ロボットリニアアクチュエーターのボールスクリューとローラースクリュー：選択ガイド

ボールスクリューやプラネタリーローラースクリューは、回転運動を転がり接触を伴う直線運動に変換します。ボールスクリューはスクリューとナットの間でボールを循環させます。ローラースクリューは複数のねじローラーを使って多くの接触ラインを作ります。どちらもガイダンス、ベアリング、潤滑、そして保持戦略が必要です。

ローラースクリューは負荷の高いパッケージで高い荷重密度と寿命を提供できる一方、ボールスクリューは成熟し効率的かつ広く入手可能です。どちらも普遍的に優れているわけではありません。リード、推力、速度、ストローク、デュース、プリロード、座屈、臨界速度、メンテナンスがアクチュエータを決定します。

選択を ジョイントアクチュエーターのテストガイド と ブレーキ・セーフストップガイドに接続してください。重力荷重軸は、意図しない動きに対する用途特有の保護が必要です。

両方の機構は、ねじの回転をナットの移動に変換します

リードはねじの回転あたりの線形移動量を定義します。モータートルクは機構の機械的優位性と効率を通じて軸方向の推力を生み出します。リードが小さいほど力の増幅と分解能は増加しますが、同じモーター速度での線速度は低下します。

どの部材が回転し、どの部材が並行移動するかを定義します。ナットの回転、スクリューの回転、逆さまの配置は慣性、臨界速度、ベアリング、ケーブルルーティングを変えます。サイドロードに反応するガイドも含めてください。

ボールスクリューは循環するローリング要素に依存しています

THK の選択指針 では、荷重、寿命、精度、予荷重、屈屈、許容回転速度を連動設計チェックとして扱います。ボールは積載されたレースウェイとリターンパスを転がります。

リターンチューブまたは内部リターンジオメトリーは、ナットのサイズ、速度、騒音、組み立てに影響を与えます。ボールの直径、接触角、溝の精度、予備負荷、潤滑が剛性と効率を決定します。その製品の動的負荷と寿命の方法を正確に使ってください。

選択次元	ボールスクリュー傾向	ローラースクリュー傾向	システムチェック
接触	循環球	複数ねじローラー	負荷分配
荷重密度	幅広い実用範囲	コンパクト形式では高	正確な製品評価
効率	一般的に高い	設計依存	測定任務図
ノイズおよびリターン挙動	帰還経路が重要です	ローラー同期が重要です	速度テスト
コストと入手可能性	多くの場合、好意的な内容です	しばしばより高く専門的なもの	ライフサイクル値

ローラースクリューは複数のねじ接点を使用します

プラネタリーローラースクリューは、ネジとナットの間にねじローラーを配置します。複数の接触線は、コンパクトな直径で高い軸方向荷重と剛性を支えることができます。ローラー形状と同期により製造や潤滑が厳しくなります。

すべてのローラースクリューアーキテクチャを一般化しないでください。惑星型、循環型、逆さまの配置は異なります。許容速度、荷重スペクトル、寿命、予積荷、効率、実際のストロークと向きでのサービスについて尋ねてください。

リードカップルの推力、速度、反射慣性

小さなリードはモータートルクあたりの推力を増加させますが、同じ線形速度でより多くのモーター回転を必要とします。大きなリードは速度を支え、モーターの回転数を下げることができますが、同じ推力に対してより多くのトルクを必要とします。

リードはまた、直線質量、バックドライブ挙動、位置感度を反映して変化します。モーター、ドライブ、ネジを最適化しましょう。高力のスモールリードアクチュエーターは、モーターとスクリューが急速にサイクルするため過熱することがあります。

プリロードは軸方向の遊びを摩擦と熱に置き換えます

プリロードは軸方向クリアランスを減らし、剛性や反転の繰り返し性を向上させることができます。接触応力、摩擦、温度を増加させ、過剰な場合は寿命を縮めます。熱膨張は制約のある取り付けで予積荷に影響を与えることがあります。

組み立て後および温度通過時に抗力と剛性を測定してください。柔軟なガイド、カップリング、ベアリングを補正するためにスクリュープリロードは使わないでください。ナットのサイドローディングを防ぐためにアライメントを保ちましょう。

長いねじの座屈は圧縮を制限します

圧縮推力下の細いスクリューは、ローリング接点がカタログ容量に達する前に曲がることがあります。THKは設計者に対し、実際の支持距離および終末条件の座屈および許容圧縮・引張荷重を計算するよう指示しています。

最悪の伸び位置、アライメント、インパクトファクターをガイドしてください。固定無料または固定サポートの配置を変更すると、容量が変わります。ベアリングブロックを支える構造物は、仮定された境界条件を維持しなければなりません。

臨界速度制限：長い回転スクリュー

回転ねじは長さ、支持力、直径に依存する曲げ臨界速度を持ちます。共振近くの動作は振動を引き起こし、ベアリングやナットを損傷する可能性があります。ストロークが長く速度が高まるため、これが主な制約となります。

メーカーが許可する速度計算と安全マージン、実際の取り付けを用いてください。長いスクリューが臨界速度を超える場合は、回転ナットやリニアモーターの代替案を検討してください。バランス、まっすぐさ、そして連結の整列が重要です。

故障モード	主なドライバー	設計チェック	検査証拠
屈曲	圧縮と自由長	オイラー法または積法	マージン付き証明負荷
臨界速度	回転と支持スパン	許容速度法	振動スイープ
ナットの過熱	装填、速度、予積載	デューティ熱モデル	定常サイクル温度
サイドローディング	ガイドのずれ	ガイドとマウント解析	摩耗とトルク
バックドライブまたはドロップ	鉛、摩擦、重力	ホールディングリスク評価	電力損失テスト

リニアガイドは側荷重とモーメントを支えなければなりません

スクリューナット接点は主に軸方向荷重用に設計されています。横方向の力、モーメント、アライメント誤差には別のガイドが反応すべきです。ねじが構造ガイドとして強制的に使われると、結合や不均一な摩耗が生じます。

ベアリングブロック、ガイドレール、ナットマウントをストローク全体を通してアライメントしてください。モーターの電流と推力を両方向に測定してください。局所的な電流上昇は、ズレアライメント、汚染、またはリターン要素の損傷を明らかにすることがあります。

バックドライビリティはセーフホールド戦略を変えます

ローリングスクリューは、外部軸方向荷重がねじトルクを生じさせる場合、特にリードが大きく高効率の場合にバックドライブが可能です。ネジが自動ロックしていると決めつけないでください。垂直軸での電力損失は危険な動きを引き起こす可能性があります。

適切に評価されたホールディングブレーキ、カウンターバランス、機械的拘束装置、またはその他のリスク管理された構造を使用してください。ブレーキタイミング、ドロップ距離、摩耗、再始動の検証を行ってください。新しいアクチュエーターを保持する摩擦は安全機能ではありません。

選択はフルデューティサイクルテストで終了します

推力、速度、ストローク、リード、プリロード、効率、慣性、臨界速度、座屈、寿命、潤滑油、汚染、騒音、質量、サービスなどを比較してください。モーター、連結器、支持、ガイド、ブレーキ、構造物を含めてください。

代表的な動きと荷重を熱定常状態まで実行し、その後、精度、抗力、摩耗を検査します。人生後に曝露されたことを繰り返します。最も高い絶縁推力を持つネジではなく、余裕のあるアクチュエータ全体の要件を満たすネジを選びましょう。

• ロボットの動きを推力、速度、ストロークに変換します。
• コンタクトアーキテクチャを選び、共にリードしましょう。
• プリロード、屈曲、臨界速度を確認してください。
• サイドロードをスクリューナットから遠ざけてください。
• 電力損失時の保有状況やライフサイクル挙動を検証します。

よくある質問

ローラースクリューはいつもボールスクリューより強いのでしょうか？

いいえ。正確なサイズ、アーキテクチャ、荷重スペクトル、速度、リード、プリロード、寿命が容量を決定します。

ボールスクリューはいつも高いバックラッシュがあるのでしょうか？

いいえ。予備式ボールスクリューは軸方向の遊びが小さいことがありますが、摩擦や寿命、アクチュエーターの他の部分を考慮しなければなりません。

電源が切れているときにローリングスクリューは位置を保てますか？

そうだと決めつけないでください。効率的なネジはバックドライブができ、重力軸は検証された保持戦略が必要です。

リードが小さい方が常に良いのでしょうか？

いいえ。力の増幅は増加しますが、一定のモーター回転数での速度は制限され、慣性、効率、熱も変化します。

すべてのスクリューアクチュエーターにリニアガイドが必要ですか？

側面荷重やモーメントをねじナットを通して押し付けずに耐えられる構造が必要です。専任のガイドが一般的な解決策です。

リニアアクチュエータ安全注意事項

垂直および重力負荷付きスクリューアクチュエーターは、駆動トルクが外れたときに動くことができます。タスク固有のリスク評価、定格保持またはカウンターバランスシステム、検証済みの停止シーケンス、そして座屈、速度、寿命に関する現在の製品計算を活用してください。