適切なリニアモーションシステムを構築するには、適切なアクチュエータを選択することから始まります。さまざまなサイズ、テクノロジー、品質の間には、何百ものオプションが存在します。コツは、最良の結果をもたらすアクチュエータを厳選することです。幸いなことに、それは思っているほど難しくありません。アプリケーションの要件によって可能なアクチュエータ ソリューションのセットが減り、プロジェクトの制約によって最適なソリューションが決まります。

このプロセスは、ここにリストされている一連の重要な要素を検討することから始まります。

スピード

速度はアクチュエータを選択する際に考慮すべき重要な要素です。ネジ式アクチュエータは、非常に高速では効果的で経済的なコンポーネントですが、回転するとネジがたわむ、ネジホイップとして知られる現象が発生します。スクリューホイップは振動や早期摩耗の原因となります。

臨界速度と呼ばれるスクリューウィップの閾値は、スクリューの寸法と材質によって異なります。臨界速度は、よく知られた方程式を使用して分析的に計算できます。速度が速すぎてネジ式アクチュエータを使用できない場合は、リニア モータまたはベルト ドライブ アクチュエータを検討してください。

負荷

アクチュエータが負荷に対して適切なサイズであることが重要です。負荷容量のサイジングを行う際には、ガイド ベアリングのラジアル負荷容量、サポート キャリッジのモーメント容量、サポート ベアリングとボールねじのアキシャル負荷容量など、いくつかの要素を考慮する必要があります。アプリケーションによってもたらされる負荷に対処するように設計されたアクチュエータを選択することが重要です。

よくある誤解は、負荷容量だけが重要であるというものですが、負荷容量によって特定の負荷の下でのアクチュエータの耐用年数を計算することが可能になります。ただし、さまざまな荷重方向におけるアクチュエータの剛性など、他の要素を考慮する必要があります。設計チームは、アクチュエータがアプリケーションで正常に動作するかどうかを判断するために、荷重たわみ計算を実行する場合があります。

考慮すべきもう 1 つの要素は、負荷の位置です。アクチュエータの軸に沿って走行するキャリッジの上に置かれた質量は、転倒モーメントを加えるオーバーハング荷重とはまったく異なる力を導入します。アクチュエータのサイズが適切であり、サポートされていることを確認してください。

垂直用途では、荷重の位置を維持するために特別な注意が必要です。特定の設計パラメータでは、親ネジは自動ロックされます。これは、モーターに障害が発生した場合でも、バックドライブできないことを意味します。ネジが確実に自動ロックされるためには、ネジの効率が 50% 未満である必要があります。ここで、効率はリード角とナットとネジの間の摩擦係数の関数です。あるいは、ラックアンドピニオンアクチュエータも機能します。

ベルトは近年著しく改良されています。堅牢で高度に設計されているため、かつてのように定期的に張力を加える必要はなくなりました。速度とストロークの要件がボールねじや親ねじで提供できる範囲を超えている場合は、ベルトドライブが良い選択肢となります。ベルトドライブを垂直用途で使用する場合は、特別な注意が必要です。安全のために、荷重を減速、停止、サポートするために、カウンターウェイトまたはブレーキを適切に使用することをお勧めします。

ストローク長さ

次に考慮すべき要素はストローク長です。ネジベースのアクチュエータは効果的であり、場合によっては最大 5 フィート以上のストロークに使用できます。移動距離が非常に長いネジ駆動アクチュエータの場合は、臨界速度を超えないよう注意する必要があります。ストローク長が長い場合は、ベルトドライブの方が良い選択肢です。現在のベルトは高度に加工された素材であり、メンテナンスはほとんど必要ありません。最大50フィートの距離でも使用できます。

ロングストローク用のもう 1 つのオプションはリニアモーターです。基本的に展開されたサーボモーターであるリニアモーターは、固定された磁石のトラックに沿って伝わる力で構成されています。理論上、トラックは必要な長さにすることができます。実用的な観点から見ると、リニア モーターは、水平で慎重に位置合わせされた磁石トラックを提供するという要件と、磁石のコストの両方によって制限されます。非常に長い移動中にモーターケーブルを管理することも課題となる場合があります。

再現性

すべてのアプリケーションには再現性要件があります。アクチュエータを正しく選択すると、これらの要件を満たすだけでなく、プロジェクトが予算と組み立て時間の目標を達成できるシステムが実現します。ネジ式アクチュエータは、±0.0001 ～ ±0.003 インチ程度の再現性を実現します。これに対し、ベルト ドライブでは ±0.002 ～ ±0.010 インチです。

最適な選択はアプリケーションのニーズによって異なります。ベルト ドライブはネジ式アクチュエータほど性能は高くありませんが、公差がより許容されるアプリケーションの場合、ベルト ドライブは大幅な節約を提供します。より要求の厳しいアプリケーションでは、リニア モーター アクチュエータはサブミクロンの再現性を実現します。

デューティサイクル

デューティサイクルは機器の寿命に大きな影響を与えます。アプリケーション要件を満たすことができるリニア アクチュエータを選択することが重要です。たとえば、送りねじは滑り接触に基づいており、通常はステンレス鋼からプラスチックまでです (用途に応じて多くの選択肢があります)。これにより、デバイスの寿命にわたって重大な磨耗が発生します。そのため、高負荷と高デューティサイクルを組み合わせたアプリケーションを使用する場合は、親ネジの使用を避けてください。

代わりに、再循環ボールねじアクチュエータを選択してください。これらのデバイスには滑り摩擦ではなく転がり摩擦があるため、寿命が長くなり、寿命がより予測可能になります。。ただし、特に高負荷の場合、ボールが損傷する可能性があります。故障が許容できない用途の場合は、遊星ローラーねじを試してください。これらのデバイスは重量を分散して摩耗を最小限に抑え、特に軍事および航空宇宙用途に適しています。低予算の用途では、ベルトドライブも機能する場合があります。

環境

アプリケーションの動作環境もアクチュエータの選択に影響します。クリーンルーム環境では、送りねじアクチュエータを避けてください。金属とプラスチックの接触により、クリーンルームの定格を損なう微粒子が生成されます。

逆に、極度に汚れた環境ではアクチュエータが損傷する可能性があります。ロッド型アクチュエータでは、ネジはハウジング内に密封されています。その結果、ロッド型アクチュエータは、汚染物や液体のある環境においてもかなり安全です。ロッドレスアクチュエータでは、負荷はキャリッジ上にあり、キャリッジはネジに接続する必要があるため、アクチュエータが汚染にさらされる可能性があります。.

その結果、ロッドレス アクチュエータには、基本技術がネジ式アクチュエータであろうとリニア モータであろうと、特別な設備が必要になります。 IP 定格のあるコンポーネントを探してください。侵入を軽減するためにスリットを下向きに取り付けることを検討してください。潤滑剤は粒子を捕らえて保持し、時間の経過とともに表面に損傷を与える可能性があることに注意してください。

環境に関して考慮すべきもう 1 つの要素は、利用可能なスペースの量です。世界最高のアクチュエータであっても、手元の封筒に収まらなければ役に立ちません。十分なスペースを確保するために、設計段階の早い段階でアクチュエータを指定してください。ベンダーと緊密に連携して、コンパクトなフォームファクターで必要な特性を実現できるあらゆる要素を活用してください。

予算

価格目標を常に念頭に置くことが重要です。リニア モーターが最も高価で、次にネジ式アクチュエータ (遊星ネジ、ボールネジ、親ネジ) が続きます。ベルトドライブが最も経済的です。

エンジニアリングには常にトレードオフが伴います。上記のリストはアクチュエータ選択時の最初のリストです。特定のアプリケーションでは、特別な制約により、たとえば、パフォーマンスよりも予算が優先されたり、速度よりもデューティ サイクルが重要になったりすることがあります。アクチュエータを指定するプロセスは、設計段階のできるだけ早い段階で開始してください。標準コンポーネントを使って作業してみてください。これらのどれもニーズを満たさない場合は、目的を達成するためのカスタム製品の開発についてベンダーと相談してください。