本ブログの御訪問ありがとうございます。
機械設計歴20年以上のtsurfと言います。
今回は以下に関する記事です。
（重要）サーボモーターや
ステッピングモーターの選定は
許容慣性モーメントに注意
⇩本記事を読むと以下が わかります⇩
一見見過ごされがち
ですが
サーボモーター
やｽﾃｯﾋﾟﾝｸﾞモーター
の選定で
トルク計算同様に
重要な事項があります。
①結論 許容慣性モーメント
許容慣性モーメントの確認は必ず行いましょう。
許容慣性モーメントとは
モーターが許容できる慣性モーメントの大きさです。
許容慣性モーメントは
モーターの特性表に記載がありますが
- キーエンスは回転子慣性モーメントの◯◯倍
- 三菱はローター慣性の◯◯倍以下
等と表記されているものです。
その通りに機構の慣性モーメント合計が
ローター慣性モーメントの◯◯倍以下に
なっていることです。
つまり、
| 機構の慣性 モーメント合計 |
＜ | モーターの 許容慣性モーメント |
ですね。
減速比も適用され
減速機等を使用している場合
減速されている機構に対して減速比の２乗分の１
の補正が掛かります。
②機構の慣性モーメント合計が許容慣性モーメントより大きいと・・・
機構の慣性合計が許容慣性モーメントを上回る つまり、
| 機構の慣性 モーメント合計 |
＞ | モーターの 許容慣性モーメント |
となってしまうと
- 瞬時に停止がむずかしくなる可能性
- 瞬停時に大きなトルクが掛かり機構の破損の可能性
等が挙げられます。
そんものは
制御で何とか
すればいいだろ
制御で何とかできる範囲であればいいですね
ですが、それができないと
加減速時間を多く設けなければならず
泣く泣くタクトを長くしてもらうことを
お客様に了解してもらった
などという事態になりかねません。
③実際のモーター選定のコツ
管理人は以下の記事において
手順１.必要トルクの確認
- 外部負荷トルクと加速トルクの合計が
短時間運転トルク以下であること - 外部負荷の合計が定格トルク以下であること
手順２.許容慣性モーメントの確認
トルク計算の後に
- 駆動物の全慣性モーメント合計が
モーターの許容慣性モーメント以下で
あることを確認
と解説しましたが、
それはあくまで原則であって
実際は許容慣性モーメントから確認したほうがいい
場合がとても多いです。
それほど許容慣性モーメントの制限は厳しいです。
実際の話 許容慣性モーメントが成り立てば
トルクはクリアしていることが多いです。
慣性モーメントは回転に掛かる慣性的負荷ですので
モーター一回転あたりの変動量が大きい機構は
それだけ慣性負荷も大きくなります。
具体例を挙げると、特に以下の機構に注意です。
- ラック＆ピニオン
- ベルト駆動
- 回転テーブル機構
これらは１回転当たりの変動量が非常に大きいので
慣性モーメントの値が大きくなりやすいです。
それに比べてボールネジ機構は
１回転あたり リードピッチ分しか移動しません。
1～2ｍｍ せいぜい15ｍｍでしょうか？
その分直動慣性モーメントは小さくなります。
ですが、先に上げた
- ラック＆ピニオン
- ベルト駆動
- 回転テーブル機構
は違います。
例えばラック＆ピニオンですと
一回転あたりの回転量が
ピニオンギアの基準円の周長となります。
実際にベルト駆動やラック＆ピニオンの
直動慣性モーメントの式は以下となります。
あくまで直動慣性モーメントなので
ピニオンギアやプーリーの慣性も―メント
は除きます。
Ｊg＝Ｍ×（Ｄ／２）²
| Ｊg | ； | 直動慣性モーメント |
| Ｍ | ； | 直動される質量合計 |
| Ｄ | ； | 基準円直径 |
実際にはピニオンギアやプーリーの
慣性モーメントや減速比補正も入ります。
つまり、
基準円直径が大きくなればなるほど
一回転あたりの移動量は大きくなりますが
それに伴い慣性負荷が大きくなる
ということですね。
参考にボールネジ機構の直動慣性モーメントを
載せておきます。
あくまで直動慣性モーメントなので
ボールネジやベアリング内輪の慣性モーメント
は除きます。
Ｊb=Ｍ×（ Ph/(2π) ）²
| Ｊb | ； | 直動慣性モーメント |
| Ｍ | ； | 直動される質量合計 |
| Ph | ； | リードピッチ |
実際にはベアリング内輪やボールネジの
慣性モーメントや減速比補正も入ります。
リードピッチはそれほど大きくない上に
2πで割られるので小さくなりそうですね。
④慣性モーメントが大きい場合の対処法
以下の方法があります。
- 大きい容量のモーターを選定する
- 回転速度の許容範囲で減速機をつける
などがあります。
特に減速機をつけるのは効果的です。
先述しましたが、減速される機構の慣性モーメント合計
に減速比の２乗分の1の補正が掛かります。
これが一見必要のない減速機が付いている理由なんですね。
くわしくは以下の記事を御参照願います。
本記事は以上です。
最後までお読みいただきありがとうございます。
