서보 모터용 기어박스 감속기: 엔지니어가 자주 놓치는 5가지 선택 기준

3,000RPM으로 작동하는 서보 모터는 모터 샤프트와 부하 사이에 무언가가 있지 않는 한 컨베이어 암에 사용 가능한 토크를 거의 전달하지 않습니다. 그 뭔가는 서보 모터용 기어박스 감속기 잘못된 것을 선택하면 부품 자체보다 비용이 더 많이 듭니다. 포지셔닝 정확도와 서비스 수명이 희생되고, 정밀 자동화에서는 생산 라인에서 거부되는 비용도 발생합니다.

이 기사에서는 엔지니어가 자주 간과하는 5가지 선택 기준, 즉 데이터시트에 있는 명확한 기준이 아니라 제대로 작동하는 시스템과 거의 1년 동안 지속되지 않는 시스템을 구분하는 기준에 대해 설명합니다.

토크 갭을 먼저 이해하세요

서보 모터는 고속, 저토크 출력에 최적화되어 있습니다. 3,000RPM으로 작동하는 750W 서보는 약 2.4Nm의 연속 토크를 생성합니다. 로봇 조인트, CNC 축, 레이저 절단 갠트리 등 대부분의 산업용 부하가 안정적으로 작동하려면 30~150Nm이 필요합니다. 서보 모터가 있는 감속기는 정의된 비율의 토크에 대한 속도를 교환하여 이러한 격차를 해소합니다.

곱셈은 ​​선형적입니다. 동일한 750W 서보의 20:1 감속기는 출력 샤프트에서 약 48Nm를 생성합니다(잘 설계된 유성 장치에서 단계당 ~98% 효율성을 설명). 비율은 가장 기본적인 결정이며, 모든 다운스트림은 비율을 올바르게 결정하는 데 달려 있습니다.

실제로 올바른 감속기를 결정하는 5가지 숫자

1. 출력 토크 — 정격 대 피크

연속 토크 요구 사항과 최대 토크 요구 사항을 모두 확인하십시오. 예를 들어 MKT 시리즈 유성 감속기는 다음의 정격 출력 범위를 포괄합니다. 27~180Nm 프레임 크기 064부터 255까지, 370N에서 최대 8,500N의 방사형 하중을 처리하는 테이퍼 롤러 베어링. 애플리케이션에 충격 하중(시작-정지 사이클, 갑작스러운 역전)이 있는 경우 피크 토크 등급은 평균뿐만 아니라 계산된 최악의 경우를 초과해야 합니다.

2. 반발

포지셔닝 시스템의 경우 백래시는 반복성의 적입니다. 정밀 유성 감속기는 다음과 같은 낮은 수준을 달성합니다. 3각분 , 이는 대략 0.05° 각도 유격으로 해석됩니다. 작은 것 같네요. 500mm 암에서 3아크분은 약 0.44mm의 팁 오류를 생성합니다. 이는 일부 컨베이어에는 허용되지만 레이저 절단이나 반도체 처리에는 허용되지 않습니다. 백래시 등급을 지정하기 전에 공차 예산을 알아보세요.

3. 기어비 범위

대부분의 서보 애플리케이션은 5:1에서 50:1 사이에 속합니다. 단일 스테이지 유성 설계는 일반적으로 4:1 ~ 10:1을 포괄합니다. 2단계 구성은 별도의 기어박스를 연결하지 않고도 이를 100:1까지 확장합니다. MKT 시리즈는 다음과 같습니다. 4:1 ~ 100:1 단일 및 이중 스테이지 구성 모두에서 동일한 제품군의 고속 경부하 축과 느리고 높은 힘의 메커니즘을 모두 제공할 수 있을 만큼 범위가 넓습니다.

4. 레이디얼 및 축방향 하중 용량

이들은 거의 항상 과소 지정됩니다. 엔지니어는 모터 토크를 신중하게 계산한 다음 스프로킷, 풀리 또는 출력 샤프트의 벨트 장력으로 인해 부과되는 측면 하중을 간과합니다. 유성 감속기의 반경방향 부하 용량은 가장 작은 프레임의 370N에서 프레임 255의 8,500N까지 프레임 크기에 따라 크게 확장됩니다. 토크뿐만 아니라 실제 샤프트 힘에 맞게 기어박스 크기를 조정하세요.

5. 입력 호환성(AD 플랜지)

감속 기어박스가 있는 모터는 기계적 인터페이스가 이에 맞게 설계된 경우에만 원활하게 작동합니다. 통합된 AD 어댑터 플랜지와 커플링 시 방사형 런아웃을 제거하는 정밀 가공 입력 슬리브를 찾으십시오. 모터와 감속기의 연결이 엉성하면 서보 튜닝을 아무리 많이 해도 제거할 수 없는 진동이 발생합니다.

행성 아키텍처가 서보 애플리케이션을 지배하는 이유

웜 기어박스 및 헬리컬 인라인 장치와 비교하여 유성 감속기는 3개 이상의 유성 기어에 동시에 부하를 분산시킵니다. 이는 일반적인 감속기 유형 중 단위 부피당 가장 높은 토크 밀도를 제공합니다. 이는 기계 엔벨로프가 줄어들고 축 수가 늘어날 때 중요합니다.

서보 페어링의 주요 성능 이점에는 거의 0에 가까운 방사형 유격(피드백 안정성에 중요), 하우징 편향을 최소화하는 대칭형 부하 분배, 일반적으로 스테이지당 95%가 넘는 효율이 포함됩니다. 즉, 모터의 전기 소비가 열이 아닌 출력 작업으로 직접 변환된다는 의미입니다.

이러한 시스템이 가장 큰 가치를 제공하는 곳

정밀 유성 감속기와 서보 모터의 결합은 까다로운 모션 제어 환경의 기본 아키텍처입니다. 일반적인 배포 시나리오는 다음과 같습니다.

• 로봇 팔과 SCARA 로봇 — 각 관절에는 여러 축에 걸친 누적 위치 오류를 방지하기 위해 백래시를 최소화하면서 독립적인 토크 배가가 필요합니다.
• CNC 공작 기계 축 — 높은 절삭력과 빠른 이송 속도가 결합되면 속도 감소와 견고한 토크 전달이 모두 필요합니다.
• 레이저 절단 갠트리 — 높은 이동 속도에서의 경로 정확도는 거의 0에 가까운 백래시와 드라이브트레인 전체의 높은 비틀림 강성에 따라 달라집니다.
• 반도체 및 광전지 장비 — 미크론 수준의 포지셔닝 공차로 인해 백래시 등급과 축 강성은 타협할 수 없습니다.
• 자동 가이드 차량(AGV) — 컴팩트한 폼 팩터와 높은 방사형 하중 처리는 휠 구동 및 스티어링 축 애플리케이션에 매우 중요합니다.

주문 시 피해야 할 세 가지 실수

첫째, 정격 토크만으로 크기를 결정하지 마십시오. 빈번한 시작, 반전 또는 가변 부하가 있는 애플리케이션의 경우 항상 1.5배에서 2배의 서비스 계수를 적용하십시오. 둘째, 내부 오일 씰이 있는지 확인하십시오. 오일 씰이 없으면 수직 장착 중에 윤활유가 모터로 이동하여 몇 달 내에 엔코더 씰이 파손됩니다. 셋째, 토크뿐만 아니라 샤프트 부하 계산을 기반으로 프레임 크기를 지정합니다. 토크 등급은 적절하지만 반경 방향 부하 용량이 작은 감속기는 기어가 아닌 베어링에서 작동하지 않습니다.

이 세 가지를 올바르게 수행하면 부품 비용이 추가되지 않습니다. 잘못 입력하면 총 소유 비용이 크게 증가합니다.