리니어 액추에이터 선정 가이드 — 스트로크·추력·속도 계산
전동 리니어 액추에이터 완전 선정 가이드: 종류(볼스크류/리드스크류/벨트/리니어모터), 추력 계산, 스트로크, 속도, L10 수명, 리드 선택, Z축 예제 포함.
2026-03-19·9 min read
리니어 액추에이터 종류
| 종류 | 속도 | 힘 | 정밀도 | 최적 용도 |
|---|---|---|---|---|
| 볼스크류 | 중간 (0.1~1 m/s) | 높음 | 높음 (μm) | 정밀 위치결정, CNC, 의료 |
| 리드스크류 | 낮음 (< 0.3 m/s) | 중간 | 중간 | 저듀티, 단순 위치결정 |
| 벨트 드라이브 | 높음 (최대 5 m/s) | 중간 | 중간 | 긴 스트로크, 픽앤플레이스 |
| 리니어 모터 | 매우 높음 (> 5 m/s) | 높음 | 매우 높음 | 고속 정밀, 반도체 |
추력 계산 — F = ma + mg·μ + mg·sinθ
F_총 = F_가속 + F_마찰 + F_중력 F_가속 = (M_부하 + M_캐리지) × a F_마찰 = (M_부하 + M_캐리지) × g × μ F_중력 = (M_부하 + M_캐리지) × g × sin(θ) μ = 가이드 마찰 계수 (리니어 가이드: 0.002~0.01) θ = 경사 각도 (0° = 수평)
예: 수평 축, 10 kg 부하, 2 kg 캐리지, a = 2 m/s², μ = 0.005:
F_가속 = (10+2) × 2 = 24 N F_마찰 = (10+2) × 9.81 × 0.005 = 0.59 N F_총 = 24 + 0.59 = 24.6 N 안전계수 2×: F_필요 = 49.2 N
리드(피치) 선택
선속도 = 모터_RPM × 리드 / 60 (m/s) 추력 = 모터_토크 × 2π × η / 리드 (N) 리드 단위: 미터 (예: 5mm 리드 = 0.005m)
| 리드 | 속도 (3000 RPM 시) | 추력 (1 N·m, η=0.9) | 최적 용도 |
|---|---|---|---|
| 2 mm | 0.1 m/s | 2,827 N | 고추력, 저속 |
| 5 mm | 0.25 m/s | 1,131 N | 범용 |
| 10 mm | 0.5 m/s | 565 N | 고속, 저추력 |
| 20 mm | 1.0 m/s | 283 N | 고속 이송 |
L10 수명 계산
L10 (km) = (C / F_부하)³ × 100 C = 볼스크류 너트의 동하중 정격 (N) F_부하 = 실제 적용 부하 (N) L10 (시간) = L10 (km) × 10³ / (스트로크_m × 사이클/분 × 2 × 60)
실전 예제: 자동화 장비 Z축
애플리케이션: 수직 Z축, 트레이에서 부품 픽업. 페이로드 3 kg, 스트로크 200mm, 사이클 타임 2초, 500만 사이클 필요.
F_중력 = 3 × 9.81 = 29.4 N a = 0.2m/s / 0.5s = 0.4 m/s² F_가속 = 3 × 0.4 = 1.2 N F_총 = 30.6 N; 안전계수 2×: 61.2 N 5mm 리드 선택: 모터 토크 = 61.2 × 0.005 / (2π × 0.9) = 0.054 N·m 모터 RPM = 0.2/0.005 × 60 = 2,400 RPM → 소형 서보 선정: 0.1 N·m 정격, 3,000 RPM, 5mm 볼스크류