볼스크루는 나사축과 너트 사이를 순환하는 볼로 회전을 직선 운동으로 바꾸고, 롤러스크루는 나사산이 있는 여러 롤러가 하중을 나눕니다. 볼스크루는 높은 효율과 폭넓은 공급망, 검증된 정밀도가 강점이고, 롤러스크루는 같은 외경에서 더 많은 접촉점과 큰 하중·강성·수명 잠재력이 있지만 구조와 가공, 윤활과 비용 부담이 큽니다. 로봇에서는 최대 힘보다 힘-속도 작업점, 스트로크, 반복 충격, 역구동, 질량과 수명으로 선택해야 합니다.
두 장치는 회전을 직선 운동으로 바꾼다
모터가 나사축 또는 너트를 돌리면 리드만큼 직선 이동이 생깁니다. 리드가 작으면 같은 모터 토크에서 큰 축력을 얻지만 같은 이동 속도에 더 높은 회전수가 필요합니다.
회전형·선형 액추에이터를 연결할 때 모터, 나사, 베어링, 가이드와 링크 기구를 하나의 힘 전달계로 봐야 합니다.
볼스크루는 볼이 궤도를 순환한다
볼은 나사축과 너트 홈 사이에서 구름 접촉하고, 리턴 튜브나 내부 통로를 통해 다시 하중 구간으로 돌아옵니다. 미끄럼 나사보다 마찰이 작아 높은 효율과 정밀 위치 제어가 가능합니다.
THK 볼스크루 선정 절차는 축 하중·회전 속도·수명·강성·정밀·토크와 모터를 순서대로 검토합니다. 리드와 지름만 고르는 문제가 아닙니다.
롤러스크루는 여러 나사 롤러로 접촉을 늘린다
행성 롤러스크루에서는 나사축 주위의 여러 롤러가 너트와 동시에 맞물립니다. 접촉점이 많고 하중을 넓게 나눠 같은 크기에서 큰 축력과 강성을 얻기 쉽습니다.
Bosch Rexroth의 screw assemblies 자료는 ball screw와 planetary screw assembly를 별도 제품군으로 제공합니다. 정격은 같은 외형이라도 리드와 구조별로 확인해야 합니다.
접촉점 수가 하중과 수명 차이를 만든다
볼스크루는 볼과 홈의 점 또는 타원 접촉으로 하중을 전달하고, 롤러스크루는 여러 롤러의 선에 가까운 접촉을 이용합니다. 같은 외경에서 롤러스크루가 더 큰 하중 용량을 확보할 여지가 있습니다.
다만 실제 수명은 재질·열처리·가공·정렬·윤활과 충격에 달려 있습니다. 카탈로그 동정격을 작업 하중 이력에 적용해 계산하고 안전계수를 더합니다.
리드는 힘·속도·분해능을 동시에 바꾼다
작은 리드는 모터 토크를 큰 축력으로 바꾸고 선형 분해능을 높이지만 고속 이동에 높은 회전수가 필요합니다. 큰 리드는 빠르게 움직이지만 같은 힘에 더 큰 모터 토크가 필요합니다.
감속기를 추가하면 모터 운전점은 바뀌지만 부품 수와 백래시, 관성도 늘어납니다. 관절 링크 비까지 포함해 손끝 힘과 속도를 역산합니다.
예압은 축방향 유격을 줄이지만 열과 수명을 바꾼다
너트에 예압을 주면 반전 유격과 하중 변위를 줄여 정밀도를 높입니다. 내부에 항상 하중이 걸리므로 구동 토크와 열, 피로 수명 부담이 생깁니다.
THK의 볼스크루 예압 자료는 과도한 예압이 수명과 발열에 불리하다고 명시합니다. 로봇의 힘 제어에서는 무조건 큰 예압이 정답이 아닙니다.
| 항목 | 볼스크루 | 롤러스크루 | 로봇 선정 질문 |
|---|---|---|---|
| 하중 용량 | 중간~높음 | 크기 대비 매우 높게 설계 가능 | 피크·평균·충격 하중은? |
| 효율 | 일반적으로 높음 | 제품·예압에 따라 높음 | 힘-속도 맵은? |
| 구조·비용 | 공급망 넓고 비교적 단순 | 정밀 부품 많고 비용 높음 | 수량·정비 예산은? |
| 리드 선택 | 범위 넓음 | 고하중·미세 리드 가능 | 속도와 회전수는? |
| 유격·강성 | 예압으로 관리 | 높은 접촉 강성 잠재력 | 역구동·촉감 목표는? |
좌굴과 임계 회전수는 긴 스트로크의 한계다
긴 나사축을 압축하면 기둥처럼 좌굴할 수 있고, 고속 회전하면 휨 고유진동에 가까워질 수 있습니다. 지름·지지 조건·스트로크와 회전 속도를 함께 검토합니다.
THK의 허용 축하중 기준처럼 압축 좌굴과 설치 오차를 확인합니다. 너트를 회전시키고 축을 고정하는 구조는 임계 속도와 배선 설계를 바꿀 수 있습니다.
가이드는 나사에 측하중이 들어오지 않게 한다
볼스크루와 롤러스크루는 축방향 하중을 전달하도록 설계합니다. 링크의 굽힘과 모멘트를 나사 너트가 직접 받으면 마찰·편마모와 수명이 악화됩니다.
별도 선형 가이드나 링크 베어링으로 측하중을 닫고, 조립 평행도와 축 정렬을 관리합니다. 나사만 강하게 만드는 것으로 잘못된 하중 경로를 해결할 수 없습니다.
역구동과 자체 잠김은 안전 설계와 연결된다
구름 나사는 효율이 높아 외력이 출력축을 밀면 모터를 역으로 돌릴 수 있습니다. 힘 제어에는 유리하지만 전원 차단 때 하중이 떨어질 수 있습니다.
로봇 관절 브레이크와 안전 정지처럼 수직축에는 유지 브레이크, 카운터밸런스 또는 기계 스토퍼를 별도로 검토합니다.
로봇에서는 힘·속도·열·수명을 한 주기로 시험한다
최대 축력 정지 시험만으로는 반복 동작의 효율과 열을 알 수 없습니다. 실제 스트로크와 가감속, 유지 시간, 반전과 충격을 재현하며 모터 전류·축력·온도·위치 오차를 기록합니다.
THK의 볼스크루 수명 설명처럼 변동 축하중과 예압을 반영합니다. 짧은 반복 스트로크에서는 윤활 분포도 확인합니다.
| 시험 | 측정 | 통과 판단 | 고장 신호 |
|---|---|---|---|
| 정적 힘 | 축력·변위·전류 | 강성과 여유 | 영구 변형 |
| 힘-속도 | 속도별 축력·효율 | 작업점 유지 | 전압·전류 포화 |
| 반전 | 축 유격·마찰 | 위치·힘 제어 안정 | 히스테리시스 증가 |
| 열 | 너트·베어링·모터 온도 | 열평형 내 연속 성능 | 지속 상승 |
| 수명 | 유격·소음·진동 추세 | 허용 변화 안 유지 | 박리·윤활 오염 |
선정 결과는 액추에이터 전체 질량과 정비성으로 확인한다
롤러스크루가 작은 외경으로 큰 힘을 내도 너트와 지지 베어링, 하우징과 윤활 장치가 무거울 수 있습니다. 볼스크루는 더 커도 조달과 교체가 쉬워 시스템 비용이 낮을 수 있습니다.
액추에이터 성능 시험과 열관리 기준으로 두 후보의 실제 작업 주기 처리량과 유지보수 시간을 비교합니다.
볼스크루와 롤러스크루에서 자주 묻는 질문
롤러스크루가 볼스크루보다 항상 강한가요?
같은 크기에서 높은 하중과 강성을 얻기 유리하지만 제품 구조·리드·재질과 수명 조건에 따라 정격이 다릅니다.
볼스크루는 백래시가 큰가요?
예압 너트와 정밀 등급으로 축방향 유격을 작게 만들 수 있습니다. 예압은 마찰·열·수명과 함께 정해야 합니다.
구름 나사는 전원이 꺼지면 위치를 유지하나요?
효율이 높아 역구동될 수 있습니다. 수직 하중에는 브레이크나 카운터밸런스가 필요할 수 있습니다.
리드가 작을수록 무조건 좋은가요?
힘과 분해능은 좋아지지만 같은 속도에 회전수가 올라 임계 속도·열·수명 부담이 커집니다.
선형 액추에이터에 가이드가 꼭 필요한가요?
나사가 측하중과 모멘트를 받지 않도록 별도 가이드나 링크 구조가 보통 필요합니다.
마지막 확인: 2026년 7월 24일. 볼스크루와 롤러스크루의 정격·수명·윤활·설치 공차는 제조사와 모델별로 다릅니다. 수직축과 사람 주변 장비는 별도 안전 기능과 위험성 평가가 필요합니다.