ステッピングモーター 選定計算編

5相ステッピングモーターRKIIシリーズの選定を例として、ステッピングモーターの選定計算手順を説明します。

3-3. 負荷トルクの算出

駆動機構の条件をもとに、負荷トルクを算出します。
負荷トルクとは、駆動機構の接触部分に生じる摩擦抵抗に対して必要なトルクです。
負荷トルクの値は、必要トルクを算出に使用します。

負荷トルク(TL)の求め方

ボールねじ駆動の計算式
負荷トルク(TL)の求め方(ボールねじ駆動)
タイミングベルト・プーリー駆動の計算式
負荷トルク(TL)の求め方(タイミングベルト・プーリー)
インデックステーブル駆動では、摩擦抵抗が微小のため、負荷トルクの算出は省略します。(0とする)
インデックステーブル駆動の機構仕様例で選定を進める場合は、3-4. 負荷慣性モーメントの算出に進んでください。
その他の駆動方法における負荷トルクの計算式については、技術資料に掲載しています。

負荷トルクの算出には、運転方向荷重(F)の計算が必要です。
傾斜角αが存在する場合は、テーブルとワークの総重量(m)や
重力加速度(g)を考慮してください。

運転方向荷重(F)の求め方

傾斜がある場合でも計算できるよう、三角関数を用いています。
傾斜角が水平、または垂直の場合は、右の表にある値を代入し、計算してください。

傾斜がある場合


水平駆動(α = 0°) sinα = 0
cosα = 1
垂直駆動(α = 90°)sinα = 1
cosα = 0

さらに、ボールねじ機構を使用する場合、運転方向荷重(F)の算出のほかに、予圧荷重(F0の計算が必要です。
予圧荷重は、一般的に以下の値が目安とされています。(※ 詳しい値は、ボールねじメーカーへお問い合わせください。)

予圧荷重の目安

F
: 運転方向荷重 [N]
FA
: 外力 [N]
F0
: 予圧荷重 [N]
µ0
: 予圧ナットの摩擦係数
µ
: 摺動面の摩擦係数
η
: 効率
m
: ワークとテーブルの総重量 [kg]
α
: 傾斜角度 [°]
i
: 外部減速比 (外部減速がない場合は、i = 1)
PB
: モーター1回転あたりの移動量 [m/rev]
D
: 最終段プーリ径 [m]
g
: 重力加速度 [m/s^2] (= 9.807 [m/s2])

※ 摩擦係数は、ガイドの有無によって値が異なります。以下の値をご参考にしてください。

ガイド有 摩擦係数 : 0.05 ~ 0.1 ガイド無 摩擦係数 : 0.1 ~ 0.3
ガイド有 ガイド無

負荷トルクの計算例

手順
① 運転方向荷重を求める
② 予圧荷重を求める ※ ボールねじ駆動のみ
③ 負荷トルクを求める

機構条件の一覧を表示する

ボールねじ駆動

運転方向荷重(F)を求める

機構条件をもとに、運転方向荷重(F)を求めます。

運転方向荷重の計算例(ボールねじ)

機構条件
  • FA (外力) : 0 [N]
  • m (テーブルとワークの総重量) : 27.5 [kg]
  • g (重力加速度) : 9.807 [m/s2]
  • α (傾斜角度) : 0 [°]
  • µ (摺動面の摩擦係数) : 0.05
予圧荷重(F0)を求める

運転方向荷重(F)の値をもとに、予圧荷重(F0)を求めます。

予圧荷重の計算例(ボールねじ)

負荷トルク(TL)を求める

機構条件と、運転方向荷重(F)・予圧荷重(F0)の値をもとに、負荷トルク(TL)を求めます。

負荷トルクの計算例(ボールねじ)

機構条件
  • PB(ボールねじのリード) : 20 [mm]
  • µ0 (予圧ナットの摩擦係数) : 0.3
  • η (効率) : 0.9

機構条件の一覧を表示する

ボールねじ駆動

運転方向荷重(F)を求める

機構条件をもとに、運転方向荷重(F)を求めます。

運転方向荷重の計算例(タイミングベルト・プーリー)

機構条件
  • FA (外力) : 0 [N]
  • m (テーブルとワークの総重量) : 3.5 [kg]
  • g (重力加速度) : 9.807 [m/s2]
  • α (傾斜角度) : 0 [°]
  • µ (摺動面の摩擦係数) : 0.05
負荷トルク(TL)を求める

機構条件と、運転方向荷重(F)の値をもとに、負荷トルク(TL)を求めます。

負荷トルクの計算例(タイミングベルト・プーリー)

機構条件
  • D (プーリーの直径) : 31.85 ×10-3 [m/rev]
  • η (効率) : 0.9

次のページでは、装置の負荷慣性モーメントを求めます。

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