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자잠(셀프락)으로 버틸 수 없는 조건

2026.08.10 16:09:06 조회수 88

첨부파일 자잠.jpg

자잠(셀프락)으로 버틸 수 없는 조건

긴 암 구조 · 모멘트 · 브레이크 선택

토크는 충분한데 전원을 끄면 떨어집니다

약 1m 길이의 암을 회전 구동하는 구조였습니다. 암을 움직이는 구동 토크에는 여유가 있었고, 운전 중에는 문제가 없었습니다.

문제는 정지 상태였습니다. 전원을 끄면 중력에 의해 암이 내려왔습니다.

고객사에서는 웜감속기의 자잠(셀프락) 특성으로 위치를 유지할 수 있는지 문의하셨습니다. 웜감속기는 조건에 따라 출력축에서 입력축으로 역구동되기 어려우므로, 브레이크 없이 정지 위치를 유지할 수 있지 않겠느냐는 판단이었습니다.

긴 암에서는 무게만 보지 말고 모멘트를 봐야 합니다

회전축에 걸리는 정적 유지토크는 단순히 하중의 무게만으로 정해지지 않습니다. 하중의 질량, 축에서 하중 중심까지의 거리, 암의 각도를 함께 봐야 합니다.

정적 유지토크 T = m × g × r × sinθ

m: 질량, g: 중력가속도, r: 축에서 무게중심까지의 거리, θ: 축에서 무게중심으로 향하는 선과 중력 방향 사이의 각도. 암이 수평이면 θ=90°로 토크가 최대입니다.

같은 질량이라면 축에서 멀어질수록 유지토크가 커집니다. 암이 수평에 가까울 때 중력 모멘트가 가장 크고, 수직에 가까워질수록 작아집니다. 끝단 하중뿐 아니라 암 자체의 무게도 암의 무게중심에서 별도의 모멘트를 만듭니다.

따라서 "암이 가볍다"는 감각과 "축에 필요한 유지토크가 작다"는 것은 다를 수 있습니다. 실제 선정에서는 정지 상태의 중력 토크에 더해 가감속 관성, 충격, 진동과 안전율도 함께 검토해야 합니다.

웜감속기라고 모두 자잠되는 것은 아닙니다

자잠 여부는 단순히 "역토크가 어느 값을 넘으면 밀린다"는 한 가지 기준으로 결정되지 않습니다. 웜의 리드각과 치면 마찰각, 감속비, 재질, 표면 상태, 윤활, 온도, 진동과 마모 상태가 함께 영향을 줍니다. 감속비가 낮거나 리드각이 큰 구성은 웜감속기라도 역구동될 수 있습니다.

또한 자잠이 성립하더라도 감속기의 허용 출력토크, 기어 치면 강도와 베어링 하중 한계가 사라지는 것은 아닙니다. 정지 유지토크가 감속기의 허용 범위를 넘으면 자잠 여부와 별개로 감속기를 사용할 수 없습니다.

계산으로 1차 판정하고, 보증되지 않은 조건은 시험으로 확인합니다

리드각과 마찰 조건, 제조사 데이터가 있으면 자잠 가능성을 계산으로 1차 판정할 수 있습니다. 다만 자잠은 마찰에 의존하므로, 제조사가 해당 사양의 자잠을 보증하지 않거나 특주 조건이라면 실제 온도·윤활·진동·하중 조건에서 검증해야 합니다.

이 사례에서도 자잠 사양을 특주 제작해 검증하는 방향을 검토했습니다. 그러나 설계, 제작, 시험과 필요 시 조건 변경 후 재제작이 이어질 수 있어 결과가 나오기까지의 일정을 확정하기 어려웠습니다.

이 사례에서는 무여자 작동형 브레이크 모터를 선택했습니다

개발 일정을 고려해 전자 브레이크가 부착된 모터로 구성했습니다. 사용한 브레이크는 전원을 공급하면 해제되고 전원이 끊기면 스프링 힘으로 체결되는 무여자 작동형입니다.

브레이크는 정격 정적 유지토크가 사양으로 제시되므로, 출력축의 최대 중력 토크를 모터축으로 환산하고 안전율을 적용해 후보를 정할 수 있습니다. 다만 감속기의 역구동 효율, 온도, 마모, 전압과 체결 지연시간을 반영하고 완성 장비에서 정전 유지시험을 해야 최종 확인됩니다.

브레이크 제어 순서도 중요합니다. 모터가 정지하거나 토크를 유지한 상태에서 브레이크를 체결한 뒤 모터 전류를 차단하고, 기동할 때는 모터가 하중을 받을 준비가 된 뒤 브레이크를 해제해야 합니다. 브레이크가 체결된 상태로 모터를 계속 구동하면 마찰판이 마모되고 발열이 커집니다.

브레이크를 추가하면 전체 길이와 비용, 제어 항목이 늘어납니다. 대신 제조사 사양을 기준으로 후보를 선정할 수 있어 개발 일정과 성능을 비교적 예측하기 쉽다는 장점이 있습니다.

자잠과 브레이크, 어느 쪽으로 갈지는 조건이 정합니다

자잠 — 별도 브레이크가 없어 구조가 단순해질 수 있습니다. 다만 적용 감속비와 내부 조건에서 자잠이 보증되는지 확인해야 하며, 윤활·온도·진동·마모에 따라 역구동 특성이 달라질 수 있습니다.

브레이크 — 정격 정적 유지토크를 기준으로 선정할 수 있습니다. 대신 길이와 비용이 늘고, 체결·해제 순서와 정기 점검이 필요합니다.

제조사가 자잠을 보증하는 감속기를 사용하고 유지토크가 허용 범위 안이며 낙하 위험이 낮다면 자잠 방식을 검토할 수 있습니다. 반대로 유지토크가 크거나 일정이 촉박하고, 정전 시 위치 유지가 반드시 필요하다면 브레이크 방식이 더 명확한 선택입니다.

안전 주의
일반 모터용 전자 브레이크는 대개 정지 상태를 유지하는 용도입니다. 반복적인 동적 제동이나 낙하 중인 하중을 멈추는 비상제동 용도로 사용하려면 해당 용도가 명시된 브레이크인지 별도로 확인해야 합니다. 낙하 시 인명이나 설비에 위험이 생기는 축은 브레이크 하나에만 의존하지 말고 기계식 스토퍼, 이중 제동, 카운터밸런스 등 추가 안전대책과 위험성 평가를 함께 검토해야 합니다.

문의하실 때 필요한 조건

· 암 자체의 질량과 무게중심 위치

· 적재 하중과 축에서 하중 중심까지의 거리

· 암의 동작 각도와 정지 각도 — 수평 위치가 포함되는지

· 운전 속도, 가감속 시간, 충격과 진동 조건

· 정지 유지시간과 정전 시 요구 동작

· 사용 중인 감속기 형식과 감속비

· 낙하 시 인명·설비 위험 여부와 필요한 안전율

· 설치 가능한 전체 길이와 개발 일정

자잠 특주를 검토하는 경우에는 시험과 재조정 기간을 일정에 포함해야 하며, 사양 변경 제작에는 최소 주문수량(MOQ)이 발생할 수 있습니다.

정리

· 유지토크는 하중뿐 아니라 거리와 암의 각도에 따라 달라집니다.

· 끝단 하중과 암 자체 무게가 만드는 모멘트를 모두 계산해야 합니다.

· 웜감속기라고 모두 자잠되는 것은 아니며, 자잠 여부와 감속기 허용토크를 각각 확인해야 합니다.

· 브레이크는 정격 정적 유지토크로 후보를 선정하되 완성 장비 시험이 필요합니다.

· 낙하 위험이 있는 축은 유지 브레이크 외의 추가 안전대책까지 검토해야 합니다.

정지 위치를 유지해야 하는 구조라면

암 자체의 질량과 무게중심, 적재 하중, 축에서 하중까지의 거리와 동작 각도를 함께 알려주십시오. 필요한 유지토크를 계산한 뒤 자잠 검토가 가능한지, 브레이크가 필요한지부터 판단해 드립니다. 유지 토크 검토 문의 →

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