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※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:ACサーボモーターと歯形ベルト駆動の振動)

ACサーボモーターと歯形ベルト駆動の振動

2023/09/06 16:58

このQ&Aのポイント
  • 回転系機構をACサーボモーター、プーリー、歯形ベルトにて構成し、2000rpmを目標回転数としていますが、振動が大きく問題となっています。モーターのゲイン調整などを試みましたが、改善が見られません。架台の強度不足やプーリーのバランス、ベルトからの振動伝達が原因の可能性がありますが、具体的な改善方法がわかりません。
  • ベルト駆動の機構で初めて取り組んでおり、振動の大きさに驚いています。モーターは性能的に問題はないと思いますが、振動の原因特定と改善方法についてアドバイスをいただきたいです。
  • ACサーボモーターと歯形ベルトによる回転系機構で、目標回転数の2000rpmを実現するために、モーターのゲイン調整などを行っていますが、振動が大きくなり問題となっています。振動の原因と改善方法についてアドバイスをお願いします。
※ 以下は、質問の原文です

ACサーボモーターと歯形ベルト駆動の振動

2015/01/24 12:56

お世話になります。
回転系機構をACサーボモーター、プーリー、歯形ベルトにて構成しています。
2000rpmを目標回転数としているのですが、動作時に振動が大きく対策を検討しています。
モーターは、メーカーに選定してもらい性能的には余裕があると思います。
モーターのゲイン調整などを行ってみても大幅な改善はありませんでした。
考えられる原因として、架台の強度不足とプーリーのバランス、ベルトからの振動伝達が考えられるのですが、どこから改善していいかわかりません。
このタイプの機構は初めてですが、ベルト駆動だとこんなに振動するのでしょうか。よろしくお願い致します。

【機構構成】
箱型ベース上部にシャフトと軸受けのハウジングをZ軸に設置。
モーターはブラケットに取付し、ベース内の長穴部にY軸方向に固定。
Y軸方向にモーターブラケットを引っ張ることで、ベルトテンションを張る機構です。

ACサーボモーター側:三相200V 750w 軸φ19mm
プーリー:φ100mm 歯数32 1対1にて使用
ベルト:幅20mm 歯形ベルト
軸受け側:φ42mm 中空φ32mm 支点側にアンギュラベアリングを背面合わせ
     ワーク近くには深溝玉軸受 シャフト長325mm

その他の回答 (8件中 6~8件目)

2015/01/24 14:24
回答No.2

一番肝心の負荷は何でしょう?
負荷駆動そのものがタイミングベルト?
(ベルトコンベアみたいな)
それともタイミングベルトに接続したボールネジ?
回転テーブルとか?走行台車とか?
ベルト全長は?

架台の強度不足を疑ってる理由は?
架台自体が振動してるから?

>どこから改善していいかわかりません。
先ず架台の振動を止めるのが最優先
てっとり早く補強ステーとかを仮設で入れてみる
(シャコ万とかで止めてみるだけでも傾向は把握可能)

高加速駆動すると架台にかなりの瞬時トルクが掛かる
機械設計の経験が少ない方は概ねそれにハマる
平均トルクでしか架台強度を計算してなかったりする
モータブラケットもそう

瞬時加速トルクは平均の5~6倍掛かるのでそれに見合うフレーム剛性が必須

>負荷は、軸先端に幅φ180mm 厚さ37mm 重さ1.2kgの円盤が載ります。
この円板を2000rpmでぶん回すんですか?
連続回転なの?
インデックス(割出)じゃあなくて?

因みに、インデックス運転で2000rpmで360度回すと
1回転時間は0.03秒
さすがにこの加速度で回せるサーボモータは存在しません

連続回転としても円板の重心がしっかり取れてないと
2000rpmで回る円板自身の振動はかなりデカイと思う


まさかね
常識的にサーボモータはギアヘッド付きでしょうかねぇ
それも1/10くらいか?

お礼

2015/01/26 10:21

ご回答ありがとうございます。
ご返答が遅れまして申し訳ありませんでした。

追記させて頂きます。
機構は、回転テーブルに近いものになります。
負荷は、軸先端に幅φ180mm 厚さ37mm 重さ1.2kgの円盤が載ります。
ワークは非常に軽く30~50gの基板です。
ベルトの全長は、長さ650mm 幅20mmです。
軸受けは筒状で、幅φ58mm 長さ100mmです。

装置のレイアウト上、ワーク近辺の軸受けをフレームに固定できないため、ワークへの振動も偏芯もみられます。

>瞬時加速トルクは平均の5~6倍掛かるのでそれに見合うフレーム剛性が必須
ありがとうございます。勉強不足でした。
フレーム剛性を再計算してみます。

質問者

補足

2015/01/27 01:12

お世話になっております。
アドバイスありがとうございます。

補足ですが、参考になりますでしょうか。
円盤の材質は樹脂ですので、イナーシャー計算で選定できました。
運転条件は、必要な回転数での連続的な運転になります。
(2000rpmで30秒ほどです。)
しかし、ワークを載せるステージの回転精度が2000rpmで±0.3mm/rしか出すことが出来てませんでした。(ピックにて測定)
ワークは固定されているので、吹っ飛びませんが、振動や偏芯でネジの緩みや悪化が気になります。さらにワークへの処理に影響がありそうです。

ステージのバランスも重要ということですね。
バランス測定も検討致します。

追記です。
定格1500rpmなのでギアボックスはなしです。
ギアボックスを介さないと厳しい仕様でしょうか?
よろしくお願い致します。

質問者

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質問する
2015/01/24 13:32
回答No.1

ご面倒かけますが、もう少々状況をお知らせ頂けるでしょうか。

a)負荷を掛けたときと無負荷のときで振動の程度に変化がありますか?
b)ワークは、φ42mm 中空軸に対して回転のバランスがとれていますか?
c)ワークの慣性モーメントはどの程度ですか?
 (ベルトの伸縮と慣性モーメントによる共振系で振動拡大??)
d)振動の周波数について見当つきますか?
 (プーリーの歯数に対応or2000rpmの回転数に対応or左記より低い周波数)
e)回転数を変化させた場合、振動が大きくなる回転数が存在しますか?
 回転数を上げるほど振動が増加するだけですか?

c)ベルトの伸縮だけでなく、モータ自体にも“ばね”的な挙動があります。
 モータは、駆動電圧の位相と軸の回転位相の差によってトルクが発生する
 ので、一定周波数で駆動するモータを特性を出力軸から観測した場合、
 トーションバーのような挙動がみえるはずです。すなわち、共振系の一部
 を構成する要素になりうると思います。
 更には、回転子の慣性モーメントも考慮する必要があるかもしれません。

ごちゃごちゃ回答を書きましたが、直感的に架台の剛性不足が疑わしい
ならば、他の回答者さんご指摘の通り、架台を補強して状況が改善するか
確認するのが第一歩と思います。

>このまま架台強化にて抑え込めるのでしょうか?

丁寧に追記して頂いたところで申し訳ありませんが、文字の情報だけで断定
することは難しい状況に思えます。
その道のプロが現物を見て、振動の状態を手で触ってみれば、どこに問題が
あるかごく短時間にわかりそうに想像します。

ワークを載せる台(1.2kgの円盤)及びプーリーは、十分に回転バランスが
とれているでしょうか?
ワーク(30~50g)は、回転中心に取り付けられているでしょうか?

他の回答者さんのご指摘も参考になさって、検討を進めて下さい。

>軸の外径がφ42mm、内径がφ32mmなのですが、測定すると内径が偏芯
していて肉厚に0.8mm誤差

大変失礼ながら、正直申し上げて、常識はずれの偏芯です。

各部品の設計(図面の書き方や公差の設定)、外注先の選定、各部品の
組み立て調整手順など、すべての段階を疑った方がよさそうなレベルと
感じます。

モータのシャフトから開始して、次にモータのシャフトに付けるプーリ
・・・・・と進めて、負荷までのすべての段階の偏芯状態を定量的に
測定すべきと思います。

お礼

2015/01/26 10:06

早急なご回答して頂きありがとうございます。
連絡が遅くなりすみません。

以下調査結果を追記致します。
a)負荷による変化はありません。回転数を上げると振動が大きくなります。ワークは非常に軽く重さは30~50gで載せる台は1200gです。
b)軸先端側でピックによる測定で、±0.02です。
c)計算値で全体で47.4*10-4(kg/m2)です。
d)回転数をあげると振動が大きくなる傾向にあります。
定盤にシャコマンで固定しても架台が振動しました。

強化したテスト架台を製作してみたいと思います。

情報が不足して申し訳ありません。

追記させて頂きます。
機構は、回転テーブルに近いものになります。
負荷は、軸先端に幅φ180mm 厚さ37mm 重さ1.2kgの円盤が載ります。
ワークは非常に軽く30~50gの基板です。
ベルトの全長は、長さ650mm 幅20mmです。
軸受けは筒状で、幅φ58mm 長さ100mmです。

特定の周波数を調べる一般的な方法はどのようなものでしょうか?
現在手動でも判断できるほど大きいため、簡易振動計にて改善しているかを判断しています。

質問者

補足

2015/01/26 20:08

テスト架台を作成して、必要なら補強して振動が収まるか確認しました。
このユニットを定盤に固定して振動を確認したところ、以下の結果になりました。
・回転始動時/停止時に、ワーク部(軸の先端)の揺れが大きくなる。
・回転中は揺れは収まり安定しているが、若干振動がある。

目視的にモーターとブラケットを固定している板の強度が不足しているようなので、左右にリブを追加して補強しました。今回の架台には、板厚15mmのA5052のアルミ板を使用しています。
・ワーク部の揺れが収まりましたが、振動はまだありますので別の要因があると思います。

このまま架台強化にて抑え込めるのでしょうか?

アドバイスありがとうございます。

ワーク部のご指摘はとても参考になります。
偏芯とバランスは必須だと感じました。
現在は、ワーク、ステージなしでも振動が発生しています。
その原因を取り除くことに注力してみます。

お世話になっております。
ご指摘の通り思われても致し方ありません。
レベルの低い質問ですみませんでした。

部品単位での精度確認をして調整致します。

質問者

お礼をおくりました

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