プレスブレーキ、サーボプレス、大型工作機械などの高負荷、高剛性のアプリケーションでは、適切なボールねじのサイズを選択することは単なる推奨事項ではなく、壊滅的な故障を防ぎ、システムの寿命を確保するための不可欠なステップです。

不適切な直径や長さを選択すると、疲労寿命の短縮、破壊的な共振、さらにはシャフトの座屈につながる可能性があります。このガイドでは、高い軸方向荷重を扱うエンジニアにとって不可欠な3段階のサイズ選定プロセスを詳しく説明します。

I. ステップ1: 負荷プロファイルと静的安全性を定義する

ジオメトリ計算を行う前に、ネジアセンブリに作用する力を正確に定義する必要があります。

A. 荷重分類

• 静的荷重（Foa）: 最大非動作負荷（またはサイクル全体を通じて発生するピーク負荷）。最大瞬間負荷は 決して ネジの 基本静荷重定格（Coa）.

• 動的荷重（Fa）： 運転中に発生する変動荷重（加速、定速、減速、加工）によって疲労寿命が決まります。

• 等価動的軸荷重（Fem）: サイクル全体を通じて負荷と速度が変化する場合は、平均値の立方根の式を使用して、ネジの寿命を決定する平均負荷を計算する必要があります。

B. 静的安全係数（fs）

高負荷アプリケーションでは振動や衝撃が発生することが多く、標準の 1.0 よりもはるかに大きな安全係数が必要になります。

Coa ≧ Foa x fs となるネジを選択する必要があります。

II. ステップ2：限界直径試験（座屈と速度）

高負荷アプリケーション、特に長距離移動や高速移動を伴うアプリケーションでは、2つの主要な安定性チェックによって、最低限必要な安定性が決定されます。 根径 （ｄ１）ねじ軸の

A. 柱座屈荷重（Pb）

ボールねじが主に 圧縮軸荷重 （押す動作）シャフトは、特にシャフトが長い場合や支えがない場合、細い柱のように座屈することがあります。これは多くの場合、 制御パラメータ 圧縮された長いネジ用。

理論的な座屈荷重 (Pb) は、エンドベアリングの固定性に基づいて支持係数 (λ) を修正したオイラーの式を使用して計算されます。

• 主なアクション: 通常は安全係数 0.5 (Pallow= Pb x 0.5) を適用して、理論上の座屈荷重 (Pb) が最大圧縮軸荷重よりも大幅に大きくなるネジ径を選択します。

• 座屈の解決策: より大きなシャフト径を使用するか、 固定-固定 支持係数（λ）と剛性を高めるために端部ベアリング配置を変更します。

B. 危険速度（Nc）

ボールねじは回転すると、回転梁のように振舞います。回転速度が軸の固有振動数に近づくと共振が発生し、過度の振動（「ホイッピング」または「ギャロッピング」）と部品の急速な破損につながります。この現象は「共振」と呼ばれます。 臨界速度（Nc）.

• 主なアクション: 最大動作速度は、計算された臨界速度の 80% 未満である必要があります (Nop ≦ 0.8 x Nc)。

• スピードのためのソリューション: より大きなルート直径 (d1) を使用するか、サポートされていない長さ (L) を短くします。

C. DN値チェック

別に、 DN値 (ピッチ円直径 x 最大速度) は、ボールナットの再循環システム (チューブ戻り、エンド キャップなど) と潤滑の機能に基づいて製造元によって設定される制限です。

• チェック： (公称直径) x (最大 RPM) ≦ メーカーの DN 値であることを確認してください。

III. ステップ3：耐用年数の計算（L10）

最終試験では、ねじが動荷重下で必要な動作寿命を満たしていることを確認します。寿命はねじの 動荷重定格（Ca）.

• 動的定格荷重（Ca）： 同一のネジの 90% が疲労破壊 (剥離) を起こすことなく 1 万回転に耐えられる軸荷重。

L10ライフフォーミュラ（回転数）

• L10： 公称寿命、90% の信頼性が保証されます。

• 女性： 等価動的軸方向荷重（デューティ サイクルから計算されます）。

• fw(負荷係数): 振動、衝撃、または高加速度を考慮した環境要因。スムーズな動作の場合、fw ≈ 1.2 ですが、高衝撃のアプリケーションでは、fw を高くする必要があります（1.5～2.5）。

主なアクション: 計算された L10 寿命は、アプリケーションの必要な寿命 (通常は時間またはキロメートルで測定) を満たすか、それを超える必要があります。

IV. 数学を超えて：剛性とプリロード

高負荷の精密工作機械の場合、数学的な安全性だけでは不十分で、システムは変形にも耐えなければなりません。

システム剛性（Rtot）

剛性とは、軸方向荷重下におけるアセンブリの弾性変形に対する抵抗力です。高い剛性は位置決め精度の維持に不可欠です。システム全体の剛性（Rtot）は、スクリューシャフト、ナット、支持ベアリング、およびハウジングの関数です。通常、スクリューシャフトの剛性は最も低く、したがって影響も最も大きくなります。

プリロードの役割

高負荷アプリケーションでは、 プリロードボールナット は不可欠です。プリロードとは、ボールをわずかに圧縮して軸方向のクリアランス（バックラッシュ）をなくすことです。

• 利点： 増加します 軸方向の剛性 精度にとって重要なバックラッシュを排除し、変動の大きい高負荷時の振動のリスクを軽減します。

• トレード・オフ： プリロードにより、モーターに必要な摩擦トルクがわずかに増加します。

結論：適切なTOCOソリューションの選択

高負荷用のボールねじのサイズ決定は、次の 3 つの制約のバランスをとる必要がある系統的なプロセスです。 荷重容量、臨界速度、疲労寿命。 多くの場合、最適な選択は、最も制限的な要因 (通常は座屈または臨界速度) を満たす最大直径にデフォルト設定されます。

TOCOは専門的な 高負荷ボールねじ ボール径を最大化し、循環回路を最適化する設計により、外形寸法を大幅に増加させることなく、標準シリーズと比較して動的荷重定格が最大 50% 増加します。

システムの重要な速度と寿命の要求を満たすボールねじを見つけるには、当社の高負荷ボールねじシリーズの技術仕様を参照してください。

当社の総合カタログとサイズ表はこちらをご覧ください ボールねじ