ボールねじナットの種類：フランジ形、内部循環、外部循環

ボールねじナットは、フランジ ナット、内部循環、外部循環、予圧ナットなどの用語で説明されることがよくあります。これらの用語は競合する「ナット タイプ」のように聞こえますが、実際には異なる設計寸法を表しています。

あフランジナットは、ナット本体をキャリッジまたはハウジングに取り付ける方法を説明しています。内部循環と外部循環負荷がかかった軌道の終端から次の循環経路の始端までボールがどのように戻るかを説明します。プリロードは、軸方向のすきまと剛性がどのように制御されるかを説明しています。

比較する場合には、これらの違いを理解することが不可欠ですボールねじナットの種類のためにリニアモジュール。このガイドでは、主要なナット構造、その工学的トレードオフ、スペース、速度、荷重、剛性、バックラッシュ、メンテナンス要件に基づいたナットの選択方法について説明します。

ボールねじナットを定義する 3 つの異なる質問

ボール ナットを分類する便利な方法は、次の 3 つの個別の質問に答えることです。

1. ナットはどのように取り付けられていますか？フランジ型、円筒型、角型などのハウジング形状。
2. ボールはどのように循環するのでしょうか？リターンチューブ/パイプ、デフレクター、リターンピース、エンドキャップ、またはその他の循環システム。
3. アキシアルすきまはどのように管理されますか?クリアランスタイプ、オーバーサイズボール予圧、オフセット予圧、ダブルナット予圧またはその他のメーカー固有の配置。

重要：ナットはフランジ ナットにすることができ、内部循環を使用し、同時に予圧をかけることもできます。これらのラベルは相互に排他的ではありません。

ボールねじナットの仕組み

ボールねじの内部では、転がるボールがねじ軸の溝とナットの溝の間で荷重を伝えます。ネジまたはナットが回転すると、ボールは負荷がかかった軌道を通って移動します。

ボールは軌道の終端に到達した後、単純にナットから出ることができないため、ナットにはボールを前の溝に戻す再循環経路が含まれています。

再循環システムは以下に影響を与えます。

• ナット外径
• ナットの長さ
• 使用可能なリードとボールのサイズ
• 許容回転速度
• 騒音と振動の挙動
• 製造の複雑さ
• 保守性

フランジボールねじナット

あボールねじフランジナット移動テーブル、ナットハウジング、または機械構造にボルトで固定する拡大された取り付けフランジが付いています。

フランジは次のとおりです。

• ラウンド
• カットフラット
• 四角い
• カスタム機械加工

正確なボルトパターンはシリーズやメーカーによって異なります。

リニアモジュールでフランジナットが一般的な理由

フランジは、ボール ナットとキャリッジの間に直接的な機械的インターフェイスを提供します。これにより、軸方向の力の伝達が簡素化され、組み立てが簡単になります。

一般的な利点は次のとおりです。

• 簡単な取り付け
• 明確なアキシアル荷重経路
• 便利な交換
• キャリッジブロックへの簡単な組み込み

フランジ形状で循環方式が決まるわけではない

フランジ ナットは、リターン チューブ、内部デフレクター、エンド キャップ、またはその他の循環機構を使用する場合があります。したがって、フランジは設置機能であり、ボールリターンの分類ではありません。

円筒形でコンパクトなナットボディ

一部のボールナットは、従来の大きなフランジのない円筒形またはスリムなボディを使用しています。クランプ、ネジ止め、または専用ハウジング内に取り付けることができます。

これらの構成は、次の場合に役立ちます。

• 放射状のスペースは限られています
• このマシンはカスタムナットハウジングを使用しています
• コンパクトな統合モジュールが必要
• ナットは狭いプロファイル内に収まる必要があります

取り付け設計では、ナットの回転を防止し、全アキシアル荷重を安全に伝達する必要があります。

「体内循環」とはどういう意味ですか？

一般的なエンジニアリング用途では、内部循環ボールナットナット本体に組み込まれた、または密接に統合されたコンパクトなリターン要素を通じてボールを戻します。

一般的な例には、デフレクター タイプまたはリターンピース タイプの機構が含まれます。デフレクターは、ボールを 1 つの溝から隣の溝に方向転換し、ボールが荷重が加わった経路に再び入ることができるようにします。

メーカーの用語によっては、一部のエンドキャップ システムでは、ナット本体に一体化された戻り通路が使用される場合もあります。命名規則はさまざまであるため、正確な戻り構造は製品図面で確認する必要があります。

体内循環のメリット

内部循環設計により、次のことが可能になります。

• コンパクトな外形寸法
• ナットから突き出る大きな外部リターンチューブがない
• 狭いリニアモジュール内の優れたパッケージング
• 一部の高速設計におけるバランスのとれたナット形状

たとえば、THK は、特にナットの寸法を小さくするために、コンパクトなボールねじ設計にデフレクタ循環を使用しています。

潜在的な制限

正確な制限は戻り形状によって異なりますが、設計者は次の点を考慮する必要がある場合があります。

• 使用可能なボール径
• リード範囲
• 循環回路数
• 製造の複雑さ
• 内部リターンコンポーネントへのアクセス可能性

デフレクター型ボールナット

デフレクターは、ナット内に配置されたコンパクトなリターン要素です。これは、ボールをねじ山を越えて隣接する負荷のかかる溝に導きます。

このアプローチは次の場合に魅力的です。

• コンパクトな自動化
• ナット外径が小さい
• 統合されたリニアモジュール
• 外部リターンチューブが梱包の邪魔になる用途

デフレクターを循環させると自動的に動作音が静かになるのでしょうか?

いいえ、ノイズはボールの速度、リターンパスの形状、プリロード、潤滑、製造品質によって異なります。特別に最適化された一部の内部リターン システムは、高速かつ低騒音で動作するように設計されていますが、「内部循環」だけでは特定の騒音レベルを保証するものではありません。

「外部循環」とは何を意味しますか？

外部循環ボールナット通常は、ボールを負荷ゾーンに戻す前にメインナット軌道の外側にボールを導くリターンチューブまたはリターンパイプを使用します。

リターンチューブは通常、ナット本体の外側に取り付けられ、明確に見える再循環経路を形成します。

外部リターンチューブ循環の利点

リターンチューブの設計は、以下の幅広い範囲をサポートできるため、広く使用されています。

• ネジ径
• リード
• ボールサイズ
• 耐荷重
• プリロードアレンジメント

これらは工業用ボールねじ、工作機械、および大型のねじアセンブリで一般的です。

パッケージングのトレードオフ

目に見える主な違いは、リターン チューブがナットの周囲の追加の半径方向スペースを占めることです。

これは、ボールねじを狭いアルミニウム製リニアモジュールのプロファイル内に適合させる必要がある場合に重要になることがあります。

内部循環と外部循環

1 つの一般的な比較表だけから循環タイプを選択しないでください。許容速度、定格荷重、騒音は実際のナットシリーズから取得する必要があります。

エンドキャップ循環

エンドキャップボールナットは、ボールを負荷がかかる回路の反対側の端に戻すリターン通路とともに、ナットの端にリターンコンポーネントを使用します。

このアーキテクチャは、多くの場合、より長いリターンパスにわたる効率的な循環を必要とする、より大きなリードまたは設計に関連しています。

メーカーやシリーズに応じて、エンドキャップの設計を高速および高負荷向けに最適化できます。

リニアモジュールにおいてエンドキャップ設計が重要な理由

ハイリードスクリューは、1 回転あたりの線形移動量を大きくすることができ、目標線形速度に必要なスクリュー rpm を低減します。したがって、エンドキャップの循環は一部の高速走行に関連します。ボールねじモジュールデザイン。

リターンピースおよびその他の循環設計

メーカーは、リターンピース、ブリッジタイプのリターン、独自の循環構造も使用しています。

実際の教訓は、「内部と外部」は高レベルの区別には役立ちますが、エンジニアリングを真剣に比較することで、選択した部品番号で使用されている正確な循環メカニズムを特定する必要があるということです。

予圧ボールねじナットとは何ですか?

あ予圧ボールねじナットは、外部プロセス荷重が適用される前でも、転動体またはナットの配置によって内部アキシアル荷重が生成されるように設計されています。

アキシアルすきまを減らして剛性を高めることが目的です。

プリロードにより次のことが改善されます。

• 双方向測位
• 反転応答
• 軸方向の剛性
• 小さな外​​乱に対する耐性

予圧は精度等級と同じではありません

高精度のねじには予圧がかかっていないと隙間が生じる可能性があり、リード精度が低いねじでは、ナットに予圧がかかっていると軸方向の遊びが非常に小さくなることがあります。

これらの仕様は、さまざまなパフォーマンス特性を制御します。

• 精度等級:リード/トラベル精度
• プリロード/クリアランス:軸方向の遊びと剛性

高精度リニア モジュールでは、多くの場合、両方を考慮する必要があります。

一般的なプリロード方法

ボールねじメーカーは、いくつかの予圧配置を使用しています。

ダブルナット予圧

2 つのナットは軸方向に分離されるか、隙間を取り除くためにスペーサーを使用して互いに荷重がかかります。

次のような利点があります。

• 高い軸方向剛性
• 調整可能または定義されたプリロード
• 強力な双方向測位性能

トレードオフとして、ナットの長さと質量が大きくなります。

オフセットリードまたはシングルナット予圧

内部溝の関係は、1 つのナットの異なる部分が反対の軸方向の予荷重を生成するように製造されています。

従来のダブルナット構造に比べ、コンパクトなパッケージで予圧が得られます。

オーバーサイズボールプリロード

わずかに大きいボールを使用すると、ねじとナットの軌道の間に干渉を生じさせることができます。

これにより、2 つの別々のナットを使用せずにクリアランスを減らすことができますが、達成可能な予圧と適用範囲は特定の設計によって異なります。

プリロードはどれくらいが良いのでしょうか？

プリロードを増やすと自動的に良いというわけではありません。

プリロードを高くすると剛性が向上しますが、次の点も増加します。

• ランニングトルク
• 発熱
• モーター実効トルク
• 潤滑需要
• 潤滑またはアライメントが不良の場合は摩耗します

プリロードは、必要な剛性と反転性能に一致する必要があります。過剰な予圧を使用すると、効率と熱安定性が低下する可能性があります。

すきま型ボールナット

すべてのリニア モジュールが事前にロードされたナットを必要とするわけではありません。

次のような場合には、クリアランスまたは低予圧ナットが適しています。

• アプリケーションは主に一方向です
• 絶対的な反転精度は重要ではありません
• 低いランニングトルクが重要
• 最大の剛性よりコストが重要
• 軸は一般的な輸送に使用されます

許容軸方向クリアランスは、機械の位置決め要件と比較する必要があります。

シングルナットとダブルナット

ナットの長さが有効ストロークに影響する

モジュール全体の長さが固定されている場合、ナットまたはダブルナットアセンブリが長くなると、可動ナットパッケージとエンドクリアランスによってより多くの内部スペースが占有されるため、使用可能なストロークが減少する可能性があります。

これは、設計者が短いモジュール本体から最大限のストロークを求めるコンパクトな機械では特に重要です。

ナット直径はモジュールのプロファイルサイズに影響します

大きなフランジまたは外部リターンチューブを備えたナットには、より大きな半径方向のスペースが必要です。

これは以下に影響を与える可能性があります。

• アルミ形材幅
• キャリッジの高さ
• カバーの形状
• 潤滑アクセス
• モーターとカップリングの位置合わせ

コンパクトな内部循環ナットは、モジュールの断面が設計上の主要な制約となる場合に役立ちます。

耐荷重はナットの形状だけでは決まりません

リターンチューブナットは自動的に「重負荷」にはならず、内部循環ナットは自動的に「軽負荷」にはなりません。

ボールねじの負荷容量は以下によって決まります。

• ネジ径
• ボール径
• 負荷回路数
• 接触形状
• ナットの長さ
• 材質と熱処理

選択したシリーズの実際の動的定格荷重と静的荷重定格を比較します。

循環回路が重要

ボール ナットには 1 つまたは複数の循環回路が含まれる場合があります。

より多くの負荷がかかる回路では、アキシアル荷重を共有するボールの数が増加しますが、容量への影響は完全なコンタクトの設計によって異なります。

回路の数は以下にも影響します。

• ナットの長さ
• 定格荷重
• 剛性
• 返球レイアウト

高速選択

高速ボールねじモジュールでは、ボールが負荷のかかる軌道に高頻度で出入りを繰り返すため、循環品質が特に重要になります。

チェック：

• 許容スクリュー回転数
• メーカーの dN または DmN 制限が指定されている場合
• 直線送り速度
• ナット温度
• ノイズ
• 潤滑方法

一部のメーカーは、より高速でよりスムーズな循環を目的として、特殊なディフレクターまたはエンドリターン システムを開発しています。

騒音・振動

ボールねじの騒音はいくつかの原因から発生します。

• ボールの再循環
• ボールと溝の接触
• 返品コンポーネント
• プリロード
• 潤滑
• スクリュー速度
• サポートベアリング

循環アーキテクチャは重要ですが、それをノイズの唯一の予測因子として使用すべきではありません。

潤滑要件

すべてのタイプのボールねじナットは、転動体と軌道の間の適切な潤滑に依存しています。

潤滑剤の選択では、以下を考慮する必要があります。

• スピード
• 負荷
• プリロード
• 温度
• 汚染
• 営業時間

一般に、高い予圧と高速では、潤滑剤の状態と熱制御の重要性が高まります。

シールとワイパー

ボールナットでは、軌道に入る汚染物を減らすためにシールまたはワイパーを使用する場合があります。

シールを追加すると汚染防止が向上しますが、走行抵抗が増加する可能性があります。

リニア モジュールの場合は、完全な保護システムを検討してください。

• ナットシール
• モジュールカバー
• 鋼帯
• ベローズ
• 機械筐体

フランジの取り付けと位置合わせ

フランジ ナットは、その軸がネジおよびリニア ガイドと正確に位置合わせされるように取り付ける必要があります。

アライメントが悪いと次のような原因が考えられます。

• より高いランニングトルク
• ボールの装填が不均一
• 熱
• ノイズ
• 早期摩耗

位置がずれているキャリッジに対してボルトを締めて、ナット フランジを所定の位置に強制的に取り付けないでください。

外部側面荷重はリニアガイドで負担する必要があります

ボールねじナットは主にアキシアル荷重を支えるように設計されています。

ツール、治具、またはワークピースからの横力と転倒モーメントは、モジュールのリニア ガイド システムによって支えられる必要があります。

モジュール設計ルール:軸方向の駆動にはボールねじを使用し、横方向の荷重とモーメントの制御にはリニアガイドを使用します。

コンパクトリニアモジュール用ナットタイプ

プロファイル サイズが厳しく制限されている場合、エンジニアは多くの場合、次のことを優先します。

• ナット外径が小さい
• ナットの長さが短い
• 統合循環
• シングルナットプリロード
• シンプルなキャリッジ接続

必要なリードと負荷に応じて、このカテゴリでは内部デフレクター タイプのナットが魅力的な場合があります。

高剛性位置決め用ナットタイプ

反転剛性が重要な精密軸の場合、次のような選択が有利になる可能性があります。

• プリロードナット
• さらなる高剛性設計
• 精密サポートベアリング
• 安定した取付構造

ダブルナット予圧設計またはコンパクトなオフセット予圧設計は、利用可能なスペースに応じて両方とも実行可能です。

一般自動化用ナットタイプ

一般的な自動化では、最高の予圧や最も複雑な循環システムは必要ない場合があります。

実際的な解決策では、以下のバランスをとる必要があります。

• 必要な位置決め精度
• 再現性
• 料金
• 脳卒中
• メンテナンス
• 設置可能スペース

高推力用ナットタイプ

高推力には「強力なナット」以上のものが必要です。

チェック：

• 動定格荷重
• 静定格荷重
• 回路数
• ネジ径とリード
• 支持耐力
• ネジの座屈
• 必要寿命

ナット循環方式だけでは最大推力は決まりません。

予圧がモーターのサイズに与える影響

プリロードにより、キャリッジに外部プロセス負荷がない場合でも、内部摩擦トルクが追加されます。

したがって、モーターのサイジングには以下を含める必要があります。

• 直線負荷トルク
• ネジ回転加速トルク
• ナット予圧トルク
• ガイドとシールの抵抗

これは、小型モーターや高精度の軸にとって特に重要です。

ナットの選択が熱挙動に与える影響

ボールの循環と予圧により熱が発生します。

温度が高くなると、ネジの熱膨張や位置ずれが発生する可能性があります。

したがって、高精度システムでは次のものが使用される場合があります。

• 最適化されたプリロード
• 制御された潤滑
• ナットまたはネジの冷却
• ウォームアップルーチン
• 温度補償

よくあるナット選択の間違い

フランジ、内部循環、予圧を競合カテゴリーとして扱う

これらはさまざまな設計機能を記述しており、1 つのナット内に一緒に存在できます。

内部循環が常により正確であると仮定する

位置決め精度は循環式単独ではなく、ねじリード精度、予圧量、サポートベアリングとアセンブリによって決まります。

外部循環が常により多くの負荷を運ぶと仮定する

定格荷重は、ネジとナットの形状、回路、ボール接触の設計によって異なります。

各精密軸の最大予圧の選択

過剰なプリロードはトルクと発熱を増加させます。

ナットエンベロープを無視する

リターンチューブや大きなフランジがモジュールのプロファイルやカバーに干渉する可能性があります。

サポートとガイドの剛性を無視する

高剛性のナットでは、柔軟なベアリング、ガイド、機械構造を補うことはできません。

実践的なボールねじナット選定ワークフロー

1. 必要なアキシアル荷重と寿命を定義します。
2. ネジの直径とリード範囲を定義します。
3. 位置決めの精度と再現性を定義します。
4. 許容軸方向すきまと必要な剛性を決定します。
5. 必要に応じてプリロードレベルを選択します。
6. 使用可能なナットの直径と長さを確認してください。
7. 速度、リード、包装を考慮した循環方式を選択してください。
8. フランジまたはその他の取り付け形状を選択します。
9. 動的および静的定格荷重を確認してください。
10. 許容速度と循環限界を確認してください。
11. 予圧トルクとモータ容量を確認してください。
12. 潤滑とシールを確認してください。
13. リニアガイドとサポートベアリングとの位置合わせを検証します。

QRXQがボールねじナットを選定するために必要なもの

• ボールねじ径
• 鉛
• 脳卒中
• アキシアル荷重
• 必要な速度
• 加速度
• 位置決め精度
• 再現性
• 許容バックラッシまたはアキシアルすきま
• 利用可能なナットエンベロープ
• 必要寿命
• 作業環境

最適なボールねじナットを複数の寸法から一度に選択します。取り付けの形状、ボールの循環、予圧はさまざまなエンジニアリング上の問題を解決するものであり、1 つの単純な「ナット タイプ」のランク付けにまとめるべきではありません。

QRXQ は、負荷、速度、精度、剛性、モジュールのパッケージングからボールねじナットの選択を評価し、フランジの形状、循環構造、予圧を完全な直線軸要件に適合させます。