ボールリターンシステム、ボールスクリューの選択、ボールスクリュー潤滑。

特定のアプリケーションに右のボールネジを指定すると、所有コストの総コストを最小限に抑えながら、機械の精度、再現性、寿命が確保されます。

ボールスクリュードライブは、回転運動を線形運動に変換するか、その逆に翻訳し、高推力荷重を適用または耐えることができます。これは、Ø6.000インチを使用して750,000 lbの静的容量を使用して、通常は90％を超える効率のあるボールスクリューアセンブリを使用します。ボールスクリューは、さまざまな自動化アプリケーションでコンポーネントと製品をガイド、サポート、位置合わせ、および正確に移動するのに役立ちます。

ボールスクリュードライブは、ボールスクリュー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ています。ネジとナットの間のインターフェースは、ボールスクリューとボールナットのマッチングフォームで転がるボールベアリングによって作られています。ボールネジの荷重は、各ボールが比較的低い荷重にさらされるように、多数のボールベアリングに分散されます。ゆっくり要素のため、ボールスクリュードライブの摩擦係数は非常に低いため、機械的効率が高くなります。

ボールネジとリードネジの重要な違いは、摩擦を最小限に抑え、効率を最大化するために、ボールスクリューに再循環ボールベアリングを使用することです。ボールネジはリードネジよりも高価ですが、高負荷を運び、速度を速くし、予測可能な寿命を実現する能力により、多くのアプリケーションに追加費用がかかります。

ボールスクリュードライブは通常、90％を超える機械的効率を提供するため、電力要件の削減によりコストが相殺されることがよくあります。負荷容量の増加、寿命の長い、およびボールネジの予測可能な信頼性は、リードネジよりも利点があります。

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の程度密接に近づくかの尺度であり、予想される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、操作中に位置決めシステムが場所に戻る能力として定義されます。ボールスクリュードライブは優れた再現性を提供します（バックラッシュはボールベアリングの直径に依存しますが、通常は0.005〜0.015インチの範囲です。）および精度（精密ボールネジの場合は±0.004インチ、精密プラスに標識されたボールネジで±0.0005インチ）。

鉛精度は、ボールスクリューの精度の最も一般的な尺度です。鉛とは、ネジの360°回転で1回の回転で移動する距離を指します。鉛精度は、1フィートあたりまたは300 mmあたりの許容移動変動（実際の位置対理論的位置）として測定されます。ボールネジは、精密プラスと輸送グレードで提供され、精密プラスグレードは、完全な長さの移動にわたって鉛エラー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、軸方向および放射状に測定できます。軸方向のバックラッシュを測定する最良の方法は、ネジを動きから固定し、ダイヤルインジケーターで動きを測定しながら、ボールナットを軸方向に押して引っ張ることです。バックラッシュは、システムのボールナットにダイヤルインジケーターを置き、元の位置に1インチ前後に駆動することで測定することもできます。ゼロからのバリエーションは反発です。再現性は、単にボールネジのバックラッシュの定量的値です。

非準備済みのボールナットには、コンポーネント間に内部クリアランスがあり、バックラッシュが存在することを意味します。プリロードされたボールナットには軸方向のクリアランスがなく、したがってバックラッシュが排除され、その後剛性が増加します。プリロードはまた、ネジを回すのに必要なトルクを増加させ、プリロードの割合で動的容量に測定されます（動的容量が1500ポンドで、プリロード定格が10％のボールナットの内部プリロードは150 lbです）。通常、プリシジョンスレッドボールネジは、プレロードせずに使用されます。ボールスクリューのプリロードは、バックラッシュを除去することで再現性を向上させますが、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、精密プラスネジで利用でき、精密ネジ製品を選択します。それらのコストは、複雑さ、追加の機械加工、アセンブリ、および検証/測定のために、非準備されたナットよりも高くなります。ボールスクリューアセンブリは、ダブルまたはシングルナットの構成でプリロードできます。プリロードには、シングルナット特大のボール（4ポイント接触）、シングルナットスキップリード（2ポイント接点）、ダブルナット（2ポイント接触）の3つの主要なタイプがあります。シングルナットプリロードは、フル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半分だけが各方向にロードされているため、同様のサイズのシングルナットの容量の半分を持っています。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ロードされるため、単一のナットと同じ負荷容量を持っています。

ボールスクリューを製造するには多くの方法がありますが、通常は2つのカテゴリに分類されています。これと精度プラスの2つのカテゴリです。精密なスレッドボールネジのレースは、コールドローリングプロセスによって形成されます。ナットは、ネジの性能機能に合わせて機械加工されています。このアプローチは、輸送インチシリーズネジの±0.004インチ/ftリード精度の順序で、中程度の精度を提供します。精密プラススレッドボールネジのネジとナットは、精密粉砕によって生成されます。 Precision-Plusスレッドボールネジは、精密プラスインチシリーズネジで±0.0005インチ/ftのリード精度のはるかに高い精度を提供します。精密なコストと糸のボールネジのコストは、処理時間が長いため、精度のネジよりも高くなります。

ボールリターンシステム

3つの異なるタイプのボールリターンシステムが一般的に使用されています。通常、インチネジで使用される外部リターンチューブは、費用対効果が高く、取り付け、保守、修理が簡単です。内部ボタンリターンシステムは、通常、ローリードネジで使用されます。それらはコンパクトであり、外部のリターンよりもマウントを複雑にし、騒音と振動を少なくする外部放射状突起はありません。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、ハイリードネジで使用されます。それらは、取り付けを複雑にするために外部の放射状突起がなく、コンパクトです。それらの騒音と振動も、外部のリターンと比較して低いです。

ボールスクリューの選択

特定のアプリケーションに必要な指定された負荷容量と寿命を提供するボールスクリューアセンブリは、反復プロセスを通じて選択するのが最適です。設計荷重、システムの向き、移動長、必要な寿命、および必要な速度を使用して、ボールスクリューアセンブリの直径と鉛を決定します。その後、個々のボールスクリューコンポーネントは、精度と再現性の要件、寸法制約、構成の取り付け、利用可能な電力要件、および環境条件に基づいて選択されます。

アプリケーションに必要な位置の精度と再現性を決定することから始めます。インチボールネジは、輸送と精密プラスの2つの主要なグレードで生成されます。輸送グレードのボールネジは、粗い動きのみまたは位置の位置に線形フィードバックを使用するもののみを必要とするアプリケーションで使用されます。精度と繰り返し可能なポジショニングが重要な場合、精密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は、ネジの有用な長さにわたってより大きな累積変動を可能にします。精密プラスグレードネジには、ネジの有用な長さ全体にわたる正確な位置決めのためのリードエラーの蓄積が含まれています。

ボールスクリューアセンブリがマシンにどのように取り付けられるかを決定します。エンドの構成と移動距離は、ボールネジの負荷制限と速度制限を決定します。

張力のボールネジは、ナットの定格容量まで負荷を処理できます。圧縮のボールナットの場合、メーカーから利用可能な圧縮荷重チャートを使用して、設計負荷を満たすかそれを超えるボールスクリューの直径を選択します。たとえば、プロットされたポイントの通過以下の曲線を備えたすべてのネジは、たとえば、次の例のアプリケーションに適しています。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与えられた最大静的荷重容量を超えないことです。したがって、85インチ（2159 mm）の長さでは、30,000 lb（133,500 n）のシステム荷重と一端の端部の固定性が固定され、もう一方の端がサポートされています。

次の式を使用して速度要件を生成するボールネジのリードを計算します。

鉛（in。）= TravelRate（in。min.-1）/rpm

アプリケーションの寿命の決定

アセンブリ寿命は、各ボールナットに指定された動的負荷定格を使用して計算できます。通過する曲線を備えたすべてのボールナットは、プロットされたポイントの上にあるか、または上にあるすべてのボールナットは、例に適しています。このグラフに示されている適切な寿命は、個々のボールナットアセンブリの評価表に与えられた最大静的荷重容量を超えないことです。この例では、アプリケーションの平均寿命（総旅行）が望ましいものは200万インチ（5,000万mm）です。次に、最大操作荷重は10,000 lb（44,500 n）になります。

ねじの臨界速度を決定します

臨界スクリュー速度とは、アセンブリの回転速度が高調波振動をセットアップする条件です。臨界速度は、ネジの根の直径、サポートされていない長さ、および最終サポート構成に依存します。ほとんどのメーカーチャートでは、プロットされたポイントの通過以下を通過する曲線を備えたすべてのネジは、次の例に適しています。 4つのエンド固定具の図面は、回転シャフトをサポートするためのベアリング構成を示しており、チャートは、サポート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ている許容速度は、選択されたネジ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の達成可能性を示すものではありません。

負荷、寿命、速度の計算が、選択したボールスクリューアセンブリが設計要件を満たしているか超えていることを確認する場合は、次のステップに進みます。そうでない場合、より大きな直径ネジは負荷容量を増加させ、速度定格を増加させます。リードが小さくなると、線形速度が低下し（一定の入力モーター速度を仮定）、モーター速度（一定の線形速度を想定）を増加させ、必要な入力トルクを減少させます。より高いリードは、線形速度（一定の入力モーター速度を想定）を増加させ、入力モーター速度を低下させ（一定の線形速度を仮定）、必要な入力トルクを増加させます。

ボールナットがアプリケーションにどのようにインターフェイスするかを決定します。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典型的な方法です。ねじ付きのボールナットと円筒形のボールナットは、インターフェイ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。ほとんどのボールスクリューでは、ベアリングのサポートとエンドマシニングも利用できます。

適切な設置前にボールネジを慎重に処理する必要があります。ボールベアリングへの衝撃は、ブリネリングやひび割れによってベアリングレースを損傷する可能性があります。スクリューの高荷重または屈曲は、曲げにつながる可能性があります。破片や汚染が再循環トラックを詰まらせ、湿度や雨が高いため腐食を引き起こす可能性があるため、アセンブリをパッケージ化して潤滑して清潔で乾燥した領域に保存することが重要です。

システムの取り付けももう1つの重要な考慮事項です。ラジアル荷重がアセンブリの性能を大幅に低下させるため、ボールナットは軸方向にのみロードする必要があります。また、アセンブリは、最適なパフォーマンスと生活を実現するために、ドライブシステム、ベアリングサポート、負荷に適切に整合する必要があります。

ボールスクリュー潤滑

適切な潤滑なしでは、ボールスクリューアセンブリを実行しないでください。潤滑剤は、ボールと溝の間のローリング抵抗と隣接するボール間の滑り摩擦を最小限に抑えることにより、ボールスクリューアセンブリの低い摩擦利点を維持します。

オイルは、制御された流量で必要な状況に直接塗布でき、ボールナットを通過すると汚染物質がきれいになります。また、冷却を提供できます。一方、オイルにも適切に塗布するには、ポンプと計量システムが必要です。オイルには、汚染プロセス液の可能性もあります。

グリースは安価であり、油よりも頻繁な塗布は必要ありません。また、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の中に保つのが難しく、ボールナットトラベルの端に蓄積する傾向があり、そこでチップと研磨粒子を蓄積します。再潤滑グリースを伴う古いグリースの互換性が問題を引き起こす可能性があるため、互換性を確認することが重要です。グリースを運ぶ負荷は、アセンブリの寿命を延ばすのに役立ちますが、全体的な負荷定格は変わりません。