설비보전기능사 필기 이론｜PART 01 공유압 및 자동제어｜공유압 액추에이터 — Transcript

네 번째 공압 유압 액추에이터에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

액추에이터라고 하는 것은 공압과 유압 에너지가 변환된 기계적 에너지로 일을 하는 기기를 액추에이터라고 하는데요. 그러니까 실질적으로 일을 하는 기기라고 보시면 되는데

직선 운동을 하는 실린더와 회전 운동을 하는 모터로 나눌 수가 있겠습니다.

먼저 공압 에너지로 직선 운동을 하는 공압 실린더를 알아보도록 하겠습니다. 이 공압 실린더의 종류가 굉장히 중요한데요.

우선 단동 실린더와 복동 실린더입니다.

실린더가 이렇게 있는데 이 한쪽 방향의 운동에만 공압이 사용되는 것이 단동 실린더가 되겠고요.

두 방향 모두의 공압이 사용되게 되면 복동 실린더가 되겠습니다.

그러니까 유입구가 하나인 경우에는 단동 실린더, 유입구가 두 개인 경우에는 복동 실린더가 사용이 되는데

보통은 전진의 방향인 이 부분, 후진 방향인 이 부분 이 두 가지를 모두 제어하기 위해 복동 실린더를 대부분 사용한다는 거 알아두시면 되겠고요.

여기에서는 양로드 실린더와 탠덤 실린더 그리고 로드리스트 실린더, 충격 실린더, 텔레스코프 실린더 이런 것들이 중요합니다.

이런 실린더는 특징이 굉장히 자주 출제가 되므로 꼭 알아두시기 바랍니다.

먼저 양로드 실린더입니다.

말 그대로 로드가 양쪽에 있다는 뜻인데요.

이렇게 양쪽에 있기 때문에 전진 운동과 후진 운동의 속도와 힘을 같게 할 수 있는 실린더가 되겠습니다.

두 번째는 탠덤 실린더입니다. 두 개의 복동 실린더가 직렬로 연결되어 한 개의 피스톤으로 구성되어 있는 형태가 탠덤 실린더가 되겠는데요. 자 이렇게 직렬로 연결이 돼서 큰 힘을 필요로 할 때 사용되는 실린더가 되겠습니다.

이 다위치 실린더는 이렇게 탠덤 실린더처럼 직렬로 연결되어 있는 게 아니라 동일 축선상에 연결되어 있는 것 같지만 좀 떨어져서 같은 축선상에만 연결되어 있다고 보시면 되겠습니다. 탠덤 실린더와는 조금 다른 개념으로 보시면 되겠고요.

두 개만 할 수 있는 게 아니라 두 개 이상의 복동 실린더를 동일 축선상에 연결해서 더 큰 힘을 얻고자 한다면 더 많은 실린더를 독립적으로 제어를 할 수 있게끔 만드는 것이 다위치 실린더가 되겠습니다.

다음은 로드리스트 실린더입니다. 로드리스트 실린더는 말 그대로 로드가 없다는 뜻인데요.

이 부분이 로드가 되겠습니다.

이 로드가 없다 보니까 제한된 공간상에서 긴 행정거리가 요구되는 곳에 사용하기에 용이합니다. 그리고 양로드 실린더와 같이 전진과 후진이 동일한 힘을 얻고자 하는 경우에 사용되는 실린더가 되겠습니다.

이 부분이 중요하고요. 그리고 갑작스럽게 큰 힘이 요구되는 곳에 적합하도록 설계된 실린더가 충격 실린더가 되겠습니다. 그래서 프레싱과 펀칭 등 작업 같은 곳에

큰 운동 에너지가 요구되기 때문에 이러한 곳에 사용되도록 설계된 실린더가 충격 실린더가 되겠습니다. 그리고 짧은 실린더 본체로 큰 행정거리를 필요로 하는 경우에 사용되는 실린더가 텔레스코프 실린더가 되겠습니다. 다음 장에 실린더의 모형 보면서 다시 말씀드리도록 하겠습니다.

이렇게 설치 형식에 따라서 공압 실린더 분류표가 나와 있는데요. 이렇게 방금 앞서 말씀드렸던 실린더들이 형상과 같이 나와 있습니다. 복수 실린더의 텔레스코프형 이렇게 다단으로 나타나 있는 것을 우리가 알 수가 있고요. 탠덤형 이렇게 직렬로 연결되어 있는 것을 알 수가 있습니다.

다위치형도 있죠.

설치 형식에 대한 내용도 굉장히 자주 출제가 되는데요. 이 설치 형식에 따라서는 어떤 것들이 있는지 풋형, 플랜지형, 피벗형, 트러니언형, 회전형 이렇게 종류가 다섯 가지가 있고 고정식이 무엇이 있고 요동식이 뭐가 있는지 회전식이 뭐가 있는지 이걸 구분하는 문제도 나왔었습니다.

그리고 이 중에서 가장 강력한 설치 방법 요동보다, 회전보다, 움직일 수 있는 것보다 고정되어 있는 것이 가장 강력하게 설치를 할 수 있는 방법 중 하나겠죠. 그 중에 풋형과 플랜지형 중에 가장 강력하게 설치하는 방법은 가장 단단하게 고정을 하면 되겠죠. 그런 설치 방법이 플랜지형이 되겠습니다. 그래서 플랜지형이 굉장히 자주 출제됐다는 거 알아두시면 되겠습니다.

다음은 공압 실린더의 구조입니다.

이 구조에서는 이렇게 피스톤이 있고 피스톤 로드가 이렇게 있습니다. 그리고 자주 출제된 내용은 이 부분, 타이로드인데요. 커버를 실린더 튜브에 부착시키는데 사용되는 것이 타이로드가 되겠습니다. 나머지 부분들은 읽어보시면 되겠습니다.

다음은 요동형 공기압 액추에이터입니다. 이 요동이라고 하는 것은 국어사전적 의미를 보면 그 물체가 일정한 평형 상태나 수치로부터 조금 벗어났다는 의미를 가지고 있는데요. 그래서 이 요동형이라고 하는 것은 회전을 하는데 이 한정된 회전각 범위 내에서 회전을 하는 그런 액추에이터가 되겠습니다.

요동형 공기압 액추에이터에는 어떤 것들이 있느냐 이런 문제들이 자주 출제가 되는데요. 첫 번째로 베인형, 피스톤형이 있는데 피스톤형에는 래크와 피니언형, 스크루형, 크랭크형, 요크형 이렇게 4가지가 있습니다.

여기서 베인형은 300도 이내, 더블 베인형은 90~120도 범위가 된다는 거 알아두시면 되겠고요. 이 래크와 피니언형은 래크가 직선 운동을 하는 이런 모양이고요. 피니언형은 작은 기어라고 보시면 되겠습니다. 그러니까 직선 운동이 회전 운동으로 변환시켜 주는 그런 형태라고 보시면 되겠는데요.

이런 래크와 피니언형 요동 공기압 액추에이터는 범위가 45도에서 720도까지 굉장히 큰 범위까지 회전각을 조절할 수가 있다라고 보시면 되겠습니다.

바로 개념 잡기 문제 풀어보도록 하겠습니다. 전진과 후진 시 추력이 같은 장점을 갖는 실린더는?

실린더가 추력을 구하려면 힘을 구해 보면 되겠는데요. 이 힘은 압력 곱하기 면적으로 구할 수가 있습니다.

실린더가 이렇게 있다고 치면 여기 이 부분 튜브 내경이죠. 튜브 내경을 D라고 하고 휘선 로드 내경을 자 작은 d라고 하면 전진 시에 면적은 이 파란색 부분이 되겠습니다. 전진 시 추력은 이렇게 압력 곱하기 파이 D 제곱 나누기 4이 되겠고 이 주황색 부분이 후진과 관련된 면적이 되겠습니다. 근데 후진 시의 F 추력은 압력 곱하기 파이 D 제곱 마이너스 d 제곱 나누기 4이 되겠습니다. 근데 이렇게 추력이 같은 장점을 갖는다고 했으므로 여기 파란색 부분과 주황색 부분 전진과 후진 시의 면적이 같다는 뜻이겠죠? 그러면 어떻게 되겠어요? 이런 식으로 될 겁니다. 이런 모양 양로드 실린더가 되겠죠? 그래서 답은 추력과 같은 전진과 후진 시에 추력이 같은 장점을 갖는 것은 양로드 실린더가 되겠습니다.

두 번째 개념 문제 풀어보도록 하겠습니다. 두 개의 복동 실린더가 직렬로 하나의 유니트에 조합되어 가압하면 약 2배의 추력을 얻을 수 있는 구조의 실린더는?

그림으로 그려보겠습니다. 이런 식으로 직렬로 구성이 됐다는 얘기겠죠? 직렬로 연결된 거 탠덤 실린더였죠? 탠덤 실린더. 다위치 제어 실린더는 이렇게 하나의 유니트가 아니라 개별적으로 연결시켜 놓은 것이라고 보시면 되겠습니다. 독립적으로 움직여서 큰 힘을 얻게 되는 실린더가 되겠습니다. 여기서 하나의 유니트에 조합되어 있다고 했으므로 탠덤 실린더가 가장 적합한 답이라고 볼 수 있겠습니다.

다음 세 번째 개념 문제 보시겠습니다.

공기압 실린더의 설치 형식이 아닌 것은? 설치 형식에는 우선 고정형, 요동형, 회전형 이렇게 세 가지로 나눌 수가 있었죠? 고정에는 풋형, 플랜지형이 있었고 요동에는 트러니언형, 피벗형이 있었습니다. 속하지 않은 것, 타이로드형이 있겠죠? 타이로드는 뭐였죠? 실린더 구조에서 커버를 실린더 튜브 부착 시에 사용하는 것이 타이로드였죠? 답은 3번이 되겠습니다.

다음 개념 문제 풀어보도록 하겠습니다.

요동형 실린더가 아닌 것은? 우선 요동형 실린더의 대표적인 실린더는 베인형이 있었고요. 그 다음 피스톤형이 있었습니다. 피스톤형 안에 속하는 실린더가 뭐가 있었죠? 래크 피니언형, 스크루형 이런 것들이 쭉 있었죠? 여기에 속하지 않는 것 로킹암형 실린더 답은 4번이 되겠습니다.

두 번째 유압 실린더가 있겠습니다.

유압 실린더라고 하는 것은 공압 실린더와 유사합니다. 근데 유압 실린더는 공압 실린더보다 더 큰 압력을 사용하기 때문에 구조가 조금씩 다른데요. 누유를 방지하기 위한 그런 패킹들 오링이나 이런 것들이 좀 많이 들어간다고 보시면 되겠습니다. 그러니까 크기도 좀 더 크겠죠? 이 부분 표 부분 읽어보시면 되겠고요.

사이드에 다시 이 부분 실린더의 이론 출력을 구하기 위한 요소 잠시 보도록 하겠습니다.

실린더의 출력을 구하는 공식입니다. 좀 전에 우리가 그림을 그려서 알아봤는데 양로드의 실린더를 알아볼 때 알아봤는데 여기서도 실린더의 이론 출력을 구하기 위한 요소를 이 그림을 다시 한번 보시면 쉽게 우리가 알 수가 있겠습니다.

우선 추력을 구하기 위해서는 압력 곱하기 면적이 되겠죠? 이 부분이 전진 시 그리고 이 부분이 후진 시 관계되는 면적이 되겠습니다. 그러면 전진 시는 이 D만 실린더의 튜브 내경만 관계되므로 이 로드의 지름까지, 내경까지 관계가 있는 이 후진 시의 추력을 구해 보면 후진 시 추력은 압력 곱하기 파이 D 제곱 마이너스 d 제곱을 빼준 그 면적 값이 되겠습니다.

그렇기 때문에 우리가 실린더의 이론 출력을 구하기 위한 요소로는 공기 압력이 있어야 되고요. 면적을 구하려면 우리가 이 지름들이 필요하죠. 파이 D 제곱 나누기 4이기 때문에 여기 실린더의 튜브 내경 큰 D 그리고 피스톤 로드 내경이 작은 d 이렇게 세 가지가 필수적으로 필요하게 됩니다. 그렇기 때문에 공기 압력, 실린더의 튜브 내경, 피스톤의 로드 내경 이 세 가지가 중요하다는 거 이 세 가지 내용 숙지를 하시고 넘어가시면 되겠습니다.

다음 개념 잡기 문제 바로 풀어보도록 하겠습니다.

방금 판서를 통해서 이론 출력을 구하기 위해서 필요한 요소 세 가지를 알아봤었죠? 공기 압력, 실린더의 튜브 내경, 피스톤의 로드 내경 P, D, d 이렇게 세 가지가 꼭 필요했었습니다.

세 번째 공압 모터입니다. 공압 모터라고 하는 것은 공기의 압력 에너지를 회전 운동으로 변환시켜 주는 공기압 기기가 되겠는데요.

이 공압 모터의 종류와 각각의 특징이 중요합니다. 먼저 피스톤형이 있고 베인형이 있습니다. 그리고 기어형, 터빈형이 있는데요. 피스톤형은 구조가 굉장히 복잡하고 비싼 대신에 효율이 굉장히 높습니다. 베인형은 기어형과 피스톤형의 중간 단계라고 보시면 되고요. 기어형은 고속 회전, 고토크형으로 주로 이용이 되고 좀 값이 싸고 가장 많이 사용된다고 보시면 되겠습니다. 이렇게 네 가지 종류 알아두시면 되겠고요.

특징입니다. 공압 모터의 특징은 따로 외우실 필요 없이 이 공압과 특징이 거의 일맥상통한다고 보시면 되겠습니다. 이 공압 에너지 처음에 이 특징을 말씀을 드릴 때 이 공압 에너지는 가장 큰 특징이 압축성이었습니다. 이 압축성 때문에 정밀 제어가 굉장히 어렵다는 거 균일한 속도를 얻기 어렵다는 거. 하지만 유압과 달리 과부하에 안전하다는 거. 이런 특징들이 있었죠?

밑에 보시겠습니다.

에너지를 축적하기에 가장 좋습니다. 과부하에 안전하고요.

폭발의 위험이 없겠죠? 유압에 비해서 폭발의 위험이 없고 기동, 정지, 역회전 운전 이런 것들은 쉽습니다.

운전 비용이 많이 소요되고요.

정밀한 운전이 어렵다는 거. 그리고 정밀한 제어가 어렵고 소음이 발생한다는 거. 이런 것들이 공압 에너지의 특징과 거의 비슷한 내용이라고 보시면 되기 때문에 따로 외우지 마시고 공압 에너지의 특징만 잘 알아두시면 되겠습니다.

개념 잡기 문제 바로 풀어보도록 하겠습니다.

공기압 모터의 특징으로 옳은 것은?

과부하에 대해서 비교적 안전하죠.

요동형 공기압 모터는 회전각에 제한이 있습니다. 이 요동형이라고 하는 게 회전각에 제한이 있다는 것을 뜻하기 때문에 2번 선택지는 틀린 5 선택지가 되겠고요.

모터를 사용하면 고속을 얻기가 어렵다. 고속을 얻기가 어렵지 않죠.

그리고 공기압 모터 회전 속도는 무단으로 조절할 수 있죠. 답은 옳은 것은 1번이 되겠네요.

바로 유압 모터 네 번째 보시겠습니다.

유압 모터의 종류가 나오고요. 유압 모터의 특징이 나옵니다.

유압 모터의 종류에는 기어 모터 있고요.

베인 모터, 피스톤 모터. 공압 모터와 비슷하다고 보시면 되겠습니다.

사용 압력만 다르다고 보시면 되고요.

가장 구조가 간단하고 값이 싼 것은 기어 모터가 되겠고. 그리고 가장 구조가 복잡하고 비싼 것 효율이 가장 좋은 것은 피스톤 모터가 되겠고요. 그 사이 기어 모터와 피스톤 모터의 사이 특징을 가지고 있는 것이 베인 모터라고 생각하시면 되겠습니다.

기본적으로 베인 모터는 로터가 회전하는 구조이기 때문에 이렇게 누설에 강하다는 거 이 정도만 좀 알아두시면 되겠고요.

바로 특징 알아보도록 하겠습니다.

유압 모터의 특징도 공압 모터의 특징처럼 유압 에너지와 비슷한 특징을 가지고 있다고 보시면 되는데요. 이 유압 특징이 소형으로도 큰 출력을 낼 수 있다는 큰 장점이 있었죠.

그리고 기름을 사용하기 때문에 이물질에 민감하다는 거. 그리고 온도 변화에 민감하다는 거. 이런 부분들만 잘 알아두시면 되겠습니다.

바로 개념 잡기 문제 풀어보도록 하겠습니다.

유압 모터의 종류가 아닌 것? 기어, 베인, 피스톤 이렇게 세 가지였죠? 답은 3번이 되겠고요.

다음 개념 잡기 문제 보시겠습니다.

유압 모터 중 구조면에서 가장 간단하다고 했으므로 기어 모터죠. 기어 모터. 답은 1번이 되겠습니다.

다른 부분들도 읽어봐도 좋은데 우리가 구조면에서 가장 간단한 거 바로 기어 모터로 찍을 수 있도록 우리가 공부해야겠죠? 가장 복잡한 것은 피스톤 모터가 되겠습니다.