リニア レールを指定およびサイズ設定するための最良のアプローチは、アプリケーションの最も重要なパラメータを最初に定義することです。これらの要件に基づいて選択肢を絞り込みます。次に、重要な変数を適用して、最終的な線形レールの選択を行います。

まず基本事項:リニア ガイド レール、ガイドウェイ、およびスライドは、物理的負荷を支持し、低い摩擦係数で直線経路に沿って移動させるレールとベアリングで構成される機械システムです。これらは通常、転動体タイプまたは平面ブッシュ タイプに分類されます。特定のエンジニアリング ニーズを満たすように設計された多くの形状やサイズがさまざまなメーカーから入手可能であるため、独自のアプリケーションによって、考慮すべき重要なパラメータのリストとその重要性の順序が決まります。

最も一般的なタイプのガイドウェイとベアリングには、再循環ボール ベアリング ブロックを備えたプロファイル付き (正方形) レール、ローラー ベアリング用のガイドウェイ、および再循環ボール ブッシュまたはプレーン ブッシュを備えた円形レールが含まれます。プロファイルレールは、工作機械のヘッドや精密な回路基板の動作など、卓越した剛性と精度を必要とする用途に適しています。ローラー ベアリング システムは、部品の持ち上げや移動、ピック アンド プレースなどの幅広い用途を対象としています。

アプリケーションに最適なレールを選択するには、まずシステムの特定のニーズを分析します。次に、最終結果を達成するために必要な軸数、再現性、公差、精度などの顧客の要件またはプログラム ガイドラインを理解します。最後に、塵、水、繊維、その他の物質などの環境汚染を考慮します。

どのようなシステムでも、動作環境によって、選択する必要があるベアリングの種類が決まります。たとえば、汚れた環境はアセンブリを汚染し、再循環するボール経路の適切な機能を妨げる可能性があります。ローラーシステムでは一般に回転要素が大きいため、汚染はより管理しやすくなります。平面ベアリングは、特定の研究室やシリコンチップ製造施設など、表面接触潤滑が推奨されない用途や、環境にさらすことができない用途に適しています。

システムを選択した後、パラメータを組み立てて適切なサイズにします。リニアガイドウェイシステムの各動作について、ストローク、荷重、速度、デューティサイクル、取り付け面積、取り付け方向のパラメータを考慮してください。

リニアガイドシステムのサイズを決定する

静荷重は、サドル、ネスト固定具、ペイロード、ベアリングの重量で構成されます。一般的なデュアル レールと 4 台のキャリッジ セットで 40.0 ポンドが水平方向の前後および左から右の中心にある場合、各ベアリング ブロックには 10.0 ポンドの静的荷重がかかります。

スライドには、サドルとカンチレバーの 2 つの基本的なタイプがあります。標準の水平ベースのサドル スライドでは、2 つの固定エンド ブロック間を移動するサドルまたはブロックが使用されます。カンチレバースライドにより、本体とシリンダは静止し、ツールプレートは伸縮します。荷重を垂直に移動する場合は、2 番目の片持ち梁式アプリケーションが存在します。1 つのレールと 2 つのキャリッジを使用すると、両方のベアリング キャリッジに半径方向に均等に荷重を加えることができます。ベアリングまたはキャリッジのサイズを決定する場合、通常、最も静的な応力がかかるスライダーの総荷重が最悪のシナリオとして設定されます。

ベアリングのサイズを決定するときは、荷重パラメータと重心 (CG) または質量中心までの距離を整理します。荷重とは、システムにかかる重量または力を指し、静的荷重と動的荷重の両方が含まれます。静荷重には、サドル、ネスト固定具、ペイロード、ベアリングの重量が含まれます。動的 (または動的) 荷重は、ベアリングを搭載したサドルと相互作用するときに適用される荷重を考慮する必要があります。通常、この荷重によりベアリングにねじれ要件が課されます。サドルの CG は、ベアリング中心からある程度の距離で単一の荷重値を提供します。

これらの動的値と静的荷重値は、ラジアル (Corad)、アキシャル (Coax)、「X」軸周りのトルク (Mx)、「Y」軸周りのトルク (My)、および「Z」軸周りのトルクとして整理できます。軸 (Mz)。これらの変数は、ほとんどのベアリングのサイジング アプリケーションで使用して、キャリッジの適切なサイズを選択できます。荷重値は通常、静的荷重の場合は lb またはニュートン (N) で表示され、動的荷重の場合は in.-lb またはニュートン メートル (Nm) で表示されます。

個々の荷重の中心は、ガイドウェイ システムの中心またはベアリング中心までの相対距離であり、総質量のガイド レールまでの CG 距離は 1.5 インチ (60 インチ-ポンド/40 ポンド) です。特にサドルが急速に加速または減速される場合、ベアリングは 60 インチ - ポンドのトルク負荷を管理する必要があります。

スピード：適用される荷重は、加速時と減速時と一定速度での動作時ではシステムに異なる影響を与えるため、速度を考慮することが重要です。速度は通常、in./s または m/s に相当するメートル単位で指定されます。移動プロファイルのタイプなどの要因により、目的の速度またはサイクル タイムに到達するために必要な加速度が決まります。負荷は台形の移動プロファイルで急速に加速し、その後一定速度で移動してから減速します。ただし、三角形の移動プロファイルでは、加速と減速が急速に行われます。さらに、アプリケーションの速度を計算するときは、移動の全体的なタイミングを達成するために必要な加速と減速だけでなく、移動の最高速度も考慮してください。

デューティサイクル:デューティ サイクル パラメータでは、サイクル全体にわたるサドルの全動作を考慮する必要があります。通常、これはストロークの 2 倍に、必要な時間内のアイドル動作を加えたものになります。アプリケーションのストロークは、直線経路に沿った一方向への完全な移動全体の長さです。通常、デューティ サイクル パラメータは、1 分あたりに必要なサイクル数として構成されます。

取り付けエリア:ガイド レールとサドル ベアリングの取り付け領域は、ガイダンス システムの全長 (OAL) とレール間隔を決定するのに役立ちます。ほとんどのアプリケーションでは、ベアリングが動作するために可能な限り広い設置面積を考慮することが最善です。単純な引き出しスライドと同様に機能する伸縮式リニア ベアリングを使用しない限り、ガイド レールの OAL には、ベアリングの設置面積だけでなく直線運動のストロークも含める必要があります。

取り付け領域では、ガイドウェイを保持するための基板またはフレーム システムも考慮する必要があります。ベアリングの設置面積は、1 つのリニア ガイドウェイに沿った 1 つのキャリッジの前部から最も遠いキャリッジの後部までの距離です。多くの異形シャフトは、精度に関するプログラム要件を適切に満たすために、完全に機械加工および研磨された表面に取り付ける必要があります。他の設計は、容量や剛性を失うことなく、アルミニウム構造または管状フレームに直接適用できます。

オリエンテーション：サドルは水平、垂直、壁取り付けに沿って、または逆位置で移動する可能性があるため、荷重パラメータの設定にはウェイの取り付け方向が重要です。最高のパフォーマンスを得るには、ベアリング システムの最も強力な部分でアプリケーションの負荷を管理します。たとえば、ラジアルボールベアリングスライダは、軸方向ではなく半径方向に荷重を支えるように方向付けられる必要があります。

ここでリニアガイドを選択します

これは、中程度の再現性が必要な、標準的な軽い粉塵汚染環境を含むアプリケーションの例です。これら 2 つの要因により、硬化鋼軌道上で動作する予圧ローラーベースのベアリング システムが選択されます。最大容量レベルを押し上げることなく、速度が速く、より長い寿命を達成できます。

通常、1 インチの場合。ガイドウェイ、プレーンベアリングは 20 インチ/秒、再循環ボールシステムは 80 インチ、ローラーは約 200 インチ/秒を超えてはなりません。118 インチの全ストロークを 3 秒で達成するには、それぞれ 0.5 秒で 6 インチを加速および減速します。これにより、106 インチのストロークと 2 秒で目標のタイミングに到達することが可能になります。ストロークは 118 インチ、サドルの長さはガイドウェイに沿った寸法で 44 インチであるため、各ガイドウェイの長さは少なくとも 162 インチでなければなりません。リミットスイッチ、ショックアブソーバー、またはセンサーのために、ストロークの両端に 1 ～ 2 インチの余裕を持たせると便利な場合があります。

ベアリングはサドルの各隅に取り付けられており、質量の重心は前後左右の中心にあるため、各ベアリングには 100 ポンドの荷重が均等にかかります。各ベアリング キャリッジは最大 500 ポンドのラジアル荷重に耐えることができ、ベアリングには総容量の 20 ～ 50% の範囲内で荷重がかかるため、適切な寿命がここで計算されます。