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機械設計歴20年以上のtsurfと言います。
今回は以下に関する記事です。
ボールネジを使ったモーターによる
直動機構の仕組み
⇩本記事は機械設計初心者の方で以下の方にオススメです⇩
初心者機械設計者
なんでモーターとボールネジ
の組み合わせで直動するんだろう
⇩本記事を読むと以下が わかります⇩
以下を なるべく
わかりやすく説明します
- ボールネジを使うと、なぜモーターで直動運動するのか？
- 同じ直動運動するエアシリンダーと何が違うのか？
- モーターで直動させるための部品の概要
①結論
⇩ボールネジ機構の例です⇩
原理としては 単純で以下となります。
右手にボルト 左手にナットを持ちます。
この時にナットを回転させないようにしてボルトを回すと
ナットが前後します。
では 今の動きを 実際の機構に置き換えます
| ボルトを廻す右手 | ➡ | モーター |
|---|---|---|
| ボルトとナット | ➡ | ボールネジ |
| ナットの回転を止め ナットを前後にスライド させる左手 |
➡ | ＬＭガイド |
では 次章で各部の解説をします。
②モーターによる直動機構要素：ボールネジ
概要
ボールネジは、主に以下で構成されます。
モーターによる回転をナットを通じ
後述のＬＭガイドに伝え直動運動に
変換する部品です。
ナット部に循環するボールが内蔵されており
これで回転動作をスムーズにさせています。
選定について
ボールネジは購入品となります。
以下が、主な選定要素となります。
| 伝えるトルク | ➡ | ネジやナットの太さの指定 |
|---|---|---|
| 直動スピード | ➡ |
リードピッチの指定 リードピッチが大きくなると スピードが上がりますが 必要トルクが大きくなります
|
| ストローク | ➡ |
ネジの長さの指定 |
| 取り付け方法 | ➡ |
端面の形状の指定 仕様図を提示すれば特注品も対応してくれます
|
③モーターによる直動機構要素：LMガイド
概要
LMガイドは、主に以下で構成されます。
ＬＭレールの上を スライドブロックがスライドする
直動精度がある部品です。
ナット部に循環するボールが内蔵されており
これで直動動作をスムーズにさせています。
ボールネジによる回転に対して
ナットの回転を止めて、ＬＭブロックの直動移動に
変換します。
ですので
ボールネジのナットと、この部品を連結します
選定について
LMガイドは 購入品です
以下が 主な選定要素となります
| 耐荷重 耐モーメント |
➡ | サイズの大きさ |
|---|---|---|
| 移動量 | ➡ | レールの長さ |
④モーターによる直動機構要素：モーター
回転運動の動力源となるものです
モーターは当然購入品です。
必要トルクによって、様々なサイズがラインナップ
されています。
サーボモーターのトルク計算については、
⇩以下の記事を御参照ください⇩
⑤直動機構としてモーターを採用する場合
原則として 以下であればモーターを使います
- 複数点の停止位置があり、精度が必要
- 加速度や速度の数値管理が必要
- プロセス毎に速度を変更させる
電気で制御する駆動機器なので
エアシリンダと違い、
以下の様々な運用が可能となります。
- 中間停止したい場合、回転を止めれば簡単にできます。
- サーボモーターやステッピングモーターを使えば
複数点の停止位置も精度が出せます。
⇩以下の記事を御参照ください⇩ - 速度や加速度の制御や管理やもちろん
任意位置で速度を変更させたりと、様々な運用が可能です
⑥まとめ
- モーターとボールネジを組み合わせることにより
直動運動ができます。 - モーター回転の電気による制御なので
停止位置や速度制御などが自由にでき
動作の自由度の幅が広がります。 - サーボモーターやステッピングモーターにすれば
停止位置の精度をだせます。 - 直動させる原理は簡単で
ネジを回して ナットを回り止めさせればナットは
スライドさせます - ネジとナットを、ボールネジに置き換えます
- ネジを回す手を、モーターに置き換えます
- ナットを回りどめさせ、
スライドさせる左手をＬＭガイドに置き換えます
本記事は以上です。
最後までお読みいただきありがとうございます。