カムの設計

質問

いつもおせわになっています。

今回は、カムの設計に関してです。

下記の条件でカムの形状の設計およびモータの選定で
悩んでいます。

?搬送質量：1kg
?搬送方向：垂直
?搬送距離：3?
?搬送時間：0.02s

この条件で板カムを設計すると
?45°で3?
?90°で3?
?基礎円半径：15?
?カムフォロア直径：φ10?

上記の条件でカムは設計できたのですが
これらのカムを動かすモータとなると
400Wになってしまします。

計算としては、フリーソフトなどを駆使して
やって見たのですが。。。

モータの容量があまりにも大きくて困っています。
希望としては、30もしくは50Wくらいのモータが
いいのですが。

皆様のご教授をお願いします。

回答No.4

noname#230359 · ベストアンサー

＞5G必要なんで(+自重)
最短時間で加速しようとすると無理ですが
最長時間で加速させれば必ずしも不可能でもない

＞?搬送距離：3?
＞?搬送時間：0.02s

速度　3[mm]/0.02[sec]=150[mm/sec]
分速にしたらたったの９[ｍ／ｍｉｎ]　

回答（３）さんの速度カーブは台形で頂点の幅を最大にしてる
これを頂点の幅をゼロにする　＜台形でなく三角形

２倍の速度まで加速して定速時間はゼロで即減速
これで加速度は最低になって許容時間内に搬送可能になる
加速時間：０．０１ｓｅｃ
減速時間：０．０１ｓｅｃ
最高速度：３００ｍｍ／ｓｅｃ

これで５０Ｗで可能です
但しカムではなくてプーリ式エレベータ駆動での計算ですが
http://www.nissei-gtr.co.jp/gtr/sentei/keisan_lifter.php

尚、機械構造や機械効率等その他もろもろを無視しての値ですが
単純なニュートン力学なので必ずしも不可能な値でもなかろう
恐らく、５０Ｗは無理でも１００Ｗくらいならなんとかなるレベルであろう

ただ↓の続きなら恐らくボツでしょうね
http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=306637&event=QE0004

＞重量を相殺してるので　この方式では可能
カウンタウエイトを入力可能な最小限にします、この場合は０．０１ｋｇ
更にその他駆動部のイナーシャを極限まで減らします
（プーリやロープ等の質量も最小限にする）
これで質量１ｋｇを設定速度まで加速させるトルクを計算します
本件の場合、加速トルクが負荷トルクのほぼ１００％近い
負荷トルク＝加速トルク＋摩擦トルク　
めんどくさいのでこの摩擦トルクをほぼゼロにして計算する

加速トルク＝負荷イナーシャｘ加速度
http://sekkei.if.land.to/item_chokudou_gaiyou.html

因みに、カウンタウエイトを負荷質量と同等にしちゃうと
負荷イナーシャが２倍になったと同等になりますので却って悪化する

＞リニアロボットを推奨しますが
リニアの中身はボールネジ
ボールネジ自身のイナーシャはかなりデカイ
へたすると負荷イナーシャよりもボールネジイナーシャの方がデカイ
なので、ボールネジ駆動は極端に大きな加速度に使えない
負荷無しでボールネジ単体を加速するだけで数ｋｗになる事例は少なく無い

＞カムで直接あげるのなら可能だけど
カム自身にもイナーシャがあります
正確にはカム自身の加速トルクを計算する必要が有るのですが
直感的には負荷イナーシャと同等以上になるでしょう
カムのイナーシャを減らす事は、カム強度を減らす事に直結するのであまり減らせない

以上の事から加速トルク単体を検討するならプーリ式エレベータが一番簡単確実
（横方法ならコンベアか台車になりますが）

摩擦トルクはお金次第で減らせれる　＜流体軸受けとかコスト無視して使えば．．．
でも、加速トルクはニュートン力学なので減らせない　
減らす手段は加速度を下げるか？イナーシャ（可動部質量）を減らすか？の２択

お礼

回答ありがとうございます。
機構としては、みなさんプーリー式エレベータ方式みたいですね。
でも、場所がなく。。。
もっと、条件を変更して
なんとか直動カム機構でやってみます。
条件が出次第、皆様に相談します。

回答No.6

noname#230359

質問に対して、以下の確認をしますとこのようになります。

?45°で3?と、?90°で3?から、?45°で3?上昇なら、倍の角度を同じ時間で下降の

?90°で3?であるなら、?45°で3?上昇で動力計算をします。

さて、ACモータは、周波数×120÷極数にて回転数が決まります。

60Hzなら1800rpm(30r/sec)→(0.0333sec/r)50Hzなら1500rpm(25r/sec)→(0.04sec/r)です。

これを、45°換算しますと、50Hzなら(0.04sec/r)→{0.01sec/(1/4r)}で、(1/4r)＝90°です。

回転効率を加味しますと、60Hzなら1750rpmで、50Hzなら1450rpmでけいさんしますが、減速機は

使用しないで、インバーター使用であれば、その性能曲線で計算をします。

その負荷動力は、?搬送質量：1kg、?搬送方向：垂直、?搬送距離：3?、?搬送時間：0.02s

にて、旧単位のMKS単位で計算しますと、1kg×(3?/1000mm/m)÷0.02s÷102＝0.00147kw

が等速運動の動力となり、傾き(加速)を倍にすると、0.00147kw×2＝0.00294kw→2.94W

カムの回転慣性力を疑似円板形状で計算します。径と厚みと加速＆周速条件にて。

以上です。

途中まで計算して、問題が生じたら、そこでピンポイントに質問を補足してください。

お礼

回答ありがとうございます。
計算してみます。

回答No.5

noname#230359

>>プーリ式エレベータ駆動

重量を相殺してるので　この方式では可能

カムで直接あげるのなら
可能だけど

エンジンの弁みたいに
帽をかますと
戻らないです

1kgf　なんで
リニアロボットを推奨しますが

http://jp.misumi-ec.com/vona2/maker/misumi/mech/M0100000000/M0118000000/M0118010000/

加速度はしらべてね

戻らないです＝自重なんで重力加速度を越えられない＝追従しない

＝　バネ入れる　＝　無限ループ

?搬送質量：1kg
?搬送方向：垂直
?搬送距離：3?
?搬送時間：0.02s
＝カムと選定したんだろうが

まあ、そのうちブログにでも書こう
とステマ

つhttp://www.yamaha-motor.co.jp/robot/lineup/phaser/feature/

お礼

回答ありがとうございます。
プーリー式エレベータ駆動ですか。。。
設置場所が狭ので
直にカム駆動を考えています。

回答No.3

noname#230359

?搬送時間：0.02s
3mmって出るの

って
昔作ったロボット選定マクロ使ってみた
加速度 重力加速度 9.80665 m/s2
45 m/s2
搬送質量
1 ｋｇ

時間 速度
加速時間 0.005 0.225 m/s
減速時間 0.005 0 m/s
等速時間 0.01 0.225 m/s
移動時間 0.02 s

秒 速度
0 0
0.005 0.225
0.015 0.225
0.02 0

加速移動距離 0.5625 mm
減速移動距離 0.5625 mm
等速移動距離 2.25 mm

移動距離 3.375 mm

加速時G 4.588722958G 加速時発生力4.588722958 ｋｇｆ
減速時G 4.588722958G 減速時発生力4.588722958 ｋｇｆ

5G必要なんで(+自重)

むりぽ

↑
自由落下で5Gの星に行けば可能

回答No.2

noname#230359

前質問　クランクスライダ機構 よりは緩い条件ながら　30もしくは50Wくらいのモータ　では無理でしょ。

　　家電の消費電力
　　http://www.rakuten.ne.jp/gold/arukikata/electric/power.html

扇風機が相当するが楽楽手で止められる。
条件?～?で手でシェイクするのは大汗。人力の限界は1/4馬力らしいがナットク。
相応するのは　ジューサー 175W～300W。それ以上が必要と実感できます。

カム機構はクランク機構よりも効率悪いし高速追随には確動にせねばならない面倒さも。

回答No.1

noname#230359

0.02s で25往復/秒とかするとも思えないので

モーターにフライホイールを付けて慣性で持たせるか
カムとスプリングなどを使用して予めエネルギーを蓄えておき
動作時だけ大きな力を得るようにすれば、
モーターの平均出力は50W以下で済むのではないでしょうか。