ボールリターンシステム、ボールネジの選択、ボールネジの潤滑。

特定の用途に適切なボールねじを指定することで、総所有コストを最小限に抑えながら、機械の精度、再現性、寿命を確保できます。

ボールねじドライブは、回転運動を直線運動に、またはその逆に変換し、Ø6.000インチのボールねじアセンブリを使用すると静的容量750,000ポンド以上の高スラスト荷重を適用または耐えることができ、通常90%を超える効率が得られます。ボールねじは、さまざまなオートメーション用途でコンポーネントや製品をガイド、サポート、位置決め、正確に移動するのに役立ちます。

ボールねじドライブは、ボールねじと再循環ボールベアリングを備えたボールナットで構成されます。ねじとナットの間の境界面は、ボールねじとボールナットの適合する形状で回転するボールベアリングによって作られています。ボールねじにかかる負荷は多数のボール ベアリングに分散されるため、各ボールにかかる負荷は比較的低くなります。ボールねじドライブは回転要素を備えているため、摩擦係数が非常に低く、これは高い機械効率に相当します。

ボールねじと親ねじの主な違いは、ボールねじに再循環ボールベアリングを使用して摩擦を最小限に抑え、効率を最大化していることです。ボールねじは親ねじよりも高価ですが、高荷重に耐え、高速速度を実現し、予測可能な寿命を実現できるため、多くの用途で追加コストを支払う価値があります。

ボールねじドライブは通常 90% を超える機械効率を提供するため、多くの場合、そのコストは電力要件の削減によって相殺されます。ボールねじの増加した負荷容量、長寿命、予測可能な信頼性は、親ねじに比べて利点です。

再現性と精度

精度は、モーション システムがコマンド位置にどれだけ近づいているかを示す尺度であり、予想位置と実際の位置の間の最大誤差として定義されます。再現性は、位置決めシステムが動作中にある位置に戻る能力として定義されます。ボールねじドライブは、優れた再現性 (バックラッシュはボール ベアリングの直径によって異なりますが、通常は 0.005 ～ 0.015 インチの範囲です) と精度 (精密ボールねじの場合は ±0.004 インチ/フィート、精度のラベルが付いたボールねじの場合は ±0.0005 インチ/フィート) を実現します。 -プラス）。

リード精度は、ボールねじの精度を表す最も一般的な尺度です。リードとは、回転しないボールナットがネジを 360° 1 回転したときに移動する距離を指します。リード精度は、1 フィートまたは 300 mm あたりの許容移動変動 (実際の位置と理論上の位置) として測定されます。ボールねじにはプレシジョン プラス グレードと輸送グレードがあり、プレシジョン プラス グレードは移動距離全体にわたるリード誤差の蓄積を厳密に制御します。

バックラッシュはナットとネジの間の自由な動きであり、軸方向と半径方向に測定できます。軸方向のバックラッシュを測定する最良の方法は、ねじが動かないように固定し、ダイヤルインジケータでボールナットの動きを測定しながら、ボールナットを軸方向に押したり引いたりすることです。バックラッシュは、システム内のボール ナットにダイヤル インジケータを取り付け、ボール ナットを 1 インチ前後に動かして元の位置に戻すことによっても測定できます。ゼロからの変化がバックラッシです。繰返し精度はボールねじのバックラッシを定量的に表したものです。

予圧されていないボールナットにはコンポーネント間に内部隙間があり、バックラッシュが存在します。予圧されたボールナットには軸方向のすきまがないため、バックラッシュがなくなり、剛性が向上します。予圧はねじを回すのに必要なトルクも増加させ、動的容量に対する予圧の割合で測定されます (動的容量が 1500 ポンドで予圧定格が 10% のボール ナットには、内部予圧が 150 ポンドあります)。精密ねじボールねじは、通常、予圧なしで使用されます。ボールねじに予圧を与えるとバックラッシュが除去され再現性が向上しますが、精度には影響しません。

プリロードされたボールナットは、プレシジョンプラスネジおよび一部の精密ネジ製品で利用できます。複雑さ、追加の機械加工、組み立て、検証/測定が必要なため、プリロードされていないナットよりもコストが高くなります。ボールねじアセンブリには、ダブルまたはシングル ナット構成で予荷重を加えることができます。予圧には大きく分けて、シングルナット特大ボール（4点接触）、シングルナットスキップリード（2点接触）、ダブルナット（2点接触）の3種類があります。シングルナットのプリロードにより、全負荷容量を維持しながら最小のパッケージサイズを維持します。スキップリードボールナットは、ボールベアリングの各方向に半分しか荷重がかからないため、同様のサイズのシングルナットの半分の容量しかありません。ダブル ナット プリロード アセンブリは、各方向に 1 つのボール ナットのみが荷重されるため、シングル ナットと同じ耐荷重があります。

ボールねじの製造方法は数多くありますが、一般的にはプレシジョンとプレシジョンプラスの 2 つのカテゴリに分類されます。精密ねじボールねじの軌道は冷間転造加工によって形成されます。ナットはねじの性能に合わせて機械加工されています。このアプローチにより、輸送インチ シリーズのネジで±0.004 インチ/フィート程度のリード精度という中程度の精度が得られます。プレシジョンプラスねじボールねじのねじとナットは精密研削加工により製造されています。プレシジョンプラスねじボールねじは、プレシジョンプラスインチシリーズねじのリード精度 ±0.0005 インチ/フィートの非常に高い精度を提供します。精密プラスねじボールねじは、加工時間が長いため、精密ねじよりもコストが高くなります。

ボールリターンシステム

3 つの異なるタイプのボール返球システムが一般的に使用されます。外部リターン チューブは通常インチねじで使用され、コスト効率が高く、取り付け、メンテナンス、修理が簡単です。内部ボタンリターンシステムは通常、低親ねじに使用されます。これらはコンパクトで、取り付けを複雑にする外部半径方向の突起がなく、外部リターンよりもノイズと振動が少なくなります。内部ボタンリターンシステムは、4 点接触、シングルナット、およびプリロードアセンブリでよく使用されます。内部エンドキャップリターンは通常、高親ねじに使用されます。これらはコンパクトで、取り付けを複雑にする外部半径方向の突起がありません。騒音や振動も外部リターンと比べて低くなります。

ボールねじの選定

特定の用途に必要な指定された負荷容量と寿命を提供するボールねじアセンブリは、反復プロセスを通じて最適に選択されます。設計荷重、システムの方向、移動長、必要な寿命、および必要な速度を使用して、ボールねじアセンブリの直径とリードが決定されます。次に、精度と再現性の要件、寸法の制約、取り付け構成、利用可能な電力要件、および環境条件に基づいて、個々のボールねじコンポーネントが選択されます。

まず、アプリケーションに必要な位置精度と再現性を決定します。インチボールねじは、Transport と Precision Plus の 2 つの主要グレードで生産されています。輸送グレードのボールねじは、粗い動きのみを必要とするアプリケーションや、位置決めにリニアフィードバックを使用するアプリケーションに使用されます。正確で再現性のある位置決めが重要な場合には、プレシジョンプラスグレードのボールネジが使用されます。輸送グレードのネジでは、ネジの有効長さ全体にわたる累積変動が大きくなります。プレシジョンプラスグレードネジには、ネジの有効長さ全体にわたって正確な位置決めを行うためのリード誤差が蓄積されています。

ボールねじアセンブリを機械にどのように取り付けるかを決定します。エンドサポートの構成と移動距離によって、ボールねじの負荷と速度の制限が決まります。

張力のあるボールねじは、ナットの定格容量までの荷重に耐えることができます。ボールナットが圧縮状態にある場合は、メーカーから入手可能な圧縮荷重表を使用して、設計荷重を満たすか超えるボールねじの直径を選択してください。たとえば、プロットされた点を通過するか、プロットされた点の上および右側を通過する曲線を持つすべてのネジは、次の用途例に適しています。このグラフに示されている適切な圧縮荷重は、個々のボール ナット アセンブリの定格表に示されている最大静荷重容量を超えてはなりません。したがって、長さ 85 インチ (2159 mm)、システム荷重 30,000 ポンド (133,500 N) で、一端が固定され、もう一端がサポートされる端部固定性の場合、最小選択は 1.750 x 0.200 精度プラスインチです。ボールネジアセンブリ。

要求速度を満たすボールねじのリードを下式より算出します。

リード (インチ) = トラベルレート (インチ分 -1)/rpm

アプリケーションの期待寿命の決定

組立寿命は、各ボールナットに指定された動定格荷重を使用して計算できます。プロットされた点を通過するか、プロットされた点の上にある曲線を持つすべてのボール ナットがこの例に適しています。このグラフに示されている適切な平均寿命は、個々のボール ナット アセンブリの定格表に記載されている最大静荷重容量を超えてはなりません。この例では、アプリケーションの期待寿命 (総移動距離) は 200 万インチ (5,080 万 mm) です。通常の最大動作荷重は 10,000 ポンド (44,500 N) です。

スクリューの臨界速度の決定

臨界スクリュー速度とは、アセンブリの回転速度が調和振動を引き起こす条件です。危険速度は、ネジの根元の直径、サポートされていない長さ、およびエンドサポートの構成によって異なります。ほとんどのメーカーのチャートでは、プロットされた点を通過するか、プロットされた点の上部と右側を通過する曲線を持つすべてのネジが、次の例に適しています。 4 つの端部固定図は、回転シャフトを支持するためのベアリング構成を示し、グラフは、支持されていないネジの長さの臨界シャフト速度に対するこれらの条件の影響を示しています。このグラフで示される許容速度は、選択したねじシャフトに適用され、関連するすべてのボール ナット アセンブリで達成可能な速度を示すものではありません。

負荷、寿命、および速度の計算により、選択したボールねじアセンブリが設計要件を満たすかそれを超えていることが確認された場合は、次のステップに進みます。そうでない場合は、ネジの直径を大きくすると耐荷重が増加し、定格速度が向上します。リード線が小さいと、線形速度が低下し (入力モーター速度が一定であると仮定)、モーター速度が増加し (線形速度が一定であると仮定)、必要な入力トルクが減少します。リードが高いと、線形速度が増加し (入力モーター速度が一定であると仮定)、入力モーター速度が減少し (線形速度が一定であると仮定)、必要な入力トルクが増加します。

ボール ナットがアプリケーションにどのように接続されるかを決定します。ボール ナット フランジは、ボール ナットを負荷に取り付ける一般的な方法です。ねじ付きボール ナットと円筒形ボール ナットは、インターフェースを提供する代替方法です。

プリロードされたボールナットはシステムのバックラッシュを排除し、剛性を高めます。ワイパー キットはアセンブリを汚染物質から保護し、潤滑剤を含みます。ほとんどのボールねじでは、ベアリングサポートと端部の加工も可能です。

ボールねじは、適切に取り付ける前に慎重に取り扱う必要があります。ボールベアリングに衝撃が加わると、ブリネリングや亀裂が発生してベアリングレースが損傷する可能性があります。高負荷やネジの曲がりにより曲がる可能性があります。破片や汚染物が再循環トラックに詰まり、高湿度や雨が腐食を引き起こす可能性があるため、アセンブリを梱包および潤滑し、清潔で乾燥した場所に保管することが重要です。

システムの取り付けも重要な考慮事項です。ラジアル荷重がかかるとアセンブリの性能が大幅に低下するため、ボール ナットにはアキシャル方向のみに荷重をかける必要があります。また、最適な性能と寿命を達成するには、アセンブリを駆動システム、ベアリングサポート、および負荷と適切に位置合わせする必要があります。

ボールねじの潤滑

ボールねじアセンブリは、適切な潤滑剤を使用せずに絶対に回転させないでください。潤滑剤は、ボールと溝の間の転がり抵抗と隣接するボール間の滑り摩擦を最小限に抑え、ボールねじアセンブリの低摩擦の利点を維持します。

オイルは制御された流量で必要な箇所に直接塗布することができ、ボールナットを通過する際に汚染物質を除去します。冷却効果も得られます。一方、オイルにはプロセス流体を汚染する可能性もあるため、オイルを適切に塗布するにはポンプと計量システムが必要です。

グリースはオイルよりも安価で、塗布の頻度も少なくて済み、プロセス流体を汚染しません。一方、グリースはボールナット内に保持するのが難しく、ボールナットの移動端にグリースがたまり、切り粉や研磨粒子が蓄積する傾向があります。古いグリースと再潤滑グリースが適合しないと問題が発生する可能性があるため、適合性を確認することが重要です。耐荷重グリースはアセンブリの寿命を延ばすのに役立ちますが、全体の定格荷重は変わりません。