1940年代にトムソンによって発明された円形ガイドであるボールブッシュリニアベアリングの導入以来、円形ボールリニアガイドの分野は着実に発展しています。負荷容量の向上、耐用年数、製造の簡素化により、摩擦がゼロに近いリニアガイドがますます広く使用されています。1970年代に正方形と線形ガイドが導入されて以来、設計エンジニアにとって重要な問題は、円形ガイドまたは正方形ガイドを使用する必要がありますか?
設計に内在する様々な研削要件は、正方形ガイドの初期コストが円形ガイドの数倍であるが、新しい製造技術と規模経済は、正方形のガイドがより広い範囲のアプリケーションで円形ガイドと激しく競争することを可能にした。工作機械の分野に入ると、円形ガイドがかつてしか使用されなかった多くのアプリケーションで、正方形のガイドの使用が見られるようになりました。しかし、円形線形軸受の販売は、年々増加しています。特定の用途に適した固有の固有性と好ましい特性のために、ボールブッシュガイドは、彼らが丸いため、最も重要であり、正方形のピンは、時には丸い穴に収まらないため、人気があります。
特定のアプリケーションに正しいタイプのリニアガイドを適用するには、設計エンジニアは各ガイドの利点と機能を考慮する必要があります。最初の考慮事項は、荷重、精度、剛性、仕上げ、幾何学的サイズおよびその他の重要な要因を考慮する必要がある設計要件である必要があります。一般に、これらの要件間には相互作用があります。
スクエアガイド製品は、高剛性を必要とする高負荷アプリケーションのニーズに十分応えることができます。例えば、25mmの正方形ガイドの最大負荷は20 kNまですることができる。軸受ガイドとガイドの間で平行に走る場合、3~10m/mの精度に達することができます。このガイド製品のボールトラックは、ガイドがボールと正確に一致するように正確に接地されています、 つまり、ボールガイドで走る座席はボール自体の直径よりもわずかに大きくすることができます。これにより、ボールと内側のシート(シャフト)の両方が凸面である円形ガイドアセンブリよりも、負荷下のボールとシートの間の接触領域が大きくなります。したがって、負荷の下でボールが平坦化するにつれて、正方形ガイドベアリングの剛性は、ロード時に5倍増加します。
正方形ガイドレールは、軽い(定格された動的負荷の3%)から重い(定格動的負荷の13%)に至るまで、プリロード条件で使用することもできます。正方形ガイド軸受の典型的な適用は工作機械産業で、非常に高い負荷容量、剛性および正確さを要求する。軸受がすでに初期変形を受けているため、再ロードにより荷重下の変形量がさらに減少します。ここまで、球状のボールベアリングでベアリングについて話し合いました。円筒形のローラータイプの要素を持つ正方形ガイド軸受は、封筒サイズを大きくすることなく、正方形のボールガイドよりも高い(2倍以上)負荷容量が必要な場合にも利用できることに注目に値します。
正方形ガイドが負荷容量、剛性および正確度の条件を満たすことができると、多くのエンジニアはそれ以上のテストを行いません。ただし、この結果、システム・パフォーマンスが低下し、先行および保守にかかるコストが増加します。円形ガイド製品には多くの利点があり、そのうちの1つは、150mm/mを超える平坦度誤差のある下地表面に取り付けるとスムーズに動作できることです。剛直な直線軸受がローラー、チルト、およびサイドスリップ角度に取り付けられている場合、アセンブリ表面の平坦性誤差が結合を引き起こすことが多く、牽引が高くなり、最大50%の耐用年数が減少します。この問題を解決するためには、組立工程において、一致する表面を厳密にトリムするか、ガスケットに合わせて各部品を調整し、コストを増加させる通常の動作に調整する必要があります。より高度な加工アプリケーションでは、メンテナンス要件の増加により、事前および運用コストが増加します。コストは100ドル未満から数千ドルまで大きく異なります。円形ガイドレール製品を使用すると、軸受は溶接された管状フレームに取り付けるか、コンクリート工場の床に直接固定することができます。
ボールブッシュを持つ直線軸受は、中心を調整する能力のために様々な条件に適応することができます。軸が円形であるため、ボールのブッシュはシャフトの周りを転がしながら自由に回転します。隣接する2つのガイドの取り付け高さは若干異なる場合があり、ガイドが300mm以上の間隔で取り付けられる場合は1〜2mmの差が許容されます。同様に、ほとんどのボールブッシングのハウジングリングは、各線形軸受が平坦性または位置合わせ誤差に対応するためにディップおよびスリップ角度で最大1/2度回転するように設計されています。ボールブッシュとガイドレールサポートを制約するために使用されるシャフトプラットフォームは、通常、アルミニウムで作られており、各シャフト間の最大25mの並列誤差に適応する柔軟性が低くなります。結果として、不十分な条件下で 0.001 ~ 0.004 の摩擦係数を持つ効率的なブートが実現します。溶接された管状フレームへの線形ガイドのインストールは、工場の自動化で一般的です。多くの OEM アプリケーションでは、アセンブリ サーフェスはチューブと板金を描画します。このような状況下では、通常、円形ガイドはより迅速にインストールされ、正方形のものよりもスムーズに実行されます。
円形ガイド製品の大きな利点は、円板がシャフトの端部を支えることができ、シャフトの直径の12〜24倍のギャップにまたがる円形の線形軸受け設計を実現できることです。この設計は、工場自動化のガントリークレーンシステムから、DNAサンプルマシン内のモジュールの選択と配置まで、さまざまな用途で使用できます。移動軸は、固定軸の両端によって完全に構成されます。2点間の機械表面が何であれ、1点しかないかにかかわらず、デバイスの精度は影響を受けず、エンドサポートデバイスの精度のみに依存します。また、一連のスクリュー駆動システムにリニアガイドを使用する場合は、2つの円形ガイドとスクリューベアリングのサポートに基づいて、プレートに3つの穴を開けるだけで済みます。この設計では、組立中に調整する必要はありません。
アライメントの問題に対する正方形のガイドソリューションは、1つのガイドのみを使用する必要があります。それはすべての方向にトルクをサポートすることができるので、ガイドのペアまたは軸受けのペアで正方形ガイド軸受を使用する必要がない。軽い負荷、すなわちベアリング荷重およびトルク容量内の負荷のために、単一の正方形ガイド軸受けは所望の指針を提供することができるが、すべての正方形ガイド製品はこのタイプの操作のために設計することができる。このガイドでは、徐々に拡大するサーフェス上で 2 つのガイドを整列させる問題を排除します。ただし、この正方形ガイドは、伝達機構を通じて整列することで、ギャップとエンドサポートをまたぐように設計されていないものと考える必要があります。偏心荷重のため、1つのガイドは300mmのような広い動きの足跡の適用に適さないかもしれない。決定を下す前に、ガイドのトルク評価とトルク荷重下の剛性を確認する必要があります。
設計の柔軟性は、コンポーネントの選択において非常に重要な考慮事項です。多くの場合、最適なパフォーマンスを実現するために、コンポーネントを変更して機能を向上させるか、目的のスペースに合わせる必要があります。正方形ガイド軸受は負荷定格と比較されたとき円形の球ブッシュ軸受けより密集している。このようにして、ジオメトリがユーザのシステム要件をサポートしている場合、ユーザはかなり最適化されたシェルを使用できます。ただし、変更が必要な場合は、循環ガイド システムで簡単に行うことができます。円形シャフトは、シャフトの端点が固定され、大きなアセンブリの構造部材として使用できるように、さまざまな方法で構成することができ、車軸ボックスの穴、平面、直径を中心にして放射状にすることができます。円形のシャフトによって、ボールのブッシュは隣接する部品のボーリングに内在することができる、またアルミニウムか鋼鉄か別に購入することができる
シャフトテーブルが一致します。シャフトテーブルは取付けが容易で、修正のための一定のマージンを可能にする。
アプリケーションによっては、平面性がもう 1 つの主要な要素となる場合があります。ボールブッシュベアリングは非常にスムーズに動作する傾向があり、正方形と丸いガイドの違いは手で感じられることがよくありますが、コンポーネントとアプリケーションの間にわずかな違いがあり、通常は業界関連の平坦性データが不足しています。ボールとガイドの間の凸面の点接触は摩耗の可能性を最小にする。ボールブッシングは通常、1〜2%定格ダイナミックロードの小さなクリアランスまたは軽いプリロードの下で動作し、安定性を向上させます。高い一貫性とプリロードのために、正方形のガイド軸受は、いくつかの「ノッチ」の場合に使用することができます。ほとんどの場合、これは実現可能ですが、器械グレードの軸受が必要な場合は、円形ガイドがより有利かもしれません。また、単純な円形ジオメトリにより、円形ブッシングのシールはより信頼性が高く、ドラッグが少なくなる傾向があります。正方形のガイドワイパーは、耐久性のあるシールを達成するためにガイドのボールトラックに準拠する必要があります。
円形ガイドを設置する際の最後の考慮事項は、シャフト上の非ボール型ポリマーブッシュです。アルミニウムまたは他の基材に適した高性能軸受クラスの材料は、良好な負荷容量(ボールブッシングの負荷容量の20%に相当)と0.05〜0.25の範囲で摩擦係数の低下を提供するために使用することができる。ブッシュベアリングは、密閉されたボールブッシュを損傷する粒子を持つ過酷な環境でスムーズに動作することができ、または衝撃負荷によって損傷を受けたボールベアリングシステムで正常に動作することができます。一方、ボールサイクルノイズは、ボールブッシュや正方形ガイドベアリングの問題である可能性がありますが、これらのブッシュベアリングの場合は大きくはありません。接触面は広い領域に分散しているため、ボールブッシュを備えた硬化鋼シャフトは必要ありません。ステンレス製シャフトは、半導体や医薬品などのクリーンな環境や食品加工などの過酷な環境に使用できます。
多くの場合、設計者はテクノロジを選択する際に大きな柔軟性を持っています。各機能に最適なコンポーネントでシステムのパフォーマンスを微調整すると、最適なソリューションが得られ、コストとパフォーマンスにおいて競争上の優位性が得られます。しかし、この最適なソリューションを達成するためには、総設置コスト、加工、表面仕上げ、設置コストを考慮する必要があります。