로터리 액추에이터의 토크 요구사항은 샤프트 하중, 중력, 마찰, 관성, 선택한 운동 프로파일에서 나옵니다. Parker는 요구 토크를 하중 토크, 마찰 토크, 가속 토크로 정의합니다. PRO/PRN 가이드는 동적 계산 전에 90도를 1.5708 라디안으로 변환합니다(Parker 0900P-4, accessed July 17, 2026; Parker PRO/PRN, accessed July 17, 2026).
계산은 하나의 지름길이 아니라 토크 장부입니다. 각 항목을 보이게 유지하고, 문서화된 여유만 적용하며, 운동 중 실제로 존재하는 최저 압력에서의 유효 액추에이터 토크와 비교하십시오. 별도의 공압 로터리 액추에이터 선정 가이드는 샤프트 하중, 정지 에너지, 유량, 장착, 최종 모델 선택을 다룹니다.
핵심 요점
- 하중, 중력, 마찰, 가속 토크를 별도 행으로 더하십시오.
- Bray의 일반적인 볼 밸브 곡선은 운전 토크가 기동 토크의 약 75%임을 보여주지만, 선정은 공급업체 데이터가 지배합니다.
- 운동 중 압력에서의 유효 카탈로그 토크와 비교하십시오.
- 정지 에너지는 토크와 별도로 확인하십시오.
로터리 액추에이터 토크 워크시트에는 무엇이 들어가야 하나요?
Parker는 요구 토크를 세 가지 구성요소인 하중 토크, 마찰 토크, 가속 토크로 나눕니다. 같은 핸드북은 쿠션 토크를 별도의 감속 요구사항으로 다루므로, 유용한 워크시트에는 하나의 합산 추정값이 아니라 최소 네 개의 계산 행이 필요합니다(Parker 0900P-4, accessed July 17, 2026).
액추에이터 카탈로그가 아니라 하중 조건부터 시작하십시오. 각 작동 방향과 하중이 바뀌는 모든 샤프트 각도에 대해 다음 값을 기록합니다.
| 워크시트 입력 | 기호 | 단위 | 출처 |
|---|---|---|---|
| 외력과 수직 레버 암 | F, r |
N, m | 도면 또는 측정 |
| 회전 질량과 형상 | m, dimensions |
kg, m | CAD 또는 계량 |
| 회전 각도 | theta |
rad | 기계 시퀀스 |
| 가속 시간 또는 운동 프로파일 | t_a |
s | 제어 사양 |
| 중력 방향 | phi |
degrees | 설치 도면 |
| 기동 및 운전 마찰 | T_break, T_run |
N·m | 측정 또는 공급업체 데이터 |
| 운동 중 최저 입구 압력 | P_min |
bar or MPa | 액추에이터 압력 추적 |
| 필요한 방향과 고장 위치 | n/a | n/a | 위험 및 공정 검토 |
요구 토크는 명시된 하중을 이기고 필요한 가속을 만들기 위해 샤프트에 필요한 토크입니다. 독립적인 원인마다 하나의 행을 사용하십시오. 예를 들어 스프링, 벨트 장력, 씰 드래그, 오프셋 공구, 공정 힘, 케이블 번들은 요구를 바꿀 수 있습니다. 부호도 중요합니다. 중력은 한 방향에서는 저항하고 복귀 행정에서는 도울 수 있습니다.
워크시트는 크기와 방향을 모두 보여주어야 합니다. 하나의 양수 합계는 하중이 스트로크 중 반전되는지 숨기며, 바로 그때 지배 토크가 이동 시작점에서 중간 각도로 옮겨갈 수 있습니다.
하중 토크와 중력 토크는 어떻게 계산하나요?
NASA는 토크를 힘에 피벗으로부터의 수직 거리를 곱한 값으로 정의하며, Parker도 로터리 액추에이터 선정에서 같은 T = F x l 관계를 적용합니다. 따라서 0.20 m 수직 암을 통해 작용하는 100 N 힘은 20 N·m를 만듭니다(NASA Glenn, accessed July 17, 2026; Parker PRO/PRN, accessed July 17, 2026).
외력의 경우:
하중 토크 = 힘 x 수직 거리
T_load = F x r_perpendicular수직 거리는 샤프트 중심선에서 힘 작용선까지의 가장 짧은 거리입니다. 힘이 수직이 아닐 때 물리적 암 길이를 각도 보정 없이 사용하면 토크를 과대평가합니다.
수직 평면에서 회전하는 오프셋 질량의 경우:
중력 토크 = 질량 x 9.81 m/s^2 x 무게중심 반경 x 사인(phi)
T_gravity = m x g x r_cg x 사인(phi)무게중심이 샤프트 바로 위나 아래에 있으면 중력 토크는 0입니다. 무게중심 암이 수평일 때 크기가 가장 큽니다. 수직 축을 중심으로 회전하는 균형 잡힌 테이블에서는 중력이 로터리 토크를 더하지 않을 수 있지만, 베어링과 씰 마찰은 남습니다.
CAD가 실제 샤프트 축에 대한 토크를 계산할 수 있다면 그것을 사용하십시오. 그렇지 않다면 복잡한 조립체를 질량별로 나누고 각 기여를 계산한 뒤 부호가 있는 값으로 더하십시오. 하중 경로에서 중력만 작용하는 경우가 아니라면 측정된 공정 힘을 공작물 질량으로 대체하지 마십시오.
관성과 가속 토크는 어떻게 더하나요?
SMC의 저속 로터리 선정 가이드는 관성 하중을 관성모멘트, 회전 각도, 시간으로 계산하고, 여러 하중 구성요소의 관성을 더하라고 지시합니다. CRQ2X/MSQX 선정에서는 90도당 2초보다 느린 운동도 관성 확인에는 2초 값을 사용해 평가합니다(SMC CRQ2X/MSQX guide, accessed July 17, 2026).
가속 토크는 강체 관계식을 따릅니다.
가속 토크 = 관성모멘트 x 각가속도
T_acc = J x alpha관성모멘트는 질량이 얼마나 큰지만이 아니라 어디에 놓였는지에 따라 달라집니다.
| 명시된 축에 대한 하중 형상 | 관성모멘트 |
|---|---|
반경 r 위치의 점 질량 |
J = m x r^2 |
| 중심축에 대한 원판 | J = 0.5 x m x r^2 |
| 중심축에 대한 얇은 링 | J = m x r^2 |
| 한쪽 끝을 축으로 하는 가는 로드 | J = m x L^2 / 3 |
| 중심축에 대한 직사각 판 | J = m x (a^2 + b^2) / 12 |
실제 운동 프로파일을 사용해 alpha를 구하십시오. 컨트롤러나 메커니즘이 가속 시간을 제공한다면 alpha = delta omega / t_a를 사용합니다. 정지에서 시작해 정지로 끝나는 대칭 삼각 속도 프로파일이고 전체 이동 시간 t, 각도 theta가 주어졌다면:
alpha = 4 x theta / t^2
omega_max = 2 x theta / t일정 속도 구간이 있는 이동에는 이 삼각 프로파일 식을 적용하지 마십시오. 사다리꼴, S-커브, 기계적으로 쿠션 처리된 이동은 다른 가속 이력을 갖습니다. 제어 사양은 워크시트가 어떤 프로파일을 나타내는지 명시해야 합니다.
질량을 샤프트 가까이 옮기면 J가 반경의 제곱에 따라 줄어듭니다. 2 kg 부품을 200 mm에서 100 mm로 옮기면 점 질량 관성이 0.080에서 0.020 kg·m²로 줄어들며, 작은 압력 증가보다 더 많은 토크를 절약하는 경우가 많습니다.
왜 기동 토크와 운전 토크를 따로 계산해야 하나요?
Bray의 2025년 볼 밸브 가이드는 일반적인 플로팅 볼 밸브 곡선에서 운전 토크가 기동 토크의 약 75%, 종단 토크가 약 90%임을 보여줍니다. 이 비율은 해당 가이드의 일반적인 밸브 곡선을 설명할 뿐, 모든 밸브, 베어링, 씰, 로터리 테이블에 적용되는 보편적인 마찰 법칙이 아닙니다(Bray Technical Bulletin 1005, 2025).
기동 토크는 정지 후 처음 움직임이 시작될 때의 피크 저항이고, 운전 토크는 움직임이 시작된 뒤의 저항입니다. Bray의 일반적인 플로팅 볼 곡선은 기동 토크 100%, 운전 토크 약 75%, 종단 토크 약 90%의 세 지점을 사용합니다. 이 값은 밸브를 하나의 마찰계수로 표현할 수 없는 이유를 설명하지만, 공급업체 데이터를 대체하지는 않습니다. 시트 설계, 차압, 매체, 온도, 정지 시간, 침전물은 곡선의 모든 지점을 바꿀 수 있습니다. 기계 조인트도 정지 후 씰 드래그나 베어링 저항이 변할 때 같은 분리가 필요합니다. 한 값에서 다른 값을 추정하지 말고 양방향에서 시작값과 운전값을 측정하십시오. 이렇게 해야 긴 정지 후와 전체 스트로크 중 최대 토크 지점이 보입니다(Bray Technical Bulletin 1005, 2025).
기계 하중은 가능하면 두 값을 모두 측정하십시오. 가장 긴 예상 정지 시간 후 시험을 반복하는 것도 고려하십시오.
- 액추에이터를 분리하거나 안전하게 격리합니다.
- 샤프트 또는 구동 커플링에 토크를 천천히 가합니다.
- 첫 움직임에서의 피크를 기동 토크로 기록합니다.
- 양방향으로 스트로크 전체 토크를 기록합니다.
- 가장 긴 예상 정지 시간 후와 온도 한계에서 반복합니다.
볼, 버터플라이, 플러그 밸브의 경우 실제 밸브 크기, 시트, 차압, 매체, 온도, 서비스 조건에서의 공급업체 토크 데이터를 요청하십시오. 최소한 개방 기동, 개방 운전, 개방 종단, 닫힘 기동, 닫힘 운전, 시팅 토크를 액추에이터 곡선과 비교하십시오.
재료 쌍 식 T = mu x N x r은 법선 하중과 유효 반경이 알려진 정의된 미끄럼 계면에는 도움이 될 수 있습니다. 그러나 밸브 토크 데이터나 측정된 씰 드래그를 대체하지 않습니다. 핸드북 마찰계수는 표면 상태, 윤활, 압력, 온도, 마모, 정지 시간에 따라 달라질 수 있습니다.
어떤 설계 계수를 적용해야 하나요?
Parker의 PRO/PRN 가이드는 하중 변동이 없는 저항에는 2, 하중이 변동할 때는 5의 여유 계수를 사용합니다. 이 숫자는 해당 제품군 방법에 속합니다. Parker의 더 넓은 핸드북은 설계 계수가 적용과 설계자가 가진 지식에 따라 달라진다고 말합니다(Parker PRO/PRN, accessed July 17, 2026; Parker 0900P-4, accessed July 17, 2026).
제품 방법을 확인하지 않고 온도, 오염, 노화, 충격, 수명에 대한 서로 다른 계수를 곱하지 마십시오. 2.0 x 1.5 x 1.4 x 1.25를 쌓으면 5.25 배수가 되지만, 액추에이터가 부드럽게 움직이고 안전하게 멈추며 샤프트 하중을 견딘다는 증거가 되지는 않습니다.
대신 이 순서를 사용하십시오.
- 추적 가능한 입력값으로 명목 토크 구성요소를 계산합니다.
- 불확실한 마찰이나 공정 하중은 가능한 한 측정된 최악값으로 대체합니다.
- 액추에이터 또는 밸브 제조사가 지정한 계수를 적용합니다.
- 책임 엔지니어가 어떤 불확실성을 덮는지 명시할 수 있을 때만 프로젝트 계수를 더합니다.
- 반올림하지 않은 결과와 선택한 카탈로그 토크 여유를 기록합니다.
계수는 그것이 보호하는 구성요소 옆에 두십시오. 변동 공정 힘은 잘 측정된 관성 하중과 다른 여유가 필요할 수 있습니다. 비상 이동, 인명 위험, 페일세이프 밸브 동작도 일반 블로그 표가 아니라 기계 또는 공정 안전 방법이 필요합니다.
90도 토크 계산 예제
Parker는 90도를 1.5708 라디안으로 제시하고, SMC는 각도와 이동 시간을 명시적 관성 입력으로 다룹니다. 아래 예제는 대칭 삼각 속도 프로파일을 사용해 6 kg 점 하중을 0.20 m 반경에서 90도, 0.80초 동안 회전시킵니다(Parker PRO/PRN, accessed July 17, 2026).
가정:
| 입력 | 값 |
|---|---|
| 점 하중 | 6.0 kg |
| 샤프트에서의 반경 | 0.20 m |
| 회전 | 90 degrees = 1.5708 rad |
| 전체 이동 시간 | 0.80 s |
| 측정된 운전 마찰 | 1.50 N·m |
| 중력 토크 | 0 N·m, 수평 테이블 |
| 외부 공정 토크 | 0 N·m |
| 문서화된 프로젝트 계수 | 1.50 |
먼저 점 질량 관성을 계산합니다.
J = m x r^2
J = 6.0 x 0.20^2
J = 0.240 kg·m^2그다음 가속도와 가속 토크를 계산합니다.
α = 4 x theta / t^2
α = 4 x 1.5708 / 0.80^2
α = 9.82 rad/s^2
T_acc = J x alpha
T_acc = 0.240 x 9.82
T_acc = 2.36 N·m샤프트 수준 구성요소를 더하고 문서화된 계수를 적용합니다.
T_nominal = T_acc + T_friction + T_gravity + T_external
T_nominal = 2.36 + 1.50 + 0 + 0
T_nominal = 3.86 N·m
T_required = 3.86 x 1.50
T_required = 5.79 N·m 유효 출력 토크결과는 부품 번호가 아니라 카탈로그 비교 요구사항입니다. 5.79 N·m를 최저 운동 압력, 올바른 방향, 관련 샤프트 각도에서 액추에이터의 유효 출력 곡선과 비교하십시오. 그런 다음 더 넓은 로터리 액추에이터 선정 흐름에서 운동 에너지, 샤프트 하중, 회전 시간 범위, 정지 방법을 확인하십시오.
계산이 이상적인 피스톤 힘이나 이상적인 베인 면적에서 시작한다면 메커니즘 효율을 포함해야 할 수 있습니다. 카탈로그가 이미 유효 출력 토크를 게시한다면 같은 효율 손실 때문에 카탈로그 값을 낮추고 필요한 토크를 높이지 마십시오. 이는 손실을 두 번 계산하는 것입니다.
카탈로그 비교는 실제 토크 곡선을 사용해야 합니다
Festo DFPD-20 스프링 리턴 구성은 공칭 압력에서 0도 13.5 N·m, 90도 7.0 N·m를 제시합니다. 두 끝점 값은 거의 2:1로 다르며, 이는 하나의 명판 토크가 모든 방향과 샤프트 위치를 대표할 수 없음을 보여줍니다(Festo DFPD-20-RP-90-RS55-F03, accessed July 17, 2026).
유효 액추에이터 토크는 특정 압력, 방향, 위치에 대해 제조사가 명시한 사용 가능한 샤프트 출력입니다. 정확한 모델과 작동 모드에 대한 곡선 또는 표를 사용하십시오.
- 복동 랙 앤 피니언 액추에이터는 거의 일정한 토크를 가질 수 있지만, 게시된 곡선을 확인하십시오.
- 스프링 리턴 액추에이터는 공기 시작, 공기 끝, 스프링 시작, 스프링 끝을 별도로 비교해야 합니다.
- 스카치 요크 설계는 의도적으로 비선형 토크 프로파일을 가질 수 있습니다.
- 베인 및 로터리 테이블 모델은 제품별 유효 토크와 압력 한계를 갖습니다.
무부하 대기 중 레귤레이터 압력은 비교 압력이 아닙니다. 방향 제어 밸브, 튜빙, 피팅, 유량 제어, 배기 경로가 유량을 운반하는 동안 액추에이터 입구에서 측정하십시오. 측정 압력이 떨어진다면 더 큰 액추에이터를 선택하기 전에 사용 지점 압력 변동과 공압 유량 제어 밸브 선정을 검토하십시오.
공정 밸브의 경우 필요한 밸브 토크 지점을 액추에이터 출력 곡선 위에 겹쳐 보십시오. Festo는 또한 액추에이터 작동 토크가 허용 ISO 5211 플랜지 및 커플링 토크를 초과해서는 안 된다고 경고합니다. 더 큰 액추에이터는 밸브를 움직일 수 있지만 스템, 키, 브래킷, 커플링을 과부하할 수 있습니다.
두 가지 여유를 기록하십시오. available torque / required torque와 interface limit / available torque입니다. 첫 번째는 액추에이터 과소 선정를 잡고, 두 번째는 반대로 액추에이터가 구동하는 하드웨어를 손상시킬 만큼 강한 문제를 잡습니다.
올바른 결과를 무효화하는 다섯 가지 오류
SMC는 저속 가이드에서 CRQ2X 크기 전반의 허용 운동 에너지를 0.00025~0.081 J로 제시합니다. 같은 제품군 안에서도 324:1 범위가 존재하므로, 올바른 토크 합계가 모델의 별도 에너지, 타이밍, 하중 확인을 대체할 수 없습니다(SMC CRQ2X/MSQX guide, accessed July 17, 2026).
- 수직 거리가 아니라 전체 암 길이를 사용함. 토크는 힘의 작용선에 달려 있습니다. 최악 조건이 될 수 있는 모든 샤프트 각도에서 다시 계산하십시오.
- 질량을 관성처럼 취급함. 두 개의 6 kg 지그라도 질량이 서로 다른 반경에 놓이면 필요한 가속 토크가 크게 달라질 수 있습니다.
- 기동과 운동에 하나의 마찰값을 사용함. 특히 정지 시간이나 온도 변화 후에는 기동값과 운전값을 별도로 기록하십시오.
- 제품 방법 없이 안전계수 표를 복사함. 큰 배수는 나쁜 입력 데이터를 숨길 수 있고, 그래도 운동 에너지, 샤프트 하중, 밸브 스템 한계를 놓칠 수 있습니다.
- 정적 공급 압력의 토크와 비교함. 액추에이터가 움직이는 동안 측정된 압력에서의 유효 모델 토크를 사용하십시오.
최종 워크시트는 모든 가정, 단위, 부호 규칙, 데이터 출처, 리비전을 명시해야 합니다. 하중이나 마찰 항목이 추정값이라면 시운전 검증 대상으로 표시하십시오. 이렇게 하면 계산이 일회성 선정 노트가 아니라 유지보수 기준선이 됩니다.
엔지니어가 로터리 액추에이터 토크에 대해 묻는 질문
Bray의 일반적인 플로팅 볼 곡선에는 기동 100%, 운전 약 75%, 종단 약 90%라는 세 가지 구별된 토크 수준이 있습니다. 아래 질문은 이러한 밸브별 지점을 기계 하중 관성, 카탈로그 출력, 정지 에너지 확인과 분리해 다룹니다(Bray Technical Bulletin 1005, 2025).
로터리 액추에이터 토크의 기본 공식은 무엇인가요?
정적 외력에는 T = F x r_perpendicular를 사용합니다. 움직이는 하중에는 문서화된 프로젝트 또는 제조사 계수를 적용하기 전에 중력, 마찰, J x alpha 가속 토크를 더합니다. Parker는 요구 토크를 하나의 보편적 지름길이 아니라 하중, 마찰, 가속 항목으로 정의합니다.
기동 토크는 항상 운전 토크의 두 배인가요?
아닙니다. Bray의 일반적인 플로팅 볼 예시는 운전 토크를 기동 토크의 약 75%로 두지만, 그 비율은 해당 밸브 곡선에 속합니다. 씰 설계, 시트 재질, 압력, 매체, 정지 시간, 온도, 윤활, 마모가 값을 바꿀 수 있습니다. 측정한 기계 값이나 밸브 공급업체 토크 데이터를 사용하십시오.
액추에이터 토크를 압력에 따라 직접 스케일링할 수 있나요?
제조사가 해당 모델, 방향, 위치에서 관계를 확인한 경우에만 1차 검토용 추정으로 사용할 수 있습니다. 최종 선정은 운동 중 압력에서의 유효 토크 곡선을 사용합니다. 스프링 리턴 유닛은 공기 시작, 공기 끝, 스프링 시작, 스프링 끝 토크가 크게 다를 수 있으므로 네 끝점을 확인해야 합니다.
로터리 액추에이터 토크에는 어떤 안전계수를 사용해야 하나요?
액추에이터, 밸브, 기계 표준 또는 책임 엔지니어가 지정한 계수를 사용하십시오. Parker PRO/PRN 방법은 두 가지 정의된 저항 하중 조건에 대해 2와 5를 사용하지만, 그 수치는 보편적이지 않습니다. 선택한 계수가 어떤 불확실성을 덮는지 문서화하고 중복 여유를 곱하지 마십시오.
최고 토크 액추에이터가 자동으로 가장 안전한 선택인가요?
아닙니다. Parker는 요구 토크와 쿠션 토크 중 더 큰 값을 요구하고, SMC는 별도의 운동 에너지와 샤프트 하중 확인을 요구합니다. 더 큰 출력 토크는 밸브 스템이나 ISO 5211 커플링을 과부하할 수 있습니다. 필요한 토크 곡선을 만족하면서 기계 인터페이스 한계를 넘지 않는 모델을 선택하십시오.
토크 계산은 반올림된 숫자가 아니라 곡선 비교로 끝납니다. 토크 장부를 기계 도면, 압력 추적, 운동 프로파일, 밸브 데이터, 카탈로그 리비전과 함께 보관하십시오. 메커니즘 선정은 랙 앤 피니언과 베인 로터리 액추에이터 비교를 참고하십시오. 적용 검토가 필요하면 완성한 워크시트를 기술 문의 페이지로 보내십시오.
자료 출처
NASA Glenn, 두 Parker 가이드, 하나의 SMC 모델 선정 카탈로그, Bray의 2025 밸브 기술 공지, Festo 제품 페이지 등 여섯 가지 1차 기술 자료가 계산 방법을 뒷받침합니다. 위의 각 주장은 해당 자료의 제품 또는 적용 경계 안에 머뭅니다. 편집 소유권과 엔지니어링 맥락은 About page에 설명되어 있습니다.
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NASA Glenn, Torque. 힘, 수직 거리, 토크 관계. Retrieved July 17, 2026.
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Parker Pneumatic Actuator Products, Catalog 0900P-4. 요구, 하중, 마찰, 가속, 쿠션 토크, 운동 에너지 정의. Retrieved July 17, 2026.
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Parker PRO/PRN Pneumatic Rotary Actuators. 제품군 토크 및 운동 계산 방법. Retrieved July 17, 2026.
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SMC CRQ2X/MSQX Low-Speed Rotary Actuator Guide. 하중 유형, 관성, 유효 토크, 운동 에너지, 안정 회전 시간 한계. Retrieved July 17, 2026.
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Bray Technical Bulletin 1005, Actuator Selection Guide for Ball Valves. 기동, 운전, 종단 밸브 토크 곡선. Published 2025; retrieved July 17, 2026.
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Festo DFPD-20-RP-90-RS55-F03. 방향 및 각도 의존 스프링 리턴 토크 데이터와 ISO 5211 인터페이스 참고. Retrieved July 17, 2026.