最適なハーモニックギアロータリーアクチュエータを選ぶための7つのステップ

ニーズに最も適したハーモニックギアロータリーアクチュエータをどのように選定しますか？

この記事では、減速比の確認、トルク計算、ベアリング荷重計算、負荷慣性の確認、ドライバマッチングの観点から、選定および計算プロセスを紹介します。

1. 負荷トルクを計算する

1) 負荷重力トルク計算式:

TG = M × g × L × cosΘ

Θ = 重力の方向とレバーアーム L の間の角度

2) 負荷加速トルク計算式:

Ta = J × α

負荷慣性 J: 3Dモデリングソフトウェアを使用して測定します（材料特性を含める必要があり、測定時には座標系の原点位置に注意する必要があります）

角加速度 α: 実際のユーザー要件に応じて決定します（例えば、1秒で180度回転し、加速段階に0.1秒を要する場合）

3) 減速機の起動および停止時の総合ピークトルクを確認する:

∑T = (TG + Ta) × safety factor

安全係数: 軽微な衝撃で1.2、中程度の衝撃で1.5、重負荷衝撃で2.0

起動停止ピークトルク ∑T ≤ 最大加速トルク T2B

2. 製品選定プロセス – トルク計算

1) 回転座標系を設定する

2) 対応する座標系を選択する

3) 出力座標系によって決定される値を確認する（図中に示す Izz）

T = J × α + TG

T: ピークトルク

J: 慣性モーメント

α: 角加速度

TG: 静的負荷トルク

ヒント: 角加速度は単純に線形で計画できます。

例:

モータは0 rpmから3000 rpmまで0.12 sで加速し、減速比は101、SolidWorksでシミュレーションした負荷慣性は0.88 kg·m²です。

α = (3000/60 × 2π) / 101 / 0.12 = 25.9 rad/s²

静的トルクを無視すると、ピークトルク T = J × α = 0.88 × 25.9 = 22.8 N·m

3. 製品選定プロセス – トルク計算

T = J × α + TG

例:

モータは0 rpmから3000 rpmまで0.5 sで加速し、減速比は101です。

α = (3000/60 × 2π) / 101 / 0.5

静的トルクを無視すると、ピークトルク T = J × α

例:

モータは0 rpmから3000 rpmまで0.12 sで加速し、減速比は101、SolidWorksでシミュレーションした負荷慣性は0.88 kg·m²です。

α = (3000/60 × 2π) / 101 / 0.12 = 25.9 rad/s²

静的トルクを無視すると、ピークトルク T = J × α = 0.88 × 25.9 = 22.8 N·m

4. 製品選定プロセス – ベアリング検証

曲げモーメント負荷トルク

静的負荷モーメントの計算方法は以下のとおりです:

Mmax = Frmax × Lr + Famax × La

特に、負荷が高速で揺動する場合は、遠心力を含める必要があります。このとき、ベアリングにかかる総合ラジアル力は次のとおりです:

∑Fr = Frmax + m × r × ω²

5. 製品選定プロセス – 慣性検証

モータ慣性マッチング

より優れたシステム応答性と、モータと負荷の間のより正確な制御を実現するために、負荷慣性、減速機入力ロータ慣性、モータロータ慣性について慣性マッチング計算が必要です。

クライアントの負荷形状および密度分布は不均一であることが多いため、負荷慣性は3Dモデリングソフトウェアから直接迅速に取得できます。

負荷慣性比計算式:

負荷慣性 / i² / モータロータ慣性

より良いサーボシステム応答のため、この結果は5以内に制御する必要があります。

(i = 減速比)

計算後、初期に選定した減速比が適切でない場合は、減速比を大きくするか、中慣性または高慣性モータを選定してください。

6. 製品選定プロセス – 精度計算

減速機位置決め精度計算

ロータリーアクチュエータを絶対位置決めに使用する場合、負荷回転の最外周における誤差は次の式で計算できます（この式には、負荷トルクによって生じるねじり剛性誤差は含まれません）:

δ = positioning accuracy (arcsec) / 3600 / 57.3 × R (rotation radius)

例:

HAT20-100の場合、単方向位置決め精度は60 arcsecで、回転半径 R = 200 mmです。

伝達誤差 ≤ 60 / 3600 / 57.3 × 200 = 0.058 mm

7. 製品選定プロセス – 精度計算

その他の考慮事項:

屋外用途の場合: 始動トルクに注意し、低温グリースに交換してください。

酸およびアルカリ腐食環境の場合: 減速機出力端の二次保護が必要です。

特殊な高精度要件の場合: カスタマイズされた超高剛性ハーモニック減速機が必要です。

工作機械加工における端面振れおよびラジアル振れに対する特別な要件。

設置スペースが極めてコンパクトであることが求められる場合: 標準減速機では要件を満たせない可能性があり、カスタマイズ生産が必要です。

ハーモニックドライブロータリーアクチュエータの選定についてまだご不明な点がある場合は、お問い合わせください。