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ヘリカルギヤ使用時の回転ガタのトルク制御への影響
2023/10/20 18:42
- ヘリカルギヤを使ったギヤードモータのトルク制御装置について考えています。スラストガタの影響についてご教示いただけますか？
- ヘリカルギヤ使用時のガタの問題について検討したいと思います。ギヤードモータのトルク制御装置において、スラストガタの影響がどのように現れるのか教えてください。
- ヘリカルギヤを用いたギヤードモータのトルク制御について考えています。スラストガタの影響の詳細について教えていただけないでしょうか？
ヘリカルギヤ使用時の回転ガタのトルク制御への影響
2021/05/08 17:23
ヘリカルギヤを使ったギヤードモータをトルク制御する装置を作りたいと考えています。スラストガタの影響について、以下の予想に誤りや抜けがありましたらご教示いただけないでしょうか？
<条件>
・ヘリカルギヤはモータ軸のピニオンギヤとそれの対となるアイドラギヤの1セットのみ(スラスト荷重はキャンセルされない)
・モータ軸はスラスト荷重を受けることが可能なベアリングを軸受に使用
・アイドラギヤは軸に対してフリーでスラスト方向に若干のガタがあった上でつば付きブッシュを軸受に使用
<予想>
・スラスト荷重によるガタが詰まるまでの間もトルク伝達自体はされる(反力はラジアル方向で受けるため)
・スラスト荷重によりガタが詰まった際、軸受に衝突することでインパルス入力による自励振動が発生する可能性がある
・スラストガタが詰まった後はブッシュとのフリクションで伝達効率は低下する
回答 （3件中 1～3件目)
>・スラストガタが詰まった後はブッシュとのフリクションで伝達効率は低下する
例えば１００[Nm]のトルク掛けたとして
スラスト荷重での損失トルクはいくつくらいでしょうね
５０[Nm]くらいあったならトルク制御の制御性は悪いでしょうねぇ
憶測ですが、せいぜい大きくて５[Nm]くらいの損失じゃあないかな？
そんなもんは負荷質量の変化よりも遥かに小さな問題では？
例えば、１００ｋｇの質量を搬送する搬送台車を作ったとして
https://cyclo.shi.co.jp/apps/powerCalculation/daisya.htm
行きは１００ｋｇのワーク積んで、帰りはワークを降ろして０ｋｇ
その負荷トルク変化よりもスラスト荷重のトルク変化の方が大きいって事有るの？
>軸受に衝突することでインパルス入力による自励振動が発生する可能性がある
まぁ、行きも帰りも同じ負荷で限界までカリカリハイチューニングして
超高速、超高加速度にしたなら
https://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/servo/pmerit/mr_j5/amp/concept.html
https://www.e-mechatronics.com/product/servo/sgmx/index.html
軸受に衝突することで衝撃的外乱が加わって過負荷異常になるかも知れないけれど
そこまでカリカリチューニングすると僅かな温度変化でさえも過負荷要因になる
夏と冬でかなり条件が変わってくるしぃ
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回答(1)再出・・・・少々考え直してみました。
ねじれ角の小さいヘリカルギヤであれば、スラスト荷重が小さいので、従動軸のガタが詰まるまでの間にも回転を伝達できそうですね。
制御性能を検討する場合、ゼロ点近傍の「不感帯」の有無は重要な要素ですね。
お礼
2021/05/09 12:32
追加でご検討いただきありがとうございます。
スラスト力の大小で回転伝達が変わるという点について未だ理解しきれていません。。
モータの回転によって発生するトルクはギヤのかみ合い歯面において、接線力(=従動ギヤを回転させる力)に変換され、その接線力によってねじれ角によるスラスト力、圧力角による回転方向力が発生するという理解です。
動力伝達という観点では、ヘリカルギヤはスパーギヤと変わらない＝接線力の反力は回転方向力が受けている、と考えればねじれ角の違い＝スラスト荷重の違いは動力伝達に関係ない気がしています。
考えに誤りがありましたらご教示いただけると幸いです。
<予想1>
・スラスト荷重によるガタが詰まるまでの間もトルク伝達自体はされる(反力はラジアル方向で受けるため)
<回答1>
・スラスト荷重によってガタが詰まるまでの間は、従動側の軸は回転しないでしょう。（ギア比や従動側軸の慣性などを考慮すると、回転する場合があるかもしれませんが・・・）
<予想2>
・スラスト荷重によりガタが詰まった際、軸受に衝突することでインパルス入力による自励振動が発生する可能性がある
<回答2>
・理屈としては自励振動の可能性はありますが、軸ブッシュに摩擦抵抗があり、ヘリカルギア自体にも摩擦抵抗があるので、仮に自励振動が発生しても急速に減衰すると考えられます。心配し過ぎのように思います。
<予想3>
・スラストガタが詰まった後はブッシュとのフリクションで伝達効率は低下する
<回答3>
ブッシュ部の摩擦抵抗によって、摩擦がないと仮定する場合に比べて伝達効率が低下するのは事実と思いますが、ガタが詰まるまでの間に、従動側軸を回転させることができるかは疑問があります。
お問い合わせのタイトルが「トルク制御」ですが、どのような方法で従動軸のトルクを制御するのか、どの程度の精度が必要なのか、どの程度の応答性が必要なのか、このQ&Aサイトの読者にとって未知数です。という訳で、ご提示になった予想が当たっているか、心配し過ぎなのかなど断定的に回答することはできないと思います。
難しく考えすぎないで、実験してみればよさそうに思います。仮に想定通りに動作しなかったとしても、失敗から学ぶことも多いと思います。
お礼
2021/05/09 10:51
ご回答いただきありがとうございました。
ご指摘の通り、具体的な内容ではないのですが、一般的な考え方としての質問をさせていただきました。実験してみるのが早いというのもおっしゃる通りですね。そちらも視野に入れてみます。
お礼
2021/05/09 12:41
ご回答いただきありがとうございます。
確かに、要求出力(≒負荷トルク)と損失のバランスの問題ですね。ミニ四駆のような小型なモータを想定していたので、損失が無視できなくなるのかな？という疑問でした。前提条件に書いておらず失礼しました。
ご指摘いただいた通り、衝撃的外乱以外にも、温度変化、経年劣化等のばらつきも含めて検討すべきですね。ありがとうございます。