垂直ボールねじ用途での制御の維持

Apr 18, 2024

このボールねじブレーキはバネ係合式です。 停電が発生した場合には、自動的に負荷が作動します。 負荷からブレーキを解除するには電源を再供給する必要があります。 写真提供：ネクセングループ株式会社

ボールねじブレーキは、ボールねじの先端にカップリングを介して取り付けられており、軸方向の微量のずれを補正することができます。 写真提供：ネクセングループ株式会社

一部の垂直リフト用途では、サーボモーターがボールねじを駆動します。 モーターとリフトフランジの間に取り付けられたフランジ取り付けサーボモーターブレーキがボールねじを保持し、逆方向の駆動を防ぎます。 写真提供：ネクセングループ株式会社

高効率ボールねじは垂直吊り上げ用途では逆回転するため、荷重を保持するためのブレーキが必要になります。 写真提供：THK

高効率ボールねじは、正確な高速直線位置決めに最適です。 ただし、特にボールねじが垂直位置にある場合、バックドライブが問題になる可能性があります。 ボールねじが適切に保持されていないと、荷重が急速に低下し、積載物、機械、作業者に損傷を与える可能性があります。

それを防ぐために、エンジニアにはいくつかの選択肢があります。 1 つの方法は、ケーブルプーリーの上に配置されたカウンターウェイトを使用して、ボールねじにかかる負荷の重量を相殺することです。 この設計は理想的ではありません。 スペースをとり、部品点数も多く、ボールねじに直接保持力がかかりません。

ハードストップもオプションですが、正しく取り付けられていないか、正しく制御されていない場合、ボールねじを損傷する可能性があります。 ハードストップは強い接触荷重を発生させ、ボールねじを変形させ、ボールベアリングの強度を低下させ、リターンシステムに損傷を与え、ボールナットがねじに固着する可能性があります。

3 番目のオプションはロック スプリングです。 ボールナットとボールねじの隙間に挿入します。 ボールがひどく損傷した場合、空きスペースはロック スプリングによって占有されます。 スプリングによって生じる摩擦の増加により、荷重がねじを自由落下したり逆方向に駆動したりすることが防止されます。

もう 1 つの方法は、クランプやキャリパー型ブレーキなどの機構を使用してネジを固定することです。 この方法はある程度の効果はありますが、ボールねじを損傷し、精度が低下する可能性があります。 これらのデザインは多くのスペースも必要とします。

オーバーランまたはドッグストップは、ボールねじの両端での偶発的なオーバーランによる損傷を防ぎます。 ただし、ドッグストップは主な保護としては当てにできません。 このタイプの停止は、冗長保護としてのみ使用してください。 移動はアセンブリの制御システムによって停止される必要があり、ボールねじブレーキなどの電源オフブレーキによって保持される必要があります。 ほとんどのリニア アクチュエータは、モーターまたはスライドにブレーキを使用します。 これらのブレーキは、二軸モーターまたはプーリーを支持するシャフトに取り付けられます。

モーション制御でよくある間違いの 1 つは、ボールねじまたはベルト駆動のアクチュエータを垂直用途向けに設計するときに発生します。 通常、両方のシステムの機械効率は 90% です。 電力損失が発生すると、モーターには保持トルクがなくなるため、負荷が下向きに衝突します。

バックドライブ トルク Tb は、Tb = PLe/2π として計算できます。ここで、L はネジのリード (インチ単位)、P は負荷 (ポンド単位)、e は機械効率定数です。

システム固有の摩擦によって軽い負荷を保持できますが、ロッドレス アクチュエータは通常、たとえ小さな力でも逆方向に駆動します。 バックドライブを妨げる要因は、機械的効率の悪さです (負荷に加わる反対の力を含む)。 ベアリングと駆動システムの静摩擦。 （タイミングベルトやギアによる）非効率性の低減。 モーターに電力が供給されていないときにシャフトを手で回すのに必要なトルク。

ネジ駆動システムのピッチも影響します。 1 インチあたり 2 回転のピッチのボールねじは、1 インチあたり 5 回転のピッチのボールねじよりもバックドライブが低くなります。 これは、摩擦トルクと軸方向保持力の関係が F = 2πTfp であるためです。 ここで、Tf は摩擦トルク、p はボールねじのピッチです。