この記事では、構造支持システム、誘導技術、駆動技術、シール、潤滑、付属品など、リニアシステム設計の基礎を解説します。まず、送りねじドライブ、ボールねじドライブ、ベルトドライブ、ボールガイド、スライドガイド、ホイールガイドなどのさまざまなテクノロジーの長所と短所について説明します。次に、この記事では、独自の線形システムを設計および構築する場合と、標準のビルディング ブロックからシステムを構成する場合の利点と欠点を検討します。最後に、この記事では、経済的な標準コンポーネントに基づいてリニア システムのサイジングと選択を行うための、Web ベースの段階的なプロセスについて説明します。

リニア システムの構成要素は、構造サポート システム、駆動システム、ガイド システム、シーリング、潤滑、付属品です。構造支持システムの主なコンポーネントは通常、最大 12 メートルの長さのアルミニウム押出材です。正確な位置決めが必要な用途に合わせて、ベースの取り付け面を機械加工できます。精度の低い輸送タイプの用途向けのベース押し出し材は通常、機械加工されません。輸送用途で使用されるベースは、荷重下での曲げや押出プロセス中の歪みに対する耐性が最適化されており、システムを端部のみでサポートできるようになります。

ガイドの主な種類は、ボール ガイド、ホイール ガイド、スライド ガイドまたはプリズム ガイドです。ボール ガイドは、最大 38,000 ニュートン (N) の高ペイロードと最大 27.60 ニュートン メートル (Nm) の高モーメント荷重をサポートします。ボールガイドのその他の利点としては、低摩擦と高剛性が挙げられます。ボール ガイドは、シングル レール構成またはデュアル レール構成でご利用いただけます。ボールガイドの弱点としては、比較的コストが高く、騒音レベルが高いことが挙げられます。ホイール ガイドの主な利点は、最大 10 メートル/秒 (m/s) という非常に高速で動作できることです。ホイールガイドは、低摩擦と非常に高い剛性も備えています。一方、ホイールガイドは衝撃荷重に対する耐性が比較的低いです。スライド ガイドは、プロファイル表面上で直接動作するプリズム形状のポリマー ブッシングを使用しており、非常に静かな動作を実現し、高い衝撃荷重に耐えます。スライド ガイドの主な利点は、汚染された環境でも動作できることです。スライド ガイドは、ボール ガイドやホイール ガイドよりも速度と耐荷重が低くなります。

最も一般的な駆動技術は、ボールねじ駆動、親ねじ駆動、ベルト駆動です。ボールねじドライブは、再循環ボールベアリングを備えたボールねじとボールナットで構成されています。研削および予圧されたボールネジは、非常に高い位置決め精度を提供します。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。その結果、0.005 mm までの高い絶対精度、最大 40 KN の高い推力容量、および高い剛性が得られます。絶対精度は、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。ボールねじドライブは通常 90% の機械効率を提供するため、多くの場合、コストの上昇は電力要件の削減によって相殺されます。ボールねじの臨界速度は、ねじの谷の直径、支持されていない長さ、および端部の支持構造によって決まります。ボールねじサポートにより、最大ストローク 12 メートル、入力速度 3,000 rpm のねじ駆動ユニットの使用が可能になります。送りねじドライブはボールねじドライブの絶対位置決め精度には及びませんが、0.005 mm という優れた再現性を実現します。再現性は、同じ方向から同じ速度と減速度で接近したときに、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。送りねじドライブは、低から中デューティサイクルの位置決め用途に使用され、低騒音レベルで動作します。ベルトドライブは、最大 10 m/s の速度と最大 40 m/s2 の加速度の高速、高スループットの輸送用途に使用されます。通常、ガイド システムと駆動システムの両方に潤滑が必要です。潤滑フィッティングに簡単にアクセスできるため、予防メンテナンスが簡単になります。効果的なアプローチの 1 つは、設置中および定期的なメンテナンス間隔でボールねじとリニア ベアリング システムの両方が潤滑されるネットワークに給電するキャリッジ上の Zerk フィッティングの使用です。プリズムガイドシステムはメンテナンスフリーです。ポリマー本来の潤滑性に加えて、ストロークごとに潤滑剤を補充する潤滑フェルトワイパーがあります。シーリング技術は多くの用途において重要です。磁気ストリップ シールは、張力を維持するためにバネが仕掛けられたステンレス鋼磁気バンドで構成されています。 2 つの端はシステムのエンド プレートに固定され、カバー バンドまたはシール ストリップがキャリッジのキャビティに通されます。キャリッジがシステムの長さを横切ると、ストリップが磁石から持ち上げられ、キャリッジが通過できるようになります。

代替のシーリング技術であるプラスチック カバー バンドは、ベースの押出成形品と連動する準拠性のあるゴム ストリップを使用しており、ジップロック バッグのように機能します。嵌合する「さねはぎ」形状により、微粒子の侵入を防ぐのに非常に効果的なラビリンスシールが形成されます。柔軟なモーター マウントにより、リニア システムの自動アセンブリへの統合が簡素化されます。ユーザーは、標準の NEMA モーター マウントをリクエストするか、モーター固有の取り付け情報を提供するか、モーターのメーカー名と部品番号を提供するだけです。ハウジングとカップリングは、顧客のモーターの主要な特性に合わせて一般的なブランクから機械加工されます。つまり、モーター フランジのボルト サイズとボルト円直径。モーターパイロット直径;モーターシャフトの直径と長さ。これにより、ほぼすべてのモーターにスライドを水平、垂直、傾斜または反転させて、確実な位置合わせで簡単に取り付けることができます。

すべてのドライブ タイプとガイド タイプの組み合わせが意味をなすわけではありません。実際のアプリケーションで使用される 7 つの技術グループには、リード スクリュー ドライブとボール ガイド、リード スクリュー ドライブとスライド ガイド、ボール スクリュー ドライブとボール ガイド、ボール スクリュー ドライブとスライド ガイド、ベルト ドライブとボール ガイド、ベルト ドライブとスライド ガイドが含まれます。 、ベルトドライブとホイールガイド。スパイダー ダイアグラムは、これらの各テクノロジーの相対的な長所と短所を表します。ボールねじドライブおよびボールガイド技術は、高い再現性、高い剛性、および大きな力とモーメントに対処する能力を提供します。これは、工作機械にギア ブランクをロードおよびアンロードするために使用されるリニア システムなど、高負荷および高デューティ サイクルを伴う精密位置決めアプリケーションで使用されます。ベルト駆動のボールガイドユニットは、重いペイロードと高モーメント荷重を伴う高速および加速用途向けに設計されています。この技術グループは、ギャップにまたがるアプリケーションに適しており、端または断続的にサポートされます。典型的な用途には缶のパレット化が含まれます。ベルト駆動のスライドガイド付きリニア システムは、適度な速度と加速能力を提供します。スライド ガイドは衝撃荷重に対応できますが、線速度がある程度制限されます。この組み合わせにより、メンテナンスの必要性が低く、コスト効率が高く、低ノイズのソリューションが実現します。磁気カバーバンドを追加することにより、このソリューションは、板金スプレー処理用途など、微粒子含有量が多く、洗浄要件が必要な環境に最適になります。ベルト駆動のホイールガイド付きユニットは、適度なコスト、低騒音、比較的低いメンテナンス要件に加えて、高い線速度と加速機能を提供します。典型的な用途は包装および充填機です。

作るか買うか？リニア システムを作成するか購入するかを検討するときは、リニア システムの設計に必要なエンジニアリング時間と専門知識に注目することが重要です。システムの設計には、リニアおよびラジアルベアリングの寿命、ボールねじの寿命、ボールねじの臨界速度、サポートプロファイルのたわみ、潤滑の選択、カバーの設計などの工学計算が含まれます。設計時間には、コストと範囲が増加し、基本的な漏れがないことを確認するために依然として基本的なエンジニアリングが必要であるという欠点があります。リニア システムを購入する場合、標準カタログ製品がアプリケーションの要件を満たさない場合があります。この場合、標準製品または白いシートの設計を大幅に変更することが代替案として考えられます。幅広い製品とエンジニアリング能力を持つパートナーは、時間とコストを節約し、開発サイクルを短縮しながら問題を解決するために協力できます。