모션 컨트롤 디자인의 기어링

기어헤드를 사용하면 어떤 이점이 있나요?

추산에 따르면 서비스에 사용되는 모션 제어 시스템의 약 1/3만이 기어링을 사용하지만 그럴 만한 충분한 이유가 있습니다. 예를 들어 모션 제어 시스템이 1,000rpm 이하로 실행되어야 하는 경우 기어헤드를 사용하는 것이 유리합니다. 크기 제약이 있는 시스템을 설계할 때 기어링을 사용하는 것도 현명합니다. 기어헤드를 서보 모터와 페어링하거나 통합 기어모터를 사용하면 더 작은 모터를 사용할 수 있으므로 시스템 크기를 줄일 수 있습니다.
모션 제어 시스템에서 서보와 함께 기어헤드를 사용하는 이점은 다음과 같습니다.

• 토크 증배. 감속기는 모터 출력 샤프트에 장착할 때 기계적 이점을 제공할 수 있습니다. 각 기어의 기어와 톱니 수는 비율로 정의되는 기계적 이점을 제공하기 때문입니다. 모터가 100in.-lbs의 토크를 생성할 수 있고 5:1 비율의 기어헤드가 부착되어 있다고 가정합니다. 감속기의 효율성에 따라 결과 토크는 500in-lbs에 가깝습니다. 기어헤드를 사용하면 더 작은 엔벨로프에서 더 높은 토크 출력이 생성됩니다.
• RPM 감소. 기어헤드는 모터 rpm을 감소시키면서 토크 출력을 증가시키기 때문에 기어 감속기라고도 합니다. 예를 들어, 모터가 1,000rpm으로 작동하고 5:1 비율의 기어헤드가 부착된 경우 출력 속도는 200rpm입니다. 이러한 속도 감소는 전체 시스템 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 최근의 예에서 석재 연마 메커니즘은 모터가 15rpm으로 작동해야 했습니다. 느린 속도는 모터가 코그하는 경향이 있기 때문에 연삭 휠의 회전을 어렵게 만들었습니다. 여기에서 100:1 기어헤드를 사용하면 모터가 1,500rpm으로 작동하여 부드럽고 지속적인 회전을 제공합니다.
• 관성 매칭. 지난 15년 동안 서보 모터 제조업체는 경량 소재, 조밀한 구리 권선 및 고에너지 자석을 도입했습니다. 따라서 서보 모터는 과거보다 프레임 크기에 비해 더 많은 토크를 생성하여 서보 모터와 서보 모터가 제어하는 ​​부하 사이의 관성 불일치가 더 커집니다.

관성은 물체의 운동 변화에 대한 저항의 척도이며 물체의 모양과 질량의 함수임을 상기하십시오. 물체의 관성이 클수록 물체를 가속하거나 감속하는 데 필요한 토크의 양이 커집니다.
부하 관성이 모터 관성보다 훨씬 크면 과도한 오버슈트가 발생하거나 정착 시간이 길어질 수 있습니다. 두 조건 모두 생산 라인 처리량을 감소시킵니다.
반면 모터 관성이 부하 관성보다 큰 경우 모터는 특정 애플리케이션에 필요한 것보다 더 많은 전력을 필요로 합니다. 필요한 것보다 더 큰 모터에 더 많은 비용을 지불하고 전력 소비 증가는 더 높은 운영 비용을 의미하기 때문에 비용이 증가합니다. 해결책은 기어헤드를 사용하여 모터의 관성을 부하의 관성과 일치시키는 것입니다. 적절한 감속기를 선택하면 더 작은 모터를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 응답성이 더 빠른 시스템을 개발할 수 있습니다.

시스템 비용 절감 지원

결론은 기어 헤드를 사용하면 더 작은 크기의 모터와 드라이브를 사용할 수 있기 때문에 토크 증배, rpm 감소 및 관성 매칭이 시스템 비용 절감에 도움이 된다는 것입니다.
예를 들어 애플리케이션에 200in-lbs의 300rpm의 속도에서 토크. 서보 모터만으로 부하를 구동하려면(업계 표준 성능 특성에서) 프레임 크기가 142mm인 서보 모터와 30A 연속 공급이 가능한 드라이브가 필요합니다. 시스템 비용은 약 $6,000입니다. 하지만 애플리케이션에 감속기를 사용하면 90mm 서보 모터와 이에 상응하는 더 작은 드라이브를 사용할 수 있습니다.