컨베이어 기어박스 사양은 모터 RPM(50Hz에서 1450, 60Hz에서 1750), 헤드 풀리 출력 RPM, 일일 작동 시간(시간)을 포함한 컨베이어 유형, 그리고 자재 충격 하중 특성이라는 네 가지 입력값을 기반으로 합니다. 이 네 가지 입력값은 AGMA 6034 서비스 팩터 등급, 단수별 기어비 범위, 기어박스 제품군, 그리고 열 및 돌출 하중 검증이라는 네 가지 조회 항목을 결정합니다.
AGMA 6034에 따르면 24시간 충격 하중을 받는 컨베이어의 서비스 팩터는 2.0이며, 대부분의 카탈로그에서 기본값으로 사용하는 1.4가 아닙니다. 누군가 서비스 팩터 1.0에서의 작동 토크를 기준으로 크기를 정하고 이 부분을 확인하지 않아 10년은 사용할 수 있었던 베어링을 18개월 만에 교체한 사례가 있습니다.
AGMA 6034에 제시된 서비스 팩터를 선택하십시오. 어림짐작으로 결정하지 마십시오.
컨베이어 기어박스의 서비스 계수는 AGMA 6034에 따라 설정됩니다. 균일한 재료를 한 교대 근무 동안 이송하는 벨트 컨베이어는 서비스 계수 1.4로 2등급(Class II)에 해당합니다. 동일한 라인이 1차 분쇄기에서 나온 덩어리진 광석을 이송하며 24시간 내내 가동될 경우 서비스 계수 2.0으로 3등급(Class III)에 해당합니다.
설계 마력은 원동기 마력에 해당 SF를 곱한 값과 같으므로 SF 2.0은 SF 1.0에 비해 설계 마력을 두 배로 높입니다.
클래스 정의는 세 가지 임무 등급을 포괄합니다.
- 1등급(최소 SF 0.8) — 하루 8~10시간 안정적인 부하
- 2등급(최소 SF 1.4) — 하루 24시간 지속적인 충격 또는 하루 8~10시간 중간 정도의 충격(정격 강도의 1.25배 이하)
- 3등급(최소 SF 2.0) — 하루 24시간 중간 강도 충격 또는 하루 8~10시간 고강도 충격(정격 강도의 1.25배 초과)
주된 고장 원인은 작동 토크만을 기준으로 크기를 정하는 것입니다. 컨베이어는 출발 시 작동 토크보다 훨씬 높은 시동 토크를 발생시키며, 카탈로그에서는 SF 승수를 통해 이러한 여유 용량을 나타냅니다.
SF 2.0 대신 1.4로 설계된 24시간 벨트 컨베이어는 설계 수명이 아닌 베어링 교체 주기에서 기어 톱니 피로가 발생합니다. 하루 3~10시간 동안 균일하게 하중이 가해지는 스크류 컨베이어는 Class II에 해당합니다. 유도 과정은 다음과 같습니다. 서비스 팩터 계산 과정 안내 Design HP 연산에 대해 다룹니다.
모터와 컨베이어 RPM으로부터 기어비와 단수를 계산합니다.
기어비는 i = n_in / n_out입니다. 4극 모터는 50Hz에서 1450RPM, 60Hz에서 1750RPM으로 회전합니다. 산업용 벨트 컨베이어 헤드 풀리는 20~80RPM으로 회전하며, 포장 라인은 최대 150RPM, 중량물 처리 설비는 5~30RPM으로 회전합니다.
예시: 0.4m 드럼에 1.5m/s의 벨트 회전 속도가 필요한 경우, 출력 회전수(n_out)는 1.5 × 60 / (π × 0.4) = 71.6 RPM입니다. 1450 RPM 모터의 경우, 회전비는 1450 / 71.6 ≈ 20:1입니다. 목표 회전수를 50 RPM으로 높이면 회전비는 29:1이 됩니다.
단수는 직접적으로 따라옵니다. ISO 6336/DIN 3990 원통형 기어 형상에 따르면, 단일 단 헬리컬 기어는 중심 거리 및 치형 제약 조건으로 인해 두 번째 단이 필요하기 전에 i = 7:1 부근에서 한계에 도달합니다.
2단계 공정은 대략 50:1의 비율에 도달하고, 3단계 공정은 200:1을 넘어섭니다. 20:1 또는 29:1의 비율은 2단계 공정에 해당하며, 50:1 이상은 3단계 공정이 필요합니다.
각 단계마다 기계적 효율이 2~5%씩 감소합니다. 각 단계 효율이 94%인 3단 나선형 피스톤은 전체적으로 약 83%의 효율을 제공하며, 이러한 손실은 아래의 열 계산에서 누적됩니다.
29:1 비율의 단일 단계 헬리컬 피스톤은 물리적으로 잘못된 견적입니다. 65% 효율의 29:1 비율의 이중 단계 웜 피스톤은 비율상으로는 맞지만 에너지 효율 측면에서는 잘못되었습니다.
컨베이어 아키타입을 기어박스 제품군과 매칭하세요
레이아웃에 맞는 제품군은 정격 부하뿐만 아니라 원형에 따라 결정됩니다. 별도의 기초가 있는 직선 수평 벨트는 발판식 인라인 헬리컬 풀리 방식입니다. 기초를 재구축하지 않고 헤드 풀리로 개조하는 경우에는 평행축 샤프트 마운트 방식이 적용됩니다.
경사 또는 곡선형 레이아웃으로 90도 구동이 필요한 경우 베벨-헬리컬 기어가 적합합니다. 1차 분쇄기 또는 석탄 컨베이어 라인에는 연속 충격에 견딜 수 있는 고하중 산업용 제품군이 필요합니다. 2.2kW 미만의 포장 라인에는 소형 웜 기어 또는 헬리컬-웜 기어가 적합합니다.
| 컨베이어 원형 | 가족에게 딱 맞는 | 파워 밴드 | 출력 RPM |
|---|---|---|---|
| 직선 수평 벨트 | 인라인 헬리컬(R/MD) | 0.12-160 kW | 30-150 |
| 샤프트 마운트 헤드 풀리 | 평행축 헬리컬(F/MP) | 0.12-200 kW | 20-100 |
| 경사진 / 곡선 / 직각 | 경사-나선형(K/MJ) | 0.12-200 kW | 5-60 |
| 중장비 광산/철강 | MTH 헬리컬 / B-MTB 베벨 헬리컬 | 수 메가와트(MW)까지 | 5-30 |
| 포장/경량 | 웜(NMRV) 또는 나선형 웜(S/MN) | < 2.2kW | 20-100 |
헬리컬 제품군은 장착 형상에 따라 분류됩니다. 인라인 R/MD는 별도의 베드플레이트가 있는 직선 수평 벨트에 장착되며, 5:1에서 300:1까지의 압축비에서 각 단계당 95% 이상의 효율을 제공합니다.
평행축 F/MP는 중공 출력부가 구동 풀리축에 장착되므로 개조 시 기초 재건축이 필요 없습니다. 베벨-헬리컬 K/MJ는 5~60RPM의 출력 범위에서 90도 구동력을 제공하며 최대 50,000N·m의 토크를 발생시킵니다.
열기 전에 가족을 선택하세요 헬리컬 기어박스 제품 개요1차 분쇄기 및 석탄 이송 장치에서 지속적인 충격 하중을 견뎌야 하는 경우, 표준 R/F/K 계열은 해당 하중 프로파일을 견딜 수 없습니다. 중장비 산업용 제품군 (MTH와 B/MTB는 평가가 높은 답변입니다.)
10년 에너지 계산법을 사용하여 웜형 또는 헬리컬형을 결정하세요
헬리컬 감속기는 단당 94~98%의 효율을 보이는 반면, 웜 감속기는 감속비, 설계 및 윤활 상태에 따라 50~90%의 효율을 보입니다. 보스턴 기어의 그렉 코버는 웜 감속기의 효율이 30:1 감속비에서 81%까지 떨어지는 반면, 헬리컬 감속기는 90% 중반대의 효율을 유지한다고 측정했습니다.
웜 기어의 소형화 및 자체 잠금 기능은 사실이지만, 컨베이어 작동 주기 동안 지속적인 전력 소모를 초래합니다. 결국 카탈로그에 적힌 문구가 아니라 계산 결과가 중요합니다.
15kW 용량의 컨베이어를 24시간 내내 가동할 경우, kWh당 전기료는 0.10달러입니다.
- 96% 효율의 헬리컬 모터: 15 / 0.96 × 8760 × 0.10 = 연간 모터 투입 비용 $13,688
- 웜 70% 확률: 15 / 0.70 × 8760 × 0.10 = 연간 $18,771
- 연간 차이: 5,083달러. 10년 차이: 50,830달러
초기 비용이 800달러 더 드는 헬리컬 감속기는 이 용도에서 두 달 안에 투자금을 회수할 수 있습니다. 코버는 반대 결론을 내릴 때 웜 기어 감속기가 10마력 미만, 20:1 기어비 미만일 때 유리하다고 판단했습니다.
1마력 및 10:1 압축비에서 웜 기어는 840달러 더 저렴하며 효율성 투자 회수 기간은 20만 시간을 초과합니다. 10마력 이상 또는 200,000:1 이상의 압축비에서는 나선형 기어가 수명 주기 비용 측면에서 유리합니다.
웜 기어는 10마력 미만의 간헐적 작동이나 고정 부하 용도에만 적합하며, 자체 잠금 리드 각도(β < ~4°)로 인한 에너지 손실을 감수할 만한 가치가 있는 경우에 선택하십시오. 10마력 이상의 연속 작동 용도, 즉 거의 모든 산업용 컨베이어에는 헬리컬 기어를 선택하십시오.
열용량과 돌출부하를 확인하여 적합한 기어박스를 선택하십시오.
열용량 P_th는 윤활유 열화 없이 특정 주변 환경에서 기어박스가 지속적으로 전달할 수 있는 동력입니다. 이는 연속 작동 컨베이어에서 기계적 용량 P_m보다 낮은 경우가 많습니다.
ISO/TR 14179는 최대 주변 온도 25°C, 최대 오일 섬프 온도 95°C를 기준으로 삼고 있지만, 대부분의 제조업체는 20°C의 주변 온도를 기준으로 감열식 측정값을 인쇄합니다.
P_th는 주변 온도가 20°C를 초과하여 10°C 상승할 때마다 약 7%씩 감소합니다. 주변 온도가 40°C인 컨베이어는 명판 열용량의 약 14%를 손실하며, 2극 모터 입력은 이를 더욱 감소시킵니다. 명판 온도가 아닌 현장 주변 온도에서 P_th를 확인하고, 연속 P_th가 요구되는 P_m보다 낮아지면 팬 또는 오일 쿨러를 지정하십시오.
출력축의 돌출하중(OHL)은 베어링 중심선에서 구동 요소에 의해 발생하는 반경 방향 하중입니다. 공식은 OHL = (2T / PD) × TEF이며, 여기서 T는 출력 토크, PD는 피치 직경, TEF는 변속 요소 계수입니다.
| 구동 요소 | TEF |
|---|---|
| 평 기어 | 1.15 |
| 체인 스프로킷, 톱니 수 20개 이상 | 1.10 |
| 체인 스프로킷, 13~19개 톱니 | 1.25 |
| 체인 스프로킷, 톱니 수 12개 이하 | 1.40 |
| V벨트 풀리 | 1.75 |
| 평벨트 풀리 | 2.50 |
예시: 16개의 톱니가 있는 0.20m 체인 스프로킷을 통해 120 N·m의 토크가 전달될 때, OHL = 2 × 120 / 0.20 × 1.25 = 1,500 N입니다. 실제 하중 오프셋에서 제조업체의 OHL-거리 곡선과 비교하여 이 값을 확인하십시오.
직접 구동 헤드 풀리 방식은 OHL = (드럼 무게 + 벨트 장력 반력) × 기하학적 계수를 적용하며, 이는 거의 항상 사양표에 명시된 가장 높은 OHL 값입니다. 헬리컬 기어는 또한 축 방향 추력을 발생시키므로 출력 베어링은 OHL과 축 방향 추력을 동시에 견딜 수 있어야 합니다.
고속 컨베이어(벨트 속도 ≥ 3m/s)용
벨트 속도가 3m/s 이상이면 출력 RPM이 표준 범위인 30~150RPM을 벗어납니다. 250mm 헤드 풀리는 229RPM으로 회전하고, 400mm 풀리는 143RPM으로 회전합니다. 4극 1750RPM 모터의 경우, 이로 인해 7~15:1의 벨트 비율이 필요하게 되며, 종종 두 개의 헬리컬 기어가 필요합니다.
토크가 아닌 열 여유 공간이 제약 조건이 됩니다. ISO/TR 14179-2에 따르면 오일 교반 손실은 입력 RPM의 제곱에 비례하므로 2극 모터는 P_th를 빠르게 소모합니다. 베어링 피치 라인 dN도 중요합니다. 구형 롤러 베어링의 최대 허용치는 약 200,000인 반면 테이퍼형 베어링은 300,000~450,000이며, 그리스를 사용하면 두 제한치 모두 34%까지 감소합니다.
24시간 7일 연속 가동 시에는 8~1.0시간 가동 시 사용하는 AGMA 6010 SF 10 대신 1.25를 적용하십시오. 벨트 속도와 지속 출력 RPM을 2m/s 이상인 경우 9번째 견적 요청 항목으로 추가하십시오.
견적 요청서를 보내기 전에 다음 여덟 가지 숫자를 명시하십시오.
견적 요청서(RFQ)를 제출하기 전에 기어박스 사양란에는 총 8개의 숫자가 필요합니다. 처음 4개는 적용 분야에서 가져오는 값으로, 모터 출력(kW), 모터 회전수(RPM), 필요 출력 회전수(RPM), 그리고 AGMA 6034 SF 등급(작동 시간 및 충격 등급 포함)입니다. 나머지 4개는 앞서 진행된 선정 작업에서 가져오는 값으로, 단수를 포함한 계산된 기어비, 장착 형상을 포함한 기어박스 제품군, 현장 주변 환경에서 검증된 열 용량, 그리고 실제 구동 형상에서의 열전도율(TEF)을 포함한 가공선로 용량(OHL)입니다.
이러한 사양 중 하나라도 누락된 견적을 제시하는 업체는 18개월 후 베어링 고장 시 검증할 수 없는 가정에 기반하여 크기를 정하는 것입니다. 가장 흔한 구매 실수는 일반적인 1.4 SF 규격을 범용으로 취급하는 것입니다. 이 규격은 Class II 8-10시간/일 균일 하중만 지원하며 그 외의 용도에는 적용되지 않습니다.
재작업을 가장 많이 줄여주는 결정은 카탈로그를 열기 전에 실제 작동 등급과 충격 프로파일을 기반으로 SF 행을 계산하는 것입니다. 두 번째는 웜 기어 방식과 헬리컬 기어 방식의 10년 에너지 소비량을 계산하는 것입니다. 15kW 24시간 가동 라인에서 발생하는 5만 달러의 수명 주기 차이는 계산을 해보기 전까지는 눈에 띄지 않습니다.
