リニアベアリングの速度を制限するものは何ですか? （パート1）

ダニエル・コリンズ著 | 2017 年 5 月 28 日

高速動作は、パッケージングや電子アセンブリなど、スループットが重要な要素となるアプリケーションの要件です。 これらのシステムは通常、リニア モーターまたはスチール強化ベルト ドライブを再循環リニア ベアリング ガイドと組み合わせて使用​​し、良好な剛性と高い耐荷重を実現します。 しかし、これらの用途で要求される速度は、通常最大速度 3 m/s (9.8 フィート/秒) と定格されている再循環リニア ベアリングにとって課題となる可能性があります。

リニア ガイドの種類とメーカーによっては、最大速度が 2 m/s (6.6 ft/s) を超える場合、2 ～ 4 の負荷係数が推奨される場合があります。 ベアリングの寿命を計算する場合、ベアリングの動的負荷容量を荷重係数で割ります。 これは、高速時に発生する振動や衝撃を考慮するために行われます。

再循環リニアボールベアリングは、高度に機械加工された表面間の転がり接触と最小限の摩擦 (適切に潤滑されている場合) により、非常に優れた走行特性を備えています。 では、なぜ最高速度が制限されているのでしょうか?

答えは加速度とニュートンの運動の第 2 法則、F = ma (力 = 質量 x 加速度) に関係しています。

再循環リニアベアリング内のボールは、荷重支持ゾーンから再循環ゾーンに移動するときに方向が変わることを思い出してください。 これを行うには、再循環機構によってエンド キャップの周りを案内されるときに減速する必要があります。 この減速により、再循環要素、特にベアリング ブロックのエンド キャップに力が生じます。 ボールの速度 (ベアリング ブロックの速度に基づく) が高くなると、減速度も大きくなり、エンド キャップにかかる力も大きくなります (F = ma に戻ります)。

再循環リニア ベアリングでは、ボールがベアリング ブロック内を移動するときに方向が変わります。 これにより、再循環要素とエンドキャップに大きな力がかかります。 画像クレジット: Schaeffler Group Inc.

循環の原理を理解すると、次のことがわかります。リニア循環ボール ベアリングで高速化を実現するには 2 つの方法があります。1 つは、より大きな力に耐えられるエンド キャップを使用するか、ボールの質量を減らすことです。

実際、ほとんどのリニアベアリングメーカーは、エンドキャップを含む強化された再循環機構を備えた再循環ボールベアリングを提供しています。 これは多くの場合、「高速」とラベル付けされたリニア ベアリングの設計であり、最大速度は 5 m/s (16.4 フィート/秒) です。

一部のメーカーは、ボール チェーンを備えた高速リニア循環ベアリング (ボール セパレーター、ボール スペーサー、またはケージド ボールとも呼ばれる) も提供しています。これは、ボール間の接触を排除し、摩擦と熱をさらに低減し、各ボールに一定の電力が供給されるようにするためです。そして十分な潤滑。

ボール チェーンにより、各ボールが一定かつ十分な潤滑を受けることが保証されます。画像クレジット: THK

もう 1 つの方法は、ボールの質量を減らし、それによって再循環中にエンド キャップにかかる力を減らすことです。 これを実現するために、一部のメーカーはセラミックボールを備えたリニアベアリングブロックを提供しています。 セラミックが使用されるのは、質量対強度の比が低く、鋼の表面に使用すると優れた転がり特性があるためです。 セラミックボールを使用したリニアベアリングは、最大 10 m/s (32.8 フィート/秒) の最高速度を達成できますが、従来のスチールボールを使用した同様のベアリングと比較すると、動的負荷容量は最大 30% 減少します。

次に、リニアすべり軸受の速度を制限する要因について見ていきます。

フィーチャー画像クレジット: 連邦道路局