신: CANopen / EtherCAT / RS485
        │
전원 공급 장치
        │
        ├── DC 전원
        │
SF 시리즈 모터 / 스마트모터
        │
        └── 부하 / 감속기 / 로봇 관절 / 기구부

5.2 하드웨어 블록 구성

블록

설명

모터부

구동 토크 발생

드라이버부

전류, 속도, 위치 제어

인코더부

위치 및 속도 검출

통신부

상위 제어기와 데이터 송수신

I/O부

센서, 인터록, 외부 신호 연결

브레이크부

축 유지 또는 낙하 방지 보조

전원부

DC 입력 및 내부 전원 변환

5.3 적용 시 주의사항

SF 시리즈를 사람의 안전이나 재산 손실이 우려되는 장비에 적용할 경우, 제품 단독 기능에 의존하지 말고 외부 안전장치, 기계적 스토퍼, 비상정지 회로, 낙하 방지 장치를 함께 설계하십시오.

6. 기계적 설치

6.1 설치 전 확인

제품 설치 전 다음 사항을 확인하십시오.

점검 항목

확인 내용

외관

충격, 찍힘, 균열, 변형 여부

커넥터

핀 휨, 파손, 이물질 유입 여부

출력축

회전 간섭, 이물질, 손상 여부

장착면

평탄도, 이물질, 금속 분진 여부

명판

모델명 및 정격 사양 일치 여부

포장 상태

운송 중 충격 흔적 여부

6.2 설치 환경

항목

권장 조건

비고

일반 동작 온도

0~60°C

제품 사양서 참조

확장 동작 온도

-40~70°C

옵션

보관 온도

-30~60°C

비응축 조건

습도

20%~80 %RH

결로 없을 것

보호 등급

IP54

IP 등급

설치 장소

실내 / 산업 환경

부식성 가스 금지

진동

TBD

공진 회피

충격

TBD

낙하 금지

6.3 장착면 요구사항

장착면은 제품 성능과 수명에 큰 영향을 미칩니다.

  • 장착면의 금속 칩, 먼지, 실링제, 나사 고정제 잔여물을 제거하십시오.

  • 장착면은 충분한 강성과 평탄도를 가져야 합니다.

  • 목재, 얇은 플라스틱, 3D 프린팅 하우징 등 열 방출과 강성이 부족한 구조물에 직접 설치하지 마십시오.

  • 로봇 베이스 또는 장착 플레이트는 진동이 적고 충분히 견고해야 합니다.

6.4 체결 방법

볼트 체결 시 다음 원칙을 따르십시오.

  1. 모든 체결 볼트는 손으로 먼저 삽입하여 나사산 물림을 확인합니다.

  2. 대각선 순서로 2~3회 나누어 균일하게 조입니다.

  3. 최종 체결 토크는 지정값을 준수합니다.

  4. 체결 후 출력축과 부하 사이에 간섭이 없는지 확인합니다.

  5. 나사 고정제를 사용할 경우 커넥터와 베어링부로 흘러들어가지 않도록 주의합니다.

6.5 체결 토크

볼트 규격

권장 체결 토크

M3

2 N·m

M4

4 N·m

M5

9 N·m

M6

15 N·m

조건

  • 볼트 강도 등급: 12.9

  • 체결 대상의 재질이 해당 체결 토크를 견딜 수 있어야 합니다.

  • 출력 플랜지는 반드시 대각선 순서로 균일하게 체결하십시오.

6.6 출력축 연결

출력축에 로봇 암, 링크, 풀리, 기어, 커플링 등을 연결할 때 다음을 준수하십시오.

  • 허용 축방향 하중과 반경방향 하중을 초과하지 마십시오.

  • 허용 모멘트와 충격 토크를 초과하지 마십시오.

  • 출력축에 망치로 충격을 가하지 마십시오.

  • 부하 중심이 축 중심에서 과도하게 벗어나지 않도록 설계하십시오.

  • 조립 후 수동 회전 또는 저속 구동으로 간섭 여부를 확인하십시오.

6.7 외부 베어링 사용

SF 시리즈 일체형 스마트모터 또는 액추에이터 모델이 자체 베어링 구조를 포함하는 경우, 외부 베어링을 임의로 추가하면 조립 오차, 과구속, 진동, 소음, 축 변형이 발생할 수 있습니다.

외부 베어링이 필요한 경우에는 다음 조건을 검토하십시오.

항목

검토 내용

축 정렬

동심도 및 직각도

과구속

베어링 간 구속 조건

열팽창

축 방향 열변위

조립 공차

누적 공차

유지보수

분해 및 재조립성

7. 전기적 인터페이스

7.1 인터페이스 구성

SF 시리즈의 전기적 인터페이스는 모델에 따라 다음 구성을 가질 수 있습니다.

인터페이스

기능

적용 모델

DC 전원 입력

모터 및 드라이버 전원 공급

전체

CAN / CANopen

모션 제어 및 설정

CAN 모델

EtherCAT IN/OUT

실시간 이더넷 제어

EtherCAT 모델

RS485

Modbus-RTU 또는 설정 통신

RS485 모델

Digital Input

원점, 리미트, 인터록, STO 등

옵션

Digital Output

알람, 준비, 위치 도달 등

옵션

Analog Input

속도/토크 지령 등

옵션

Brake

브레이크 제어

옵션

Battery

멀티턴 위치 유지

옵션

7.2 커넥터 취급 주의사항

  • 전원이 켜진 상태에서 전원 커넥터를 탈착하지 마십시오.

  • 전원이 켜진 상태에서 CAN, RS485, I/O 커넥터를 탈착하지 마십시오.

  • 커넥터 삽입 전 핀 휨, 오염, 금속 분진 유입 여부를 확인하십시오.

  • 케이블을 당겨 커넥터를 분리하지 마십시오.

  • 커넥터 잠금 구조가 완전히 체결되었는지 확인하십시오.

7.3 전원 차단 후 작업

배선, 점검, 커넥터 탈착은 다음 절차에 따라 수행하십시오.

  1. 상위 제어기에서 모터를 정지합니다.

  2. Servo OFF 또는 Disable 상태로 전환합니다.

  3. 주 전원을 차단합니다.

  4. 전원 LED가 완전히 꺼질 때까지 대기합니다.

  5. 잔류 전압이 없는지 확인합니다.

  6. 배선 또는 점검 작업을 수행합니다.

8. 전원 배선

8.1 전원 사양

항목

사양

정격 입력 전압

TBD VDC

허용 입력 전압 범위

TBD VDC

정격 입력 전류

TBD A

최대 입력 전류

TBD A

권장 전원 용량

TBD W

돌입 전류

TBD A

보호 기능

과전압 / 저전압 / 과전류 / 과열

8.2 전원 단자

핀

신호명

설명

비고

1

VDC+

DC 전원 양극

TBD

2

VDC-

DC 전원 음극

TBD
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8.3 전원 배선 권장사항

  • 전원 케이블은 모터 전류에 맞는 충분한 굵기를 사용하십시오.

  • 전원 케이블은 통신 케이블과 가능한 분리하여 배선하십시오.

  • 장거리 배선 시 전압 강하를 고려하십시오.

  • 전원 공급 장치의 출력 전압 리플이 제품 허용 범위 이내인지 확인하십시오.

  • 다축 시스템에서는 총 피크 전류와 동시 가감속 조건을 고려하여 전원 용량을 선정하십시오.

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점대점 구조 가장 좋은 배선, 최소 배선 저항, 고출력 환경에 적합합니다.

../_images/Group_12.png

트리 구조

../_images/Group_11.png

데이지체인 구조 간단한 배선, 저전력 환경에 적합합니다.

8.3.1 로봇 전원 배선 예시 3kg Payload

../_images/Group_14.png

8.3.2 로봇 전원 배선 예시 5kg Payload

../_images/Group_15.png

8.3.3 로봇 전원 배선 예시 10kg Payload

../_images/Group_16.png

8.3.2 로봇 전원 배선 예시 20kg Payload

../_images/Group_17.png

8.4 전원 보호

다음 보호 소자를 시스템 전원 라인에 적용하는 것을 권장합니다.

보호 소자

목적

퓨즈 또는 차단기

단락 및 과전류 보호

서지 보호기

외부 서지 저감

역극성 보호

오배선 보호

EMI 필터

전도 노이즈 저감

비상정지 접촉기

안전 정지

9. 통신 배선

9.1 CAN / CANopen 배선

CAN 통신 모델은 차동 신호선 CAN_H, CAN_L 및 기준 접지 CAN_GND를 사용합니다.

신호

설명

CAN_H

CAN High

CAN_L

CAN Low

CAN_GND

CAN 기준 접지
../_images/Group_2.png

9.1.1 CAN 배선 지침

  • CAN_H와 CAN_L은 트위스트 페어 케이블을 사용하십시오.

  • 버스 양 끝단에는 종단저항 120 Ω을 적용하십시오.

  • 스타 배선보다 데이지 체인 배선을 권장합니다.

  • 분기선 길이는 가능한 짧게 유지하십시오.

  • CAN_GND는 시스템 기준 전위 차이를 줄이기 위해 연결을 권장합니다.

  • 전원 인가 중 CAN 커넥터를 탈착하지 마십시오.

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9.2 EtherCAT 배선

EtherCAT 모델은 IN/OUT 포트를 사용하여 라인 토폴로지를 구성합니다.

포트

설명

EtherCAT IN

마스터 또는 이전 슬레이브 연결

EtherCAT OUT

다음 슬레이브 연결

Link/Act LED

링크 및 데이터 상태 표시
../_images/Group_3.png

9.2.1 EtherCAT 배선 지침

  • 산업용 Ethernet 케이블 Cat.5e 이상을 사용하십시오.

  • 케이블 차폐가 커넥터 및 패널 접지와 적절히 연결되도록 하십시오.

  • 고전류 전원선, 모터선, 인버터 출력선과 병렬 장거리 배선을 피하십시오.

  • EtherCAT 케이블은 과도하게 꺾거나 압착하지 마십시오.

../_images/Group_19.png

9.3 RS485 / Modbus-RTU 배선

RS485 모델은 차동 신호선 DATA+와 DATA-를 사용합니다.

신호

설명

RS485-A / DATA+

RS485 양극

RS485-B / DATA-

RS485 음극
../_images/Group_8.png

9.3.1 RS485 배선 지침

  • RS485-A와 RS485-B는 트위스트 페어 케이블을 사용하십시오.

  • 버스 양 끝단에는 종단저항을 적용하십시오.

  • 노드 주소가 중복되지 않도록 설정하십시오.

  • 통신 속도, 패리티, 데이터 비트, 정지 비트를 상위 제어기와 일치시키십시오.

  • 전원 인가 중 RS485 커넥터를 탈착하지 마십시오.

../_images/Group_20.png

10. I/O 배선

10.1 디지털 입력

디지털 입력은 원점 센서, 리미트 센서, 인터록, STO, 외부 지령 입력 등에 사용될 수 있습니다.

핀

신호명

기능

비고

3

IN1-/Pulse-/STOA-

디지털 입력 1

DIn1

4

IN+/Pulse+/STOA+

디지털 입력 1

DIn1

5

IN2-/Dir-/STOB-

디지털 입력 2

DIn2

6

IN2+/Dir+/STOB+

디지털 입력 2

DIn2
../_images/Pasted_image_20260702152321.png ../_images/Pasted_image_20260702152349.png

10.2 디지털 출력

핀

신호명

기능

비고

7

OUT_COM

출력 공통

Out

8

OUT_1

디지털 출력 1

Out

9

OUT_2

디지털 출력 2

Out
../_images/Pasted_image_20260702153410.png

10.3 아날로그 입력

핀

신호명

기능

입력 범위

10

GND

아날로그 접지

11

ANALOG1+

아날로그 입력 +

-10V ∼+10V

12

ANALOG1-

아날로그 입력 -

-10V ∼+10V

10.4 I/O 배선 주의사항

  • I/O 신호선은 전원선과 분리하여 배선하십시오.

  • 외부 릴레이, 솔레노이드, 브레이크 코일 등 유도성 부하에는 서지 흡수 회로를 적용하십시오.

  • 센서 전원과 제품 내부 전원의 공통 접지 구조를 확인하십시오.

  • 입력 전압 범위를 초과하지 마십시오.

11. 배터리 옵션

11.1 옵션

11.1 멀티턴 배터리

멀티턴 절대 위치 기능이 있는 모델은 외부 배터리를 사용할 수 있습니다.

항목

사양

배터리 전압(V)

3.6

배터리 형식

Lithium Battery

사용 온도

-55°C ~ 85°C

권장 교체 주기

10년 또는 저전압 경고 발생 시

커넥터

JST GHR-02V-S
../_images/Group_4.png ../_images/Pasted_image_20260702141227.png

12. 접지 및 차폐

12.1 접지 목적

접지는 다음 목적을 위해 필요합니다.

  • 감전 위험 저감

  • 정전기 축적 방지

  • 통신 노이즈 저감

  • EMC 성능 확보

  • 기준 전위 안정화

12.2 접지 방법

항목

권장 방법

프레임 접지

제품 하우징을 장비 프레임 또는 PE에 연결

전원 접지

전원 공급 장치의 0V 및 PE 구조 확인

케이블 차폐

한쪽 또는 양쪽 접지 방식은 시스템 EMC 조건에 따라 결정

제어반 접지

접지 바에 저임피던스 연결

다축 접지

스타 접지 또는 등전위 본딩 적용

12.3 접지 주의사항

  • 페인트, 산화막, 절연 코팅이 있는 면에 접지하지 마십시오.

  • 접지선은 가능한 짧고 굵게 구성하십시오.

  • 접지 루프가 통신 오류를 유발하는 경우 차폐 접지 방식을 재검토하십시오.

  • 하우징 접지가 불충분하면 정전기 및 노이즈 문제가 발생할 수 있습니다.

13. 상태 표시 LED

../_images/Group_1.png

13.1 전원 LED

상태

표시등

의미

OFF

 ../_images/image_18.png

전원 미인가

ON

 ../_images/image_17.png

전원 정상

13.2 통신 LED

13.2.1 ECAT In LED

EtherCAT In은 이전 제품 또는 마스터 컨트롤러의 EtherCAT Out 포트에 연결하는데 사용합니다.

연결상태

LED상태

표시등

케이블 연결 안됨

불이 꺼져 있습니다.

 ../_images/image_18.png

케이블 연결 되어 있으나, 데이터 통신은 이뤄지지 않았습니다.

녹색 표시등이 항상 켜져 있습니다.

 ../_images/Pasted_image_20260629093503.png

데이터 통신이 진행되고 있습니다.

녹색 불이 빠르게 깜빡입니다.

 ../_images/image_19.png

13.2.2 ECAT Out LED

EtherCAT Out은 다음 제품 슬레이브의 EtherCAT In 포트에 연결하는데 사용합니다.

연결상태

LED상태

표시등

케이블 연결 안됨

불이 꺼져 있습니다.

 ../_images/Pasted_image_20260629144801.png

케이블 연결 되어 있으나, 데이터 통신은 이뤄지지 않았습니다.

녹색 표시등이 항상 켜져 있습니다.

 ../_images/Pasted_image_20260629093503.png

데이터 통신이 진행되고 있습니다.

녹색 불이 빠르게 깜빡입니다.

 ../_images/image_19.png

13.2.3 ECAT Sta LED

EtherCAT 상태 머신의 상태를 나타냅니다.

연결상태

LED상태

표시등

초기 상태

불이 꺼져 있습니다.

 ../_images/Pasted_image_20260629150116.png

PREOP 상태

파란색 빛이 깜빡입니다.

 ../_images/image_20.png

SAFEOP 상태

파란색 빛이 한 번 깜빡이고, 꺼짐 시간 > 켜짐 시간

 ../_images/image_21.png

OP 상태

파란색 빛이 항상 켜져 있습니다.

 ../_images/image_17_1.png

OP 상태

파란색 불빛이 빠르게 깜빡입니다.

 ../_images/image_19_1.png

13.3 Run LED

상태

표시등

의미

동작

 ../_images/Pasted_image_20260629092434.png

시스템 작동 표시등

정확한 LED 동작은 모델별 사양서를 참조하십시오.

14. 설치 전 점검

제품 설치 전 다음 체크리스트를 완료하십시오.

번호

점검 항목

결과

1

모델명과 주문 사양이 일치하는가

□

2

외관 손상, 찍힘, 균열이 없는가

□

3

커넥터 핀이 휘거나 손상되지 않았는가

□

4

장착면이 깨끗하고 평탄한가

□

5

금속 분진, 절삭유, 이물질이 제거되었는가

□

6

부하의 질량, 관성, 토크가 허용 범위 내인가

□

7

전원 전압과 전류 용량이 충분한가

□

8

접지 및 차폐 계획이 수립되었는가

□

9

통신 케이블 종류와 종단저항이 적절한가

□

10

비상정지 및 안전회로가 구성되었는가

□

15. 시운전 전 하드웨어 점검

15.1 무부하 시험

초기 시운전은 반드시 무부하 또는 최소 부하 조건에서 수행하십시오.

  1. 제품을 견고한 장착면에 고정합니다.

  2. 출력축에 위험한 부하를 연결하지 않습니다.

  3. 전원 전압을 확인합니다.

  4. 통신 연결을 확인합니다.

  5. Servo OFF 상태에서 오류가 없는지 확인합니다.

  6. 저속으로 구동하여 회전 방향과 이상 소음을 확인합니다.

  7. 온도 상승, 진동, 통신 오류 여부를 확인합니다.

15.2 부하 연결 후 시험

무부하 시험이 정상인 경우에만 부하를 연결하십시오.

점검 항목

설명

회전 방향

지령 방향과 실제 방향 일치

간섭

기구물 충돌 여부

진동

공진 또는 체결 불량 여부

온도

표면 온도 상승 여부

전류

정격 및 피크 전류 초과 여부

통신

프레임 오류, 링크 끊김 여부

브레이크

해제 및 유지 동작 정상 여부

15.3 고온 주의

운전 중 제품 표면은 고온이 될 수 있습니다. 표면 온도를 확인하고, 유지보수 작업 전 충분히 냉각된 후 접촉하십시오.

16. 유지보수

16.1 정기 점검 항목

주기

점검 항목

내용

매일

외관

손상, 오염, 케이블 장력

매일

동작음

비정상 소음, 마찰음

매주

체결부

볼트 풀림 여부

매월

커넥터

접촉 불량, 핀 손상

매월

접지

접지선 풀림 및 부식

반기

케이블

피복 손상, 굴곡 피로

연간

전체 점검

전류, 온도, 진동, 통신 로그

16.2 청소

  • 마른 천 또는 정전기 방지 천을 사용하십시오.

  • 커넥터 내부에 액체가 들어가지 않도록 하십시오.

  • 압축 공기를 사용할 경우 금속 분진이 커넥터 내부로 들어가지 않도록 주의하십시오.

  • 세척제 사용 시 플라스틱, 고무, 실링재에 영향을 주지 않는지 확인하십시오.

16.3 분해 금지

제품 내부는 고정밀 부품으로 구성되어 있습니다. 사용자가 임의로 분해, 재조립, 개조할 경우 성능 저하, 방수/방진 성능 저하, 보증 무효가 발생할 수 있습니다.

17. 허용 하중 (Permissible Forces in All Directions)

누리로봇 SF 시리즈 로터리 액추에이터는 출력 플랜지에 가해지는 외부 하중을 직접 지지할 수 있도록 크로스 롤러 베어링을 적용한 구조입니다. SF 시리즈를 안전하게 적용하려면 다음 항목을 검토해야 합니다.

  • 최대 모멘트 하중, \(M_{max}\)

  • 크로스 롤러 베어링 수명, \(L_{10}\)

  • 정적 안전 계수, \(f_s\)

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참고

계산된 최대 모멘트 하중 \(M_{max}\) 는 반드시 해당 모델의 허용 모멘트 하중 \(M_c\) 이하이어야 합니다.

17.1 최대 모멘트 하중 계산

최대 모멘트 하중은 다음 식으로 계산합니다.

\[M_{max}=F_{r,max}(L_r+R)+F_{a,max}L_a\]

기호

정의

단위

비고

\(M_{max}\)

최대 모멘트 하중

N·m

계산값

\(F_{r,max}\)

최대 반경 방향 하중

N

외부 하중 조건

\(F_{a,max}\)

최대 축 방향 하중

N

외부 하중 조건

\(L_r\)

반경 방향 하중 길이

m

하중 지지점 기준

\(L_a\)

축 방향 하중 길이

m

하중 지지점 기준

\(R\)

오프셋 길이

m

표 17-3 참조

계산 예시: SF70HA74

조건:

\[L_a=0.2m,\quad L_r=0.5m,\quad F_{r,max}=50N,\quad F_{a,max}=30N\]

표 17-3에서 SF70HA74의 오프셋 길이와 허용 모멘트는 다음과 같습니다.

\[R=0.0217m,\quad M_c=74N\cdot m\]

계산:

\[M_{max}=50(0.5+0.0217)+30(0.2)\]
\[M_{max}=32.085N\cdot m\]

결과:

\[32.085N\cdot m < 74N\cdot m\]

따라서 위 조건에서는 SF70HA74의 굽힘 하중 요구사항을 만족합니다.

17.2 크로스 롤러 베어링 수명 계산

크로스 롤러 베어링 수명 \(L_{10}\) 은 다음 식으로 계산합니다.

\[L_{10}=\frac{10^6}{60N_{avg}}\times\left(\frac{C}{f_wP_c}\right)^{\frac{10}{3}}\]

기호

정의

단위

비고

\(L_{10}\)

수명, 10% 고장 확률 기준

h

계산값

\(N_{avg}\)

평균 출력 속도

RPM

17.2.1 참조

\(C\)

기본 동적 하중 등급

N

표 17-3 참조

\(f_w\)

적재 계수

표 17-1 참조

\(P_c\)

동적 등가 하중

N

계산값

동적 등가 하중 \(P_c\) 는 다음 식으로 계산합니다.

\[P_c=X\left(F_{r,avg}+\frac{2\{F_{r,avg}(L_r+R)+F_{a,avg}L_a\}}{d_p}\right)+YF_{a,avg}\]

기호

정의

단위

비고

\(P_c\)

동적 등가 하중

N

계산값

\(X\)

반경 방향 하중 계수

표 17-2 참조

\(Y\)

축 방향 하중 계수

표 17-2 참조

\(F_{r,avg}\)

평균 반경 방향 하중

N

17.2.1 참조

\(F_{a,avg}\)

평균 축 방향 하중

N

17.2.1 참조

\(L_r\)

반경 방향 하중 길이

m

하중 조건

\(L_a\)

축 방향 하중 길이

m

하중 조건

\(R\)

오프셋 길이

m

표 17-3 참조

\(d_p\)

피치 원 지름

m

표 17-3 참조

표 17-1. 적재 계수 \(f_w\)

적재 상태

\(f_w\)

충격과 진동 없이 안정적인 작동

1 ~ 1.2

정상 작동

1.2 ~ 1.5

충격과 진동을 동반한 작업

1.5 ~ 3

17.2.1 평균 부하 계산

반경 방향 및 축 방향 하중이 시간에 따라 변동하는 경우, 베어링 수명 계산에는 평균 하중을 사용해야 합니다.

평균 반경 방향 하중
\[F_{r,avg}=\left(\frac{n_1t_1|F_{r1}|^{\frac{10}{3}}+n_2t_2|F_{r2}|^{\frac{10}{3}}+\cdots+n_nt_n|F_{rn}|^{\frac{10}{3}}}{n_1t_1+n_2t_2+\cdots+n_nt_n}\right)^{\frac{3}{10}}\]
평균 축 방향 하중
\[F_{a,avg}=\left(\frac{n_1t_1|F_{a1}|^{\frac{10}{3}}+n_2t_2|F_{a2}|^{\frac{10}{3}}+\cdots+n_nt_n|F_{an}|^{\frac{10}{3}}}{n_1t_1+n_2t_2+\cdots+n_nt_n}\right)^{\frac{3}{10}}\]
평균 출력 속도
\[N_{avg}=\frac{n_1t_1+n_2t_2+\cdots+n_nt_n}{t_1+t_2+\cdots+t_n}\]

기호

정의

단위

\(F_{r,avg}\)

평균 반경 방향 하중

N

\(F_{a,avg}\)

평균 축 방향 하중

N

\(n_x\)

출력 속도

RPM

\(t_x\)

시간

s

\(F_{rx}\)

반경 방향 하중

N

\(F_{ax}\)

축 방향 하중

N

17.2.2 하중 계수 계산

반경 방향 하중 계수 \(X\) 와 축 방향 하중 계수 \(Y\) 는 다음 판정식으로 결정합니다.

\[q=\frac{F_{a,avg}+\frac{2\{F_{r,avg}(L_r+R)+F_{a,avg}L_a\}}{d_p}}{F_{r,avg}}\]
표 17-2. 하중 계수 \(X\), \(Y\)

판정값 \(q\)

\(X\)

\(Y\)

\(q \leq 1.5\)

1

0.45

\(q > 1.5\)

0.67

0.67

표 17-3. 누리로봇 SF 시리즈 롤러 베어링 규격

아래 표는 SF 제품명 리스트에 존재하는 H형 SF 시리즈 모델 기준으로 정리했습니다. 통신 방식 suffix(예: CEBH, TEBH) 및 버전 suffix는 기계적 하중 계산값에 영향을 주지 않습니다.

누리로봇 모델

\(d_p\) (m)

\(R\) (m)

\(C\) (×10² N)

\(C\) (kgf)

\(C_0\) (×10² N)

\(C_0\) (kgf)

\(M_c\) (N·m)

\(M_c\) (kgf·m)

SF70HA74

0.050

0.0217

58

590

86

880

74

7.6

SF80HA84

0.060

0.0239

104

1060

163

1670

124

12.6

SF90HA95

0.070

0.0255

146

1490

220

2250

187

19.1

SF110HA115

0.085

0.0296

218

2230

358

3660

258

26.3

SF142HA147

0.111

0.0364

382

3900

654

6680

580

59.1

SF170HA175

0.133

0.0440

433

4410

816

8330

849

86.6
용어 설명

  • 피치 원 지름 \(d_p\): 크로스 롤러 베어링에서 롤러 중심을 지나는 원의 지름입니다.

  • 오프셋 길이 \(R\): 롤러 중심선과 베어링 피치 원 사이의 거리입니다.

  • 기본 동적 하중 등급 \(C\): 100만 회전의 정격 수명에서 베어링의 10%가 고장에 도달하는 반경 방향 하중 기준값입니다.

  • 기본 정적 하중 등급 \(C_0\): 회전 요소와 레이스웨이 사이의 접촉 영역 중앙에 작용하는 정적 하중 기준값입니다.

  • 허용 모멘트 \(M_c\): 출력 측 베어링에 가해질 수 있는 최대 모멘트입니다. 이 범위 내에서 베어링은 정격 성능을 유지하며 안정적으로 작동할 수 있습니다.

17.3 정적 안전 계수 계산

정적 안전 계수는 다음 식으로 계산합니다.

\[f_s=\frac{C_0}{P_0}\]

기호

정의

단위

비고

\(f_s\)

정적 안전 계수

계산값

\(C_0\)

기본 정적 하중 등급

N

표 17-3 참조

\(P_0\)

정적 등가 하중

N

계산값

정적 등가 하중 \(P_0\) 는 다음 식으로 계산합니다.

\[P_0=F_{r,max}+\frac{2M_{max}}{d_p}+0.44F_{a,max}\]

기호

정의

단위

비고

\(P_0\)

정적 등가 하중

N

계산값

\(F_{r,max}\)

최대 반경 방향 하중

N

하중 조건

\(M_{max}\)

최대 모멘트 하중

N·m

17.1 참조

\(d_p\)

피치 원 지름

m

표 17-3 참조

\(F_{a,max}\)

최대 축 방향 하중

N

하중 조건

표 17-4. 정적 안전 계수 기준

롤러 베어링의 작동 상태

권장 \(f_s\)

높은 회전 정밀도가 요구될 때

≥ 3

충격과 진동이 예상될 때

≥ 2

정상 작동 시

≥ 1.5

계산 예시: SF70HA74

조건:

\[L_a=0m,\quad L_r=0m,\quad F_{r,max}=0N,\quad F_{a,max}=30N,\quad f_s=2\]

표 17-3에서 SF70HA74의 값은 다음과 같습니다.

\[d_p=0.050m,\quad C_0=86\times10^2N,\quad M_c=74N\cdot m\]

정적 안전 계수 조건에서 허용되는 정적 등가 하중은 다음과 같습니다.

\[P_0=\frac{C_0}{f_s}\]
\[P_0=\frac{86\times10^2}{2}=4300N\]

정적 등가 하중 식에 대입하면 다음과 같습니다.

\[4300=0+\frac{2M_{max}}{0.050}+0.44\times30\]
\[M_{max}=107.17N\cdot m\]

다만 표 17-3의 SF70HA74 허용 모멘트는 다음과 같습니다.

\[M_c=74N\cdot m\]

따라서 이 조건에서 최종 설계 기준은 다음 제한을 동시에 만족해야 합니다.

\[M_{max}\leq74N\cdot m\]

17.4 래칫 토크

회전 액추에이터가 작동 중 과도한 충격 토크를 받으면 플렉스 스플라인과 원형 스플라인 사이의 치합이 일시적으로 어긋날 수 있습니다. 이 현상을 래칭 또는 래칫 현상이라고 하며, 이때의 토크를 래칫 토크라고 합니다.

래칫 현상이 즉시 플렉스 스플라인 파손으로 이어지지 않을 수는 있으나, 래칫 상태를 해소하지 않고 계속 작동하면 마모 분말이 발생하고 치면 마모가 빠르게 진행될 수 있습니다. 또한 파동 발생기 베어링의 수명이 짧아질 수 있습니다.

표 17-5. 누리로봇 SF 시리즈 래칫 토크 값

단위: N·m

gear ratio

SF70HA74

SF80HA84

SF90HA95

SF110HA115

SF142HA147

SF170HA175

50

88

150

220

450

980

1800

80

110

200

350

680

1400

2800

100

84

160

260

500

1000

2100

120

120

240

470

980

1900

참고

- 표시는 해당 GR 조합이 적용되지 않거나 제공되지 않는 경우를 의미합니다.

래칫 발생 시 주의사항

래칫이 발생하면 치아가 정상적으로 맞물리지 않아 정렬이 어긋날 수 있습니다. 이 상태에서 계속 운전하면 진동이 발생하고 플렉스 스플라인이 손상될 수 있습니다.

심각한 래칫이 발생한 상태에서 부하를 걸고 운전하면 다음과 같은 알람이 발생할 수 있습니다.

  • 과전류 알람

  • 모터 스트라이크 보호 알람

  • 위치 오차 초과 알람

  • 속도 오차 초과 알람

  • 전원부 온도 과상승 알람

래칫이 확인된 회전 액추에이터는 계속 사용하지 말고 점검해야 합니다. 치아 끝단 마모가 발생하면 토크 성능이 저하될 수 있으며, 반복 래칫 발생 시 출력 토크가 감소할 수 있습니다.

18. 폐기

SF 시리즈 제품은 산업용 전기전자 장비로 분류될 수 있습니다. 폐기 시 지역 및 국가의 산업 폐기물, 전기전자 폐기물, 배터리 폐기 규정을 준수하십시오.

배터리 옵션이 포함된 제품은 본체와 배터리를 분리하여 관련 규정에 따라 폐기하십시오.

19. 부록