適切なボールねじベアリングを選択するにはどうすればよいですか?

適切なものを選択するボールねじベアリングこれは、ねじシャフトの機械加工された端部を支持するベアリング配置を選択することを意味します。これらのベアリングは、軸方向の動きを制御し、回転位置を維持し、ボールねじからの推力を機械構造に伝達します。

この用語を、ボールナット内で循環するボールと混同しないでください。ボールナットはネジの回転を直線運動に変換し、サポートベアリングはネジシャフトの回転を可能にし、選択された固定、支持、またはフローティングの配置に従ってネジシャフトを拘束します。

ボールねじの呼び径だけで軸受を選定しないでください。アキシアル荷重、必要な剛性、動作速度、軸受の配置、予圧、潤滑、設置スペース、ねじ端の加工などを考慮する必要があります。-

用語ボールねじサポートベアリングは、ねじ端に取り付けられる軸受要素です。 BK、FK、EK などのボールねじサポートユニットは、ベアリングおよび関連する固定コンポーネントを含む完全なハウジングアセンブリです。

サポートベアリングの役割

ボールねじが移動テーブルを駆動するとき、加工力はナット内部で消失しません。ネジシャフトを通ってサポートベアリングに至り、その後機械フレームに入ります。

通常、固定-側ベアリングは最も重要な軸方向の位置決め機能を実行します。ねじの軸方向の変位を制限しながら、必要な方向の推力に抵抗する必要があります。反対側の端は回転をサポートし、選択したサポート構成に従ってシャフトを安定させます。

システム部分	一次機能	軸への影響
ボールネジとナット	回転運動を直線運動に変換する	リード、推力容量、効率、位置決め動作
固定-サイドベアリング	ネジを軸方向に配置して推力を伝達	アキシアル剛性、反転応答性、回転安定性
サポート側またはフローティング側	軸設計に従って反対側のネジ端をサポートします	臨界速度、振動、熱膨張挙動
リニアガイドウェイ	キャリッジをガイドし、ラジアル荷重とモーメント荷重を担持します。	真直度、キャリッジの安定性、荷重サポート

一般的なサポート構成

エンドサポートの構成は、ネジの剛性、許容速度、熱的挙動、および各ベアリング位置にかかる荷重に影響します。-

構成	構造	主な特徴	デザイン上の懸念
固定 – サポートあり	一方の端に軸方向に配置された固定ベアリングともう一方の端に支持ベアリング	安定性、コスト、熱調節の一般的なバランス	サポートされる側は、意図した熱の動きとシャフトの端に一致する必要があります。
固定-固定	両端で軸方向に制御されたベアリング配置	より高い軸方向剛性と改善されたネジサポート	正しく設計されていない場合、熱膨張によりベアリングやネジの張力が変化する可能性があります
固定–無料	一端でベアリングを固定し、反対側のネジ端はサポートされていません	シンプルでコンパクトな構造	長い軸や高速軸でのスクリューホイップや振動に対する抵抗力が低い-

固定支持型は、標準的な工業用ボールねじアセンブリで広く使用されています。より高い剛性または速度が必要な場合は、固定 – 固定を検討できますが、その熱と予圧の動作を慎重に設計する必要があります。固定-フリーは一般に、ねじの長さ、速度、荷重がより単純な構造を許容する用途に限定されます。

ベアリングのタイプを選択してください

アンギュラコンタクトサポートベアリング

精密アンギュラコンタクトスラスト玉軸受は、ボールねじの固定側によく使用されます。内部接触角により、一般のラジアルベアリングよりも高い剛性で軸力を伝達できます。

アンギュラベアリングは1個で主に一方向のアキシアル荷重を支持します。したがって、ボールねじの固定端には、両方向の推力を制御できるように、ペアのベアリングまたは工場で適合したベアリングセットが使用されることがよくあります。-

支持側ラジアルベアリング

反対側の端では、ネジを安定させながら、全体の配置が設計どおりの熱膨張に対応できるようにすることを目的とした支持ユニットにラジアルベアリングを使用する場合があります。

このベアリングは、固定側ベアリングセットと同じ軸方向の位置決め剛性を期待することはできません。{0}}その寸法と取り付け方法は、サポートされている端部の加工とハウジングの構造に一致する必要があります。-

アキシアル荷重の計算

アキシアル荷重は、ボールねじベアリングを選択する際の最初の機械的要件です。加速力、加工力、摩擦抵抗、ねじ軸に沿って作用する外力などが含まれます。

重力は、垂直軸など、ねじ方向に沿って作用する場合に含める必要があります。水平軸では、移動テーブルの重量は主にリニアガイドウェイによって支えられますが、それでも摩擦と加速度の要件に影響します。

軸力関係の簡略化 必要な軸力には、移動質量を加速し、プロセス抵抗と摩擦抵抗を克服し、スクリュー軸に沿って作用する重力成分をサポートするために必要な力が含まれます。

検討すべき条件は、定常運転負荷だけではありません。始動、停止、緊急減速、切断衝撃、動作方向の変更により、より高い短期負荷が発生する可能性があります。-動的荷重と最大静荷重または衝撃荷重の両方を、ベアリングメーカーのデータと照合して確認する必要があります。

ラジアル荷重を最小限に抑える

ボールねじサポートベアリングは、主に軸方向のスラストとねじの回転を制御するために選択されます。移動テーブルの重量、横力、転倒モーメントは、通常、ボールねじを介して伝達されるのではなく、リニアガイドウェイによって伝達されます。

サポートベアリングに大きなラジアル荷重がかかると、ネジ、サポートハウジング、ナットシート、カップリング、モーター間の位置ずれが示される可能性があります。また、シャフトが曲がったり、同じ軸を共有していない取り付け面が原因で発生することもあります。

アライメントを修正せずに大きなベアリングを選択すると、熱も摩耗も軽減されない可能性があります。支持力とラジアル力の機械的発生源は別々に考慮する必要があります。

軸方向の剛性と位置決め

軸方向の剛性は、サポートベアリングの配置が推力の下でどの程度変形するかを表します。剛性が高いと、軸が加速したとき、方向を反転したとき、または変化するプロセス負荷に遭遇したときのネジ端の動きが減少します。

サポートベアリングは位置決めの安定性に影響を与えますが、それ自体が完全な機械精度を決定するわけではありません。最終的な精度は次の要素にも依存します。

ボールねじのリード精度と累積リード誤差
ボールナットのクリアランスまたは予圧
ねじ軸のねじれと軸方向の変形
ベアリングの軸方向変位をサポート-
カップリング、ナット-シート、ハウジングの剛性
熱膨張と制御システムの補償-
リニアガイドウェイと機械の基本精度-

したがって、サポートベアリングの機械位置決め精度が ±0.05 mm であると記述するのは技術的に誤りです。ベアリングの精度は通常、寸法精度、回転精度、振れ、および一致したセット特性によって表されます。{2}}

軸受の配置

アンギュラコンタクトベアリングは、さまざまな配置で組み合わせることができます。適切な配置は、スラスト方向、必要な剛性、モーメント制御、取り付け可能な長さによって異なります。

配置	一般的な行動	選択メモ
バック{0}}ツー-ペア	広い有効圧力中心間隔で両方向の軸力をサポートします。{0}}	アキシアル剛性とモーメント剛性が重要な場合に一般的
対面ペア-対-	アライメントとモーメントに対する異なる応答により、両方向の軸力をサポートします	ハウジングおよびベアリングのメーカーの取り決めで指定されている場合にのみ使用してください。
タンデムセット	1つの主方向のアキシアル荷重を分担します	逆推力も伝達する必要がある場合は、反対側のベアリングまたはセットが必要です

工場出荷時に適合したベアリングセットは、指定された順序と方向で取り付ける必要があります。{0}予圧と寸法の一致が制御できなくなる可能性があるため、異なるセットのベアリングを混合して新しい組み合わせを作成しないでください。

プリロードを選択します

ベアリングの予圧により、内部の軸方向すきまが除去され、サポートの剛性が向上します。これにより、反転応答が向上し、推力が変化してもスクリューが安定した状態を保つことができます。

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、始動トルク、摩擦熱、および内部ベアリング応力を増加させます。ベアリングシート、ロックナット、シャフトショルダー、ハウジングが正しく製造、組み立てされていない場合、その影響はさらに深刻になります。

予圧は、必要な剛性、速度、使用温度、外部荷重に応じて、軸受メーカーの利用可能なクラスから選択する必要があります。ロックナットを勝手に締めすぎて予圧を加えないでください。

速度と温度を確認する

ベアリングの速度能力とボールねじの臨界速度は関連していますが、別個の制限です。回転速度にはベアリングが適している場合がありますが、ねじ軸が長すぎるか、振動を避けるためには支持が不十分です。逆の状況も可能です。

したがって、選択では以下を確認する必要があります。

最大連続スクリュー回転速度
ネジの長さ、直径、サポートの構成
選択した予圧下でのベアリングの制限速度
潤滑剤の種類と量
サポートハウジングを介した熱伝達
スクリューと機械構造の熱膨張

高い予圧を備えたベアリングセットは、良好な低速剛性を提供しますが、連続回転する高速軸で不必要な熱を生成します。-動作デューティサイクルを決定に含める必要があります。

潤滑とシール

ボールネジサポートベアリングは、ベアリングとサポートユニットの設計に応じて、オープン、シール、または潤滑済みで提供されます。{0}{1}{1}{0}密閉型ベアリングとプレグリース塗布型ベアリングは取り付けを簡素化しますが、機械の潤滑システムが制御されている場合はオープンベアリングを使用することもできます。-

潤滑剤が少なすぎると、摩耗が増加し、温度が上昇します。グリースが多すぎると、特に高速時に回転トルクが上昇し、発熱する可能性があります。既存のベアリングに別のグリースを追加する前に、潤滑剤の適合性をチェックする必要があります。

切りくず、クーラント、ほこり、または湿気が含まれる環境では、サポートハウジングとベアリングシールを合わせて考慮する必要があります。密閉されていないハウジング界面から汚染物質が侵入すると、ベアリングを保護し続けることができません。

ネジの一致-端部の加工

サポートベアリングは、元の公称ねじ径ではなく、ボールねじの加工端に適合します。たとえば、20 mm のボールねじには、必ずしも 20 mm の内径を持つベアリングが使用される必要はありません。

ベアリングの選択と最終加工図は次の点に同意する必要があります。{0}

ベアリング-シートの直径と公差
シャフト肩の位置と直角度
ベアリング-シートの長さ
ロックナットのネジ山とスペーサの配置-
カップリング端の直径と長さ-
ハウジングのボア、ショルダー、保持方法

フィット感が緩すぎると、不要な動きや振れが発生する可能性があります。はめ込みがきつすぎると、内部すきまが変化したり、組み立てが複雑になったり、ベアリングが損傷したりする可能性があります。正しい公差は、選択したベアリングとサポートユニットの仕様に従っている必要があります。-

ベアリングの寿命

軸受の基本定格寿命は、軸受の動定格荷重と等価作動荷重によって決まります。ボールベアリングの場合、一般的に使用される基本的な関係は次のとおりです。

L₁₀ = (C / P)³

L₁₀= 基本定格寿命 (数百万回転)
C=基本動定格荷重;
P=相当の動軸受荷重。

この計算式は、マシンテーブルの重量のみでは使用しないでください。等価ベアリング荷重は、軸力、ラジアル力、ベアリングの配置、予圧、およびデューティサイクルによって異なります。静的安全性は、最大荷重と衝撃条件についても個別にチェックする必要があります。

選択順序

ステージ	決定する	理由
1	固定 - サポート、固定 - 固定、または固定 - フリー構成	各ベアリング位置の役割を定義します
2	連続、ピーク、逆{0}}方向のアキシアル荷重	定格荷重と配置要件を決定します
3	必要なアキシアル剛性と許容変位量	ベアリングセットとプリロードの選択をガイドします
4	最大速度、デューティサイクル、温度	熱、潤滑、速度制限をチェックします
5	ベアリング-シートとハウジングの寸法	物理的な互換性と正しいフィッティングを保証します
6	動的寿命と静的安全性	動作サイクルやピーク負荷への適合性を確認