ボールねじの定格動荷重に及ぼす影響要因の解析

この記事では、ボールねじの定格動荷重 Ca の意味、それを決定する製品要因、およびカタログ定格荷重と機械の実際の使用荷重との混同を避ける方法について説明します。

ボールねじ定格動荷重Caとは何ですか?

定格動荷重Caボールねじの「許容アキシアル動荷重」とは、ボールねじが規定の定格寿命の下で耐えることができるアキシアル動荷重を指します。多くの技術資料やメーカーのカタログでは、この定格寿命は一般に次の基準に基づいています。10⁶革命標準化された計算またはテスト条件下で。

Caは簡単に言うと、ボールねじの各型式の負荷容量を比較するための参考値です。通常、Ca 値が高いほど、同じ基準条件下でボールねじの定格アキシアル荷重容量が大きいことを意味します。

ただし、Ca は機械の実際の負荷として理解されるべきではありません。実際の使用負荷は、機器の重量、加速度、垂直または水平設置、デューティ サイクル、および作業環境によっては、定格値よりもはるかに低いか、場合によっては定格値に近い場合があります。

定格動的負荷と実際の使用負荷

よくある誤解は、定格動的荷重と実際の使用荷重を同じものとして扱うことです。これらは関連していますが、同じ概念ではありません。

定格動荷重Caボールねじのカタログ定格荷重です。ボールねじの構造、ボールサイズ、負荷ボールの個数、材質、熱処理、製品設計などによりメーカーが決定します。{1}

実使用荷重実機のボールねじにかかる荷重です。機械の構造、荷重の方向、加速度、衝撃、作動サイクル、設置条件などにより変化します。実際の負荷はカタログ Ca を変更しませんが、予想される耐用年数に直接影響します。

実際の工学では、Ca を実際の作業条件下での等価動的荷重と比較する必要があります。選定したボールねじが十分な負荷能力と寿命余裕を持っているかどうかの判断基準となります。

ボールねじの定格動荷重を決定する主な製品要素

ボールねじの定格動荷重は主に製品自体の構造によって決まります。これらの要因により、ボールとナット内の軌道の間で荷重がどのように分担されるかが決まります。

これらの要因のうち、通常は、ネジの直径、ボールの直径、耐荷重ボールの数、ボール回路の数、有効ナット長がより大きな影響を及ぼします。{0}鉛も構造に影響を与える可能性がありますが、通常、直径やボールの循環設計に比べれば最も重要な要素ではありません。

ネジ径

ネジの直径は最も重要な構造要素の 1 つです。通常、ねじ径が大きいほど軌道断面が大きくなり、ボールと軌道間の接触構造が強化されます。

このため、重負荷の機械では、より大きな直径のボールネジが使用されることがよくあります。-他の設計条件が同様の場合、通常、直径が大きいボールネジの方が小さいボールネジよりも定格動荷重が高くなります。-

ボール径とボール数

ボールはねじ軸とナットの間で荷重を伝達する転動体です。通常、ボールが大きいほど接触面積が大きくなり、耐荷重能力が強化されます。-

荷重を支えるボールの数も重要です。{0}より多くのボールが荷重伝達に関与すると、荷重がより均等に分散され、各ボールにかかるストレスが軽減され、全体の定格荷重容量が向上します。

ボール列と回路数

ボールの列と回路の数は、負荷伝達に関与できるボールの数に影響します。マルチ回路設計により、より多くのボールがナット内の負荷を共有できるようになります。-

同様の直径とナット構造では、より効果的な耐荷重回路を備えた設計のほうが、回路数が少ない設計よりも高い動定格荷重が得られる可能性があります。{0}最終的な Ca 値は、正確な製品構造とメーカーの計算方法に依存します。

有効ナット長さ

ナット有効長とは、ボールが軌道面に有効に接触し、荷重伝達に関与する内部の長さを指します。有効接触長さが長いほど、より多くのボールが負荷を共有できる可能性があります。

ただし、ナットは単にできるだけ長くすればよいわけではありません。ナットの長さも設置スペース、剛性バランス、予圧設計、機械構造に合わせて選定する必要があります。

鉛

リードとは、ねじが 1 回転するときにナットが移動する軸方向の距離です。ネジの直径、ボールの直径、ボール回路の設計と比較すると、リードは通常、定格動的荷重に対して二次的な影響を与えます。

同じ直径で同様の構造のボールねじの場合、リードが小さいほどねじ部が太くなり、設計によっては剛性がわずかに向上する場合があります。ただし、リードは主に速度、推力、位置決め分解能、および機械の要件に従って選択する必要があります。

接点の設計とボールの循環

ボールと軌道面の接触設計は、ボールねじを介したアキシアル荷重の伝達方法に影響を与えます。接触角、軌道形状、ボールの循環構造は荷重分散と走行安定性に影響を与えます。

接触角は、ボール軌道接触点の法線方向とねじの軸方向との間の角度です。{0}一般的な接触角の設計には、製品の構造とメーカーの設計に応じて、30 度および 45 度が含まれます。

ボールの循環方法には、内部循環、外部循環、エンドキャップ循環などがあります。-これらの構造は、ボールの戻りの滑らかさ、騒音、安定性、ナット内の荷重分散に影響を与えます。

循環設計は、ボールねじが設計された負荷容量をどの程度スムーズかつ安定して使用できるかに影響を与えると言ったほうが正確です。カタログ Ca 値は、依然として 1 つの循環タイプだけではなく、特定の製品構造とメーカーの計算に依存します。

材質と熱処理

材料と熱処理により、ボールねじの耐荷重の基礎が決まります。ねじ軸、ナット、ボールは、繰り返しの動的荷重に耐えられる十分な強度、硬度、耐摩耗性、耐疲労性を備えていなければなりません。

ボールねじは通常、製品グレードやメーカーの設計に応じて、軸受鋼または合金鋼材料から製造されます。適切な材料は、圧縮強度と耐摩耗性を提供します。

熱処理も重要です。硬度が不足していたり​​、熱処理品質が不安定な場合、繰り返し負荷により軌道面が摩耗したり、変形しやすくなります。

認定された材料と熱処理により、ボールねじは長期間の動作中に負荷容量と動作安定性を維持できます。-

製造精度と予圧: 実用的な負荷性能係数

製造精度と予圧をよく理解する必要があります。これらは理論上の定格動的荷重 Ca を直接増加させるものではありませんが、荷重がどの程度均一に分散されるか、および実際の動作でボールねじがどの程度安定して動作するかに影響します。

製造精度には、軌道の加工精度、ボールサイズの一貫性、ねじの真直度、ナットの精度、組立品質が含まれます。精度が向上すると、ボールがより均一に軌道に接触し、局所的な応力集中が軽減されます。

プリロードはクリアランスを減らし、剛性を向上させるために使用されます。適切な予圧は、ボールと軌道の間の継続的な接触を維持し、動的条件下での衝撃を軽減し、位置決めの安定性を向上させるのに役立ちます。

ただし、過剰な予圧は摩擦、熱、摩耗を増加させる可能性があります。予圧は、定格動的負荷を増加させる単純な方法として説明されるべきではありません。予圧を実際の負荷性能と動作の安定性に影響を与える要素として扱う方がより正確です。

定格動荷重を直接変化させない要因

多くの使用条件はボールねじの実際の寿命に影響を与えますが、メーカーが指定する Ca 値は直接変化しません。-この区別は、カタログ データを参照したり、ボールねじのモデルを比較したりするときに重要です。

たとえば、実際の機械負荷が高くなると、期待される耐用年数は短くなります。ただし、そのボールねじのカタログ値Ca値は荷重変化によって高くなったり低くなったりすることはありません。

これらの要素は、選択したボールねじが実際の動作で期待される耐用年数に達するかどうかに大きく影響する可能性があるため、慎重に確認する必要があります。

ボールねじの選定におけるCaの正しい使い方

Caは唯一の選定条件ではなく、ボールねじの負荷能力を比較するための技術的な参考としてご利用ください。 Ca 値が高いボールねじは負荷容量が大きい可能性がありますが、実際の適合性は等価動荷重、耐用年数要件、速度、ストローク、精度、予圧、設置、および作業環境によって異なります。

実際の選定方法は、実際の荷重条件を確認し、等価動荷重を見積もって必要寿命を確認し、カタログ定格動荷重Caと比較することになります。

実際の負荷が定格動的負荷に近い場合、または機械が高デューティ サイクル、衝撃、不十分な潤滑、または困難な環境下で動作する場合、より高い安全マージンが必要になる場合があります。

結論

ボールねじの定格動荷重 Ca は、製品固有のパラメータです。主にねじ径、ボールの径と個数、ボールの列と回路、ナットの有効長さ、接点の設計、材質、熱処理、製品構造によって決まります。

実際の使用荷重、速度、取付方法、潤滑、シール、環境などによってカタログ値のCa値が直接変化するものではありません。これらは実際の耐用年数、摩耗、熱、振動、精度保持、動作の安定性に影響を与えます。

Ca を正しく理解することで、製品の定格荷重と実際の使用条件の混同を避けることができます。 Caの選定にあたっては、等価動荷重、期待寿命、速度、設置条件、使用環境を考慮してご使用ください。

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ボールねじの定格動荷重を確認する場合は、ねじ径、リード、ナットの種類、ボール循環構造、ナット有効長さ、材質、精度等級、使用荷重を併せて検討してください。カタログCa値は適用荷重によって決まるものではありませんが、選定したCa値が使用条件に適しているかどうかを判断するために必要です。