ボールねじの始動トルクと走行トルク:なぜ異なるのですか?

ボールねじの始動トルクと運転トルクは、異なる動作条件を表します。起動トルクは回転を開始して軸を加速する必要がありますが、動作が安定した後も実行トルクによってシステムの動作が維持されます。

正しく組み立てられたボールねじシステムでは、始動トルクが定常運転トルクよりも若干高くなることがあります。ただし、トルクの大幅な増加、位置に依存する強い抵抗、またはモーター電流が継続的に上昇する場合は、不適切な潤滑、過剰な予圧、シール抵抗、サポート ベアリングの問題、または取り付けのずれを示している可能性があります。-

トルクがどこから発生しているのかを理解すると、通常のボールねじの抵抗と、発生中の機械的問題を区別するのに役立ちます。

1. ボールねじの起動トルクとは何ですか?

始動トルクとはボールねじが静止状態から回転を始める瞬間に必要なトルクです。一部のエンジニアリングおよびメンテナンスの文脈では、離脱トルクとも呼ばれます。

始動トルクには次のものが含まれます。

• 外部アキシアル荷重を移動させるのに必要なトルク
• 移動質量を加速するために必要なトルク
• ボールネジ、カップリング、モーターローターの加速に必要なトルク
• ボールねじ予圧による内部抗力
• ナットシールやワイパーによる抵抗
• -ベアリングとオイルシールの抵抗-をサポート
• グリースが循環し始めるまでの抵抗
• ガイドウェイ、ケーブル チェーン、-マシン{1}}のシール抵抗

起動トルクは必ずしも一つの固定値である必要はありません。これは、温度、潤滑状態、ネジの位置、移動方向、機械が静止している時間によって変化します。

2. ボールねじの回転トルクとは何ですか?

ランニングトルクとはボールねじが動き始めてから必要なトルクです。加速中、定速走行中、減速中に評価できるため、値を比較する際には動作条件を明記する必要があります。

実際の解析では、ランニングトルクを次の 2 つの条件に分けることができます。

加速時のランニングトルク

モーターは、移動質量と回転コンポーネントを加速し続ける必要があります。トルクは、目標速度に到達するまで、開始値に近い値を維持する場合があります。

安定したランニングトルク

軸が一定速度に達すると加速トルクはほぼゼロになります。モーターは主に、外部作動負荷とボールねじシステムの機械抵抗を克服する必要があります。

一般に定常運転トルクが始動トルクや加速トルクよりも低いのはこのためです。

3. 始動トルクと走行トルク

比較	始動トルク	定常走行トルク
動作状態	軸が静止状態から動き始める	軸はほぼ一定の速度で移動します
加速トルク	通常付属	一定速度ではほぼゼロ
耐グリース性	長時間停止した後や低温では高くなる可能性があります	潤滑剤を再分配すると減少する可能性があります
モーターチェック	ピークトルクを確認する	連続トルクと実効値トルクを確認する
過剰な場合の典型的な症状	起動時の電流スパイクまたは動作の失敗	継続的な熱、高電流、または不安定な速度

4. ボールねじトルクの基本成分

始動時のモーターの総トルクは概念的に次のように表すことができます。

一定速度では、方程式はおよそ次のようになります。

どこ：

• T_負荷は、外部アキシアル荷重に打ち勝つために必要なトルクです。
• T_{直線加速度}移動テーブルとペイロードを加速するために必要なトルクです。
• T_回転慣性ボールねじ、カップリング、その他の回転部品を加速するために必要なトルクです。
• T_ドラッグボールナットの予圧、シール、潤滑、内部転がり抵抗が含まれます。
• T_他のサポートベアリング、ガイドウェイ、ケーブルチェーン、その他の機械抵抗が含まれます。

ボールねじ自体は測定されたモータートルクの一部のみを占める可能性があるため、この区別は重要です。

5. アキシアル荷重からトルクを計算する

回転運動を軸力に変換するために必要なトルクは、次の式を使用して推定できます。

この計算には、ナットのプリロード トルク、シール、サポート ベアリング、回転慣性は自動的に含まれません。これらの追加のトルク成分は個別に考慮する必要があります。

たとえば、ボールねじが 10 mm のリードで 1,000 N のアキシアル荷重を移動し、推定駆動効率が 0.90 であると仮定します。

測定された定常回転トルクが 2.10 N·m の場合、追加の 0.33 N·m は、ボール ナットの抵抗、サポート ベアリング、シール、その他の機械抵抗によって発生する可能性があります。

始動トルクが3.00N・mになると、加速トルクや始動時の潤滑抵抗も大きくなる場合があります。結果はボールねじの不良と考えるのではなく、動作条件を分けて解析する必要があります。

6. ボールねじの予圧がトルクに与える影響

ボールねじの予圧は、ボールと軌道の間の制御された接触を維持することにより、内部の軸方向すきまを除去または減少させます。これにより剛性と反転精度が向上しますが、内部の転がり抵抗も増加します。

一般に、プリロードを高くすると、次のような結果が得られます。

• アキシアルすきまの低減
• システムの剛性の向上
• 反転安定性の向上
• より高いドラグトルク
• モーター電流の増加
• 高速走行時の摩擦熱の増大

したがって、両方の製品が正しく動作している場合でも、プリロードされたナットはクリアランス タイプのナットよりもきつく感じることがあります。{0}}

ただし、プリロードが大きいほど必ずしも良いとは限りません。過剰な予圧は、異常な発熱、最高速度の低下、モーターの要求の増加、ボールねじの寿命の低下を引き起こす可能性があります。

予圧トルクは、実際のネジの直径、リード、ナットの種類、および予圧レベルに関するメーカーの仕様を使用して評価する必要があります。単一の普遍的な感触基準をすべてのボールねじに適用できるわけではありません。-

7. シールとワイパーの抵抗

ボールねじナットシールは、ナット内に潤滑剤を保持しながら、塵や汚染物質の侵入を制限します。シールリップはねじ表面に接触または密着するため、走行抵抗に寄与します。

シール抵抗は、次の場合にさらに顕著になることがあります。

• シールは新品です
• シール材は比較的硬いです
• 動作温度が低い
• ネジの表面が乾いている
• シールが汚れているか損傷している
• シールがネジの形状に適していません

少量の一貫したシール抵抗が正常な場合があります。 1 つのネジ位置で抵抗が急激に変化する場合、または目に見えるシール損傷が発生する場合は検査が必要です。

8. 潤滑による始動トルクの変化

潤滑は金属との接触を減らし、ボールのスムーズな循環をサポートしますが、潤滑の種類、量、温度、状態もドラッグトルクに影響します。

グリースの粘度

高粘度または高粘度のグリースは、特に始動時に、軽い潤滑剤よりも大きな抵抗を引き起こす可能性があります。-潤滑剤は、負荷、速度、温度、およびボールねじメーカーの要件に従って選択する必要があります。

低温

グリースは温度が下がると動きにくくなります。暖かい作業場では正常に動作するボールねじでも、寒い環境では著しく大きな起動トルクが必要になる場合があります。

過剰なグリス

ナットを過剰に充填すると、グリースの撹拌が発生する可能性があります。ボールは循環システムを通して余分なグリースを押し出す必要があり、抵抗と温度が増加します。

潤滑不足

潤滑剤が少なすぎると、転がり接点とシールが適切な潤滑膜なしで動作するため、抵抗が増加する可能性があります。騒音、温度上昇、摩耗の進行を引き起こす可能性があります。

動かない時間が長い

長時間停止すると、潤滑剤が作業領域全体に均一に分配されなくなる場合があります。始動トルクは、ゆっくりとしたフルストローク動作によって再配分されるまで、一時的に変化することがあります。-

潤滑剤の選択とメンテナンスの原則の詳細については、を参照してください。ボールねじの潤滑: オイルとグリース、およびメンテナンスの実践.

9. 新品のボールねじがきつく感じる理由

新しいボールねじは、ボールと軌道の接触、予圧、シール、潤滑剤がまだ元の状態にあるため、磨耗したクリアランス タイプのアセンブリよりも抗力が高く、または顕著になる可能性があります。{0}

新しいボールねじは、次の理由により均一にきつく感じる場合があります。

• 指定されたナット予圧
• 新しいシールコンタクト
• まだ流通していないフレッシュグリース
• 検査中の低温
• 予圧も加えられたサポートベアリング

均一な抵抗は結合とは異なります。正しく組み立てられたネジは、突然のきつい箇所、こすり傷、金属的なクリック音、またはストロークに沿った大きなトルク変動がなく、スムーズに回転する必要があります。

異常にきついボールねじを故意に高速で回転させて「磨耗」させないでください。まずは製品の仕様、潤滑、取付状態をご確認ください。

10. 取り付けズレと高トルク

ボールねじは主に軸方向の力を伝達するように設計されています。モーターのオフセット、サポートユニットの位置ずれ、またはボールナットハウジングの位置が間違っている場合は、無理に補正する必要はありません。

一般的な位置合わせの問題には次のようなものがあります。

• モーター軸とボールネジが同軸ではありません。
• カップリングが過度のオフセットまたは角度誤差を持って取り付けられています。
• 固定軸受ユニットと支持軸受ユニットの位置が合っていません。
• ナットハウジングがボールナットを横方向に引っ張ります。
• ネジの軸がリニアガイドと平行ではありません。
• ベアリング シートまたはシャフトのショルダーがエンド サポートの寸法と一致しません。{0}}
• 取り付けボルトは、アセンブリが自動的に位置合わせされる前に締められます。-

アライメントのずれにより、ネジの位置に応じて変化するトルクが発生することがよくあります。たとえば、軸は一方の端付近では容易に回転しますが、中心付近や反対側の端では回転が硬くなる場合があります。

このような状況では、モーター出力を増加しても機械的原因は除去されません。ナット、サポートベアリング、カップリングの摩耗が加速しながらも、機械が動き続ける可能性があります。

11. サポートベアリングもトルクを増加させることができます

高トルクは必ずしもボールナットによって引き起こされるわけではありません。固定端サポート ユニットは通常、軸方向の動きを制御するためにアンギュラ コンタクト ベアリングを使用します。-ベアリングの配置と予圧は回転抵抗に影響します。

サポート ベアリングのトルクは、次のような理由で過剰になる可能性があります。{0}

• 過剰なベアリング予圧
• ベアリングの向きが間違っている
• ロックナットを締めすぎた
• グリースの量が不適切
• ベアリング-シートの取り付けが間違っている
• 汚れまたはベアリングの損傷
• 固定端とサポート端の位置がずれる

サポート ロックナットを締める前はボールネジがスムーズに回転するが、締めた後はきつくなった場合は、ボール ナットを交換する前にサポート ベアリング アセンブリをチェックする必要があります。{0}

12. 横軸と縦軸の始動トルク

横軸

通常、リニアガイドは水平軸上で移動テーブルの重量を支えます。ボールねじの始動トルクは、主に加速度、プロセス力、ガイド抵抗、システム内部抗力によって決まります。

縦軸

垂直軸では、モーターは上向きに移動する際にも重力に打ち勝つ必要があります。したがって、始動トルクは、他の同様の水平軸よりも大幅に大きくなる可能性があります。

モーターのトルクがなくなると、垂直軸が逆回転する可能性があります。-トルクの計算は、適切なモーター ブレーキ、カウンターバランス、または機械的負荷保持システムの必要性に代わるものではありません。-。

13. ボールねじの引きずりトルクの測定方法

ドラッグトルクは、明確に定義された条件下で最もよく測定されます。測定にボールナットのみが含まれるか、サポートベアリング、シール、カップリングが含まれるか、または機械軸全体が含まれるかを記録します。

実際の検査手順は次のとおりです。

1. 機械を安全にし、外部からのプロセスの力を排除します。
2. 垂直軸の場合は、モータまたはブレーキを切断する前に負荷を機械的にサポートしてください。
3. 機械アセンブリを分離することを目的としたテストの場合は、モーターまたはカップリングを取り外します。
4. ネジの端には適切な低域トルク測定器を使用してください。-
5. スクリューをゆっくりと正方向に回転させ、最初のピークを記録します。
6. 安定した低速で回転を続け、回転トルクを記録します。
7. 逆方向にテストを繰り返します。
8. 使用可能なストロークに沿って複数の位置で測定します。
9. 潤滑剤とアセンブリが安定した温度に達したら、この作業を繰り返します。

異なるネジを比較したり、経時変化を監視したりする場合は、同じ条件で測定を繰り返す必要があります。

モーター電流は有益な状態情報を提供しますが、自動的にボールねじトルクと等しくなるわけではありません。変換にはモーターのトルク定数が必要であり、ドライブ、モーター、カップリング、および完全な軸の状態を考慮する必要があります。

14. 測定値の解釈方法

全ストロークにわたって均一なトルク

一貫した抵抗は、正常な予圧、シール抵抗、または潤滑抵抗を示している可能性があります。値を製品または機械の仕様と比較してください。

1 つのタイトなポジション

局所的なトルクの増加は、シャフトの損傷、汚れ、軌道の欠陥、局所的な曲がり、または取り付けの歪みを示している可能性があります。

トルクは端に向かって増加します

これは、サポート-ユニットの位置ずれ、ナット-ハウジングのオフセット、またはボールねじとリニア ガイド間の平行度の損失を示している可能性があります。

サポートの取り付け後、両方向のトルクが高くなる

固定端ベアリングのプリロード、ロックナット、ベアリングの取り付け、2 つのサポート ユニットの位置合わせを確認してください。{0}}

始動トルクは冷間時は高いが、数サイクル後に低下する

潤滑剤の粘度とシールの剛性が寄与している可能性があります。グリースが最低使用温度に適していることを確認してください。

ランニングトルクは増加し続ける

初期の短期間のピークよりも、継続的な増加の方が懸念されます。停止して、潤滑の問題、過剰な予圧、ミスアライメント、ベアリングの損傷、異常な熱がないか点検してください。

15. 通常の抵抗、それとも問題?

観察	考えられる解釈
滑らかで均一な抵抗	通常の予圧、シール、または潤滑剤の抵抗の可能性があります
低温時の立ち上がり上昇が短い	潤滑剤の温度定格とグリースの量を確認してください
同じ位置で突然のタイトスポット	アライメント、汚れ、軌道面の状態を検査します
ナットハウジング締め付け後のトルク変化	ナット-ハウジングの位置がずれている可能性があります
サポートロックナット締め付け後のトルク変化	サポート{0}}ベアリングのプリロードの問題の可能性
温度上昇に伴う高いランニングトルク	アセンブリ全体を停止して検査します

16. モーターの選択にはどのトルクを使用する必要がありますか?

始動トルクのみ、または運転トルクのみを使用してモータを選択しないでください。完全な動作サイクルをチェックする必要があります。

• モーターのピークトルク始動、加速、減速、および短期プロセスの力のピークをカバーする必要があります。-
• 連続トルク該当する場合、持続的な動きと保持条件をカバーする必要があります。
• 実効値トルクデューティサイクル全体にわたってモーターの熱能力の範囲内にとどまらなければなりません。
• 動作速度で利用可能なトルクモーターのトルク-速度曲線から確認する必要があります。

安全係数の追加は便利ですが、未知の機械抵抗を隠すために使用すべきではありません。ボールねじの抗力、サポート ベアリングのトルク、ガイドの抵抗、および外力は、可能な限り個別に見積もるか、測定する必要があります。{1}}

17. 始動トルク過大のトラブルシューティング

始動トルクが予想より高い場合は、次の順序でシステムをチェックしてください。

1. 軸が水平か垂直か、荷重計算が正しいか確認してください。
2. 加速度、モーター速度、モーション プロファイルの設定を確認します。{0}
3. ボールナットの種類と指定予圧を確認してください。
4. 潤滑剤の種類、量、状態、温度範囲を検査します。
5. シールとワイパーに損傷や汚れがないか確認してください。
6. ナットハウジングを接続する前にボールネジを回転させ、アセンブリの変更を確認します。
7. 固定端ベアリングのプリロードとロックナットの状態を確認します。{0}
8. モーター、カップリング、ボールネジ間の位置合わせを確認してください。
9. ボールねじとリニアガイド系の平行度を確認してください。
10. いくつかの位置で両方向のトルクを測定します。

原因不明のトルクに対する最初の対応として、モーターをより大きなモデルに交換することは避けてください。機械抵抗が異常な場合、モーターを強化してもカップリング、ナット、サポートベアリングへのストレスが増大するだけで故障が遅れる可能性があります。

結論

ボールねじの始動トルクは、通常、定常運転トルクよりも高くなります。これは、モーターが動作を開始し、可動部品や回転部品を加速し、予圧、シール、潤滑剤、サポートベアリングの初期抵抗を克服する必要があるためです。

違いは滑らかで再現性があり、選択したボールねじと機械の設計と一致している必要があります。大きなトルクの変動、局所的なきつい箇所、運転トルクの上昇、または過剰な熱は、通常の動作異常として無視すべきではありません。-

信頼性の高い評価を行うには、外部荷重、加速度、ボールねじの抵抗、サポートのベアリング抵抗、完全な機械のアライメントを個別に考慮する必要があります。{0}これにより、適切なモーターを選択し、早期摩耗が発生する前に機械的問題を特定することが可能になります。

DLYの消耗品ボールねじさまざまな直径、リード、ナット構造、予圧条件、精度等級があります。機械レイアウトに合わせて端部加工や対応するサポートユニットも確認​​できます。

定期的な点検と手入れについては、転造ボールねじメンテナンスガイド.

← DLYブログに戻る