モーション コントロール設計のギア

ギアヘッドを使用する利点は何ですか?

概算では、サービス用のモーション コントロール システムの約 3 分の 1 だけがギアを使用していると言われていますが、そうするのには十分な理由があります。たとえば、モーション コントロール システムを 1,000 rpm 以下で実行する必要がある場合、ギアヘッドの使用が有利です。サイズの制約があるシステムを設計する場合は、ギアリングを使用することも賢明です。ギヤヘッドをサーボ モーターと組み合わせたり、一体型ギヤ モーターを使用したりすると、小型のモーターを使用できるため、システム サイズを縮小できます。
モーション コントロール システムでサーボにギヤヘッドを使用する利点は次のとおりです。

• トルクの倍増。 ギアヘッドは、モーター出力シャフトに取り付けると、機械的な利点を提供できます。これは、歯車の数と各歯車の歯の数が、比率によって定義される機械的な利点を提供するためです。モーターが 100 in.-lbs のトルクを生成でき、5:1 のギアヘッドが取り付けられているとします。ギアヘッドの効率にもよりますが、得られるトルクは 500 in-lbs 近くになります。ギアヘッドを使用すると、より小さなエンベロープでより高いトルク出力が生成されます。
• RPM の削減。 ギアヘッドは、モーターの回転数を下げながらトルク出力を増加させるため、ギア減速機と呼ばれることがよくあります。たとえば、モーターが 1,000 rpm で動作していて、5:1 の比率のギアヘッドが取り付けられている場合、出力での速度は 200 rpm です。このような速度低下により、システム全体の効率が向上します。最近の例では、石を研磨するメカニズムでは、モーターを 15 rpm で回転させる必要がありました。速度が遅いと、モーターがコギングする傾向があるため、砥石車の回転が困難になりました。ここでは、100:1 のギアヘッドを使用することで、モーターが 1,500 rpm で動作し、スムーズで連続的な回転が実現しました。
• 慣性マッチング。 過去 15 年ほどの間に、サーボ モーター メーカーは軽量素材、高密度の銅巻線、高エネルギー磁石を導入してきました。そのため、サーボ モーターはフレーム サイズに対して以前よりも多くのトルクを生成し、その結果、サーボ モーターとそれが制御する負荷との間の慣性ミスマッチが大きくなっています。

慣性は、運動の変化に対する物体の抵抗の尺度であり、物体の形状と質量の関数であることを思い出してください。オブジェクトの慣性が大きいほど、オブジェクトを加速または減速するために必要なトルクの量が大きくなります。
負荷の慣性がモーターの慣性よりもはるかに大きい場合、過度のオーバーシュートが発生したり、整定時間が長くなる可能性があります。どちらの条件も、生産ラインのスループットを低下させます。
一方、モーターの慣性が負荷の慣性よりも大きい場合、モーターは特定の用途に必要以上の電力を必要とします。これにより、必要以上に大きなモーターに多くの費用がかかり、消費電力の増加は運用コストの増加を意味するため、コストが増加します。解決策は、ギアヘッドを使用してモーターの慣性を負荷の慣性に一致させることです。適切なギアヘッドを選択すると、より小型のモーターを使用できるだけでなく、応答性の高いシステムを開発できます。

システム コストの削減に貢献

結果として、トルク増倍、rpm 低減、および慣性マッチングはシステム コストの削減に役立ちます。これは、ギアヘッドを使用すると、より小さなサイズのモーターとドライブを使用できるためです。
たとえば、アプリケーションで 200 インチ ポンドの300 rpm の速度でのトルク。サーボ モーターのみで負荷を駆動するには (業界で見られる標準的な性能属性で)、フレーム サイズ 142 mm のサーボ モーターと 30 A の連続供給が可能なドライブが必要です。システムの費用は約 6,000 ドルです。しかし、用途にギアヘッドを使用すると、90 mm のサーボ モーターとそれに対応する小型のドライブを使用できます。