サーボとボールネジ、リニアサーボの構想まとめヘルプとは？

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

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。

＞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。

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

? 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
　　　　　　　　　　　　　　↓
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　　　　　／　＼　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　─

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　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。