tsurfの機械設計研究室

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ボールネジを使ったモーターによる直動機構の仕組み

本ブログの御訪問ありがとうございます

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⇩

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とある
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⇩

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管理人TSURF

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⇩

f:id:tsurf:20220306133328p:plain

 

 

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

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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 エアシリンダーの直動機構と何が違うのか?

モーターとエアシリンダーの使いわけはあるのか?

上記を次章で解説します

 

 

②直動機構としての
エアシリンダーとの違いと使い分け

エアシリンダー

エアシリンダーを使う場合

原則として単なる2点間距離の搬送であれば 
エアシリンダーを使います

 

単なる2点間搬送とは言いますが 実際の装置において
こういった駆動は 意外と多いです

 

エアシリンダー自体安いことと 
駆動させるためのシステムが安いことから需要は多いです

 

エアシリンダーの解説をしますが

⇩エアシリンダーについては 以下の記事を御参照ください⇩

エアシリンダは空気圧で動作をさせるので 以下の特徴があります

  • エアシリンダーはシリンダー内部の端面による
    当て止めがあるので端点位置でのみ停止位置精度が出ます

    f:id:tsurf:20220305211518p:plain

  • 原則的には中間で止めることはできません
  • 特殊な制御をすれば 中間で停止することは可能ですが
    停止の精度はありません
    ⇩エアシリンダーの中間停止は以下の記事を御参照ください⇩
  • 速度はスピコンによる手動調整で 速度を精度よく管理できません
  • 加速度や速度を任意で変更したりすることができません

 

 

モーター

モーターを使う場合

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
  • 駆動途中で 速度を変更させる

 

モーターは空気圧ではなく 電気で制御します

従って 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は 回転を止めれば簡単にできます
  • しかも 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
  • ⇩各モーターの位置決めの原理は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

 

 

③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

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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

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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

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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

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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

 

 

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

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モーター当然購入品です

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⇩

 

 

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 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
  • また 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

 

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