ボールねじのバックドライブトルク：計算と防止

ボールねじのバックドライブは、軸方向の外部力がナットまたはねじを押し、ねじシステムを回転させるときに発生します。モーターが回転運動を直線運動に変換する代わりに、負荷が直線運動を回転に変換します。

この動作は、外部推力にさらされる垂直軸、昇降装置および機構において特に重要です。電源が遮断され、適切な保持装置が利用できない場合、負荷が下方に移動し、ボールねじ、モーター、およびトランスミッションのコンポーネントが回転する可能性があります。

ボールねじは転がり接触を使用し、摩擦が比較的低いため、通常はセルフロック部品として扱うべきではありません。{0}}したがって、実際の工学的問題は、バックドライブが可能かどうかだけでなく、負荷によって生成されるトルクが完全な駆動システムの抵抗および利用可能な保持トルクよりも大きいかどうかです。

あおり運転の原因は何でしょうか？

通常の動作中は、モーターのトルクによってスクリューが回転し、軸方向の動きが生じます。バック走行中は、エネルギー伝達の方向が逆になります。ボール接触経路を介して軸力が作用し、ねじ軸に回転トルクが発生します。

横型機械では、この軸方向の力は、バネ、プロセス力、圧力、または外部衝撃によって発生する可能性があります。垂直軸では、重力が移動質量を通じて軸方向の力を継続的に加えます。駆動トルクまたはブレーキが解除されると、この力によってネジが回転する可能性があります。

バックドライブトルクの計算式

外部アキシアル荷重によりボールねじ軸に発生するおおよそのトルクは次のように計算できます。

• T_bバックドライブによって生成される=トルク (N·m)
• Fボールねじに作用する=軸力、単位 N
• L= ボールねじリード、mm/rev 単位
• η_b= の推定後退運転効率-
• 2π1 回転と角運動の間の=変換
• 1000= ミリメートルからメートルへの変換

後進効率は、自動的に前進効率と同じになるわけではありません。{0}}ボールねじの設計、予圧、潤滑、シール、取付条件、動作状態により異なります。最終的なブレーキまたは安全システムの選択には、想定される効率値のみに依存するのではなく、検証済みの製品データを使用し、トランスミッション全体の抵抗を考慮してください。

計算例

1,000 N のアキシアル荷重にさらされるボールねじを考えてみましょう。ねじのリードは 10 mm で、推定バックドライブ効率 0.80 が最初の工学計算に使用されます。-

この例では、他のシステム損失を考慮する前に、アキシアル荷重はねじシャフトで約 1.27 N・m を生成する可能性があります。この値は自動的に最終的なブレーキ仕様にはなりません。ブレーキの選択では、負荷の変化、加速度、伝達比、ブレーキの位置、許容停止距離、摩耗、温度、取り付け方向、必要な安全マージンも考慮する必要があります。

運転リスクを判断する方法-

簡略化された予備的な比較は次のように表すことができます。

システム抵抗には、ボールねじの引きずりトルク、シール抵抗、サポート ベアリングの摩擦、ギアボックスの抵抗、モーター関連のトルクなどが含まれる場合があります。{0}ただし、これらの値は、潤滑、温度、摩耗、組み立て状態によって変化する可能性があります。このため、制御されていない動きが危険を引き起こす可能性がある場合には、測定された摩擦を積極的に作用する保持装置に置き換えるべきではありません。

バック運転を増加させる要因

より高いアキシアル荷重

バックドライブのトルクは軸力に正比例して増加します。{0}}垂直システムでは、計算には移動質量と荷重方向に作用するその他の力を含める必要があります。動的荷重、プロセスの力、および予期しない衝撃は、通常の静的荷重よりも大きくなる可能性があります。

ボールねじリードの大型化

リードが大きいほど、同じアキシアル荷重からより多くのシャフトトルクが生成されます。たとえば、負荷と効率が変わらない場合、5 mm リードから 10 mm リードに変更すると、計算されたバックドライブ トルクが約 2 倍になります。-

リードの選択では、速度、モーターのトルク、位置決めの要件を考慮する必要があります。リードを小さくすると、バックドライブによって生成されるトルクが減少する可能性がありますが、独立した安全ロックとして扱うべきではありません。

低い機械抵抗

効率的な潤滑、低抵抗シール、正しく調整されたベアリングにより、アセンブリの移動に必要なトルクが軽減されます。{0}これらは望ましい動作特性ですが、スクリューを逆方向に駆動するために必要な軸方向の力が少なくて済むことも意味します。

モーター保持トルクの損失

動力が供給されているモーターは、通常の動作中に負荷の移動に抵抗する可能性があります。停電、緊急停止、ドライブアラームまたはケーブル障害が発生すると、このアクティブな保持トルクが失われる可能性があります。機械の設計では、これらの各条件下で負荷に何が起こるかを定義する必要があります。

バック運転を制御する方法

モーターブレーキ

固定垂直軸を保持するには、ブレーキ付きのサーボ モーターまたはステッピング モーターが一般的に使用されます。{0}ブレーキは通常、その用途向けに特別に評価されていない限り、繰り返し動的に停止するのではなく、保持することを目的としています。ブレーキトルクはブレーキが取り付けられる実際のシャフトで確認する必要があります。

メカニカルロック

メカニカル ロック、安全ナット、クランプ、またはロック ピンにより、独立した保持機能を提供できます。これは、人員が危険エリアに入る可能性がある場合、または荷物の落下により重大な機器損傷が生じる可能性がある場合に必要になる場合があります。

カウンターバランス

カウンタウェイト、ガススプリング、空気圧シリンダ、またはその他のバランス機構により、ボールねじに作用する正味の軸力を軽減できます。有効荷重を減らすと、保持システムが抵抗しなければならないトルクも減少します。

送信の低減

ベルトまたはギアボックスは、モーター側ブレーキのトルクと速度を変化させます。{0}}減速機構を使用する場合は、伝達効率を含めてブレーキ軸のトルクを計算してください。伝達比を考慮せずに、スクリュー-シャフト バック-の駆動トルクとモーター-のブレーキ トルクを直接比較しないでください。

リードが小さい

小さいリードを選択すると、同じアキシアル荷重に対するバックドライブ トルクの計算値が減少します。{0}ただし、必要なスクリュー速度、モータートルク、および 1 回転あたりの直線移動も変化します。したがって、リードはブレーキの代替品としてではなく、完全な動作設計の一部として選択する必要があります。

プリロードが安全ブレーキではない理由

ナットのプリロードを増やすと内部抵抗が増加し、小さな外力で動く傾向が減少する可能性があります。ただし、プリロードにより、駆動トルク、温度、アライメント誤差に対する感度も増加します。その主な目的はバックラッシュの制御と軸方向の剛性であり、フェイルセーフな荷重保持ではありません。-

予圧と潤滑剤の状態は整備中に変化する可能性があります。最初のテスト中は静止している垂直軸が、慣らし運転、再潤滑、または摩耗後に動き始める場合があります。-したがって、保持戦略は、不確実な内部摩擦ではなく、検証されたブレーキまたは機械的安全装置に基づく必要があります。

バックドライブのチェックに必要な情報-

バック駆動トルクを計算する前、または保持システムを選択する前に、次のデータを確認してください。-

• 移動質量とプロセス力を含む最大アキシアル荷重
• ボールねじ径とリード
• 垂直、傾斜、水平の取り付け方向
• 可動ネジまたは可動ナットの構造
• ダイレクトドライブ、ベルトドライブ、またはギアボックス比
• モーターとブレーキの保持トルク
• 停電時に必要な停止および保持動作
• カウンターバランスまたは独立した機械的ロックが必要

直立機構における荷重動作のより広範な説明については、を参照してください。ボールねじを使用して垂直荷重を保持する。また、リードと動作速度の関係を確認することもできます。高速ボールねじの選択-.

結論

ボールねじのバックドライブは、軸方向の動きをねじの回転に逆変換することです。その可能性と深刻度は、主に軸力、ネジのリード、バック駆動効率、駆動システム全体の抵抗に依存します。-

負荷生成トルクの計算は便利な開始点となりますが、安全性評価は完了しません。{0}垂直軸と安全性が重要な軸には、適切に選択された保持装置を含める必要があり、最大負荷、電力損失、コンポーネント-の条件下で評価する必要があります。-

DLY はロール型 C7 とグランド C5 を供給しますボールねじさまざまな直径、リード、ナット構造、シャフト端の加工オプションがあります。{0}}選定前に負荷の方向、速度、リード、精度、保持要件をご確認ください。

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