リニア レールの指定とサイズ設定に最適な方法は、まずアプリケーションの最も重要なパラメータを定義し、これらの要件に基づいて選択肢を絞り込み、次に重要な変数を適用して最終的なリニア レールを選択することです。

まずは基本から:リニアガイドレール、ガイドウェイ、およびスライドは、レールとベアリングで構成される機械システムであり、低摩擦係数で直線経路に沿って物理的な荷重を支持・移動させます。これらは通常、転動体型または平面ブッシング型に分類されます。様々なメーカーから、特定のエンジニアリングニーズを満たすように設計された様々な形状とサイズが提供されるため、考慮すべき重要なパラメータのリストとその重要度は、お客様のアプリケーションによって異なります。

最も一般的なガイドウェイとベアリングの種類には、循環ボールベアリングブロックを備えたプロファイルド（角型）レール、ローラーベアリング用ガイドウェイ、循環ボールブッシングまたはプレーンブッシングを備えた丸型レールなどがあります。プロファイルドレールは、工作機械のツールヘッドや精密回路基板の駆動部など、優れた剛性と精度が求められる用途に適しています。ローラーベアリングシステムは、部品の持ち上げや搬送、ピックアンドプレースなど、より幅広い用途に使用されます。

アプリケーションに最適なレールを選択するには、まずシステムの具体的なニーズを分析します。次に、顧客の要件またはプログラムガイドラインを理解します。これには、最終結果を達成するために必要な軸数、再現性、許容誤差、精度などが含まれます。最後に、埃、水、繊維、その他の物質などの環境汚染を考慮します。

どのようなシステムでも、動作環境によって選定すべきベアリングの種類が決まります。例えば、汚れた環境はアセンブリを汚染し、循環するボールパスの正常な機能を妨げる可能性があります。ローラーシステムでは転動体が一般的に大きいため、汚染は比較的容易に管理できます。すべり軸受は、特定の研究室やシリコンチップ製造施設など、面接触潤滑が推奨されない、または環境にさらされることが許されない用途に適しています。

システムを選択したら、適切なサイズを決定するためのパラメータを設定します。リニアガイドウェイシステムの各動作については、ストローク、荷重、速度、デューティサイクル、取り付け領域、取り付け方向などのパラメータを考慮してください。

リニアガイドシステムのサイズ

静荷重は、サドル、ネスト固定具、ペイロード、およびベアリングの重量で構成されます。典型的なデュアルレールと4つのキャリッジのセットで、前後左右に40.0ポンドの荷重が水平方向に中央にかかっている場合、各ベアリングブロックには10.0ポンドの静荷重がかかります。

スライドには、サドル型とカンチレバー型の2つの基本的なタイプがあります。標準的な水平ベースのサドルスライドは、2つの固定されたエンドブロック間を移動するサドルまたはブロックを使用します。カンチレバースライドでは、本体とシリンダーは静止したまま、ツールプレートが伸縮します。片持ち式のもう1つの用途は、荷重を垂直方向に移動させる場合です。1本のレールと2つのキャリッジを使用することで、両方のベアリングキャリッジにラジアル方向に均等に荷重をかけることができます。ベアリングまたはキャリッジのサイズを決定する際は、通常、最も静的に応力を受けるスライダーの合計荷重を、最悪のシナリオとして設定します。

ベアリングのサイズを決定する際には、荷重パラメータと、その重心（CG）または質量中心までの距離を整理する必要があります。荷重とは、システムに加えられる重量または力を指し、静的荷重と動的荷重の両方が含まれます。静的荷重は、サドル、ネスト固定具、ペイロード、およびベアリングの重量で構成されます。動的（または運動）荷重は、ベアリングを載せたサドルと相互作用する適用荷重を考慮する必要があります。通常、この荷重はベアリングにねじり荷重を課します。サドルのCGは、ベアリング中心から一定の距離における単一の荷重値を提供します。

これらの動荷重値と静的荷重値は、ラジアル方向（Corad）、アキシャル方向（Coax）、X軸周りのトルク（Mx）、Y軸周りのトルク（My）、Z軸周りのトルク（Mz）として整理できます。これらの変数は、ほぼすべてのベアリングサイジングアプリケーションで使用でき、適切なキャリッジサイズを選定できます。荷重値は通常、静的荷重の場合はlbまたはニュートン（N）、動的荷重の場合はin.-lbまたはニュートンメートル（Nm）で表されます。

個々の荷重の中心は、ガイドウェイシステムの中心またはベアリング中心からの相対距離であり、総質量はガイドレールからの重心距離が1.5インチ（60 in.-lb/40 lb）です。特にサドルが急激に加速または減速される場合、ベアリングは60 in.-lbのトルク負荷に対応する必要があります。

スピード：速度は、加減速時と一定速度で動作しているときとでは、適用される荷重がシステムに与える影響が異なるため、考慮すべき重要な要素です。速度は通常、in./s またはメートル法の等価単位である m/s で表されます。動作プロファイルの種類などの要因によって、目的の速度またはサイクルタイムに到達するために必要な加速度が決まります。台形動作プロファイルでは、荷重は急速に加速し、その後一定速度で移動してから減速します。一方、三角形動作プロファイルでは、加速と減速が急激です。さらに、アプリケーションの速度を計算する際には、動作の全体的なタイミングを達成するために必要な加速と減速だけでなく、最大移動速度も考慮する必要があります。

デューティサイクル:デューティサイクルパラメータは、サドルの完全なサイクル全体、つまり通常はストロークの2倍と、所定の時間におけるアイドル動作を考慮する必要があります。アプリケーションのストロークとは、直線経路に沿った一方向への完全な全体動作の長さです。通常、デューティサイクルパラメータは、1分間に必要なサイクル数として表されます。

取り付けエリア:ガイドレールとサドルベアリングの取り付け面積は、ガイドシステムの全長（OAL）とレール間隔を決定する上で重要です。ほとんどのアプリケーションでは、ベアリングが動作するために必要なフットプリントを可能な限り広くすることが最善です。シンプルな引き出しスライドのように動作する伸縮式リニアベアリングを使用しない限り、ガイドレールのOALには、ベアリングのフットプリントだけでなく、直線動作のストロークも含める必要があります。

取り付け領域は、ガイドウェイを保持する基板またはフレームシステムも考慮する必要があります。ベアリングフットプリントとは、リニアガイドウェイ1本あたり、1つのキャリッジの前面から最遠のキャリッジの背面までの距離です。多くのプロファイルドシャフトは、プログラムの精度要件を適切に満たすために、完全に機械加工および研磨された表面に取り付ける必要があります。その他の設計は、容量や剛性を損なうことなく、構造用アルミニウムまたは管状フレームに直接適用できます。

オリエンテーション:サドルは水平、垂直、壁面取り付け、あるいは逆さまの状態で移動する可能性があるため、レールの取り付け方向は荷重パラメータの設定に非常に重要です。最高の性能を得るには、ベアリングシステムの中で最も強度の高い部分でアプリケーションの荷重を管理してください。例えば、ラジアルボールベアリングスライダーは、軸方向ではなく、ラジアル方向に荷重を支えるように取り付ける必要があります。

リニアガイドの選択をします

これは、中程度の再現性が求められる、標準的な軽度の粉塵汚染環境を含むアプリケーションの例です。これらの2つの要因により、硬化鋼の軌道面を駆動する予圧ローラーベースベアリングシステムが選択されました。速度が速く、最大容量レベルまで押し上げることなく長寿命を実現できます。

一般的に、1インチのガイドウェイの場合、プレーンベアリングは20インチ/秒、循環ボールシステムは80インチ、ローラーは約200インチ/秒を超えないようにする必要があります。118インチのストローク全体を3秒で完了させるには、0.5秒ごとに6インチずつ加速および減速します。これにより、106インチのストロークと2秒で目標タイミングに到達できます。ガイドウェイの長さは118インチ、サドル長はガイドウェイに沿った寸法で44インチであるため、各ガイドウェイの長さは少なくとも162インチである必要があります。リミットスイッチ、ショックアブソーバー、またはセンサーのために、ストロークの両端に1～2インチの余裕を持たせると便利な場合があります。

各ベアリングはサドルの各コーナーに取り付けられており、質量の重心は前後左右に中央に配置されているため、各ベアリングには均等に100ポンドの荷重がかかります。各ベアリングキャリッジは最大500ポンドのラジアル荷重に耐えられるため、ベアリングの荷重は総容量の20～50%の範囲内であるため、ここでは十分な寿命が計算されます。