타이밍 벨트 선형 모듈 모터 선택

타이밍 벨트의 필요한 속도, 가속도, 위치 결정 성능 및 서비스 수명을 달성하려면 올바른 모터를 선택하는 것이 필수적입니다.선형 모듈. 모터 크기가 작으면 가속이 느려지고 위치 오류가 발생하고 모터 알람이 발생하거나 작동이 불안정해질 수 있습니다. 대형 모터는 실제 시스템 성능을 향상시키지 않으면서 비용, 관성 및 설치 공간을 증가시킬 수 있습니다.

따라서 모터 선택은 모터 출력만 고려하기보다는 전체 모션 요구 사항을 기준으로 해야 합니다. 주요 요인에는 이동 질량, 이동 속도, 가속도, 풀리 직경, 전달 효율, 부하 관성, 듀티 사이클, 설치 방향 및 제어 정확도가 포함됩니다.

Servo and stepper motor selection for a timing belt linear module — 토크, 속도, 가속도 및 부하 관성을 기반으로 타이밍 벨트 선형 모듈을 위한 서보 및 스테퍼 모터 선택.

1. 타이밍 벨트 모듈 모터 선택을 위한 주요 매개변수

서보 모터 또는 스테퍼 모터를 선택하기 전에 다음 응용 프로그램 매개변수를 확인해야 합니다.

탑재량 및 총 이동 질량
수평 또는 수직 설치
필요한 최대 속도
가속 및 감속 시간
유효이동거리
포지셔닝 및 반복성 요구 사항
타이밍 풀리 피치 직경
기어박스를 사용하는 경우 변속비
동작주기 및 듀티비
외부 저항과 마찰
모터 장착 가능 공간
홀딩 브레이크가 필요한지 여부

모터는 전체 모션 사이클 동안 충분한 속도와 토크를 제공해야 합니다. 동일한 출력을 가진 두 모터의 정격 토크, 피크 토크, 정격 속도 및 회전자 관성이 매우 다를 수 있으므로 정격 모터 출력만 확인하는 것만으로는 충분하지 않습니다.

2. 서보 모터 또는 스테퍼 모터?

서보 모터와 스테퍼 모터 모두 타이밍과 함께 사용할 수 있습니다.벨트 선형 모듈, 그러나 다른 작동 조건에 적합합니다.

선택 요소	서보 모터	스테퍼 모터
제어 방법	엔코더 피드백을 통한 폐쇄 루프 제어	일반적으로 개방 루프 또는 폐쇄 루프 단계 제어
고속 성능	중속 및 고속에서 우수한 토크 성능	속도가 증가함에 따라 토크가 크게 감소합니다.
가속	높은 가속도와 짧은 사이클 타임에 적합	적당한 가속에 더 적합
포지셔닝 신뢰성	엔코더 피드백으로 위치 편차 감지	개루프 시스템은 과부하 시 단계를 잃을 수 있음
작동 부드러움	넓은 속도 범위에서 원활한 작동	특정 속도에서 공명이 발생할 수 있음
비용	더 높은 모터, 드라이버 및 시운전 비용	시스템 비용 절감
일반적인 응용 분야	고속 자동화, 빈번한 시작 및 정지, 정밀 위치 지정	경부하, 저속 및 비용에 민감한 애플리케이션

서보 모터를 선택하는 경우

서보 모터는 일반적으로 타이밍 벨트 모듈에 다음이 필요할 때 권장됩니다.

고속 이동 속도
급가감속
빈번한 왕복 운동
짧은 사이클 시간
높은 포지셔닝 신뢰성
무겁거나 가변적인 페이로드
폐쇄 루프 위치 모니터링
다축 동기화

스테퍼 모터를 선택해야 하는 경우

스테퍼 모터는 다음과 같은 애플리케이션에 적합할 수 있습니다.

상대적으로 느린 속도
적당한 가속
가볍고 안정적인 부하
간단한 지점 간 위치 지정
낮은 작동 주파수
엄격한 비용 제한

손실된 단계를 수용할 수 없는 애플리케이션의 경우 기존 개방 루프 스테퍼 시스템 대신 폐쇄 루프 스테퍼 모터를 고려해야 합니다.

3. 총 이동 질량 결정

움직이는 질량은 공작물에만 국한되지 않습니다. 여기에는 타이밍 벨트 캐리지와 함께 움직이는 모든 구성 요소가 포함되어야 합니다.

m = m_{유효 탑재량}+m_마차+m_고정물+m_케이블+m_다른

어디:

중총 이동 질량(킬로그램)입니다.
중_{유효 탑재량}공작물 또는 제품 질량입니다.
중_고정물그리퍼, 툴링 및 장착 플레이트 포함
중_케이블이동 케이블, 호스 및 케이블 캐리어 포함

설비, 케이블 또는 공구를 무시하면 특히 급가속 중에 모터 토크가 부족해질 수 있습니다.

4. 필요한 선형 힘을 계산합니다.

수평 설치

수평 타이밍 벨트 모듈의 경우 필요한 선형 힘은 다음을 사용하여 추정할 수 있습니다.

F = ma + F_에프+ 에프_이자형

어디:

에프뉴턴 단위의 필요한 선형 힘입니다.
중총 이동 질량(킬로그램)입니다.
에이필요한 가속도(미터/초 제곱)입니다.
에프_에프마찰 및 전달 저항입니다.
에프_이자형추가적인 외부 힘이 있습니까?

일정한 속도에서는 가속도가 0입니다. 모터는 마찰과 외부 저항만 극복하면 됩니다. 그러나 가속 중에는 관성력이 전체 부하의 가장 큰 부분이 될 수 있습니다.

수직 설치

상향 수직 모션의 경우 중력이 포함되어야 합니다.

F = m(g + a) + F_에프+ 에프_이자형

어디g중력 가속도는 대략9.81m/s².

하향 이동을 위해서는 모터가 중력 부하를 제어하고 움직이는 질량을 안전하게 감속해야 합니다. 수직 애플리케이션도 회생 에너지를 생성할 수 있으므로 서보 드라이브와 제동 저항기를 점검해야 합니다.

5. 필요한 풀리 토크 계산

선형 힘을 계산한 후 이를 풀리 토크로 변환합니다.

티_고패= F × r / h

어디:

티_고패뉴턴 미터 단위의 필요한 풀리 토크입니다.
에프필요한 선형 힘입니다
아르 자형풀리 피치 반경은 미터 단위입니다.
또는총 기계적 전달 효율은 다음과 같습니다.

외부 풀리 반경 대신 피치 반경을 계산에 사용해야 합니다. 타이밍 벨트 제조업체나 풀리 도면은 일반적으로 피치 직경을 제공합니다.

기어박스가 설치된 경우 대략적인 모터 토크는 다음과 같습니다.

티_모터=티_고패/ (i × n_g)

어디:

나모터 속도를 출력 속도로 나눈 값으로 정의되는 감속비입니다.
또는_g변속기 효율이다

기어박스는 모터 토크 요구 사항을 줄이고 반영 부하 용량을 증가시키지만 출력 속도도 감소하고 백래시가 발생할 수 있습니다.

6. 필요한 모터 속도를 계산합니다.

풀리 회전 속도는 필요한 선형 속도와 풀리 피치 직경에 따라 결정됩니다.

N_고패= 60v / (πD)

어디:

N_고패분당 회전수로 나타낸 풀리 속도입니다.
다섯초당 미터 단위의 필요한 선형 속도입니다.
디풀리 피치 직경(미터)입니다

기어박스를 사용하는 경우:

N_모터=n_고패× 나는

계산된 모터 속도는 선택한 모터의 연속 작동 속도 범위 내에 유지되어야 합니다. 최대 속도가 계산된 값보다 높다는 이유만으로 모터를 선택해서는 안 됩니다. 해당 속도에서 사용 가능한 토크는 모터 토크-속도 곡선에서도 확인해야 합니다.

7. 부하 관성 확인

부하 관성은 가속 응답, 위치 안정성 및 서보 튜닝에 영향을 미칩니다. 직접 구동 타이밍 풀리의 경우 이동 질량의 등가 관성은 다음과 같이 근사화될 수 있습니다.

제이_선의= MR²

전체 부하 관성에는 다음도 포함되어야 합니다.

구동 풀리 관성
구동 풀리 관성
타이밍 벨트 관성
커플링 관성
기어박스 출력 관성
기타 회전 부품

기어박스를 사용하는 경우 모터 샤프트에 반영되는 부하 관성은 다음과 같습니다.

제이_반영= J_짐/i²

관성비는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

관성비 = J_반영/제이_모터

관성비가 낮을수록 일반적으로 서보 튜닝이 더 쉬워지고 응답 속도가 빨라집니다. 허용 가능한 비율은 서보 시스템, 기계 강성, 동작 프로필 및 제어 요구 사항에 따라 다릅니다. 모터 제조업체에서 권장하는 관성비를 항상 확인해야 합니다.

8. 가속 토크 확인

모터는 선형 부하와 회전 구성 요소를 모두 가속해야 합니다. 회전 가속 토크는 다음과 같습니다.

티_액세서리= J_총×

어디:

제이_총모터 샤프트에 반영된 총 관성입니다.
에이초당 라디안 단위의 각가속도를 제곱한 것입니다.

모터 피크 토크는 가속 중에 필요한 총 토크보다 커야 합니다.

티_{피크 필요}=티_짐+ 티_액세서리

공격적인 모션 프로파일의 경우 가속 토크는 정속 이동 중에 필요한 토크보다 훨씬 높을 수 있습니다.

9. 연속 토크, 피크 토크 및 모터 출력을 확인하십시오.

세 가지 다른 모터 기능을 확인해야 합니다.

연속 토크

연속 토크는 반복되는 사이클 동안 모터가 과열되지 않고 작동할 수 있는지 여부를 결정합니다. 전체 사이클의 제곱 평균 제곱근 토크를 사용하여 확인해야 합니다.

티_RMS= √[(T₁²t₁ + T²²t² + ... + Tₙ²tₙ) / (t₁ + t² + ... + tₙ)]

계산된 RMS 토크는 모터의 정격 연속 토크 미만으로 유지되어야 합니다.

피크 토크

가속, 감속, 비상 정지 또는 임시 외부 부하 시에는 피크 토크가 필요합니다. 필요한 최대 토크는 모터의 허용 순간 토크 이하로 유지되어야 합니다.

모터 파워

기계적 동력은 선형 힘 또는 회전 토크를 사용하여 추정할 수 있습니다.

P = Fv / θ

또는:

P = 받는 사람

모터 출력은 예비 선택에 유용하지만 최종 크기는 토크, 속도, 관성 및 듀티 사이클을 기준으로 결정해야 합니다. 동일한 정격 출력을 가진 두 개의 모터는 동일한 피크 토크 또는 동적 응답을 제공하지 않을 수 있습니다.

10. 적절한 안전계수 선택

계산 불확실성, 하중 변동, 마찰 변화 및 장기간 마모를 보상하기 위해 일반적으로 안전 계수가 적용됩니다.

안정적인 수평 적용의 경우 토크 안전 계수는 대략1.3~1.5초기 참조로 사용될 수 있습니다. 다음과 같은 경우에는 더 높은 마진이 필요할 수 있습니다.

수직축
높은 가속도
잦은 시작과 중지
충격 또는 가변 하중
불확실한 마찰
장기간 연속운전
가혹한 운영 환경

너무 큰 안전계수는 모터 크기가 너무 크면 회전자 관성이 증가하고 동적 성능이 저하될 수 있으므로 피해야 합니다.

11. 수직축 브레이크 모터 선택

타이밍 벨트 리니어 모듈을 수직으로 설치하거나 전원 제거 후 부하가 떨어질 수 있는 경사면에 설치할 경우 전자기 홀딩 브레이크가 장착된 모터를 적극 권장합니다.

브레이크는 주로 기계가 정지하거나 전원이 끊겼을 때 축을 잡아주는 역할을 합니다. 일반적으로 모든 동작 사이클 동안 동적 정지 브레이크로 사용해서는 안 됩니다.

세로 축의 경우 다음을 확인하세요.

브레이크 유지 토크는 정적 중력 토크보다 높습니다.
브레이크에는 적절한 안전 여유가 포함되어 있습니다.
제어 시퀀스는 모터가 정지한 후에만 브레이크를 작동시킵니다.
모터는 브레이크가 해제되기 전에 유지 토크를 생성합니다.
서보 드라이브는 하강 동작 중 회생 에너지를 관리할 수 있습니다.
무거운 하중에는 평형추 또는 가스 스프링이 고려됩니다.

안전이 중요한 수직 시스템의 경우 기계적 잠금 장치, 추락 방지 장치 또는 중복 보호 장치도 필요할 수 있습니다.

12. 모터 장착 방향

타이밍 벨트 선형 모듈은 사용 가능한 기계 공간에 따라 다양한 모터 장착 배열을 지원할 수 있습니다.

장착 방향	형질	일반적인 사용
직접 인라인 장착	모터 샤프트는 커플링을 통해 드라이브 풀리에 직접 연결됩니다.	간단한 구조와 높은 전송 효율
좌측 장착	모터는 벨트 또는 기어박스 변속기를 사용하여 모듈 옆에 위치합니다.	축방향 설치 공간이 제한된 기계
우측 장착	좌측 장착 거울 배치	케이블 라우팅 및 기계 레이아웃에 따라 선택
바닥 또는 접힌 장착	모터는 모듈 아래 또는 모듈과 평행하게 설치됩니다.	소형 장비 및 밀폐형 기계

모터 장착 방향은 일반적으로 기본 선형 힘 요구 사항을 변경하지 않지만 추가 풀리, 벨트 또는 기어박스는 변속비, 효율성, 백래시 및 회전 관성에 영향을 미칩니다. 이러한 구성 요소는 모터 계산에 포함되어야 합니다.

13. 타이밍 벨트 모듈 모터 선택 예

다음 조건의 수평 타이밍 벨트 선형 모듈을 고려하십시오.

총 이동 질량:35kg
필요한 최대 속도:1.5m/초
필요한 가속:4m/s²
예상 마찰 및 외부 저항:25N
풀리 피치 직경:60mm
전송 효율:92%
직접 구동 모터 연결

1단계: 선형 힘 계산

F = ma + F_에프

F = 35 × 4 + 25 = 165N

2단계: 풀리 토크 계산

풀리 피치 반경은 다음과 같습니다.

r = 0.06 / 2 = 0.03m

T = 165 × 0.03 / 0.92 ≒ 5.38 N·m

이 값은 회전 부품의 관성과 안전 여유를 추가하기 전에 가속 중에 풀리에 필요한 대략적인 토크를 나타냅니다.

3단계: 풀리 속도 계산

n = 60 × 1.5 / (π × 0.06)

n ≒ 477rpm

4단계: 기계적 동력 추정

P = Fv / θ

P = 165 × 1.5 / 0.92 ≒ 269W

계산된 전력은 최종 모터 정격을 직접적으로 결정하지 않습니다. 선택한 모터는 필요한 피크 토크, RMS 토크, 회전자 관성, 사이클 시간 및 대략적으로 사용 가능한 토크도 충족해야 합니다.477rpm.

이 애플리케이션의 경우 일반적으로 서보 모터가 개방 루프 스테퍼 모터보다 더 적합합니다. 왜냐하면 축은 반복 동작 중에 상대적으로 높은 가속도와 안정적인 토크를 요구하기 때문입니다. 최종 모터 모델은 제조업체의 토크-속도 곡선 및 관성 권장 사항을 사용하여 확인해야 합니다.