リニアガイドウェイの定格寿命の計算

リニアガイドウェイの公称寿命は、CNC 機械、自動化機器、測定システム、包装機械、その他の直線運動用途のガイド レールとブロックを選択する際の重要な参考資料となります。これは、エンジニアが軌道面や転動体に疲労剥離が現れるまでにリニアガイドウェイが移動できる時間を推定するのに役立ちます。

ただし、公称寿命は保証寿命と同じではありません。同一型式のガイドウェイであっても、荷重の方向、取付精度、潤滑、振動、温度、使用環境、メンテナンス等により実績は異なります。このため、寿命計算は唯一の判断基準ではなく、選定の参考としてご利用ください。

この記事では、基本的な定格寿命の計算式を説明します。リニアガイドウェイ、ボールタイプおよびローラータイプのガイドウェイを含み、硬度係数、温度係数、荷重係数、動定格荷重、および移動速度が最終耐用年数の推定にどのように影響するかを示します。

リニアガイドウェイの寿命とは何ですか?

リニアガイドウェイの軌道と転動体は、運転中、繰り返し接触応力を受けます。長期間使用すると、金属表面に疲労が現れることがあります。-軌道面や転動体から小さな材料片が剥離することを、通常、疲労剥離と呼びます。

リニアガイドウェイの寿命は一般に疲労剥離が発生するまでの総移動距離で表されます。実際の機械では、実際の耐用年数は、汚れ、潤滑不良、衝撃荷重、不適切な取り付け、腐食、過剰な予圧によっても影響を受ける可能性があります。

したがって、リニアガイドウェイの寿命について議論するときは、以下を区別することが重要です。計算上の公称寿命そして実際の耐用年数。公称寿命は定格荷重と動作条件に基づいた理論上の参考値ですが、実際の耐用年数はガイドウェイの選択、設置、潤滑、使用方法によって異なります。

公称寿命とは何ですか?

公称寿命は、リニアガイドウェイの比較および選択の標準的な基準として一般的に使用されます。これは、同じリニアガイドウェイのグループを同じ条件下で運転した場合に、そのグループの 90% が疲労剥離なしに到達できる総移動距離を意味します。

転動体としてボールを使用するリニアガイドウェイの場合、基本動定格荷重は通常、公称寿命 50 km に基づいています。ローラータイプリニアガイドウェイの場合、基本動定格荷重は通常 100 km の公称寿命に基づいています。ボールタイプとローラータイプのガイドウェイを比較する場合は、この違いを考慮する必要があります。

リニアガイドウェイの公称寿命の基本計算式

作用荷重はリニアガイドウェイの定格寿命に大きな影響を与えます。基本計算では基本動定格荷重を比較して寿命を推定します。C実際に計算された負荷でP.

ボール形ガイドウェイでは負荷率が3乗されるため、実際の負荷がわずかに増加しただけでも計算上の寿命が大幅に低下する可能性があります。このため、機械設計者は加速力、オーバーハング荷重、衝撃荷重、または複数のブロック間の不均一な荷重分布を過小評価すべきではありません。

修正公称寿命計算式

実際の用途では、リニアガイドウェイは常に理想的な条件で使用されるわけではありません。実際の寿命は、温度、軌道面の硬さ、振動、衝撃荷重、潤滑、汚れ、取り付け精度などによって変化する場合があります。このため、より現実的な選択のために、修正された定格寿命公式がよく使用されます。

この式では、f_hは硬度係数、f_tは温度係数、f_wは負荷率であり、P_c計算された負荷です。カタログ システムによっては、複数のブロックが密着して使用される場合の接触係数も考慮される場合があります。特定の配合は、選択したメーカーの技術データに従う必要があります。

硬度係数 f_h

軌道面の硬さは、リニアガイドウェイの負荷容量と疲労寿命に直接影響します。一般に、転動体と接触する軌道面は適切な硬化深さと硬度に達する必要があります。硬度が要求範囲より低い場合、許容荷重が減少し、計算上の定格寿命が短くなります。

DLY が供給する標準リニアガイドウェイの場合、通常の条件下では硬度係数は 1.0 とみなされます。特殊な材質、表面処理、特殊な使用条件の場合は別途ご確認ください。

温度係数 f_t

高温により、リニアガイドウェイコンポーネントの硬度と寸法安定性が低下する可能性があります。また、シール、エンドキャップ、グリース、プラスチック付属品、潤滑性能にも影響を与える可能性があります。このため、多くの標準リニアガイドウェイの動作環境は、高温構成が確認されない限り 100 度未満に保つことが推奨されています。-

使用温度が高い場合、基本動定格荷重および静定格荷重を温度係数で補正する必要がある場合があります。炉、溶接装置、乾燥システム、高温生産ラインなどの用途では、通常のガイドウェイをサイズだけで選択すべきではありません。-材質、シール、潤滑、付属品も確認してください。

負荷率 f_w

リニアガイドウェイに作用する荷重には、可動部の重量だけでなく、加減速時の慣性荷重、張り出し構造物によるモーメント荷重、振動、衝撃などが含まれます。これらの条件を完全に計算するのは難しいため、寿命の計算をより保守的にするために負荷係数がよく使用されます。

負荷率が高いほど計算上の寿命は短くなりますが、実際の作業条件をよりよく反映している可能性があります。衝撃や振動が頻繁に起こる機器の場合、楽観的な低い荷重係数を使用すると、計算上は許容範囲に見えても、実際の使用では早期に故障するガイドウェイが生成される可能性があります。

動定格荷重 C

基本動定格荷重Cリニアガイドウェイの選択において最も重要な値の 1 つです。定義された試験条件および基準条件下での寿命計算に使用される荷重値を表します。ほとんどの製品カタログでは、各レール サイズとブロック タイプに独自の動定格荷重が設定されています。

たとえば、重荷重ブロックと超重荷重ブロックは同じレール サイズを使用できますが、ブロック長、内部転動体の配置、剛性、動定格荷重が異なる場合があります。-このため、15、20、25、30、35 mm などのレール幅だけで選択するだけでは十分ではありません。

寿命時間Lの計算_h

公称寿命は、通常はキロメートル単位の走行距離で表されます。多くのプロジェクトでは、エンジニアは耐用年数を時間単位で見積もる必要もあります。等価速度がわかれば、公称寿命を耐用寿命時間に換算できます。

一定ストローク、一定周期で往復運動を行う機械であれば、ストローク長と往復周波数からも寿命を見積もることができます。不規則な動き、可変速度、または多段階のデューティ サイクルの場合、実際の動きのプロファイルに応じて計算を調整する必要があります。-

簡単な計算例

次の例は、負荷率がボールタイプリニアガイドウェイの定格寿命に与える影響を示しています。これは公式を理解するために簡略化した計算です。実際の選定にあたっては、モーメント荷重、予圧、潤滑、振動、取付精度、安全マージンなども考慮してください。

公称寿命は次のとおりです。

計算された荷重が 5 kN から 10 kN に増加すると、結果は大幅に変化します。

この単純化された例では、計算された負荷が 2 倍になると、公称寿命は 3200 km から 400 km に減少します。これは、リニアガイドウェイの設計において正しい荷重推定と適切なレールサイズの選択が重要である理由を示しています。

リニアガイドウェイの寿命計算でよくある間違い

公称寿命の公式は便利ですが、入力値が正しくないと、誤解を招く結果が生じる可能性があります。リニアガイドウェイの選択時に次の間違いがよくあります。

結論

リニアガイドウェイの公称寿命の計算は、主に基本動定格荷重と実際の計算荷重との関係に基づいて行われます。ボール タイプのガイドウェイの場合、寿命は通常 3 次の関係で計算されますが、ローラー タイプのガイドウェイでは異なる指数と 100 km の基準が使用されます。

実機では硬度、温度、振動、衝撃、取付精度、潤滑、予圧、使用環境なども考慮する必要があります。正確な計算は選択範囲を狭めるのに役立ちますが、最終的なガイドウェイの選択は、装置の構造や動作条件と合わせて確認する必要があります。