サーボモータの負荷トルクが回転数に比例して増加し…

Question

サーボモータの負荷トルクが回転数に比例して増加してしまいます

正方形の板の四隅にボールねじを固定し、
それら4個のボールねじのナットと、
サーボモータにタイミングプーリを取り付けて、
タイミングベルトをかけ、4個のナットを同時に
回転させる事で、正方形の板を上下させる
昇降テーブルを製作しました。

その昇降テーブルのモータ出力トルクを測定したところ
2000rpmの等速時のトルクが、
計算値＝定格トルクの80％に対して
実測値＝定格トルクの200％となってしまいました。

タイミングベルトの張力を変化させても、
トルクは下がりませんでした。
ナットの回転軸受けと使用している、アンギュラベアリングの
摩擦負荷を測定しても、計算値と変わりありませんでした。

いろいろ調査した結果、モータの出力トルク(等速時）が
回転数に比例している事がわかりました。

500rpm=50%
1000rpm=100%
2000rpm=200%

回転数に比例して増加するトルクについて調査しましたが、
ベルトの引き回し方法（アイドラの径や配置、個数）によって、
変化があるようだ、という事までつきとめたのですが、
どの様に算出するのかわかりません。

したがって、どの程度影響しているのか？
他の影響は無いのか？
解らず、困っています。
どなたかご存知の方がおられましたら、回答をお願いします。

Answer

昇降装置において、一定の質量を昇降させようとしたとき、昇降速度に
比例して原動機のトルクが増減するのは、原理的に当然のことと思います。

１ｋｇの質量を１ｍの高さ持ち上げたときの仕事は、ｍｇｈであって
上昇速度にかかわらず、１ｋｇ×９．８ｍ／ｓ２×１ｍ＝９．８Ｊです。

しかしながら、仕事率（単位時間あたりの仕事）は速度によって変わります。

１秒の時間で持ち上げれば仕事率は９．８Ｊ／ｓ（＝Ｗ）です。
半分の時間０．５秒で持ち上げれば、９．８÷０．５＝１９．６Ｊ／Ｓです。

速度が速いほど仕事率が高くなる＝トルクが大きな値となるのは物理法則
どおりの挙動と思います。

＃２回答者さま

ご指摘頂きありがとうございました。考え違いをしていたことに気づくこと
ができました。

Answer

４本のボールネジを完全に同期して動かすのは難しいと思います。ボールネ
ジの容量に余裕があれば２本でドライブし、ガイド程度の軸２本で支える構
造の方が良いでしょう。回答(１)さんの言われるように構造的な問題のよう
に思います。

回答(3）さんの論理を整理してみます。
動力PはトルクTと回転数Nにより次式で表されます。
P＝A・T・N　　　?　　A：比例定数
一方１サイクルの所要時間をｔcとすれば
tc＝B/N　　　　?　　B：比例定数
このとき仕事Wは
W＝P・tc＝A・B・T　　　?
１サイクルの仕事が一定なら、結果としてトルクも一定になると思います。

速度により負荷が変わるのは慣性モーメントの影響か、摩擦などにより
構造的に発生しているトルクの影響だと考えます。

http://www.washimo-web.jp/Technology/Statics/No22/Statics22.htm

Answer

たぶん
ベルトの伸びによって起きる
タイミングズレによる
負荷なんでしょうね

↑
なんどかこういう仕様はの設計の話は来ていたけど
私なら想定していたので
いつも、ギアにしたり
シリンダーで押したりしていた

ベルトテンションでごまかせると思いますが

構造欠陥なので
万歳するしかないです

サーボモータの負荷トルク増加とモータ出力トルクの関係