수직 모션을 위한 타이밍 벨트 선형 모듈 사용

에이타이밍 벨트 선형 모듈수직으로 설치도 가능하지만 수직으로 설치하려면 수평으로 설치하는 것보다 더 신중한 선택이 필요합니다. 수직축에서 모터는 상향 이동 시 중력을 극복하고 하향 이동 시 하강 하중을 제어해야 합니다. 또한 시스템은 모터가 멈추거나 서보의 전원이 꺼지거나 타이밍 벨트가 고장날 때 캐리지와 페이로드가 떨어지는 것을 방지해야 합니다.

이러한 이유로 수직 타이밍 벨트 선형 모듈에는 일반적으로 브레이크 모터, 충분한 모터 토크, 적절한 안전 계수 및 신뢰할 수 있는 추락 방지 조치가 필요합니다. 페이로드가 무겁거나 축이 고주파수로 작동하는 경우에도 평형 장치를 사용할 수 있습니다.

타이밍 벨트 선형 모듈을 수직으로 설치할 수 있습니까?

예. 타이밍 벨트 선형 모듈은 픽 앤 플레이스 시스템, 포장 장비, 로딩 및 언로딩 기계에서 수직 리프팅 축으로 널리 사용됩니다.갠트리 로봇, 검사 장비 및 자동화된 생산 라인.

그러나 모든 타이밍 벨트 모듈이 자동으로 수직 설치에 적합한 것은 아닙니다. 선택하기 전에 다음 조건을 확인해야 합니다.

• 타이밍벨트는 인장강도가 충분해야 합니다.
• 모터는 중력에 맞서 부하를 들어 올리기에 충분한 토크를 제공해야 합니다.
• 모터에는 전자기 브레이크가 포함되어 있어야 합니다.
• 가이드 레일과 캐리지는 적용된 하중과 모멘트를 견뎌야 합니다.
• 구조에는 전원 차단 보호 및 낙하 방지 조치가 포함되어야 합니다.
• 선택한 부하는 모듈의 허용 수직 부하 아래로 유지되어야 합니다.
• 가속도, 속도, 스트로크 및 작동 주파수를 함께 고려해야 합니다.

수평 하중 등급이 높은 모듈은 수직으로 설치할 때 중력이 움직이는 어셈블리에 지속적으로 작용하기 때문에 허용 하중이 훨씬 낮을 수 있습니다.

수직 설치와 수평 설치의 차이점

수평 적용에서 중력은 주로 리니어 가이드에 의해 지지됩니다. 모터는 주로 가속력, 마찰 및 외부 프로세스 저항을 극복합니다.

수직 응용 분야에서 모터는 캐리지, 툴링 및 탑재량의 무게를 지속적으로 지원하거나 제어해야 합니다. 따라서 상향 가속에 필요한 힘은 훨씬 더 높습니다.

선택 요소	가로축	수직축
중력 영향	주로 가이드가 가지고 다닙니다.	드라이브 시스템에 직접적으로 작용합니다.
모터 브레이크	일반적으로 선택 사항	일반적으로 필수
전원 차단 위험	캐리지는 일반적으로 제자리에 유지됩니다.	캐리지가 떨어질 수 있음
모터 토크	주로 가속도와 마찰을 기반으로 함	중력, 가속도, 마찰을 포함해야 함
안전설계	표준 모션 보호	브레이크, 기계적 정지 및 추락 방지 장치
평형추	거의 필요하지 않음	무겁거나 주기가 긴 부하에 유용합니다.

수직축 하중 계산

수직 타이밍 벨트 모듈의 이동 질량에는 고객의 탑재량 이상이 포함됩니다. 총 이동 질량에는 다음이 포함되어야 합니다.

• 공작물 또는 제품 중량
• 고정 장치, 그리퍼 또는 툴링 중량
• 이동 캐리지 중량
• 장착된 센서, 케이블 및 브래킷
• 추가 이동 메커니즘

기본 중력은 다음과 같이 계산됩니다.

에프_g=m×g

어디:

• 에프_g뉴턴 단위의 중력입니다.
• 중킬로그램 단위의 총 이동 질량입니다.
• g중력 가속도는 약 9.81m/s²입니다.

예를 들어 전체 이동 질량이 20kg인 경우:

에프_g= 20 × 9.81 = 196.2N

가속, 마찰 및 전달 손실을 위해 추가 힘이 필요하기 때문에 모터는 196.2 N 이상을 제공해야 합니다.

상향 가속 중에 필요한 힘

대략적인 상향 추진력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

에프_위로= m × (g + a) + F_에프+ 에프_이자형

어디:

• 에이상승 가속도이다.
• 에프_에프추정된 마찰 저항입니다.
• 에프_이자형추가적인 외부 프로세스 힘입니다.

그러면 설계력에는 안전 계수가 포함되어야 합니다.

에프_설계= F_위로× S

일반적인 수직 축의 경우 일반적으로 1.5~2.0의 안전 계수가 고려됩니다. 충격 부하, 빈번한 시동 및 정지, 불확실한 탑재하중 또는 안전이 중요한 장비에는 더 큰 계수가 필요할 수 있습니다.

하향 이동 중 힘

중력은 하향 이동을 보조하지만 하향 작동에 모터 토크가 필요하지 않다는 의미는 아닙니다. 모터는 하강하는 질량을 제어하고 과속을 방지해야 합니다.

급속 감속 중에는 모터가 회생 상태로 작동할 수 있습니다. 따라서 서보 드라이브는 특히 이동 질량, 속도 또는 스트로크가 큰 경우 제동 저항기 또는 회생 장치가 필요할 수 있습니다.

모터 토크 계산

필요한 선형 힘을 결정한 후 다음을 사용하여 타이밍 풀리의 토크를 추정할 수 있습니다.

티_고패= F_설계× r ¼ n

어디:

• 티_고패필요한 풀리 토크입니다.
• 아르 자형타이밍 풀리의 피치 반경입니다.
• 또는전송효율이다.

기어박스를 사용하는 경우 필요한 모터 토크는 다음과 같이 추정할 수 있습니다.

티_모터=티_고패¼ (i × n_g)

어디:

• 나기어박스 감속비입니다.
• 또는_g변속기 효율이다.

모터 선택은 정격 토크만을 기준으로 해서는 안 됩니다. 다음 값도 확인해야 합니다.

• 정격 모터 토크
• 피크 모터 토크
• 필요한 가속 토크
• 최대 작동 속도
• 모터 관성 및 부하 관성비
• 전체 작동 주기에 걸친 RMS 토크
• 하향 감속 시 회생 에너지
• 브레이크 유지 토크

서보 모터는 제어된 가속, 정확한 위치 지정, 속도 모니터링 및 과부하 보호 기능을 제공하기 때문에 일반적으로 수직 타이밍 벨트 응용 분야에 선호됩니다.

수직축에 브레이크 모터가 필요한 이유

전자기 모터 브레이크는 수직 모션 시스템에서 가장 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 서보가 비활성화되거나 전원 공급이 중단되면 중력으로 인해 캐리지가 아래쪽으로 이동할 수 있습니다. 브레이크는 모터 샤프트를 고정하고 수직 축을 제자리에 유지하는 데 도움을 줍니다.

브레이크는 상시 닫힘형, 스프링 작동형, 전기적 해제형으로 설계되어야 합니다. 이는 전력이 제거되면 브레이크가 자동으로 작동함을 의미합니다.

풀리에 필요한 정적 유지 토크는 다음과 같이 추정할 수 있습니다.

티_{잡고 있다}= m × g × r ¼ n

그런 다음 유지 안전 계수를 적용해야 합니다.

티_브레이크≥ T_{잡고 있다}× S_비

선택한 브레이크 토크는 계산된 유지 토크를 초과해야 합니다. 브레이크는 캐리지, 툴링 및 기타 모든 움직이는 구성 요소도 고려해야 합니다.

권장되는 브레이크 제어 순서

1. 서보를 활성화하고 모터 유지 토크를 설정합니다.
2. 전자 브레이크를 해제하십시오.
3. 동작을 시작하기 전에 브레이크 해제를 확인하십시오.
4. 서보 모터를 이용하여 이동을 완료하고 축을 정지시킵니다.
5. 브레이크에 작동을 명령합니다.
6. 브레이크가 걸려 있는지 확인하십시오.
7. 브레이크가 부하를 확보한 후에만 서보를 비활성화하십시오.

브레이크의 기계적 개방 및 폐쇄 시간을 설명하기 위해 제어 프로그램에 지연이 포함되어야 합니다.

수직 모션을 위한 평형 옵션

평형추는 모터에 작용하는 유효 중력 부하를 줄입니다. 모터 토크를 낮추고 에너지 소비를 줄이며 브레이크 마모를 줄이고 수직축 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

일반적인 균형 조정 방법은 다음과 같습니다.

균형추

균형추는 벨트, 풀리 또는 케이블 시스템을 통해 움직이는 캐리지에 연결됩니다. 이는 움직이는 질량의 상당 부분을 상쇄할 수 있습니다.

균형추는 긴 스트로크와 무거운 하중에 효과적이지만 추가 설치 공간이 필요하고 시스템의 총 이동 관성이 증가합니다.

가스 스프링

가스 스프링은 소형 수직 메커니즘에서 위쪽으로 지지력을 제공할 수 있습니다. 비교적 간단하지만 힘은 스트로크에 따라 변하며 전체 이동 동안 일정하게 유지되지 않을 수 있습니다.

공압 실린더

공압 실린더를 밸런싱 실린더로 사용할 수 있습니다. 공기압은 수직 하중에 따라 조정될 수 있습니다.

이 방법은 이미 안정적인 압축 공기 공급 장치를 갖춘 기계에 적합합니다. 안전설계시에는 압력손실과 공기누출을 고려하여야 합니다.

항력 스프링

항력 스프링은 작동 스트로크 전체에 걸쳐 거의 균일한 지지력을 제공할 수 있습니다. 상대적으로 가벼운 수직축이나 소형 장비에 사용되는 경우가 많습니다.

균형잡는 힘은 일반적으로 총 중력을 초과해서는 안 됩니다. 과도한 평형추로 인해 모터가 비활성화된 경우 캐리지가 상승할 수 있습니다.

수직 모듈의 타이밍 벨트 장력

수직 작동에는 올바른 타이밍 벨트 장력이 필수적입니다. 벨트 장력이 너무 낮으면 시스템에 다음이 발생할 수 있습니다.

• 가속 또는 비상 정지 중 치아 점프
• 포지셔닝 오류
• 진동 및 이상소음
• 불안정한 하향 움직임
• 전달 강성 감소

벨트 장력이 너무 높으면 다음이 발생할 수 있습니다.

• 과도한 모터 부하
• 풀리 베어링 하중 증가
• 더 높은 마찰과 온도
• 벨트 및 베어링 마모 가속화
• 서비스 수명 단축

벨트 장력은 모듈 제조업체가 지정한 값을 따라야 합니다. 모터 토크가 부족하거나 벨트 크기가 작은 경우를 보상하기 위해 임의로 늘리면 안 됩니다.

벨트 폭, 치형, 보강재 및 허용 인장 하중은 모두 수직 설계력에 적합해야 합니다.

전원 차단 보호 및 낙하 방지

모터 브레이크만으로는 모든 수직 적용에 대해 충분한 보호 기능을 제공하지 못할 수 있습니다. 적절한 안전 수준은 이동 질량, 설치 높이, 작동 환경 및 제어할 수 없는 추락의 결과에 따라 달라집니다.

가능한 추락 방지 조치는 다음과 같습니다.

• 상시 닫힘 모터 브레이크
• 기계식 낙하 방지 장치
• 가이드 레일에 안전 브레이크 장착
• 래칫 또는 잠금 장치
• 카운터밸런스 시스템
• 기계식 엔드 스톱
• 에너지 흡수 버퍼
• 안전 장치 또는 보조 지원
• 중복 벨트 또는 리프팅 메커니즘
• 서보 알람 및 브레이크 상태 모니터링

사람이 수직 축 아래 영역에 들어갈 수 있는 경우 시스템은 모터 브레이크에만 의존해서는 안 됩니다. 위험 평가와 독립적인 기계적 고정 장치가 필요할 수 있습니다.

벨트 파손 방지

올바르게 선택한 타이밍 벨트는 수명이 길지만 벨트 마모, 잘못된 장력, 오염, 풀리 정렬 불량 또는 과부하로 인해 결국 고장이 발생할 수 있습니다.

벨트 고장으로 인해 심각한 위험이 발생할 수 있는 장비의 경우 다음을 고려하십시오.

• 이중 벨트 배열
• 보조 안전 케이블
• 가이드 레일 안전 브레이크
• 기계식 잠금 핀
• 예정된 벨트 검사 및 교체
• 축 아래 접근을 방지하는 보호 인클로저

가이드 레일 및 모멘트 하중 고려 사항

수직 적재물은 캐리지 중앙에 최대한 가깝게 위치해야 합니다. 오프셋 페이로드는 선형 가이드에 모멘트 하중을 생성합니다.

일반적으로 확인되는 주요 순간은 다음과 같습니다.

• 투구 순간
• 요잉 모멘트
• 롤링 순간

캐리지에서 멀리 떨어진 곳에 위치한 가벼운 페이로드는 캐리지 중앙 가까이에 설치된 무거운 페이로드보다 더 큰 가이드 로드를 생성할 수 있습니다.

툴링에 큰 돌출부가 있는 경우 다음을 사용하는 것을 고려하십시오.

• 더 긴 마차
• 가이드 블록 2개
• 더 넓은 모듈
• 2개의 병렬 수직 모듈
• 외부 가이드 구조

수직 설치 설계 요구 사항

모듈은 단단하고 평평한 기계 프레임에 장착되어야 합니다. 프레임 강성이 부족하면 진동, 가이드 정렬 불량 및 위치 정확도 저하가 발생할 수 있습니다.

설치 중:

• 모듈이 수직으로 정렬되어 있는지 확인하십시오.
• 권장 장착 표면을 따라 모듈을 지지하십시오.
• 지정된 순서와 토크를 사용하여 장착 볼트를 조이십시오.
• 알루미늄 프로파일을 비틀지 마십시오.
• 움직이는 캐리지에 유연한 케이블 가이드를 제공합니다.
• 케이블이 캐리지를 아래쪽이나 옆으로 당기지 않도록 하십시오.
• 상한 및 하한 센서를 설치하십시오.
• 기계적 한계 내에서 소프트웨어 이동 한계를 설정하십시오.
• 엔드가 멈추기 전에 충분한 감속 거리를 확보하십시오.
• 비정상적인 초과 이동에 대비한 기계적 완충 장치를 설치하십시오.

수직 타이밍 벨트 모듈 선택 절차

1. 총 이동 질량을 계산합니다.탑재량, 고정 장치, 캐리지 및 모든 이동 액세서리를 포함합니다.
2. 스트로크를 정의합니다.필요한 이동 거리에 안전 여유와 감속 거리를 추가합니다.
3. 속도와 가속도를 결정합니다.최대 기계 속도보다는 실제 동작 프로필을 사용하십시오.
4. 상승 추진력을 계산합니다.중력, 가속도, 마찰 및 외부 저항을 포함합니다.
5. 안전계수를 적용합니다.충격 부하 또는 불확실한 작동 조건에 대한 계수를 늘리십시오.
6. 벨트 용량을 확인하세요.허용 장력, 톱니 강도, 벨트 폭을 확인하십시오.
7. 풀리 토크를 계산합니다.풀리 피치 반경과 전달 효율을 사용하십시오.
8. 모터와 기어박스를 선택합니다.정격 토크, 피크 토크, 속도, 관성 및 RMS 토크를 확인하십시오.
9. 모터 브레이크를 선택합니다.브레이크 유지 토크가 중력 유지 요구 사항을 초과하는지 확인하십시오.
10. 가이드 하중과 모멘트를 확인하십시오.페이로드 오버행 및 툴링 치수를 포함합니다.
11. 재생에너지를 평가합니다.필요한 경우 제동 저항기나 회생 장치를 추가하십시오.
12. 낙하 방지 설계.기계 위험 평가에 따라 보호를 선택하십시오.
13. 작동 수명을 확인하십시오.주기 빈도, 일일 작동 시간 및 예상 유지 관리 간격을 고려하십시오.

세로축 계산 예

다음 조건의 수직 타이밍 벨트 모듈을 고려하십시오.

• 총 이동 질량: 20kg
• 상향 가속도: 1.5m/s²
• 예상 마찰 저항: 50N
• 외부 프로세스 힘: 0 N
• 안전율: 1.5
• 풀리 피치 반경: 25mm 또는 0.025m
• 전송 효율: 90%

상승력은 다음과 같습니다.

에프_위로 = 20 × (9.81 + 1.5) + 50

에프_위로= 276.2N

안전계수를 적용한 후:

에프_설계= 276.2 × 1.5 = 414.3N

필요한 풀리 토크는 다음과 같습니다.

티_고패 = 414.3 × 0.025 ÷ 0.90

티_고패≒ 11.5N·m

정적 중력 유지 토크는 다음과 같습니다.

티_{잡고 있다} = 20 × 9.81 × 0.025 ÷ 0.90

티_{잡고 있다}≒ 5.45N·m

선택한 모터, 기어박스 및 브레이크를 이 값과 비교하여 점검해야 합니다. 최종 선택에서는 작동 속도, 피크 토크, 모터 관성, 사이클 시간 및 재생 에너지도 고려해야 합니다.

일반적인 수직 설치 실수

탑재량만으로 모터 선택

페이로드만으로는 전체 이동 질량을 나타내지 않습니다. 캐리지, 툴링 및 액세서리를 무시하면 모터 토크가 부족해질 수 있습니다.

브레이크 없이 모터 사용하기

서보 모터는 전원이 공급되는 동안 위치를 유지할 수 있지만 전원이 제거되면 위치 유지를 보장할 수 없습니다. 수직축에는 일반적으로 브레이크 모터를 사용합니다.

브레이크를 비상 정지로 취급

움직이는 축을 정지시키기 위해 홀딩 브레이크를 반복적으로 사용하면 급격한 마모와 브레이크 고장이 발생할 수 있습니다. 서보는 브레이크가 걸리기 전에 동작을 멈춰야 합니다.

하향 재생 무시

무거운 수직 하중은 하강 중에 서보 드라이브에 에너지를 반환할 수 있습니다. 적절한 회생 용량이 없으면 드라이브에서 과전압 알람이 발생할 수 있습니다.

벨트 장력을 과도하게 높임

과도한 초기 장력은 크기가 작은 벨트나 모터를 교정할 수 없습니다. 베어링 부하가 증가하고 모듈의 서비스 수명이 단축될 수 있습니다.

소프트웨어 제한에만 의존

소프트웨어 제한은 컨트롤러 오류, 센서 오류 또는 정전 중에 기계를 보호할 수 없습니다. 기계적 한계와 완충 장치도 제공되어야 합니다.

페이로드 오버행 무시

오프셋 고정 장치는 페이로드 중량이 공칭 정격 내에 있는 경우에도 과도한 모멘트 하중을 생성할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

타이밍 벨트 모듈이 전원 없이 수직 부하를 견딜 수 있습니까?

적절한 브레이크 또는 기계적 고정 장치가 제공되는 경우에만 해당됩니다. 전원이 차단된 후에는 서보 모터 자체가 부하를 안정적으로 유지할 수 없습니다.

스테퍼 모터가 수직 타이밍 벨트 축에 적합합니까?

스테퍼 모터는 경부하 및 저속 수직 부하에 사용될 수 있지만 브레이크와 충분한 토크 여유가 있어야 합니다. 서보 모터는 일반적으로 더 높은 속도, 더 무거운 부하 및 위치 피드백이 필요한 응용 분야에 선호됩니다.

모든 수직축에는 균형이 필요합니까?

아니요. 모터와 브레이크가 부하를 안전하게 처리할 수 있는 경우 평형추는 선택 사항입니다. 무거운 탑재량, 긴 스트로크, 높은 사이클 속도 또는 에너지에 민감한 장비에 더욱 유용합니다.

어떤 안전계수를 사용해야 합니까?

대략 1.5~2.0의 요소가 예비 선택에 고려되는 경우가 많습니다. 실제 요인은 부하 불확실성, 충격, 작동 주파수 및 기계 안전 요구 사항에 따라 결정되어야 합니다.

비상시 모터 브레이크가 축을 정지시킬 수 있나요?

표준 모터 브레이크는 주로 고정 부하를 유지하도록 설계되었습니다. 비상 정지는 일반적으로 서보 드라이브, 전용 안전 브레이크 또는 기타 적절한 등급의 정지 장치를 통해 처리되어야 합니다.

벨트가 부러지면 수직 모듈이 떨어지는 것을 어떻게 방지할 수 있나요?

고위험 시스템은 가이드 레일 안전 브레이크, 보조 케이블, 중복 벨트, 기계식 잠금 장치 또는 보호 인클로저를 사용할 수 있습니다. 기계 위험성 평가를 통해 적절한 방법을 선택해야 합니다.

결론

타이밍 벨트 선형 모듈을 올바르게 선택하면 빠르고 긴 스트로크의 정확한 수직 모션을 제공할 수 있습니다. 설계에서는 총 이동 질량, 중력, 가속도, 풀리 토크, 벨트 용량, 가이드 모멘트 및 재생 에너지를 고려해야 합니다.

브레이크 모터는 일반적으로 필수적이지만 브레이크를 유일한 안전 장치로 취급해서는 안 됩니다. 낙하로 인해 부상이나 장비 손상이 발생할 수 있는 무거운 하중이나 적용 분야의 경우 평형추 시스템과 독립적인 기계적 낙하 방지 장치도 고려해야 합니다.

정확한 부하 계산, 충분한 안전 여유, 올바른 벨트 장력 및 안정적인 전원 차단 보호 기능을 결합함으로써 수직 타이밍 벨트 모듈은 의도된 서비스 수명 동안 안전하고 일관되게 작동할 수 있습니다.