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解決済みの質問

サーボとボールネジ、リニアサーボの構想まとめのヘ…

サーボとボールネジ、リニアサーボの構想まとめのヘルプをしていて、

リーダーの指示で、毎日教本との睨めっこで、脳細胞が生き返っています。
その中に、サーボとボールネジ、リニアサーボの構想まとめのヘルプがありま
した。

サーボとボールネジは、ボールネジ ロングストローク の質問題で、
? L/D の問題で、自重で曲がるので高速回転が出来ない
  (他の回答者さん記載内容)
  危険回転数等をカタログで確認してみてください
? 加速性能が悪くなる
  円筒の擬似ボールねじGD2 = 125×π×ρ×L×D^4 の計算になる
  [ρ:7.866g/cm^3…鋼の場合、L:円筒の長さ m、D:円筒の直径 m]
  長くすると自重で撓むので、径を大きくすると、加速性能が悪くなり、大
  きな動力が必要となる
? 動作時のボールねじ熱膨張を考慮した軸受構成となり、高速回転に向かな
  い軸受構成を選択しなくてはいけなく、高速動作に向かなくなる
の回答がありました。

?と?は少しわかります。
?がわかりません。
特に、?を詳しく教えてください。
?と?も、わかりやすい資料があればおしえてください。

リニアサーボを使った実用新案の説明文にしようしたいので。

投稿日時 - 2012-09-20 10:10:00

QNo.9470861

困ってます

質問者が選んだベストアンサー

回答(8) zaumaku さんの画をかりて、

ボールねじの使用状況に応じて、
A)?が無いケース
B)?が?と同じケース
C)?が回答(8) zaumaku さんの画のケース
D)?が小生の初出回答の画のケース
、等々です。

その各場合で、危険回転数の設定が異なります。
これは、梁の両端指示仕様によって、撓み量の計算方法が異なるのに似ています。

D)は、ボールねじが走行時の発熱で、数℃上昇してもロングスパンではミリ単位で伸びます。
だから、ラジアル荷重のみ受けて、スラスト荷重か掛かると、今流行りの“いなし”にて、
ベアリングや軸受ブロックに負荷が掛からない構造にします。
(工作機のように送り精度重視ではなく、速度等が重視の製造物の話しです)

難しい記載ですが、以上を追加します。

回答(9)の DM さん へ 、

記載漏れは真摯に受け止め、小生の考えを詳しく述べているだけです。
少し、誤解があります。
いつも、感情が多分に入った熱の入った回答をしているわけではありません。
iwanaiから小生へ感情が入った回答が重なりに重なった場合に、小生も感情が多分に入った
熱の入った回答を返礼してしているのであって、今回は該当しないと思います。
許してねっ、にゃんにゃん。

それと、ボールねじのロングストロークの別の質問での小生の回答を引用しての別の質問者の
質問であったので、小生の詳細説明を記載しております。
その詳細説明に対しての反論なので、
※ 記載漏れは真摯に受け止める
※ 小生の考えは、新たに詳細に述べる
ことをしているだけです。

小生の詳細説明に対しての反論の記載内容が、非礼な書き方であったため、少し感情が入った
記載になっていることは、否定しません。
ごめんなさい。
一方的に責められても、少しキャパですが、許容できるのですよ。

投稿日時 - 2012-09-22 09:49:00

お礼

回答ありがとうございます。
繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-27 14:39:00

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回答(14)

ANo.14

元はと言えば 私が別の質問に対して

>L/D の問題で、自重で曲がるので高速回転が出来ない

と 短文回答をしたのが引き金みたいですね。
その後の補足や訂正の回答があったので あまり意識してなかったが
気が付くと別の質問者に変わっている(それも複数)??

>リニアサーボを使った実用新案の説明文にしようしたいので。

最近の学生のnet流用論文でもあるまいし
「参考にしたいので・・・」なら未だしも 何をお考えか?

厳密に言えば著作権に抵触する事もありえますよ。
そもそも 無料のサイトで答えを求めて「金儲け」ですか?

お三人の上にリーダーが居られるようだが
リーダーはこれを容認か?

なんか、物凄い違和感を覚えます。

投稿日時 - 2012-09-23 12:24:00

お礼

回答ありがとうございます。
繰り返し読み返し、理解します。
一般的な考察を知りたいだけです。

投稿日時 - 2012-09-27 14:44:00

ANo.13

>>? 動作時のボールねじ熱膨張を考慮した軸受構成と・・・
>>・・・高速動作に向かなくなる

私も、ねじ軸は回答8氏の ダブルチェックが好き。
回答4)氏のシングルであっても、

ストローク長い=>ボールねじ太くなる
 =>ベアリング大きくなる=>周速あがる=>発熱する
ので、多かれ少なかれ熱源となります。

リニアサーボ(たぶんリニアモーター軸)であれば、
この熱源・ベアリングハウスの存在が無いので、ボールねじ軸
との差別化、主張ができます。

反面、リニアモータなので、熱源が常にサドルにあり、軸ベース
を直撃する弱点もあります。

これは、ボールねじ軸には無い弱点です。

投稿日時 - 2012-09-22 21:35:00

お礼

回答ありがとうございます。
繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-27 14:41:00

ANo.12

誤解が有ったので
<<回答者諸氏長文にての熱の入った回答 ワンパターンのレス もうやめたら
文章に以下文言を訂正します ””の部分

回答者諸氏長文にての熱の入った回答 ”に対し 質問者の” ワンパターンのレス ”回答者の方”もうやめたら”どうですか 骨折り損です”

と書きたかったのです

投稿日時 - 2012-09-22 20:50:00

お礼

繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-27 14:41:00

ANo.11

再登場・・・自称・道先案内人w(回答(5))

先の質問「ボールネジ ロングストローク」にも幾分被っている気もするが?
http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=276329&event=QE0004
↑で「高速になれば荷重質点自体の慣性力も考慮しなければならなくなる」と
私は申し上げたのだが、具体的な仕様も判らずに熱くなり過ぎている気もする
(熱い議論は賛成ですwどんどんやっても良いが、質問者が取り残されるぅw)

戻って自重で曲がるっと言うより、高速での「慣性力」によるアンバランス?

ここは、質問者さんより?精度重視or速度重視?の提示をして頂く事で、より
具体的で身になる議論にもなろうかと思いますので、是非、補足要求致します
それにしてもユーさんの罫線図形には感心する。慣れなのか?天然?なのかW

( zaumaku さんのプロフ見て、AKBってファンっという訳じゃないよね?W)

しかし、「ワンパタン」 に対して 「許してねっ、にゃんにゃん」とは・・・
不覚にも少し笑いかけた。これが直属の部下だったら思いっきり褒めてあげる
かどうかはその時の気分次第かも知れないが、一般的には怒られるだろうな

子供の頃,素直に謝れない或いは謝った経験のないような人も存在するのかもと
思えてしまう。口は災いの元、投稿の記事は更に記録されて、場合によっては
何十年も残されるものであるから、私も不本意ながらwは封印しようかと思った

しかし、これは私独特の場を和ます接続詞と考えて欲しいのですけど・・・
あれーっとなれば・・・も×かぁ?・・・・・・・・・・・・・・・・・・
日本語というか言語というのは生き物だと言われる。従って其処まで規定する
必要は無いだろう。2030代まで極力自重するように前向きに考えてみましょう

投稿日時 - 2012-09-22 13:39:00

お礼

回答ありがとうございます。
繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-27 14:40:00

回答者諸氏長文にての熱の入った回答 ワンパターンのレス もうやめたら
中国語でこういう人を ”ワンパタン” と言います ー は 発音しません 

投稿日時 - 2012-09-22 06:05:00

お礼

繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-27 14:38:00

再出です。

技術のドツキ合いになって、質問者さんがのご理解が追い付いて
いませんか。

本件が想定しているシステムは工作機械のようにミクロン単位の精度
を要求するものか、コンマ何ミリの精度でも許容できる例えば搬送装置
みたいなものかで、論点が異なると思われます。


さて、小生が回答(3)で工作機械の送り軸について、長々と説明したのは、

 ←?                          ?→
  / \                         /
  ● ●                         ●
  / \                         /

 ─────────・───?───・─────────・────
 
  \ /                         \
  ● ●                         ●
  \ /                         \

のような構造となります(回答(4)さんの画力に脱帽)。

?方向の負荷は両端のベアリングで、?方向の負荷は左片側のベアリング
のみで受けることになります。
回答(4)さんの例では、熱膨張でボールねじはどんどん伸びてしまいます
が、本例では、テンションにより影響を多少なりとも抑制できます。

繰り返しになりますが、ロングストロークの工作機械において、「熱膨張
を考慮した軸受構成となり、高速回転に向かない」なる表現で、熱膨張と
高速回転を結びつけるののは、必ずしも的を射てはいないと私は考えて
おります。


ちなみに、回答(1)さんの2番目の追記で示された、ボールねじの軸心冷却
(さらに駆動モータのフランジ部も同様に冷却する)は、高精度工作機械
において定番の手法になっていますね。

回答(9)

質問者さんが「詳しく教えて下さい」と言われているので、
皆感情抜きに回答しているのに、何か不満でも?
荒らす暇が有ったら、役立つ回答をされたら如何かな。

...と構っちゃうからまた荒れるのかも

回答(11)さん
ご指摘の件、区分に従えば"専門家"で、回答陣の中では、経験・知識共に
トップクラスと自負しております(笑)

回答(9)(12)さん
行間を読み切れず誤解しておりました
早合点申し訳ございません

投稿日時 - 2012-09-21 23:04:00

お礼

回答ありがとうございます。
繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-27 14:36:00

回答(6)の記載は、表現が一方的で真実ではない。

確かに、危険速度=共振現象での計算確認方法があり、ロングストロークではボールねじが
長くなることにより、不利になります。
そして、ボールねじ選定では、カタログに記載されている大きな要因の一つです。
記載漏れは、真摯に受け止めます。

ですが、他の回答者さん記載内容からの転用で、L/D の問題で、自重で曲がるので高速回転
が出来ない 記載をしてしまったので、タイヤのバランスが悪ければ高回転させると脚周りに
負荷を掛け、最悪破損する意味と同じ曲がる≒たわみにて、ボールねじの回転バランスが悪く
なり、高速回転には向かない説明をしました。

世の中の脚光を浴びていない地味な内容ですが、確認内容の一つに間違いないです。

タイヤ&ホイールのバランスが取れていない状態 ≒ 自重で曲がる でっせ。

それが、(3)へも繋がる内容なのが、専門外は解んねぇ~だろうな。

投稿日時 - 2012-09-21 08:58:00

お礼

ありがとうございます。
繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-21 19:07:00

>回答(4)
>自重で撓むので高速回転に向かないが正確な表現です

ではないです。危険速度=共振現象の誤解があります。
自重の撓みの大小なら速度に依存しない連続的現象。
共振現象は特定速度だけで顕れる不連続現象。回転を上げてゆき危険速度に達すると振れが大きくなるが速度を上げると一旦収まり、更に上げると高次の危険速度が顕れる。

  http://www.jsme.or.jp/monograph/dmc/2000/DATA/PDF/406.PDF
  fig 5 65が基本、175、300、、が高次モード
  fig 5 共振の節が変わる模式図

回答(1)追記の資料
  P.19 各モデルの周波数応答
ではメインに考える 軸方向振動 にくわえ、ねじり振動のモードの共振が顕れており、もっと複雑です。

特許文献では、モデルを仮定して、
(機械設計便覧などの権威本の式に拠ると)ボールネジでは○○が危険速度となり、その80%が使用限度とされる。他方リニアモータ駆動では・・・
の書き方になるのでは。

>選択の脱水機を回転させた時

今は横回転が多いが、縦回転なら回答(1)で書いた<垂直方向の設置>

自重と質量との取り違えです。
軸回転は重力と切り離した質量。それが回転して起きる遠心力。僅かな曲がりで質量が偏っていると遠心力が作用する。それだけでは影響少ないはずなのが、危険速度では共振で偏りが拡大されてしまい正常な伝導を妨げる。

  http://www.jp.nsk.com/services/pm_techreport/ball11.html
  自重によるたわみを考慮した場合の危険速度
への誤解。垂直は考慮しないが危険速度はある。

投稿日時 - 2012-09-21 08:32:00

お礼

ありがとうございます。
繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-21 19:06:00

色々なメーカがあるが、NSKが出たので参考までに↓も貼って置きます

直動運動の場合、ボールねじだけでは無くてLMガイドとかの併用になることも
多いのでそれら全般の知識が無ければ偏った考え方や間違いに陥ることもある
一般にボールねじ単独では使用されないので、専用軸受けとかその配列とか、
LMガイドでボールねじ自体に極力荷重を掛けないようにとか色々考慮したい

高速動作に最も重要なのがサーボモータを使うならば殊更に剛性が重要と思う

参考URL:https://tech.thk.com/ja/products/pdf/ja_a15_008.pdf#1

投稿日時 - 2012-09-21 08:03:00

お礼

ありがとうございます。
繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-21 19:05:00

? L/D の問題で、自重で曲がるので高速回転が出来ない
  (他の回答者さん記載内容)
  危険回転数等をカタログで確認してみてください
              ↓ 
  自重で撓むので高速回転に向かないが正確な表現です
  ボールねじが、自重の撓みで、長縄跳びの縄の如く回転するようになり、偏荷重が多くなり、
  スムーズな回転が妨げられ、壊れやすくなる
  (選択の脱水機を回転させた時、洗濯物が偏っていると、ガタガタと周辺に当たる音がして、
  壊れるのを防止するために、脱水回転を停止させるに似ている)

? 加速性能が悪くなる
  円筒の擬似ボールねじGD2 = 125×π×ρ×L×D^4 の計算になる
  [ρ:7.866g/cm^3…鋼の場合、L:円筒の長さ m、D:円筒の直径 m]
  長くすると自重で撓むので、径を大きくすると、加速性能が悪くなり、大
  きな動力が必要となる
              ↓ 
  加速時間を算出するためのGD2値を、125×π×ρ×L×D^4 の計算式で計算します
  ?にて、自重で撓み難い仕様にしますと、径を大きくする必要があります  径を大きくすると、125×π×ρ×L×D^4 の計算式なので、D^4 が効き4乗倍増加します
  4乗倍増加は、径が2倍なら、16倍増加なので、単純に考えますと加速性能が1/16になります
  非常に大きな要因です

? 動作時のボールねじ熱膨張を考慮した軸受構成となり、高速回転に向かな
  い軸受構成を選択しなくてはいけなく、高速動作に向かなくなる
              ↓
     / \                         ─
     ● ●                         ●
     / \                         ─

   ─────────・───?───・─────────・────
 
     \ /                         ─
     ● ●                         ●
     \ /                         ─

 アンギュラ軸受で、ラジアルとスラスト      熱膨張の逃がしが必要であるため
 荷重を受ける構成にする             ラジアル荷重のみ受ける構造にする

が一般的で、右側の軸受がスラスト荷重を受けられない構造となっています(↓や↑方向の荷重がラジアル荷重、←や→向の荷重がスラスト荷重)
(スラスト荷重は、アキシアル荷重とも表現します)
ボールねじが長縄跳びのようになった時、右側の軸受はスラスト方向に抗力がありません
因って、より多く変形する軸組み合わせであるために、高速回転ができなくなる
高速度走行ができなくなるとなります
以上は、ボールねじカタログの選定手順に記載されている内容です。

投稿日時 - 2012-09-21 00:41:00

お礼

ありがとうございます。
繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-21 19:05:00

>? 動作時のボールねじ熱膨張を考慮した軸受構成となり、高速回転に
> 向かない軸受構成を選択しなくてはいけなく、高速動作に向かなくなる

について、またまた工作機械の送り軸を例に回答いたします。


ボールねじの一方の端はアンギュラサポートベアリングの組み合わせで
プラス送り、マイナス送りどちらの方向の負荷も受けられるようにガッ
チリと固定します。
もう一方の端は、ボールねじを伸ばすようにロックナットを締め上げて、
いわゆる「テンション(張力)」を掛けます。
ボールねじが発熱して熱膨張しても、テンションが低下しながら伸びを
吸収します。
これは、ロングストローク云々とは別の話で、送り軸の剛性を高めると
ともに、熱膨張による位置決め精度の劣化を抑制する定番の手法です。

15年以上前の体験ですが、軸移動量500mm程度のマシニングセンタを、
早送りでストロークの端から端まで連続して30分程度動かす(相当極端な
状況ですが)と、ボールねじ全体が温度上昇しテンションが抜けるまで熱
膨張しました。

一方で、ロングストロークの場合、
・上記事例のような高頻度で動かすことは無い
・従って回転動作によってボールねじ全体が高温になるまで温度上昇する
 ことは考えにくい
・使用環境温度の影響で温度上昇する場合は、機械筐体も同様に温度上昇
 するので、致命的なテンション低下は生じない
ので、熱膨張を理由とした高速動作の適否は、それほど重要ではないと
小生は思います(断言はしませんが)。


因みにボールねじで高速動作を得るには、高速回転させる以外に、ねじの
ピッチを大きくする方法(ハイリード化)があります。但し、剛性や精度
の点で劣る場合があります。


詳細は、ボールねじメーカに教えて貰うことをお勧めいたします。

投稿日時 - 2012-09-20 22:08:00

お礼

ありがとうございます。
繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-21 19:04:00

添付したURLに ?の説明になる部分がありますがいかがでしょう。

参考URL:http://www.jp.nsk.com/services/pm_techreport/ball13.html

投稿日時 - 2012-09-20 12:10:00

お礼

ありがとうございます。
繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-21 19:03:00

弁理士さん?

私はどう説明したものが思案中だったが、、、(審査官によるでしょうが)
この要約では判りにくいかと思いますよ。

? L/D の問題で、自重で曲がるので高速回転が出来ない

危険速度=共振現象
無重力は考えにくいが垂直方向の設置でも起きます。自重によるタワミはボールネジの曲がりでも同じ。共振が始まるキッカケになるが、負荷変動もキッカケになるから共振は必ず起きる。(ねじりの共振も関わってくるが省略)
  危険速度の自動計算
  http://www1.odn.ne.jp/kawamura-ss/kiken.htm
  外径50、内径0、長さ1000を入れると、危険回転数 = 6032rpm ≒ 100Hz
実際は負荷により変わるが、簡易計算ではこんな数字。

?
長いとバネが入ったかの如く柔くなり、加速の瞬間には動きにくいから。
これもタワミは関係しないのでは。。。

??

?の補足
軸が長くなるとねじり剛性が低くなり、バネが入ったかの如く柔くなり、加速の瞬間には動きにくく貯めになり時間遅れが生ずる。目的角度に達し回転を止めても慣性力があるから柔い軸では抑止できず行き過ぎ(オーバーシュート)を生じ振動的に目的角度に落ち着く。

  http://www.fl.ctrl.titech.ac.jp/seminar/2008/08FLsemifiles/FL08-14-2.pdf
  P.37 位置制御系(ステップ応答)

これが生じると位置検出も振動的になって正常に働かない。
なのでオーバーシュートにならないよう、サーボモータ制御で加速を抑えます。

この資料、題意にピッタリながら説明する能が・・・

?は冷却する方法が使われてます。
  http://www.makino.co.jp/jp/product/key/sub_13.html
  http://www.jp.nsk.com/company/presslounge/news/2010/press100308.html

逆に消費電力はリニアモータの方が大きく発熱する(とネガキャンされる? 実際、ボールネジよりアクティブな冷却をする例が多い)
  https://www.sodick.co.jp/tech/pdf/core_linear.pdf
  P.8~13

投稿日時 - 2012-09-20 11:28:00

お礼

ありがとうございます。
繰り返し読み返し、理解します。

投稿日時 - 2012-09-21 19:03:00

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