올바른 용량 선정은 토크, 동작 시간, 사용 압력, 축 하중, 정지 에너지를 모두 함께 만족해야 합니다. 예를 들어 SMC는 MSQ 로터리 테이블의 안정적인 회전 시간 범위를 90도당 0.21.0초로 제시하며, 허용 운동 에너지는 크기와 쇼크 업소버 옵션에 따라 0.1611.82 J로 달라집니다(SMC MSQ 카탈로그, 2026년 7월 15일 확인).
이 차이는 중요합니다. 액추에이터가 부하를 가속하기에 충분한 토크를 내더라도 정지에 필요한 쿠션 또는 쇼크 업소버 용량이 부족할 수 있습니다. 따라서 선정은 인덱싱 암이나 플립 테이블과 같은 기계 부하용 절차와, 밸브 제조사가 이탈 토크와 시팅 토크를 제공하는 프로세스 밸브용 절차로 나뉩니다.
핵심 요점
- 문서화된 설계 여유율을 적용하기 전에 저항, 중력, 마찰, 가속 토크를 모두 더합니다.
- 동작 중 측정한 최저 압력에서의 카탈로그 토크와 계산 결과를 비교합니다.
- 운동 에너지, 축 하중, 스톱, 회전 시간은 각각 별도로 검토합니다.
- 프로세스 밸브 액추에이터는 일반적인 마찰 방정식이 아니라 밸브 토크 데이터를 기준으로 선정합니다.
구조와 적용 분야만 다시 확인하려면 먼저 공압 로터리 액추에이터의 작동 원리를 참고하십시오. 이 가이드는 이미 회전 운동 방식을 선택한 이후의 절차부터 다룹니다.
용량을 선정하기 전에 어떤 데이터를 수집해야 합니까?
제품 카탈로그를 펼치기 전에 부하, 형상, 각도, 동작 시간, 압력, 정지 방식을 수집하십시오. SMC CRQ2 카탈로그는 공칭 90도 및 180도 사양을 제공하지만, 부하 유형, 회전 시간, 운동 에너지, 허용 축 하중도 함께 검토하도록 요구합니다(SMC CRQ2 카탈로그, 2026년 7월 15일 확인).
간단한 적용 조건표부터 작성하십시오. 아래 입력값 중 하나를 빠뜨리는 것이 다른 항목에서 약간 보수적인 추정치를 사용하는 것보다 더 위험합니다.
| 입력 항목 | 기록할 내용 | 선정에 영향을 주는 이유 |
|---|---|---|
| 운동 유형 | 제한 각도 기계 운동 또는 1/4 회전 밸브 | 적용할 토크 모델을 결정함 |
| 회전 | 시작 각도, 종료 각도, 방향, 조절 범위 | 액추에이터 제품군과 스톱 구성을 선별함 |
| 부하 형상 | 질량, 치수, 무게 중심, 레버 암 | 저항 토크와 관성 모멘트를 결정함 |
| 설치 방향 | 수평, 수직 또는 변화 | 중력이 운동을 돕는지 방해하는지 보여 줌 |
| 타이밍 | 전체 이동 시간과 허용 정지 시간 | 각가속도와 밸브 유량 요구량을 결정함 |
| 압력 | 동작 중 액추에이터 입구의 최저 압력 | 사용 가능한 출력 토크를 결정함 |
| 듀티 | 분당 사이클, 일일 운전 시간, 예상 수명 | 발열, 씰, 베어링, 쇼크 업소버 검토에 영향을 줌 |
| 인터페이스 | 축, 키, 커플링, 플랜지, 장착면 | 기계적 호환성과 하중 전달 경로를 결정함 |
| 행정 끝단 제어 | 범퍼, 에어 쿠션, 유압 쇼크 업소버, 외부 스톱 | 허용 정지 에너지를 결정함 |
| 환경 | 온도, 세척, 부식, 먼지, 위험 장소 | 재질, 씰, 인클로저, 액세서리 승인을 결정함 |
액추에이터 유형을 비교하기 전에 운동을 정의하십시오. 공압 모터는 연속 회전을 위한 장치이고, 로터리 액추에이터는 제한된 각도만큼 움직인 뒤 정지합니다. 선정 경계는 공압 모터와 로터리 액추에이터 비교를 참고하십시오.
정적 토크와 저항 토크는 어떻게 계산합니까?
Parker는 정적 암 토크를 힘과 암 길이의 곱으로 계산하고 이를 사용 압력에서의 유효 토크와 비교합니다. PRO/PRN 가이드는 안정 부하에 모델별 계수 2, 변동 부하에 계수 5를 사용합니다. 이는 여유율이 보편적인 표가 아니라 제조사의 계산 방법에 속한다는 점을 보여 줍니다(Parker PRO/PRN 선정 가이드, 2026년 7월 15일 확인).
가장 단순한 정적 관계식은 다음과 같습니다.
토크 = 힘 x 수직 레버 암
T = F x r기계 부하에서는 실제로 존재하는 항목으로 저항 토크를 구성합니다.
저항 토크 = 외부 부하 토크 + 중력 토크 + 마찰 토크
중력 토크 = 질량 x 9.81 m/s² x 무게 중심 반경 x sin(각도)요구 토크는 실제 부하를 극복하고 필요한 운동을 만들기 위해 액추에이터가 공급해야 하는 토크입니다. 축 중심선에서 힘의 작용선까지의 수직 거리를 사용하십시오. 0.20 m 지점에 작용하는 100 N의 힘은 20 N·m를 만듭니다. 그런 다음 최악의 축 각도에서 중력, 마찰 및 기타 외부 저항을 더합니다. 수직축을 중심으로 회전하는 균형 잡힌 수평 테이블은 중력 토크가 거의 없을 수 있지만 베어링 마찰과 가속 토크는 여전히 존재합니다. 수직면에서 움직이는 편심 암은 수평 위치에서 중력 토크가 최대가 될 수 있습니다. Parker 방식은 선택한 설계 계수를 적용하기 전에 부하, 마찰, 가속 성분을 각각 표시하므로 지배적인 가정을 더 쉽게 검증할 수 있습니다(Parker 공압 액추에이터 제품 자료, 2026년 7월 15일 확인).
마찰값은 측정값, 베어링 데이터 또는 근거 있는 기구 추정값에서 가져와야 합니다. 운전 마찰이 항상 이탈 마찰의 일정 비율이라고 가정하지 마십시오. 씰 예압, 베어링 유형, 윤활, 온도, 정지 시간, 측하중은 모두 두 값의 관계를 바꿀 수 있습니다.
가장 안전한 계산표는 저항 토크와 가속 토크를 분리해 둡니다. 저항 토크는 하중 전달 경로와 설치 방향에 연관되고, 가속 토크는 질량 분포와 동작 시간에 연관됩니다. 너무 일찍 두 값을 합치면 어떤 설계 변경이 요구량을 줄이는지 파악하기 어렵습니다.
관성과 가속 토크는 어떻게 더합니까?
Parker의 로터리 액추에이터 가이드는 가속 토크를 계산하기 전에 90도, 180도, 270도를 각각 1.5708, 3.1416, 4.7124 라디안으로 변환합니다. 그런 다음 저항 토크와 가속 토크를 더하고 그 합을 선택한 사용 압력에서의 유효 토크와 비교합니다(Parker PRO/PRN 선정 가이드, 2026년 7월 15일 확인).
가속 토크는 다음과 같습니다.
가속 토크 = 관성 모멘트 x 각가속도
Ta = J x alpha관성 모멘트는 각가속도에 대한 부하의 저항이며, 질량 자체보다 질량 분포에 따라 달라집니다. 반경 r에 있는 점질량은 J = m x r²이고, 중심축을 기준으로 한 실린더 원판은 J = 0.5 x m x r²입니다. 치구, 커플링, 암, 작업물을 포함해 회전하는 모든 부품의 관성을 더하십시오. 각가속도는 선택한 동작 프로파일에서 구합니다. 대칭 삼각형 프로파일에서는 이동 시간의 절반 동안 가속하고 나머지 절반 동안 감속하므로 alpha = 4 x theta / t², 최대 각속도는 2 x theta / t입니다. Parker 역시 필요한 토크를 액추에이터 출력과 비교하기 전에 회전 각도, 동작 시간, 부하 관성, 저항 토크를 요구합니다(Parker PRO/PRN 선정 가이드, 2026년 7월 15일 확인).
이 대칭 삼각 속도 프로파일에서는 다음과 같습니다.
alpha = 4 x theta / t²
최대 각속도 = 2 x theta / t다음은 수평 인덱싱 암에 대한 명확한 1차 계산 예입니다.
| 가정 | 값 |
|---|---|
| 점부하 | 8 kg |
| 부하 반경 | 0.25 m |
| 회전 | 90도 = 1.571 rad |
| 전체 동작 시간 | 0.60 s |
| 측정 마찰 토크 | 6.0 N·m |
| 프로젝트 설계 여유율 | 1.50, 담당 엔지니어가 설정 |
점부하 관성은 8 x 0.25² = 0.50 kg·m²입니다. 가정한 프로파일에서 alpha = 4 x 1.571 / 0.60² = 17.45 rad/s²이므로 가속 토크는 0.50 x 17.45 = 8.73 N·m입니다. 여기에 마찰 토크 6.0 N·m를 더하면 동작 요구량은 14.73 N·m입니다. 문서화된 프로젝트 여유율을 적용한 카탈로그 비교값은 22.10 N·m입니다.
이것만으로 모델이 선정된 것은 아닙니다. 액추에이터는 동작 중 확인되는 최저 압력에서 이 이상의 토크를 생성해야 하며, 기구는 아래의 정지 에너지 및 축 하중 검토도 통과해야 합니다.
정지 에너지를 별도로 검토해야 하는 이유는 무엇입니까?
SMC MSQ 데이터에는 모든 모델의 안정적인 회전 시간 범위가 90도당 0.21.0초로 같더라도, 크기와 쇼크 업소버 옵션에 따라 허용 운동 에너지가 0.1611.82 J로 표시됩니다. 따라서 모델은 토크, 시간, 에너지를 각각 별도의 카탈로그 항목으로 검토해야 합니다(SMC MSQ 카탈로그, 2026년 7월 15일 확인).
회전 운동 에너지는 다음과 같습니다.
운동 에너지 = 0.5 x 관성 모멘트 x 각속도²
E = 0.5 x J x omega²운동 에너지는 움직이는 부하가 감속 구간으로 가지고 들어오는 에너지이며, 토크만 계산하는 워크시트에서는 이를 놓칠 수 있습니다. 계산 예에서 최대 각속도는 2 x 1.571 / 0.60 = 5.24 rad/s입니다. J = 0.50 kg·m²일 때 최대 운동 에너지는 약 6.85 J입니다. 이 결과가 모든 기구에서 쿠션이 6.85 J 전부를 흡수한다는 뜻은 아닙니다. 감속 프로파일, 범퍼, 외부 스톱, 쇼크 업소버를 공개된 허용 한계와 비교해야 한다는 뜻입니다. 액추에이터는 암을 가속할 수 있어도 행정 끝에서 랙, 베인, 베어링 또는 스톱이 손상될 수 있습니다. Parker는 설계 토크를 요구 토크와 쿠션 토크 중 큰 값으로 정의하며, 과도한 쿠션 토크는 감속 중 손상을 일으키는 압력을 생성할 수 있다고 경고합니다(Parker 공압 액추에이터 제품 자료, 2026년 7월 15일 확인).
에너지 검토를 통과하지 못하면 동작 시간을 늘리거나, 회전 관성을 줄이거나, 질량을 축에 더 가깝게 이동하거나, 올바르게 선정한 외부 쇼크 업소버와 스톱을 추가하십시오. 단순히 토크가 더 큰 액추에이터를 선택하고 정지 문제가 사라질 것이라고 가정해서는 안 됩니다.
같은 질량을 안쪽으로 옮기면 관성이 반경의 제곱에 따라 변하므로 가속 토크와 운동 에너지를 모두 줄일 수 있습니다. 이러한 기계적 변경이 공급 압력을 높이거나 액추에이터 크기를 키우는 것보다 효과적일 수 있습니다.
요구 토크와 카탈로그 토크는 어떻게 비교합니까?
Festo DFPD-20 복동 모델은 공칭 압력에서 0도와 90도 모두 20.1 N·m를 제시하지만, 이 일정한 끝단 값은 해당 랙 앤 피니언 모델과 조건에만 해당합니다. 다른 기구, 특히 스프링 리턴과 스카치 요크 장치는 행정 전 구간에서 서로 다른 토크 곡선을 가집니다(Festo DFPD-20 기술 데이터, 2026년 7월 15일 확인).
예상 유량 수요로 실제 동작하는 동안 액추에이터 입구에서 압력을 측정하십시오. 정지 상태에서 확인한 레귤레이터 게이지는 방향 제어 밸브, 피팅, 튜브, 유량 제어 밸브, 배기 경로의 손실을 보여 주지 못합니다. CAGI는 잘 설계된 압축 공기 시스템의 압력 강하가 컴프레서 토출구에서 사용 지점까지 10% 이하여야 한다고 설명하지만, 이 시스템 목표가 모든 액추에이터에서 10%의 강하를 가정해도 된다는 뜻은 아닙니다(CAGI 압력 강하 기술 자료, 2026년 7월 15일 확인).
일부 복동 랙 앤 피니언 액추에이터에서는 공개된 사용 범위 안에서 출력 토크가 압력에 거의 비례합니다. 압력비는 1차 검토에 유용할 수 있습니다.
P2에서의 예상 토크 = P1에서의 카탈로그 토크 x P2 / P1동일 모델, 방향, 축 위치에서 제조사가 이 관계를 확인한 경우에만 이 식을 사용하십시오. 최종 선정에는 카탈로그 곡선 또는 선정표를 사용해야 합니다. 스프링 리턴 장치는 공기 행정 시작, 공기 행정 끝, 스프링 행정 시작, 스프링 행정 끝의 토크를 각각 검토해야 합니다.
압력은 속도 문제의 절반에 불과합니다. 밸브와 튜브는 불안정한 운동을 일으키지 않으면서 액추에이터를 충분히 빠르게 충전하고 배기할 수 있어야 합니다. 동작 중 압력이 급락하면 액추에이터 크기를 늘리기 전에 유량 제어 밸브 선정 방법을 확인하고 사용 지점의 압력 변동을 조사하십시오.
1/4 회전 밸브 액추에이터는 밸브 토크 데이터로 선정하십시오
Bray의 볼 밸브 가이드는 유체, 밸브 설계, 작동 간격에 따라 1.02.0의 적용 계수와 00.5의 작동 빈도 가산값을 사용합니다. 이는 밸브 토크 요구량에 적용하는 제조사별 입력값이며, 모든 로터리 액추에이터에 적용하는 보편적 안전 계수가 아닙니다(Bray 볼 밸브 액추에이터 선정 가이드, 2026년 7월 15일 확인).
볼 밸브, 버터플라이 밸브 또는 플러그 밸브의 경우 실제 크기, 시트 재질, 차압, 온도, 유체, 예상 사용 조건에 해당하는 토크 값을 밸브 공급업체에 요청하십시오. 최소한 다음 항목을 비교해야 합니다.
- 열림 이탈 토크
- 운전 토크
- 열림 끝단 토크
- 닫힘 이탈 토크
- 닫힘 운전 토크
- 시팅 또는 닫힘 끝단 토크
그런 다음 90도 전체 행정에서 이러한 요구량을 액추에이터 토크 곡선 위에 겹쳐 비교합니다. 복동 액추에이터는 관련 위치의 공기 토크를 비교합니다. 스프링 리턴 액추에이터는 요구되는 페일 방향에서 공기 행정과 스프링 행정을 모두 비교합니다.
밸브 제조사가 해당 방법을 명시적으로 제공하지 않는 한, 라인 압력, 밸브 직경, 일반적인 마찰 계수로 밸브 토크를 추정하지 마십시오. 시트 설계, 씰 재질, 차압, 유체 침전물, 온도, 정지 시간은 이탈 토크를 크게 바꿀 수 있습니다.
기계 인터페이스는 두 번째 한계 검토가 필요합니다. Festo는 액추에이터 작동 토크가 선택한 구성의 ISO 5211 장착 플랜지와 커플링 허용 토크를 초과해서는 안 된다고 설명합니다(Festo DFPD-20 기술 데이터, 2026년 7월 15일 확인). 밸브의 최대 허용 스템 토크도 확인하십시오. 스템, 키, 브래킷 또는 커플링이 취약 부품이 된다면 더 큰 액추에이터 토크가 자동으로 더 안전한 것은 아닙니다.
기계 부하 선정에서는 액추에이터가 관성을 가속하고 정지시킬 수 있는지 묻습니다. 밸브 선정에서는 액추에이터 토크 곡선이 여러 밸브 토크 지점을 웃돌면서 스템과 장착 한계를 넘지 않는지 묻습니다. 두 절차를 하나의 계산으로 취급하면 어느 경우든 지배적인 제약 조건이 가려집니다.
기계, 공압 및 안전 검토를 완료하십시오
CAGI의 10% 시스템 압력 강하 지침은 컴프레서에서 사용 지점까지의 경로를 다루며, SMC의 저속 로터리 선정 절차는 토크, 회전 시간, 운동 에너지, 허용 하중, 공기량을 각각 검토합니다. 따라서 신뢰할 수 있는 최종 검토에서는 액추에이터 보어만이 아니라 전체 운동 시스템을 살펴야 합니다(CAGI 압력 강하 기술 자료, SMC CRQ2X/MSQX 선정 가이드, 2026년 7월 15일 확인).
부품 번호를 확정하기 전에 다음 항목을 확인하십시오.
- 행정 전 구간의 토크: 지배적인 부하 지점을 최저 동작 압력에서의 액추에이터 유효 토크와 비교합니다.
- 운동 에너지: 범퍼, 쿠션, 쇼크 업소버 또는 외부 스톱이 부하를 감속할 수 있는지 확인합니다.
- 축 하중: 레이디얼 하중, 스러스트 하중, 굽힘 모멘트, 허용 하중 방향을 확인합니다. 액추에이터 축이 기계 부하를 지지하지 않아야 한다면 외부 베어링을 추가합니다.
- 회전 시간: 모델의 안정적인 조절 범위 안에서 사용합니다. 표준 액추에이터를 공개된 안정 속도보다 훨씬 느리게 만들기 위해 유량 제어 밸브를 사용하지 마십시오.
- 밸브 및 튜브 유량: 공급과 배기 경로를 모두 선정합니다. 미터 아웃 제어는 대체로 더 안정적인 공압 운동을 제공하지만, 허용 회로는 액추에이터와 부하에 따라 달라집니다.
- 기계 스톱: 카탈로그에서 허용하지 않는 한 조절 나사를 구조용 스톱으로 사용하지 마십시오. 외부 스톱은 하중 경로가 취약한 내부 부품을 우회하도록 배치합니다.
- 커플링 및 정렬: 축 끼워맞춤, 키 물림, 백래시, 브래킷 강성, 각도 정렬을 확인합니다.
- 센서 및 반복 정밀도: 끝단 위치 스위치는 위치를 확인할 뿐이며, 백래시, 스톱 변형, 압력 변화, 치구 이동을 보정하지 않습니다.
- 듀티 및 환경: 온도, 씰 재질, 윤활 정책, 부식 방지, 침투 보호, 세척, 사이클 수명을 확인합니다.
- 안전한 격리: 기계 위험성 평가에서 잔류 에너지 방출, 가드, 재시동 방지, 유지보수 격리 절차를 정의합니다.
ISO 4414:2010은 설계, 설치, 조정, 유지보수, 신뢰성 있는 작동, 에너지 효율을 포함해 공압 시스템과 구성품의 일반 안전 요구사항을 다룹니다. 이 표준은 기계별 위험성 평가를 대신하지 않으며 보편적인 로터리 액추에이터 설계 계수를 제공하지도 않습니다(ISO 4414:2010, 2026년 7월 15일 확인).
위험 장소에서는 전체 어셈블리를 평가하십시오. 솔레노이드 밸브, 위치 스위치, 포지셔너에는 전기 규정이 적용될 수 있고, 기계식 액추에이터에는 별도의 점화 위험 및 재질 검토가 필요할 수 있습니다. OSHA 1910.307은 위험 등급 장소의 전기 장비와 배선을 구체적으로 다루므로 공압 액추에이터 전체에 대한 포괄적인 인증 근거로 사용해서는 안 됩니다(OSHA 1910.307, 2026년 7월 15일 확인).
공압 로터리 액추에이터 용량 선정 FAQ
아래 다섯 가지 질문은 선정 크기를 바꿀 가능성이 가장 큰 판단 항목을 다룹니다. 하나의 명판 수치에만 의존하지 않고 90도, 180도, 270도 동작과 여러 토크 위치, 별도의 에너지 한계를 구분하는 제조사 방식에 기반합니다(Parker PRO/PRN 선정 가이드, 2026년 7월 15일 확인).
공압 로터리 액추에이터를 선정할 때 어떤 토크를 사용해야 합니까?
정의된 운동에 대해 저항, 중력, 마찰, 가속 토크를 더한 뒤 확인된 가장 큰 요구량을 사용하십시오. 해당 프로젝트나 제조사 방식에 문서화된 설계 여유율만 적용합니다. 그런 다음 정적인 레귤레이터 설정값이 아니라 동작 중 측정한 최저 입구 압력에서의 액추에이터 유효 토크와 비교합니다.
카탈로그 토크를 공기 압력에 따라 직접 환산할 수 있습니까?
압력 환산은 동일한 액추에이터, 방향, 축 위치에서 제조사가 거의 선형인 특성을 확인한 경우에만 유효한 추정 방법입니다. 최종 선정에는 실제 모델 곡선을 사용하십시오. 스프링 리턴 액추에이터는 공기 행정 시작과 끝, 스프링 행정 시작과 끝을 각각 비교해야 하므로 하나의 압력비 계산만으로 충분하지 않습니다.
크기가 큰 로터리 액추에이터가 항상 더 안전합니까?
아닙니다. 추가 토크 여유는 과도한 운동 에너지, 약한 커플링, 높은 축 하중, 불안정한 저속 운동, 밸브 스템 토크 한계를 해결하지 못합니다. 더 큰 액추에이터는 충전하고 배기해야 할 챔버 체적도 큽니다. 문서화된 토크, 에너지, 압력, 하중, 수명 검토를 모두 통과하는 가장 작은 모델을 선택하십시오.
볼 밸브용 로터리 액추에이터는 어떻게 선정해야 합니까?
실제 차압, 유체, 온도, 시트, 사용 조건에서 양방향 이탈, 운전, 끝단 토크를 밸브 제조사로부터 확보하십시오. 밸브 공급업체가 문서화한 계수를 적용하고 각 요구량을 액추에이터 토크 곡선과 비교한 뒤 밸브 스템, 커플링, 브래킷, 플랜지 한계를 확인합니다.
용량 계산은 언제 다시 검토해야 합니까?
부하, 동작 시간, 압력, 밸브, 튜브, 설치 방향, 사이클 속도, 온도, 커플링, 정지 방식이 바뀔 때마다 검토하십시오. 고장이나 설명되지 않는 감속이 발생한 뒤에도 다시 확인해야 합니다. 고정된 3년 또는 5년 재계산 주기는 조건 변화, 유지보수 결과, 기계의 공식 위험 검토 일정을 대신할 수 없습니다.
올바른 선정은 알려진 부하, 명시된 운동 프로파일, 측정 압력, 카탈로그 토크, 검증된 정지 에너지, 허용 축 하중, 호환 가능한 인터페이스로 이어지는 근거의 사슬입니다. 추정한 항목이 있다면 가정을 표시하고 시운전 중 검증하십시오. 그래야 최종 부품 번호를 합리적으로 설명할 수 있고, 성능이 변할 때 유지보수 담당자가 활용할 기준선도 남습니다.
카탈로그에 필요한 토크 곡선, 허용 운동 에너지, 축 하중 한계 또는 안정적인 회전 시간 범위가 없다면 구성품을 승인하기 전에 계산표와 적용 도면을 기술 문의 페이지로 보내십시오.