曲線運動ガイドと作動回転システム

曲線のガイド システムやアクチュエータ システムの設計は、直線の設計よりも難しい場合があります。 ただし、このようなシステムを設置すると、ペイロードの輸送と取り扱いの簡素化と効率が向上します。

Leslie Lui、機械設計エンジニア | ビショップ・ワイズカーバー・コーポレーション

このホワイトペーパーでは、ガイドホイールベースのリングおよびトラックシステムのトピックについて説明します。 今日の市場では、曲線用途向けの代替コンベヤ システムよりも、より優れた位置決め精度と貨物搬送位置のカスタマイズ可能なオプションを備えた、よりコンパクトな製品が入手可能です。

生産コストを削減する継続的な取り組みの中で、製造施設における傾向の 1 つは、材料の移動を最小限に抑え、貴重な床面積を節約するために、生産ワークステーションをできるだけ近くにグループ化することです。 これを行うことは、マテリアルがますます複雑な曲線のパスに沿って移動する必要があることを意味します。 市販されているほとんどのガイドおよびアクチュエータ システムは直線設計であり、非直線パスを簡単に処理できません。 ただし、ガイドホイールベースのリングおよびトラックシステムなどの曲線ガイドおよびアクチュエータシステムは、このような状況に使用できます。

ガイド ホイール ベースのリングおよびトラック システムの中心となるのは、V 溝ベアリング ガイド ホイールと V エッジ スライドです。 ホイールとスライドには相補的な V 字形状の走行面があり、ガイドホイールを備えたキャリッジがスライドに沿ってスムーズに走行できるようにしながら、高い荷重がかかった状態でも横方向または回転方向の動きに抵抗します。

キャリッジは、直線とリング スライド セグメントを使用して直線または円形の経路をたどったり、直線とリング スライド セグメントを組み合わせて複雑な曲線の経路をたどることができます。 回転運動の用途では、ホイールを静的に取り付け、リングをホイールに対して回転させてスライドさせることが可能です。 一部の曲線ガイド システムは、キャリッジ リンケージ、駆動要素、モーターなどのコンポーネントを追加して作動システムに変換することもできます。

ガイドホイール リングとストレート スライドには、さまざまなサイズと耐荷重のホイールに対応できるよう、さまざまなプロファイル サイズが用意されています。 ストレート スライドにはさまざまな長さがあり、リング スライドにはさまざまな曲率半径と角度スパンが用意されています。 リング スライドの中には、リング ディスクとも呼ばれる中空または中実の中心を備えたものもあります。 他のスライド オプションには、さまざまな V 構成やピニオン ギアによる作動のための統合ラックが含まれます。

ガイドホイールベースのリングおよびトラックシステム設計により、利用可能なオプションの中で最も耐汚染性と耐腐食性が高くなります。 ガイドホイールには通常、予想される走行寿命を持続するのに十分な潤滑剤が含まれており、潤滑剤の損失や破片の侵入を最小限に抑えるための永久シールが付いています。 システムコンポーネントは、破片を捕捉しないシンプルな形状をしており、多くは耐食性を高めるためにステンレス鋼で作られています。

曲線ガイドとアクチュエータの設計に対応する従来の方法には、コンベヤ システムや旋回リングが含まれます。 ベルトコンベヤシステムは最も単純なタイプのコンベヤであり、通常、フレーム内の円筒形ローラーに巻き付けられた幅広のベルトが含まれています。 モーターがローラーを回転させ、ベルトがローラーの上に載っているペイロードを搬送します。 より単純なベルト コンベヤ システムではペイロードを直線でしか移動できませんが、複数の直線コンベヤを目的の経路に沿ってオフセット角度で直列に取り付けるか、空港の手荷物コンベヤなど、連結された旋回セグメントを備えたベルトを使用することで、曲線の経路を作成できます。

ローラーコンベアシステムはベルトバージョンと似ていますが、幅広のベルトの代わりに、指定された曲線経路に従うように構成されたフレームシステムに取り付けられた一連の狭い間隔のローラーが使用される点が異なります。 ローラーコンベアシステムは、ローラーに直接接続されたモーターまたは中間駆動ベルトによって動力を供給することも、動力を供給せずにペイロードを重力または手動で移動させることもできます。

オーバーヘッド トロリー システムは、床の上の高い位置に取り付けられた曲線パス トラック システムと、その下にペイロードを吊り下げる車輪付きの台車で構成されます。 オーバーヘッドトロリーシステムの台車は、手で動かすことも、線路に沿って走行するモーター駆動のチェーンで引っ張ることもできます。 旋回リング (ターンテーブル ベアリングとも呼ばれる) は、本質的には、大量の小さな回転要素を使用する大型の機械ベアリングです。 これにより、大きなボア ID と薄いプロファイルのレースを提供しながら、高い負荷容量を維持することができます。 旋回リングには、直接駆動するためにレースにギア ラックを機械加工することができます。

ガイドホイールベースのリングおよびトラックシステムは、コンベアシステムよりも優れた位置決め精度と精度を実現できます。この違いは、ペイロードが壊れやすいアプリケーションや、システム内を移動しながら処理するためにしっかりと正確に位置決めする必要があるアプリケーションでは重要になる可能性があります。 ガイドホイールベースのリングおよびトラックシステムのホイールは、スライドに対してしっかりと予荷重がかかるように設計されており、キャリッジが意図した移動経路以外の方向に移動するのを防ぎます。 このレベルの位置決め精度は、ペイロードが主に重力によって可動要素に制限されるコンベヤ システムでは一般に不可能です。

ベルトおよびローラー コンベヤ システムには水平方向の拘束がなく、ペイロードが可動要素の側面から落ちるのを防ぐためにサイド ガイド レールが必要になる場合があります。 ペイロードは常にあるローラーまたはベルトループから別のローラーまたはベルトループに移送されるため、継続的な振動にさらされる可能性があり、コンベアシステムのコンポーネントの形状に互換性がない場合、それらのコンポーネントに絡まり、不規則な流量、衝突、詰まりを引き起こす可能性があります。 オーバーヘッドトロリーシステムのキャリッジには、線路から脱落しないように十分な水平拘束しかなく、一般にペイロードを運ぶためにチェーンやフックなどの非剛体リンケージを使用するため、キャリッジが自由に揺れ、他の物体に衝突する可能性があります。

コンベヤシステムはペイロードを拘束するために重力に依存しているため、ペイロードを搬送できる位置やペイロードを垂直に移動する能力も制限されます。 ベルトおよびローラー コンベヤ システムは、可動要素の上でペイロードを直接運ぶ必要があるため、急な傾斜を上り下りすることはできません。 オーバーヘッドトロリーシステムのキャリッジは、安定性を確保するためにペイロードを真下に吊り下げる必要があり、吊り下げられたペイロードがトラックや隣接するキャリッジのペイロードに接触する可能性があるため、急なセクションを上下に移動することはできません。 ただし、ガイドホイールベースのリングおよびトラック システムでは、ペイロードをキャリッジに対して任意の位置にしっかりと取り付けることができます。 また、台車の車輪がスライドに対してしっかりと拘束され、指定された経路に沿った移動のみを許可するため、重力に関係なくペイロードを任意の方向に輸送することができます。

ガイドホイールベースのリングおよびトラック システムは、他のコンベヤ システムよりも必要なスペース、支持構造、メンテナンスが少なくて済みます。 適切な取り付け金具を取り付けると、キャリッジはそれ自体よりもはるかに広い積載量を運ぶことができます。 これにより、これらのシステムとその支持構造は、転動体の幅が意図した積載量よりも広くなければならないベルトやローラーコンベヤシステムよりもコンパクトになります。 天井トロリーは比較的広い積載物を運ぶことができますが、その軌道システムは、その下に吊り下げられた積載物がアクセス可能で地上の障害物を避けるために十分な高さに持ち上げる必要があるため、かなり大きくて頑丈な支持構造が必要です。 また、コンベア システムの支持構造のサイズが比較的大きいため、組み立てや再構成が最も困難で高価になります。 また、コンベア システムは、コンポーネントが大きく、数が多く、複雑な形状をしているため、ゴミがたまりやすいため、ガイド ホイール ベースのリングおよびトラック システムよりも清潔に保つのが難しくなります。 旋回リングは、よりコンパクトで軽量であり、完全に組み立てられた個別のユニットで入手できるため、より迅速にアプリケーションに組み込むことができるため、円運動のみを必要とするアプリケーションにはコンベア システムよりも適しています。 また、ガイドホイールベースのシステムと同様に、より優れた精度と滑らかさを提供し、ペイロードを搭載することもできますが、後者と比較すると依然としていくつかの欠点があります。

ガイドホイールベースのトラック回転システムと旋回リングは同様に組み立てが容易ですが、前者の方がコンポーネントが交換可能なため保守が容易です。 スムーズで正確な性能を得るには精密な組み立てと機械加工が必要となるため、旋回リングは通常、工場で完全に組み立てられます。 通常、1 つのコンポーネントでも故障するとリング全体を交換する必要があり、現場での保守が困難になります。 旋回リングはアプリケーション コンポーネントの主要な取り付け構造となる場合があるため、旋回リングを交換するには、それに取り付けられているすべてのものを再組み立てする必要がある場合もあります。

ガイドホイールベースの回転システムの場合、共通の嵌合設計により、旋回リングのような適切に適合した嵌合の特定のユニットだけでなく、個々のコンポーネントを互換性のあるシステムで組み立てて使用できるため、損傷したコンポーネントのみを交換する必要があります。 一部のアプリケーションでは、他のコンポーネントを分解せずに、ガイドホイールベースのトラックシステムの損傷したコンポーネントを交換することも可能です。

旋回リングはコンベヤ システムよりも優れた剛性と滑らかさを提供できますが、通常は予荷重がかかりません。 剛性と滑らかさを向上させるために転動体に予圧をかけることは、小型の機械ベアリングでは一般的ですが、大型部品は精密に機械加工することが難しく、形状や取り付けが外部要因により影響されるため、旋回リングではまれです。 小さな製造上の欠陥、外部荷重や不均一な取り付け面による部品の変形、部品間の大きな温度変化による不均一な熱膨張は、旋回リングなどの大型ベアリングの予圧に影響を与える可能性が高くなります。

プリロードを変更すると、内部コンポーネントのクリアランスが生じてシステムの剛性が低下したり、干渉が大きくなって回転が困難になり、コンポーネントが損傷したりする可能性があります。 旋回リングの予圧レベルは内部コンポーネントの寸法に依存し、組み立て後に調整することはできません。 不均一な取り付け面や熱膨張などの外部要因によっても、ガイドホイールベースの回転システムの予圧が変化する可能性があります。 ただし、プリロードはアプリケーションの組み立て中に設定され、後で簡単に調整できるため、それほど問題にはなりません。

ガイドホイールベースのリングスライドは、360°未満の移動量を必要とする用途では、旋回リングに比べてサイズ面で大きな利点があります。 旋回リングは、たとえ用途が 360° よりはるかに少ない移動量を必要とする場合でも、回転要素に完全な移動回路を提供するために完全な円形である必要があります。 ガイドホイールベースの回転システムでは、リング スライド セグメントの円弧の長さは、移動円弧全体にわたってすべてのガイド ホイール (3 つまででも可能) をサポートするのに十分な長さだけが必要です。

曲線のガイド システムやアクチュエータ システムの設計は、直線の設計よりも難しい場合があります。 ただし、このようなシステムを設置すると、ペイロードの輸送と取り扱いの簡素化と効率が向上します。 ガイドホイールベースのリングおよびトラックシステムは、設計プロセスを簡素化し、他のタイプの非リニアガイドおよびアクチュエータシステムよりも優れた性能を発揮します。

ビショップ・ワイズカーバーについて

Bishop-Wisecarver グループ会社である Bishop-Wisecarver Corporation は、メーカーやオートメーション ソリューション プロバイダーによる直線および回転運動製品の設計を支援します。 60 年以上にわたるエンジニアリングの専門知識と 20,000 を超える顧客との製造のベスト プラクティスにより、当社は顧客の設計とアプリケーションの要件を理解し、2 ～ 3 週間以内に出荷できる独自のソリューションの開発を可能にします。 お客様は、市場投入までの時間を 50% 短縮し、メンテナンスおよび設置コストを最大 50 ～ 75% 削減し、製品の差別化と製品寿命の延長を実現します。

当社の製品ラインには、高品質のコンポーネントとアクセサリ、手動リニア ガイド システム、作動リニア ガイド システム、回転ガイドとシステムが含まれます。 Bishop-Wisecarver が最近導入した製品には、ステンレス鋼、高温、洗浄、クリーン ルーム対応の製品があります。 当社のより人気のある製品には、DualVee、LoPro、UtiliTrak、MadeWell、GV3 などの商品名があります。

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