토크(Torque) - Hapurbe

토르크

물체를 회전시키는 힘의 크기를 나타내는 값으로, 모터와 감속기 선정에 중요한 요소

한 줄 정의

토크(Torque)는 회전축을 중심으로 물체를 회전시키는 힘의 크기를 나타내는 물리량으로, 일반적으로 힘과 회전 중심으로부터의 거리에 의해 결정된다.

토크란?

토크는 물체를 회전시키려고 하는 힘의 크기를 나타내는 값이다.

같은 힘을 가하더라도 회전 중심에서 멀리 떨어진 곳에서 힘을 가하면 물체를 더 쉽게 회전시킬 수 있다. 따라서 토크는 힘의 크기뿐만 아니라 회전 중심으로부터 힘이 작용하는 거리에도 영향을 받는다.

대표적인 예가 렌치이다. 같은 힘으로 렌치를 돌리더라도 손잡이가 긴 렌치를 사용하면 회전축에서 힘이 작용하는 거리가 길어져 더 큰 토크를 만들 수 있다.

쉽게 생각하면

토크는 물체를 얼마나 강하게 돌릴 수 있는지를 나타내는 값이라고 생각하면 이해하기 쉽다.

힘이 회전축에 수직으로 작용하는 경우 토크는 다음과 같이 계산할 수 있다.

토크 = 힘 × 회전 중심으로부터의 거리

예를 들어 회전축에서 0.2 m 떨어진 위치에 10 N의 힘을 수직으로 가한다면 토크는 2 N·m가 된다.

힘이 회전축과 수직으로 작용하지 않는 경우에는 힘의 방향과 회전축 사이의 각도도 고려해야 한다.

토크의 국제단위계(SI) 단위는 N·m(뉴턴미터)이다.

자동화 설비의 모터나 감속기 사양에서는 주로 N·m 단위로 토크를 표시한다. 설비에 따라 kgf·cm, kgf·m 등의 단위를 사용하는 경우도 있다.

토크가 크다는 것은 같은 조건에서 회전축을 더 강하게 회전시키거나 회전에 대한 저항을 더 크게 이겨낼 수 있다는 의미로 이해할 수 있다.

다만 실제 설비에서는 토크만으로 모터를 선정할 수 없으며, 회전 속도와 출력, 가속 시간, 부하 조건 등을 함께 고려해야 한다.

자동화 설비에서는 모터, 감속기, 컨베이어, 회전 테이블, 이송 장치 등의 구동력을 검토할 때 토크를 사용한다.

예를 들어 컨베이어를 구동할 때는 제품의 무게뿐만 아니라 벨트와 가이드의 마찰, 가속에 필요한 힘 등을 고려하여 필요한 구동 토크를 계산해야 한다.

설계 TIP

모터나 감속기를 선정할 때는 필요 토크보다 여유가 있는 출력 토크를 확보하는 것이 중요하다.

특히 가속·감속이 반복되거나 순간적으로 큰 하중이 발생하는 설비에서는 정상 운전 토크뿐만 아니라 가속 토크와 최대 부하 조건도 함께 확인해야 한다.

모터에서는 토크와 회전 속도가 함께 중요한 요소이다. 일반적으로 같은 출력 조건에서는 회전 속도가 높을수록 얻을 수 있는 토크는 작아지고, 회전 속도가 낮아지면 더 큰 토크를 얻을 수 있다.

감속기를 사용하는 이유도 이와 관련이 있다. 감속기는 모터의 높은 회전 속도를 낮추면서 출력축에서 더 큰 토크를 얻을 수 있도록 한다.

따라서 자동화 설비의 구동부를 설계할 때는 필요한 회전 속도와 토크를 함께 결정해야 한다.

힘과 토크는 서로 관련되어 있지만 같은 물리량은 아니다.

같은 힘이라도 회전축에서 힘이 작용하는 위치가 달라지면 토크가 달라진다. 따라서 회전 운동을 다루는 기계 설계에서는 힘과 함께 토크를 고려해야 한다.