V- 字型の溝設計により、ガイド レール上の荷重分布の均一性が向上するのはなぜですか?

いわゆる-リニアガイドのV-溝傾斜した軌道により転動体が複数の方向からの力に反応できるため、荷重の分散に役立ちます。ガイド ブロックは、下向きの荷重のみをサポートするのではなく、異なる接触列を介してラジアル方向、逆-ラジアル方向、および横方向の力を伝えることができます。

ただし、「V-」は簡略化した表記です。輪郭リニアガイドでは、実際のボール軌道は通常、円弧またはゴシックアーチ輪郭で形成されます。- V-のような外観は、主にレールとブロックの内側で左右の軌道が傾斜していることに由来します。

したがって、荷重分散は目に見える溝の形状以上のものに依存します。接触角、軌道曲率、転動体の種類、予圧、ブロックの配置、取り付け精度はすべて、どの列が力を伝達するか、またどの列が力を均等に分担するかに影響します。

V- 字型の溝とは何を意味しますか?

この用語はさまざまなガイド構造を表す場合があるため、文脈なしに使用しないでください。

これらの構造を同一のものとして扱うべきではありません。プロファイル リニア ガイドは、適合するレール-とブロック アセンブリ内で再循環ボールまたはローラーを使用します。--。 AV- ホイール システムは、露出したトラック上を走行する外部ホイールを使用します。精度、剛性、汚染挙動、設置要件は異なります。

傾斜軌道が荷重を伝える仕組み

キャリッジに外力が作用すると、転動体がその外力を傾斜軌道面に伝達します。接触力は、外部荷重と同じ方向にのみ作用するのではなく、局所軌道面に対してほぼ垂直に作用します。

それぞれの垂直接触力は、垂直成分と水平成分を持つと考えることができます。対称的なガイドでは、反対側の列のコンポーネントが連携して機能します。有用なコンポーネントが加えられた荷重をサポートし、反対側の横方向のコンポーネントが相互にバランスをとることができます。

正確な接触力は、単純な V 角度の式だけでは決定できません。{0}また、負荷される列の数、接触角、内部予圧、弾性変形、軌道曲率、外力の位置によっても異なります。

接触角が荷重方向を制御

接触角は、転動体と軌道の間を力が通過する方向を表します。これが、プロファイル リニア ガイドが単純な下向き荷重以上のものをサポートできる主な理由の 1 つです。

多くの 4 列プロファイル ガイドでは、対称的な接触配置が使用されています。{0}接触方向が 45 度に近い設計では、一次ラジアル方向、逆ラジアル方向、および横方向で同様の公称荷重能力を提供できます。他の軌道配置では、より大きなラジアル剛性または負荷容量を得るために、一方向を優先する場合があります。

接触角が大きいほど自動的に優れているわけではありません。角度を変更すると、半径方向と横方向のパフォーマンスのバランスが変わります。正しい形状は、予想される荷重の方向、キャリッジの方向、および機械の構造によって異なります。

軌道の曲率が重要

ボールは数学的に無限に小さい点で軌道に接触することはありません。荷重がかかると、両方の表面が弾性的に変形し、小さな接触面積が形成されます。軌道の曲率は、この接触ゾーンのサイズと形状に影響します。

溝のボールへの追従が緩すぎると、有効接触面積が小さくなり、局部的な接触応力が増加する可能性があります。溝のなじみが近すぎると接触面積は大きくなりますが、差動滑りや摩擦が増加する可能性があります。

したがって、溝の設計は、定格荷重、転がり抵抗、剛性、予圧応答、製造精度のバランスをとる必要があります。接触点の数が多いほど、常に高い負荷容量や優れた性能が得られると考えるのは正しくありません。

円弧-接触

円弧-軌道は一般に、負荷された各ボールが制御された接触ゾーンを介してレールとブロックに接触するように設計されています。この構造は、形状と取り付け条件が正しい場合に、不要な差動スリップを制限しながらプリロードをサポートできます。

ゴシック-アーチ コンタクト

ゴシック様式のアーチ溝は、2 つの交差する曲線プロファイルから形成されます。{0}}ガイドの設計に応じて、複数の接触点を作成し、さまざまな方向からの力をサポートできます。

トレードオフとして、接触点が異なれば回転速度が若干異なる可能性があります。予圧や取り付け誤差があると、差動スリップ、追加の抵抗、摩耗が発生する可能性があります。したがって、ゴシック-アーチ幾何学が円弧-幾何学よりも普遍的に優れていると説明すべきではありません。

ボールガイドとローラーガイドは異なる方法で荷重を分散します

ボール リニア ガイドは、荷重がかかった各ボールの周囲に楕円形の接触ゾーンを生成します。これらは通常、滑らかな動き、比較的低い摩擦を備え、高速産業運動に適しています。-

ローラーリニアガイドは円筒ローラーを使用しており、ローラーの長さに沿ってより長い接触ゾーンを作成します。これにより、剛性が向上し、高負荷時の弾性変形が小さくなります。したがって、軽量構造よりも剛性が重要な工作機械や装置では、ローラー システムが検討されることがよくあります。

ローラー接触ゾーンが大きいため、正確な位置合わせも重要になります。取り付け面または軌道が歪んでいると、荷重が意図した接触長さに沿って分散されず、ローラーの一端付近に集中する可能性があります。

プリロードにより接触は改善されますが、抵抗は変化します

プリロードは、外部作動荷重が適用される前に制御された弾性接触を作成することにより、内部クリアランスを除去します。これにより、荷重の方向が変化したときにキャリッジがよりしっかりと反応するようになります。

プリロードも転がり抵抗と熱を増加させる可能性があります。アプリケーションが必要とする値よりも高い場合、またはレールのアライメントが悪い場合は、ストローク全体を通じて一部の列が他の列よりも重い負荷がかかる可能性があります。

均一な荷重分布は、すべてのボールやローラーが常に同じ力を伝達することを意味するわけではありません。これは、ガイドの形状と組み立て条件により、軌道の 1 列、1 ブロック、または 1 つの小さな領域に不必要に集中することがないことを意味します。

モーメント荷重に強いブロック配置

レースウェイの形状により 1 つのガイド ブロック内に力が分散されますが、レールとブロックの配置によって、軸全体がピッチ、ロール、ヨー モーメントにどのように抵抗するかが決まります。

外部荷重がキャリッジの中心から離れた位置にある場合、直接の力とモーメントの両方が発生します。 2 つのレール間、または同じレール上のブロック間の距離を増やすと、その瞬間に抵抗するために各ブロックが生成する必要がある力が減少します。

このため、適切に設計された傾斜軌道を備えたガイドであっても、ブロックが近づきすぎたり、支持されているプラ​​ットフォームをはるかに超えて積載荷重が伸びたりすると、不均一な摩耗が発生する可能性があります。{0}

実際の負荷分散はインストールによって決まります

軌道の形状はガイドに組み込まれていますが、取り付け後に荷重分布が変化する可能性があります。ベースが凸凹しているとレールがねじれる可能性があり、2 つのレール間の平行度が低いと、ブロックが異なる経路をたどることになります。

このような状況では、機械が通常の動作を開始する前に、1 つの接点列または 1 つのブロックにさらに多くの負荷がかかる可能性があります。プリロードを高くすると、システムは取り付けエラーの影響をさらに受けやすくなります。

したがって、傾斜軌道が設計どおりに機能するには、正確な基準面、十分なベース剛性、正しい固定、および適切なレール平行度が必要です。

溝ジオメトリではできないこと

AV- 形状または傾斜した軌道配置は、多方向の荷重サポートを向上させることができますが、無関係な機械的問題の修正を期待すべきではありません。

• 大きなレール並列エラーを自動的に補正することはできません。{0}
• オフセット力がかかると、すべての回転要素にまったく同じ荷重を負荷させることはできません。
• それだけでは軌道面の切り粉や汚れは除去されません。
• 潤滑剤、シール、保護カバーが不要になるわけではありません。
• すべてのガイド設計において、負荷容量の固定パーセント増加を保証するものではありません。
• 不十分なレール間隔や不安定なマシンベースを補うことはできません。

結論

プロファイル リニア ガイドの V 字型の外観は、対向する傾斜した軌道から生じています。これらの軌道は、定義された接触角を使用して、ラジアル荷重、逆ラジアル荷重、および横方向荷重を、ボールまたはローラーの異なる列によって運ばれる力に変換します。{2}}

V字型だけでは均一な荷重分散は生まれません。軌道の曲率、接触角、転動体の種類、予圧、ブロック間隔、レール間隔、取り付け精度、荷重位置は連動します。-

一般にボール ガイドはスムーズで正確な一般的な動作を目的として選択されますが、ローラー ガイドはより高い剛性が必要な用途向けに広い接触ゾーンを提供します。最終的な選択は、1 つの溝の特徴ではなく、完全な荷重条件に基づいて行う必要があります。

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