リニアガイド予圧とは何ですか?どのように選択すればよいですか?

リニアガイド予圧は、ガイドレールとキャリッジ間の内部隙間をなくすために使用されます。これは、線形運動システムのシステムの剛性、たわみ、および位置決め精度に影響を与える重要なパラメーターの 1 つです。

高精度のモーション アプリケーションでは、多くの場合、単に高精度クラスを選択するよりも、適切な予圧を選択することが重要です。この記事では、リニア ガイドの予圧とは何か、その仕組み、一般的な予圧レベル、およびアプリケーション要件に基づいて適切な予圧を選択する方法について説明します。

リニアガイドに予圧が必要なのはなぜですか?

リニア ガイド、リニア ベアリング、またはボールねじを使用するアプリケーションでは、通常、正確な位置決めが必要です。つまり、可動コンポーネントには十分な剛性が必要です。

再循環ボール リニア ガイドとボールねじは比較的高い負荷に耐えることができますが、ボール サイズの公差や転動体が軌道間に嵌合する方法により、固有のクリアランスやバックラッシュが常に存在します。外部負荷がかかると、このクリアランスにより微動が発生し、精度と安定性に悪影響を及ぼす可能性があります。-

プリロードを適用することで、この内部クリアランスが組み立て中に排除され、システムの剛性が向上し、外力が加わったときのたわみが軽減されます。

リニアガイドの予圧の実現方法

ボール内予圧-タイプ リニアガイド

ボール-タイプのリニアガイドでは、軌道間の距離よりわずかに大きい直径の転動体を取り付けることで予圧が得られます。これらは、オーバーサイズ ボールと呼ばれることがよくあります。

• ボールの直径と軌道間隔の差により予圧力が決まります
• 予圧後、ボールは軌道と常に接触したままになります。

メーカーは通常、予圧を動的定格荷重のパーセンテージとして表します。一般的なプリロード レベルは次のとおりです。

• 2% (軽予圧)
• 5% (中予圧)
• 8% (重予圧)

たとえば、リニア ガイドの動定格荷重が 25,000 N、予圧が 2% の場合、予圧力は約 500 N になります。

ローラー内予圧-タイプ リニアガイド

ローラー-タイプのリニア ガイド、特に工作機械などの高荷重で低たわみの用途で使用される-リニア ガイドの場合、予圧レベルが大幅に高くなることがあります。

一部の高剛性システムでは、予圧が動的定格荷重の 8%～13% に達する場合があります。-
例えば：

• 動定格荷重：20,000N
• プリロードレベル: 5%
• 結果として生じる予圧力: 1,000 N

この構成によりたわみは大幅に軽減されますが、駆動システムと取り付け精度に対する要求も高まります。

プリロードは常に高いほうが良いのでしょうか?

剛性の観点から見ると、プリロードを高くするとたわみが減少し、荷重時の変形に対する耐性が向上します。ただし、実際のアプリケーションでは、より高い予圧が常に最良の選択であるとは限りません。

過剰な予圧は次の原因となる可能性があります。

• より高い駆動力が必要となり、より大型のモーターとトランスミッションコンポーネントが必要になる
• 摩擦と動作温度の増加
• 摩耗が促進され、耐用年数が短くなる

さらに、予圧によりリニア ガイドに内部静力が生じます。耐用年数を計算するときは、加えられる外部荷重に加えて、この静的な予荷重力を考慮する必要があります。この内部力は、外部荷重が予荷重力の約 2.8 倍を超えた場合にのみ相殺されます。

したがって、予圧の選択は、可能な限り高い予圧レベルを目指すのではなく、アプリケーションの条件に基づいて行う必要があります。

一致したセットと交換可能なプリロードされたコンポーネント

通常、メーカーは次の 2 つの構成でプリロード システムを提供します。

適合するレールとキャリッジのセット

• レールとキャリッジは適合するペアとして供給されます
• プリロードはその特定の組み合わせ内でのみ保証されます
• キャリッジを別のレールに取り付けると、予圧値が不明になる可能性があります

交換可能なプリロードキャリッジ (より一般的)

• 予圧はキャリッジ内で定義および設定されます
• キャリッジはさまざまなレールに設置可能
• プリロードの一貫性が維持され、メンテナンスと在庫管理が簡素化されます。

プリロードされたリニアガイドを選択するときは、メーカーがどのアプローチを使用しているかを理解することが重要です。

さまざまな用途に合わせたプリロードの選択

軽予圧 (約 2%)

軽い予圧は、低摩擦とスムーズな動作が重要な用途に適しています。

• ピック{0}}-システム
• 分注装置
• 検査システム
• 半導体製造装置
• 自動マテリアルハンドリングシステム

これらのアプリケーションは通常、比較的低い負荷を必要としますが、正確で応答性の高い動作が必要です。

中予圧 (約 5%)

中程度のプリロードは剛性とスムーズな動作のバランスを提供し、最も一般的に使用される設定です。

• 一般産業機械
• 包装設備
• 自動化された生産ライン

この予圧レベルは、許容可能な摩擦と耐用年数を維持しながら、十分な剛性を提供します。

重予圧 (6% ～ 8% 以上)

重い予圧は、高剛性、高精度、耐振動性が必要な用途で使用されます。

• CNCマシニングセンター
• 工作機械
• 大きな動的力またはモーメントを受ける機器

このような場合、構造的なたわみや振動が大きくなり、軽い予圧では精度を維持するには不十分なことがよくあります。

マルチレール システムにおけるプリロードとアライメント-

一般的な高剛性構成は次のもので構成されます。-

• 2 つの平行なガイド レール
• 各レールに 2 台の車両
• 正方形のレイアウト

この配置により、ローリング、ピッチング、ヨーイングのモーメントに対して強い抵抗力が得られます。

複数の予圧リニアガイドを使用する場合、位置合わせが重要になります。予圧により許容される位置ずれが減少するため、許容垂直偏差 (多くの場合「e1」で示される) は、予圧されていないシステムよりも小さくなります。-。

取り付け面の精度が不十分で許容偏差を超えると、キャリッジにさらなる転がりモーメント負荷がかかり、摩耗が促進され、寿命が短くなります。したがって、予圧されたリニア ガイド システムには、精密に機械加工された取り付け面が不可欠です。-

リニアガイドの予圧がシステムパフォーマンスに与える影響

リニアガイドのプリロードを適切に適用すると、次のような重要な利点が得られます。

• 内部クリアランスを排除し、システムの剛性を向上させます。
• 転動体と軌道面の安定した接触を維持し、正確な動きを実現します。
• 運転時の振動や騒音を低減します。
• 転動体全体への均一な負荷分散を促進します。
• 耐用年数を延ばし、メンテナンスの必要性を軽減します

対照的に、クリアランスのある予圧されていないリニアガイドは、負荷がかかるとわずかな動きを示す可能性があり、位置決め精度に悪影響を与える可能性があります。{0}}

結論

リニアガイド予圧内力を加えてガイド レールとキャリッジ間の隙間をなくし、剛性を高めてたわみを軽減します。通常、プリロード レベルは、アプリケーションの要件に応じて、軽、中、または重に分類されます。

プリロードを選択するとき、エンジニアは以下を考慮する必要があります。

• 負荷条件
• 要求される位置決め精度
• 振動と衝撃
• 駆動能力と取り付け精度

より高いプリロードは、アプリケーションが本当に必要とする場合にのみ選択してください。適切な予圧を選択すると、リニアモーションシステムにおける安定した性能、長い耐用年数、信頼性の高い位置決め精度が保証されます。

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