타이밍 벨트 선형 모듈 추력 계산

타이밍 벨트선형 모듈추력은 모터 토크만으로 결정되지 않습니다. 모터, 풀리 반경, 벨트 효율성, 이동 질량, 가속도, 가이드 저항 및 외부 프로세스 힘은 모두 캐리지에서 사용할 수 있는 최종 힘에 영향을 미칩니다.

올바른타이밍 벨트 선형 모듈 추력 계산따라서 두 가지 측면이 있습니다. 먼저 응용 분야에 필요한 선형 힘의 양을 계산한 다음 드라이브가 실제로 전달할 수 있는 유효 추력의 양을 계산합니다. 선택한 벨트, 풀리, 샤프트, 베어링 및 가이드 시스템도 이러한 힘을 견뎌야 합니다.

이 가이드에서는 수평 및 수직 축, 가속력, 전달 효율, 유효 추력 및 엔지니어링 마진을 포함하여 부하력에서 풀리 토크까지 전체 계산을 설명합니다.

타이밍 벨트 선형 모듈에서 "추력"은 무엇을 의미합니까?

추력은 이동 방향으로 캐리지에서 사용할 수 있는 선형 추진력입니다.

탑재량과는 다릅니다.

중요한:모듈은 무거운 탑재량을 지원할 수 있지만 모터 토크나 풀리 기하학적 구조가 작은 경우 사용 가능한 추력은 여전히 ​​제한적입니다. 탑재량과 추력은 별도로 확인해야 합니다.

1단계: 필요한 선형 힘 계산

단순화된 수평 축의 경우 필요한 힘은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

에프_요구= m × a + F_저항+ 에프_프로세스

어디:

• 중= 총 이동 질량(kg)
• 에이= 필요한 선형 가속도(m/s)²
• 에프_저항= N의 가이드, 씰, 케이블 및 기타 모션 저항
• 에프_프로세스= 외부 프로세스 힘(N)

움직이는 질량에는 무엇이 포함됩니까?

캐리지와 함께 움직이는 모든 것을 포함합니다.

• 공작물
• 고정물
• 그리퍼 또는 도구
• 상부 선형 축
• 해당되는 경우 모터 이동
• 해당되는 경우 케이블 캐리어 및 이동 서비스

제품 중량만 사용하면 다축 시스템에서 가속력을 상당히 과소평가할 수 있습니다.

가속력: F = m × a

움직이는 질량을 가속하는 데 필요한 기본 동적 힘은 다음과 같습니다.

에프_액세서리=m×a

20kg의 움직이는 어셈블리가 3m/s로 가속되었습니다.²다음이 필요합니다:

에프_액세서리= 20 × 3 = 60N

이것은 가속 구성요소일 뿐입니다. 가이드 저항, 드래그 체인 힘, 씰 및 프로세스 힘은 여전히 ​​추가되어야 합니다.

가속이 중요한 이유

두 모듈은 동일한 페이로드를 운반할 수 있지만 하나가 훨씬 더 빠른 속도에 도달하면 매우 다른 추력이 필요합니다.

고주기 픽 앤 플레이스 시스템은 보통 탑재량은 적당하지만 가속도는 높으므로 동적 추력이 정적 하중보다 더 중요할 수 있습니다.

2단계: 저항 및 외부 프로세스 힘 추가

실제 모듈은 마찰이 없는 것이 아닙니다.

가능한 저항에는 다음이 포함됩니다.

• 리니어 가이드 구름 저항
• 씰 또는 와이퍼 드래그
• 케이블 캐리어 저항
• 벨로우즈 또는 커버 스트립 저항
• 정렬 불량 관련 드래그

외부 프로세스 힘은 다음에서 발생할 수 있습니다.

• 누르기
• 클램핑
• 밀고 있는 제품
• 분배 접촉력
• 도구 반력

이러한 힘은 한 번만 추가해야 합니다. 힘 모델과 효율성 손실 모두에서 동일한 저항을 계산하지 마십시오.

3단계: 수직축에는 중력이 포함되어야 합니다.

수직 타이밍 벨트 모듈의 경우 중력으로 인해 지속적인 하중이 발생합니다.

상향 가속 중:

에프_위로= m(g + a) + F_저항+ 에프_프로세스

어디g약 9.81m/s입니다.².

하향 모션 중에는 중력이 모션을 보조하므로 모션 세그먼트에 따라 모터 토크가 낮아지거나 제동/재생으로 전환될 수 있습니다.

수직축 경고:추력 계산은 브레이크 및 안전 분석을 대체하지 않습니다. 동력 손실로 인해 위험한 하강이 발생할 수 있는 경우 적절한 유지 및 안전 전략이 필요합니다.

4단계: 풀리 토크를 선형 추력으로 변환

타이밍 벨트 풀리의 경우 토크와 선형 힘은 풀리 피치 반경을 통해 관련됩니다.

이상적인 관계는 다음과 같습니다.

F = T ¼ r

어디:

• 에프= 선형 힘(N)
• 티= 풀리 샤프트의 토크(N·m)
• 아르 자형= 풀리 피치 반경(m)

전송 효율 포함:

에프_효과적인=티_고패×n_벨트¼ r

도르래를 사용하세요피치 반경, 단순히 외부 반경이 아닙니다.

피치 직경을 사용한 등가 공식

풀리 피치 직경인 경우디알려져 있다:

에프_효과적인= 2T_고패×n_벨트¼ D

왜냐하면:

r = D ¼ 2

이 형식은 풀리 사양이 피치 직경으로 제공될 때 종종 편리합니다.

풀리 반경이 추력을 변경하는 방법

동일한 모터 토크의 경우:

• 풀리가 작을수록 선형 추력이 더 많이 생성됩니다.
• 풀리가 클수록 선형 추력이 줄어듭니다.

그러나 풀리 크기는 모터 속도와 벨트 굽힘도 변경합니다.

더 작은 도르래는 무한정 줄일 수 없습니다. 타이밍 벨트에는 준수해야 하는 최소 풀리 크기 및 톱니 맞물림 제한이 있습니다.

5단계: 사용하는 경우 기어 감소 포함

모터와 타이밍 벨트 풀리 사이에 기어박스가 설치된 경우 풀리 토크는 모터 토크와 다릅니다.

감속비 사용:

i = 모터 속도 ¼ 풀리 속도

대략적인 풀리 토크는 다음과 같습니다.

티_고패=티_모터× 나는 × n_기어

그러면 유효 선형 추력은 다음과 같습니다.

에프_효과적인=티_모터× 나는 × n_기어×n_벨트¼ r

기어박스는 사용 가능한 풀리 토크를 증가시키지만 동일한 선형 속도에 대해 모터가 더 빠르게 회전해야 합니다.

6단계: 이론적 추력과 유효 추력 구별

이론적 추력은 완벽한 전달을 가정합니다. 실제 시스템에는 손실이 있습니다.

손실은 다음과 같은 이유로 발생할 수 있습니다.

• 기어박스 효율
• 벨트 및 풀리 손실
• 가이드 저항
• 씰 및 커버
• 정렬 불량
• 케이블 드래그

이러한 효과를 모델링하는 유효한 방법은 두 가지가 있습니다.

1. 사용 가능한 모터 토크에 전달 효율을 적용한 다음 필요한 외부 힘과 비교합니다.
2. 측정된 기계적 저항을 포함한 외력 요구 사항을 계산하고 나머지 전송 손실만 효율 요소로 적용합니다.

큰 일반 효율성 페널티를 사용한 다음 동일한 마찰력을 다시 추가하지 마십시오.

작업된 추력 계산 예

다음을 갖춘 수평 타이밍 벨트 모듈을 고려하십시오.

• 이동 질량: 10kg
• 가속도: 3m/s²
• 가이드 및 케이블 저항: 8N
• 외부 프로세스 힘 없음
• 작동 속도에서의 모터 토크: 2.0 N·m
• 직접 구동, 기어박스 없음
• 풀리 피치 반경: 30mm = 0.03m
• 예시의 벨트 전달 효율 가정: 0.95

1. 필요한 가속력

에프_액세서리= 10 × 3 = 30N

2. 필요한 총 선형력

에프_요구= 30 + 8 = 38N

3. 유효추력 가능

에프_효과적인= 2.0 × 0.95 ¼ 0.03 ≒ 63.3N

4. 강제마진

힘 여유 = 63.3 - 38 = 25.3 N

드라이브는 이렇게 단순화된 작동 지점에 충분한 추력을 갖고 있는 것으로 보입니다.

그러나 이것은 아직 완전한 모듈 선택이 아닙니다.모터는 필요한 속도에서 2.0N·m를 제공해야 하며, 벨트, 톱니, 풀리, 샤프트, 베어링 및 가이드 시스템은 모두 결과적인 하중 및 듀티 사이클에 대해 정격이 지정되어야 합니다.

작동 속도에서 모터 토크를 확인해야 함

모터의 사용 가능한 토크는 속도에 따라 다릅니다.

모듈이 높은 rpm에서 작동하는 경우 실속 토크 또는 저속 토크로 인한 추력을 계산하지 마십시오.

확인하다:

• 모터 토크-속도 곡선
• 가속 중 최대 토크
• 연속 또는 RMS 토크
• 구동 전류 및 전압
• 열 한계

스테퍼 모터는 일반적으로 속도가 증가함에 따라 사용 가능한 토크가 감소하기 때문에 특히 민감합니다. 서보 모터에는 별도의 연속 작동 영역과 피크 작동 영역도 있습니다.

사이클 전반에 걸쳐 가속도 변화로 인한 추력 수요

필요한 추력은 일반적인 이동 중에 일정하지 않습니다.

따라서 모터와 벨트는 하나의 평균값이 아닌 전체 힘-시간 프로필을 기준으로 점검해야 합니다.

효과적인 추력은 모터 이상의 요소에 의해 제한됩니다

구동 구성 요소 중 허용 가능한 가장 낮은 힘이 실제 시스템 한계가 됩니다.

가능한 제한 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 모터 토크
• 기어박스 토크
• 벨트 인장 용량
• 벨트 톱니 전단 또는 점프 제한
• 풀리 톱니 용량
• 풀리 샤프트 ​​강도
• 문장
• 벨트 클램프 또는 캐리지 부착물
• 리니어 가이드 부하 용량

시스템 규칙:모듈의 사용 가능한 추력은 모터 토크에서 계산된 가장 큰 숫자가 아닙니다. 이는 힘 경로의 모든 구성 요소를 확인한 후 허용되는 추력입니다.

벨트 톱니 용량을 확인해야 합니다.

벨트는 맞물린 톱니를 통해 힘을 전달합니다.

너무 많은 힘을 가하면 다음이 발생할 수 있습니다.

• 치아 변형
• 치아 마모
• 이빨 점프
• 국소 치아 손상

허용되는 톱니 하중은 다음에 따라 달라집니다.

• 치아 프로필
• 벨트 피치
• 벨트 폭
• 풀리 톱니 수
• 맞물린 치아 수
• 속도
• 듀티 사이클

일반적인 폭당 힘 규칙보다는 선택한 벨트 제조업체의 등급을 사용하십시오.

벨트 인장 용량과 치형 용량은 서로 다른 한계입니다

벨트는 순수 장력에서는 충분히 강할 수 있지만 풀리의 톱니 용량은 여전히 ​​부족합니다.

반대로, 인장 부재가 예장력과 작동력에 의해 과부하되는 동안 톱니 맞물림이 적절할 수 있습니다.

두 가지 한도를 모두 확인해야 합니다.

초기 장력은 내부 벨트 하중을 변경합니다.

타이밍 벨트는 안정적인 톱니 맞물림을 유지하기 위해 설치 예압이 필요합니다.

기존 벨트 장력에 작업력이 추가됩니다.

허위가 너무 높은 경우:

• 베어링 하중 증가
• 벨트 인장 하중 증가
• 모터 저항이 증가합니다.
• 벨트 피로가 가속화될 수 있습니다.

가칭이 너무 낮은 경우:

• 포지셔닝 일관성이 저하될 수 있음
• 벨트 진동이 증가할 수 있습니다.
• 높은 가속도에서 치아 점프 가능성이 높아집니다.

따라서 추력 용량은 실제 지정된 벨트 장력을 사용하여 평가해야 합니다.

벨트 폭이 추력 용량을 증가시키나요?

일반적으로 벨트 폭을 늘리면 더 많은 인장 재료와 톱니 접촉 영역을 사용할 수 있으므로 허용 가능한 전달력이 증가합니다.

그러나 다음 사항을 확인하지 않고 벨트 폭을 늘려서는 안 됩니다.

• 풀리 폭
• 샤프트 및 베어링 하중
• 모듈 프로필 공간
• 조정
• 모터 토크

벨트가 넓을수록 모터 토크가 더 많이 생성되지 않습니다. 시스템의 나머지 부분이 힘을 공급할 수 있는 경우에만 벨트의 힘 전달 능력이 증가합니다.

풀리 크기가 힘과 속도에 함께 영향을 미치는 방법

풀리 선택은 항상 힘, 속도 및 벨트 굽힘 간의 절충안입니다.

최고의 풀리는 단순히 사용 가능한 가장 작거나 가장 큰 직경이 아닙니다.

사용 가능한 추력에서 최대 가속도를 계산하는 방법

유효 추력을 이미 알고 있는 경우 힘 방정식을 다시 정리하여 수평축의 가속 능력을 추정할 수 있습니다.

에이_최대= (에프_효과적인-F_저항-F_프로세스) ¼ m

이는 선택한 모터와 풀리가 목표 사이클 시간을 달성할 수 있는지 확인하는 데 유용합니다.

계산된 값은 벨트 용량, 모터 속도, 구조적 강성 및 제어 한계를 준수해야 합니다.

추력에서 최대 이동 질량을 추정하는 방법

지정된 가속도의 수평 축의 경우:

중_최대= (에프_효과적인-F_저항-F_프로세스) ¼

이를 모듈의 정적 페이로드 용량과 혼동해서는 안 됩니다.

가이드 시스템은 특히 모멘트 하중이 있을 때 더 낮은 허용 탑재량을 부과할 수 있습니다.

추력과 탑재량 용량은 서로 바꿔 사용할 수 없습니다

타이밍 벨트 모듈 카탈로그에는 최대 부하가 나열되어 있지만 해당 숫자가 최대 가속도를 알려주지는 않습니다.

페이로드 용량은 다음의 영향을 받습니다.

• 리니어 가이드 크기
• 운송 길이
• 가이드 간격
• 장착 방향
• 무게 중심 오프셋

추력은 주로 다음의 영향을 받습니다.

• 모터 토크
• 풀리 반경
• 기어비
• 전송 효율
• 벨트 및 톱니 용량

두 가지 제한 세트가 모두 충족되어야 합니다.

롱 스트로크 축은 벨트 규정 준수에 특별한 주의가 필요합니다

장거리 여행이 가장 큰 장점 중 하나입니다.타이밍 벨트 모듈, 그러나 활성 벨트 길이가 길어지면 탄성 컴플라이언스가 증가합니다.

추력이 높으면 벨트가 탄력적으로 늘어나 캐리지 위치가 바뀔 수 있습니다.

이는 다음에 영향을 미칠 수 있습니다.

• 동적 포지셔닝
• 정착 시간
• 하중 변화에 따른 반복성
• 서보 튜닝

긴 행정의 높은 추력 시스템의 경우 힘 용량 외에도 벨트 강성과 피드백 전략을 평가해야 합니다.

수직 추력의 예

수직 축이 6kg의 움직이는 어셈블리를 2m/s의 속도로 위쪽으로 들어 올린다고 가정합니다.², 저항은 5N이고 프로세스 힘은 없습니다.

필요한 상향 힘은 다음과 같습니다.

에프_위로 = 6 × (9.81 + 2) + 5

에프_위로≒ 75.9N

유효 구동 추력이 70N에 불과한 경우, 70N이 정적 페이로드에 비해 크게 들릴지라도 축의 상향 가속 능력이 충분하지 않습니다.

계산 후 엔지니어링 마진 선택

실제 기계에는 불확실성이 있습니다.

• 마찰 변화
• 향후 도구 추가
• 온도 변화
• 벨트 장력 변화
• 생산 공차
• 케이블 드래그
• 공정력 변화

힘 모델이 완료된 후 적절한 엔지니어링 마진을 추가해야 합니다.

누락된 입력을 숨기기 위해 임의의 큰 안전 계수를 사용하지 마십시오. 적절한 마진은 모터, 벨트, 듀티 사이클, 기계 위험 및 부품 제조업체의 선택 기준에 따라 다릅니다.

일반적인 추력 계산 실수

페이로드 중량을 수평 추력으로 사용

가로축의 경우 전체 중량mg가이드를 통해 수직으로 작용하며 일반적으로 필요한 구동력이 되지 않습니다.

가속 무시

높은 가속도는 가벼운 페이로드에서도 힘 요구를 지배할 수 있습니다.

반경 외부 풀리 사용

토크-힘 변환은 피치 반경을 사용해야 합니다.

모든 속도에서 모터 정격 토크 사용

사용 가능한 토크는 실제 운전 rpm에서 확인해야 합니다.

벨트 톱니 용량 무시

모터 토크는 벨트 톱니 또는 풀리 맞물림이 제한 요소가 되는 동안 충분할 수 있습니다.

수직 중력 하중 무시

수직 축에는 모든 관련 모션 세그먼트에 중력이 포함되어야 합니다.

추력과 가이드 하중 정격을 혼동함

구동력 용량과 탑재하중/모멘트 용량은 서로 다른 검사입니다.

이중 계산 손실

일반적인 효율성 감소를 적용한 다음 모델이 명확하게 구분하지 않는 한 동일한 측정 마찰을 다시 추가하지 마십시오.

실용적인 타이밍 벨트 추력 계산 워크플로

1. 이동 질량을 정의합니다.
2. 모션 프로필을 정의합니다.속도, 가속, 감속 및 사이클 시간.
3. 수평 또는 수직에 필요한 힘을 계산합니다.
4. 저항과 외부 프로세스 힘을 추가합니다.
5. 실제 작동 속도에서 모터 토크를 결정합니다.
6. 사용하는 경우 기어박스 비율과 효율을 적용합니다.
7. 피치 반경을 사용하여 풀리 토크를 유효 추력으로 변환합니다.
8. 사용 가능한 추력과 필요한 힘을 비교하십시오.
9. 벨트 인장 용량과 톱니 용량을 확인하십시오.
10. 풀리, 샤프트 및 베어링 한계를 확인하십시오.
11. 선형 가이드 페이로드 및 모멘트 제한을 확인하십시오.
12. 적절한 엔지니어링 마진을 추가합니다.
13. 전체 듀티 사이클과 열 제한을 확인합니다.

타이밍 벨트 추력 계산을 위해 QRXQ에 필요한 것

• 움직이는 질량
• 뇌졸중
• 최대 속도
• 가속
• 수평 또는 수직 설치
• 외부 공정력
• 모터 모델 및 토크 속도 데이터
• 사용된 경우 기어박스 비율
• 풀리 피치 직경 또는 톱니 수
• 벨트 프로파일, 피치 및 너비
• 일일 사이클 수
• 요구되는 포지셔닝 성능

유용한 추력 값은 전체 구동을 고려한 후에도 남아 있는 힘입니다.모터 토크, 풀리 반경, 효율성, 벨트 용량 및 동작 하중이 모두 일치해야 합니다.

QRXQ는 모터 토크를 하나의 이론적 힘 수로 변환하고 거기서 멈추는 대신 타이밍 벨트 선형 모듈 추력을 완전한 구동 시스템 문제로 평가합니다.