기어헤드와 서보 모터 페어링

기어헤드와 서보 모터 페어링

기계 설계자들은 서보 모터 기술의 최신 발전을 활용하기 위해 점차 기어헤드로 눈을 돌리고 있습니다. 기본적으로 기어헤드는 고속 저토크 에너지를 저속 고토크 출력으로 변환합니다. 서보 모터는 출력 샤프트의 매우 정확한 위치 지정을 제공합니다. 감속기를 서보 모터와 페어링하면 서로의 강점을 강화하여 정밀하고 견고하며 신뢰할 수 있는 제어된 동작을 제공합니다.
서보 기술이 발전함에 따라 제조업체가 더 작지만 더 강력한 모터를 생산함에 따라 감속기의 필수 요소가 점점 더 많아지고 있습니다. 모션 제어 파트너. 최적의 페어링을 찾으려면 많은 엔지니어링 고려 사항을 고려해야 합니다. 이러한 문제를 해결하기 전에 기어헤드 기본 사항에 대한 간략한 검토가 있습니다.

기어헤드 기본 사항

그렇다면 기어헤드는 오늘날의 더 까다로운 애플리케이션에 필요한 전력을 어떻게 제공할까요? 음, 모든 것은 기어의 기본과 가해지는 힘의 크기나 방향을 변경하는 능력으로 거슬러 올라갑니다.

Gearheads는 몇 가지 다른 방법으로 이를 달성할 수 있습니다.

토크 곱셈. 기어와 각 기어의 톱니 수는 비율을 만듭니다. 모터가 20in-lbs를 생성할 수 있는 경우. 출력에 10:1 비율의 기어헤드가 부착되어 있으면 결과 토크는 200in-lbs에 가깝습니다. 모터와 모터가 구동하는 장비를 위한 더 작은 설치 공간 개발에 지속적으로 중점을 두고 있기 때문에 원하는 토크 출력을 달성하기 위해 더 작은 모터와 기어 헤드를 결합하는 기능은 매우 중요합니다.

모터의 정격 속도는 2,000rpm일 수 있지만 응용 프로그램에 필요하지 않을 수 있습니다. 다음을 기준으로 모터를 50rpm으로 실행하는 것이 최적이 아닐 수 있습니다.

50rpm과 같은 매우 낮은 속도로 실행 중이고 모터 피드백 분해능이 충분히 높지 않은 경우 전자 드라이브의 업데이트 속도로 인해 속도 리플이 샤프트 회전의 0.357도마다 측정 가능한 카운트를 가질 수 있습니다. . 모터를 제어하는 ​​데 사용하는 전자 드라이브에 0.125밀리초의 속도 루프가 있는 경우 0.0375도마다 측정 가능한 카운트를 찾습니다.

50rpm(300deg/sec)의 샤프트 회전. 그 카운트를 보지 못하면 그것을 찾기 위해 모터 회전 속도를 높일 것입니다. 다음 측정 가능한 카운트를 찾는 속도에서 rpm은 애플리케이션에 비해 너무 빠르며 드라이브는 모터 rpm을 다시 50rpm으로 낮추고 전체 프로세스가 다시 시작됩니다.

다시. 이러한 RPM의 지속적인 증가 및 감소로 인해 애플리케이션에서 속도 리플이 발생합니다.

• 낮은 rpm으로 작동하는 서보 모터가 비효율적으로 작동합니다. 와전류는 작동 중에 모터 내에서 유도되는 전류 루프입니다. 맴돌이 전류는 모터 내에서 항력을 생성하고 낮은 RPM에서 모터 성능에 더 큰 부정적인 영향을 미칩니다.

• 기성품 모터의 매개변수는 낮은 rpm에서 실행하기에 적합하지 않을 수 있습니다. 애플리케이션이 앞서 언급한 모터를 50rpm으로 실행할 때 사용 가능한 모든 rpm을 사용하지 않는 것입니다. 모터의 전압 상수(V/Krpm)는 더 높은 rpm으로 설정되기 때문에 직접적으로 관련된 토크 상수(Nm/amp)는 필요 이상으로 낮습니다. 결과적으로 애플리케이션에 50rpm용으로 특별히 설계된 모터가 있는 경우보다 애플리케이션을 구동하는 데 더 많은 전류가 필요합니다. 기어헤드의 비율은 모터 rpm을 감소시키므로 기어헤드를 기어 감속기라고도 합니다. 비율이 40:1인 감속기를 사용하면 감속기 입력의 모터 회전수는 2,000rpm이 되고 감속기 출력의 회전수는 50rpm이 됩니다. 더 높은 rpm에서 모터를 작동하면 글머리 기호 1과 2에서 언급한 문제를 피할 수 있습니다. 글머리 기호 3을 사용하면 감속기의 기계적 이점을 기반으로 모터에서 더 적은 토크와 전류를 사용하도록 설계할 수 있습니다.

예를 들어 사람이 모터 역할을 하는 자전거를 타는 사람을 생각해 보십시오. 그 사람이 낮은 rpm용으로 설계된 기어로 가파른 언덕을 자전거를 타고 올라가려고 하면 다음과 같이 어려움을 겪을 것입니다.

그들은 균형을 유지하고 언덕을 오를 수 있는 rpm을 달성하려고 합니다. 그러나 그들이 자전거의 기어를 더 높은 rpm을 생성하는 속도로 바꾸면 라이더는

훨씬 더 쉬운 시간. 부드러운 회전으로 일정한 힘을 가할 수 있습니다. 동일한 논리가 필요한 토크를 유지하면서 더 낮은 속도가 필요한 산업용 애플리케이션에 적용됩니다.

• 관성 일치 . 현재 서보 모터는 조밀한 구리 권선, 경량 소재 및 고에너지 자석으로 인해 프레임 크기에 비해 더 많은 토크를 생성합니다.

이로 인해 서보 모터와 이동하려는 부하 사이에 관성 불일치가 발생합니다. 모터의 관성과 부하의 관성을 더 잘 일치시키기 위해 기어헤드를 사용하면 더 작은 모터를 사용할 수 있어 튜닝이 더 쉽고 반응이 빠른 시스템이 됩니다. 다시 말하지만, 이는 모터에 대한 부하의 반사 관성이 1/ratio2로 감소하는 감속기의 비율을 통해 달성됩니다.

관성은 물체의 움직임과 물체의 질량 및 모양의 기능 변화에 대한 물체의 저항의 척도임을 상기하십시오. 물체의 관성이 클수록 물체를 가속하거나 감속하는 데 더 많은 토크가 필요합니다. 즉, 부하 관성이 모터 관성보다 훨씬 크면 과도한 오버슈트가 발생하거나 안정화 시간이 길어질 수 있습니다. 두 조건 모두 생산 라인 처리량을 감소시킬 수 있습니다.

반면에 모터 관성이 부하 관성보다 큰 경우 모터는 특정 애플리케이션에 필요한 것보다 더 많은 전력이 필요합니다. 이것은 필요 이상으로 큰 모터에 더 많은 비용을 지불해야 하고 증가된 전력 소비로 인해 더 높은 운영 비용이 필요하기 때문에 비용이 증가합니다. 해결책은 기어헤드를 사용하여 모터의 관성과 부하의 관성을 일치시키는 것입니다.

시스템 비용 절감

감속기를 사용하면 더 작은 모터와 드라이브를 사용할 수 있으므로 시스템 비용을 낮출 수 있습니다. 더 작은 서보 시스템은 더 적은 암페어를 사용하므로 운영 비용이 절감됩니다. 다이렉트 드라이브 서보 모터는 기어헤드에 결합된 서보 모터보다 훨씬 더 커야 하기 때문에 애플리케이션이 높은 토크와 저속을 요구할 때 절전 효과가 가장 큽니다.

기어헤드는 고속이 필수는 아니지만 높은 토크와 고도의 반복 정확도가 중요한 와이어, 목재 또는 금속의 길이를 이동시키는 재료 공급 시스템과 같은 긴 메커니즘을 구동하는 경우가 많습니다. 이러한 종류의 응용 분야에서 감속기와 서보 모터를 결합하면 기존의 직접 구동 모터와 비교할 수 없는 유연성을 제공할 수 있습니다. 서보-기어헤드 조합은 작동 비용이 적게 들고 공간을 덜 차지하며 더 나은 동작 제어를 위한 관성 정합을 제공합니다.