リニアアクチュエータの指定: 3 つの重要な要素

Jun 17, 2023

2021年11月17日 マーク・アリンソン コメントを残す

Japh Humphries 氏、Matara UK 英国セールスおよびコマーシャル マネージャー

直線運動システムは、食品加工工場から半導体メーカー、パッケージングメーカーに至るまで、幅広い業界でビジネスに不可欠です。

実際、荷物をコスト効率よく、安全、確実、正確に直線的に移動させる必要があるほぼあらゆる場所で使用できます。

これらのシステムは自動化を改善すると同時に生産コストを削減し、非常に貴重なものとなっています。

リニア アクチュエータはリニア モーション システムの中心であり、リニア ガイドと動力伝達コンポーネントを 1 つのユニットに組み合わせています。

機械製造業者はこれらの要素を社内で設計および製造することを選択できますが、大部分は、機械全体の設計および製造コストを削減し、アプリケーションでテストされ最適化された構造を備えているため、既製の「既製」リニア アクチュエータを選択します。 、信頼性が高く、正確であり、再現性が得られます。 これらはすべて、生産機械と自動化システムの中核です。

リニアモーションシステムのすべてのコンポーネントを個別に、そして全体として考慮することが重要ですが、ベルト駆動、ボールネジ駆動、または電気ロッドタイプのアクチュエータなど、適切なリニアアクチュエータを選択することが基本です。 考慮すべき要素は数多くありますが、3 つは他の要素よりも頭も肩も優れており、システムを「作るか壊す」かになります。

重要な要素 1: 速度

現在のプロセスの速度は、アクチュエータの寿命と効率に影響を与えます。

ボールねじリニア アクチュエータは、通常、1 メートル未満のストローク長で約 0.35 ～ 1.5 m/s で動作しますが、アセンブリにサポートを追加することで、より高速でより長い長さを実現できます。

ただし、ボールねじアクチュエータは高速で回転するときにねじが振動して曲がる「ねじホイップ」の影響を受ける可能性があるため、これでは限界があります。 時間の経過とともに、これはアクチュエータの性能に悪影響を及ぼし、早期の摩耗や寿命の短縮につながる可能性があります。

ボールねじリニアアクチュエータがオプションではなくなるという普遍的なカットオフポイントはありませんが、それはねじの寸法や材質、アクチュエータの使用法や環境などのさまざまな要因に大きく依存します。最大 3 m/s までの高速速度を達成したい場合は、ベルト アクチュエータを検討する必要があります。

ベルトアクチュエータは、高速でのパフォーマンスや、長いストロークが必要なアプリケーションでも優れた性能を発揮します。 これが次の重要な要素につながります。

重要な要素 2: ストローク長さ

ストローク長とは、リニアレールアクチュエータが負荷を一方向に移動するために必要な距離を指します。

リニアボールねじアクチュエータは通常、約 1,000 mm のストローク長で設計されていますが、たとえば、異なる直径のボールを使用することで、より短い長さおよびより長い長さに対応できます。

ただし、ストローク長が 54,000 mm を超えるボールねじアクチュエータは決して推奨しません。 ストローク長を長くするには、ベルト駆動アクチュエータの方が良い選択肢です。 Matara では、ストローク長 100 mm ～ 6,700 mm のリニア アクチュエータを製造できます。

ストローク長を検討する際に最も重要な考慮事項の 1 つであり、あまりにも頻繁に見落とされがちな考慮事項の 1 つは、安全ストロークです。

安全ストロークは、システムの緊急停止が必要な場合に、アクチュエータが惰性で停止する余地を与える許容値です。 これにより、損傷の原因となるベアリングテーブル (および負荷) がアクチュエータの端に当たるのを防ぎます。

特定のプロセスで緊急停止がまれな場合でも、リニア アクチュエータは常に強制停止するように設計されていないため、安全ストロークを考慮することをお勧めします。これにより、アクチュエータの内部動作に磨耗が発生する可能性があります。時間とともに。

安全ストロークを計算するには、ベルト駆動アクチュエータの場合、アクチュエータの両端のモータの 2 回転 (または合計 4 回転) に等しい距離を指定します。 ボールねじアクチュエータの場合はボールねじの2倍のピッチを基準とします。 他の要素を考慮する必要がある場合もありますが、この計算は良い出発点となります。

重要な要素 3: 負荷

ストローク長は速度に影響し、その逆も同様ですが、負荷は両方に直接影響します。

エンジニアリング能力に携わっている人なら誰でも、構造上の耐荷重の重要性を理解するでしょう。この点ではリニア モーション システムも例外ではありません。 負荷の計算を誤ると、良くても精度が失われますが、最悪の場合、アクチュエータ アセンブリと製品が損傷し、健康と安全に重大なリスクが生じる可能性があります。

リニア モーション システムが他の多くの負荷容量の計算と異なる点は、動的負荷容量に基づいて計算する必要があることです。 アクチュエータが固定位置にあるときにアクチュエータにかかる負荷である静的負荷とは異なり、動的負荷はアクチュエータが動作中および移動中に処理する負荷です。 言い換えれば、マシンが実際にどれだけの作業を実行できるかということです。 どれだけ押したり引いたりできるか。

ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方の耐力と、サポート キャリッジのモーメント耐力に基づいて計算する必要があります。 荷物のサイズ (オーバーハングを含む) および荷物の移動方向に関する位置も考慮する必要があります。

ボールねじ駆動のアクチュエータは一般に、より大きな負荷を移動させることができ、ガントリー ロボットなどの垂直軸での移動が必要なアプリケーションで広く使用されています。 張力によりベルトが切れる危険性があるため、ベルトアクチュエータは垂直軸の動きにはほとんど使用しないでください。

ただし、ベルト駆動アクチュエータは、リニア レールとキャリッジを外部ガイドとして使用することで、より高い動的定格荷重を達成するために「強化」できます。 リニア レールには、移動する荷重をサポートするローラーを含む 2 つの平行なトラックがあり、アクチュエータによって 2 点間で運ばれる荷重のガイドとサポートを提供します。

リニア レールはあらゆる用途で使用されており、非常に軽い電子部品から重工業での数千キログラムの重さの大きな荷物まで、さまざまな荷物を運ぶことができます。

最終的に、リニア アクチュエータの選択は 3 つの要素すべての影響を受け、設​​計対象の機械と対象のプロセスにとってどの要素が優先されるかが決まります。 アクチュエータの取り付け方向、精度と再現性、メンテナンス要件、動作環境など、その他の考慮すべき要素もあります。 しかし、速度、ストローク長、耐荷重という 3 つを正しく理解しなければ、他のどれも重要ではありません。

Matara は、リニア レール アクチュエーターを含む、さまざまな空気圧およびリニア オートメーション製品を設計および製造しています。 製品は在庫から入手することも、注文に応じてカスタム構築することもできます。

詳細については、弊社までお問い合わせください。

https://www.matara.com/products/actuator-systems/linear-actuators/[email protected]電話: +44 (0)1684 850000

著者について: Japh Humphries は、英国イングランドのテュークスベリー ビジネス パークに拠点を置く Matara UK Limited の英国セールスおよびコマーシャル マネージャーです。

Filed Under: 設計、機能、プロモーション タグ: アクチュエータ、アクチュエータ、ボール、ベルト、容量、被駆動、要素、要素、長さ、長さ、リニア、負荷、モーション、ネジ、ストローク