プレテンション付きボールねじとプレテンションなしボールねじ

予張力を与えられたボールねじシステムは、サポートベアリング配置を通じて計算された初期張力をねじシャフトに加えます。プレテンションのないシステムでは、この意図的な軸方向の伸びを行わずにネジを取り付けるため、通常、浮動端または支持端に向かって熱膨張が可能になります。

シャフトのプリテンションは、長い、高速、または精密な機械軸の軸方向の剛性と動的安定性を向上させることができますが、軸受の負荷、取り付けの感度、熱設計の要件も増加します。ボール、ナット、ねじ軌道間のクリアランスを制御するボールナット予圧と混同しないでください。

ボールねじのプリテンションの意味

プリテンションがかけられたボールねじ軸では、通常、ねじ軸は両端の固定ベアリング グループによって拘束されます。組み立て中、最終的なロック操作の前に、1 つのベアリング グループが移動または調整され、計算された量だけネジが伸びるようになります。

結果として生じる張力は、取り付け後もネジシャフトに残ります。ねじ、ベアリング、ハウジング、および機械構造が追加の負荷に耐えられるように設計されている場合、この初期の力によって軸方向の変形に対するシステムの抵抗が増加し、より安定した回転シャフトを維持するのに役立ちます。

予張力のないボールねじは、意図的な軸方向の伸長を行わずに取り付けられます。一般的な構成では、一方の固定端を使用してねじを軸方向に配置し、もう一方の浮動端または支持端を使用して軸方向の熱移動を可能にしながら径方向に支持します。

プリテンションボールねじとプリテンションなしボールねじの比較

シャフトのプリテンションがボールねじの性能に与える影響

軸方向の剛性

軸方向に荷重がかかったねじシャフトは、操作力が加わると伸縮します。初期張力は、圧縮荷重の影響を軽減し、正しく設計された固定-固定システムの軸方向の剛性を向上させるのに役立ちます。

最終的な剛性はネジだけでは決まりません。サポートベアリングの剛性、ベアリングの予圧、ベアリングハウジングの剛性、シャフトエンドの寸法、ナットの取り付け、機械の構造をすべて考慮する必要があります。

臨界速度と振動

回転する長いボールねじは、その速度がシステムの臨界速度に近づくと振動する可能性があります。より強力な端部拘束と制御されたシャフト張力により動的安定性が向上しますが、プリテンションによってすべての速度制限が解除されるわけではありません。

最高動作速度を選択する前に、ルート直径、非サポート長、サポート配置、真直度、取り付け位置合わせ、ボール循環速度、ベアリング速度、および潤滑を確認する必要があります。

熱膨張

スクリューの温度が上昇すると、初期設計中に次の方法で自由熱伸びを推定できます。

ここで、ΔL は長さの変化、α は材料の熱膨張係数、L は有効スクリュー長さ、ΔT は温度変化です。

固定とフローティングの配置では、ネジはフローティング端に向かって拡張できますが、ネジが長くなるにつれて有効リードと固定基準に対する位置は依然として変化します。

プリテンションがかけられた固定-固定配置では、加熱により元の張力が変化します。初期予張力と予想される温度上昇が適切に一致している場合、その配置はスクリューの熱挙動を制御するのに役立ちます。計算や取り付けが間違っていると、ベアリングやシャフトに過大な内力がかかったり不安定になったりする可能性があります。

詳細な熱計算については、を参照してください。ボールねじの熱膨張計算と補正。

熱と寿命

内部負荷が高いほど必ずしも良いとは限りません。シャフトのプリテンションやベアリングのプリロードが過剰になると、回転トルク、ベアリングの摩擦、発熱、疲労負荷が増加する可能性があります。設計では、剛性、速度、熱性能の目標を満たすために必要な力のみを使用する必要があります。

ねじ軸の予張力はボールナットの予圧ではありません

これらの用語は、一般的な説明では同じ意味で使用されることがありますが、ボールねじシステムの異なる部分を指します。

機械は、シャフトの予張力を適用せずに、予圧されたボールナットを使用できます。また、ボール ナットの予圧とサポート ベアリングの予圧を個別に指定する必要がある場合でも、予張力を与えたスクリュー シャフトを使用することもできます。

プリテンション付きボールねじとプリテンションなしボールねじをいつ使用するか

次の場合には、プリテンション システムを検討してください。

• スクリューは比較的長く、高速で回転します。
• 高い軸方向の剛性は機械加工にとって重要です。
• 軸は振動や動的不安定性に敏感です。
• 予想されるスクリュー温度と熱伸びを計算できます。
• この機械には、両端に正確に位置合わせされた固定ベアリング ハウジングがあります。
• サポートベアリングは、計算された初期荷重と動作荷重を支えることができます。
• 設置とメンテナンスは、制御されたプリテンション手順に従って行うことができます。

次の場合には、プリテンションのないシステムを検討してください。

• ネジの長さと作動速度は中程度です。
• 固定-フローティング配置により十分な剛性が得られます。
• 簡単な設置と熱的自由が優先されます。
• このアプリケーションでは、ベアリングとハウジングの追加要件が正当化されません。
• 熱誤差は許容されるか、補償または外部フィードバックによって処理されます。
• この機器は、標準的な BK/BF、FK/FF、または EK/EF サポート配置を使用します。

いずれかのシステムを選択する前に、ねじの直径、リード、全長および非支持長、回転速度、アキシアル荷重、取り付け方向、精度要件、予想される温度変化、および提案されるベアリング配置を提供してください。

固定 - 固定、固定 - フローティング、および固定 - 自由サポート方式の比較については、を参照してください。ボールねじサポートベアリングの配置。