JP4704577B2

JP4704577B2 - Rolling guide device and rolling guide device system

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Publication number: JP4704577B2
Application number: JP2001008547A
Authority: JP
Inventors: 茂夫清水; 徹高橋
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: JP2001271835A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線、曲線運動を案内する転がり案内装置および転がり案内装置システムに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
直線、曲線運動を案内する転がり案内装置として、直動ボールガイド、ボールブッシュ、ボールスプライン等が知られている。この転がり案内装置のうち、直動ボールガイドは、軌道軸と、軌道軸に複数の転動体としてのボールを介して移動自在に設けられる移動部材としての移動ブロックと、を備えた構成となっている。そして、転がり案内装置システムとしての直動ボールガイドシステムは、この直動ボールガイドを工作機械等のテーブルに組み付けたもので、例えば、２本の軌道軸それぞれに２個の移動ブロックを組み付け、合計４個の移動ブロックでテーブルを支持している。
【０００３】
この直動ボールガイドシステムのテーブルには、外力として、ラジアル荷重，横荷重，およびローリング，ヨーイング，およびピッチングの各モーメント荷重が加わる。これらの外力により、テーブルは、その姿勢を変化する。テーブルの姿勢５変化成分としては、垂直変位，水平変位，ローリング角，ヨーイング角，ピッチング角がある。
【０００４】
移動ブロックの軌道面と軌道レールとの間には、複数のボールが介在されている。直動ボールガイドにおいて、移動ブロックの移動と共にボールが転がり、移動ブロックとボールとは、その相対位置が変化する。この移動ブロックとボールとの相対位置の変化は、直動ボールガイドシステム内の負荷分布の変化を招き、それに伴なってテーブルが姿勢を変動することになる。テーブルが姿勢変化する量は、直動ボールガイドシステムの精度を表す。テーブルが姿勢変化する量を低減すれば、直動ボールガイドシステムの精度を上げることができる。
【０００５】
そこで、本発明は、各転動体と移動部材の相対位置の変化に伴う負荷分布の変化を考慮して、転がり案内装置システムの精度を示す姿勢５成分の変動を低減することができる転がり案内装置および転がり案内装置システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。
【０００７】
転がり案内装置は、ストロークと共に各転動体（４）と移動部材（２）の相対位置が変化していき、ちょうど２κＤａストロークで１サイクルとなり、その後この繰り返しとなる。この２κＤａストローク間では、転動体（４）の相対位置が変化するため、転がり案内装置内負荷分布状態が変化し、それに伴なって転がり案内装置システムのテーブルは姿勢を変化することになる。ここで、κＤａは転動体ピッチである。
【０００８】
本発明者は、上記移動部材（２）の２κＤａストロークを分割し、各位置における外部荷重とボール荷重の釣り合い方程式を解き、姿勢変化５成分を求めることにより、直動ボールガイドシステムの精度解析をした。その際、移動部材（２）の顎部（１１）の変形を考慮し、より現実に近い形での解析を可能とした。
【０００９】
この解析の結果、転動体径が小さいほど、ラジアル変位、ピッチング、最大分布負荷とも小さくなっている傾向があるが、転がり案内装置システムの精度を示すラジアル変位、ピッチング角の変動は、転動体径には単純には比例しないことがわかった。つまり、転動体径の他に何か精度に影響を及ぼしている因子が存在する。この因子として、本発明者は、２κＤａストローク内での、負荷に寄与する有効転動体数の変化の割合に着目した。そして、この割合を一定にすることで、ラジアル変位の変動またはピッチング角の変動を格段に少なくし、転がり案内装置システムの精度を格段に高くできることを知見した。
【００１６】
本発明は、複数の軌道レール（１）と、前記軌道レール（１）に複数組み付けられるとともに、それぞれが軌道面を有する移動部材（２）と、前記軌道レール（１）と前記軌道面との間に配置される複数の転動体（４）と、前記軌道面の一端まで転がった前記転動体（４）を前記軌道面の他端に戻す戻し通路とを備え、前記軌道レール（１）に対する前記移動部材（２）の相対的な移動に伴って前記転動体（４）が転がり、各転動体（４）と前記移動部材（２）との相対位置が変化する転がり案内システムにおいて、前記軌道面の長さ（２Ｕｘ）は、前記転動体（４）のピッチ（κＤａ）の整数倍であり、前記複数の移動部材（２）内の転動体（４）の相対位置が揃うように、前記移動部材（２）のスパンを、２κＤａの整数倍にすることにより、上述した課題を解決した。
【００２０】
この発明によれば、転がり案内装置システムの精度、特に、ピッチング精度を格段に向上させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の解析対象となる転がり案内装置システムとしての直動ボールガイドシステムを示す。この直動ボールガイドシステムは、工作機械をはじめとした搬送機械や産業用ロボット等、重荷重や様々なモーメント荷重の作用下で使用される。直動ボールガイドシステムは、平行に配列された２本の軌道軸としての軌道レール１それぞれに２個の移動部材としての移動ブロック２を組み付け、合計４個の移動ブロック２でテーブル３を直線運動自在に支持する。
【００２７】
図２は、上記直動ボールガイドシステムに組み込まれる転がり案内装置としての直動ボールガイドを示す。この直動ボールガイドは、固定部上に配設されると共に長手方向に沿って転動体転走面としてのボール転走溝１ａが形成された軌道レール１と、軌道レール１のボール転走溝１ａに対応する負荷転走面としての負荷転走溝２ａを含むボール循環路７が形成されて該軌道レール１に相対運動自在に組みつけられた移動ブロック２と、該ボール循環路７内に配列収容されて、軌道レール１に対する移動ブロック２の相対運動に併せて循環する転動体としての複数のボール４とを備える。
【００２８】
軌道レール１は、細長く延ばされ、断面略四角形状をなす。軌道レール１の左右両側面には、長手方向の全長にわたってボール４が転がる際の軌道になるボール転走溝１ａが形成される。２つのボール転走溝１ａは、左右に２条ずつ設けられているが、その条数や配置は直動ボールガイドの用途等に応じて種々変更され得る。軌道レール１には、固定部に取り付けるためのねじ穴５が形成される。なお、図示の軌道レール１は直線状であるが、曲線状のレールが使用されることもある。
【００２９】
移動ブロック２は、ブロック本体１２と、ブロック本体１２の両端に配置され、方向転換路を形成する一対の方向転換路形成部材としてのエンドプレート８とを相互に組み合わせて概略構成される。ブロック本体１２は、軌道レール１の上面と対向する水平部６ａと、軌道レール１の左右側面と対向する一対の支持脚部６ｂとを備えた断面コ字形状のブロック体である。左右の支持脚部６ｂの内側面にボール転走溝１ａにそれぞれ対向する２条の負荷転走溝２ａが設けられる。各支持脚部６ｂには、ボール転走溝１ａと平行にトンネル状の２本のボール戻し通路９が設けられている。ブロック本体１２は、その上面にテーブル３を固定するためのねじ穴１０が形成される。
【００３０】
移動ブロック６が軌道レール１に沿って移動するのに伴って、ボール４は、移動ブロック６からの負荷を受けつつ負荷転走路を転がり運動する。ボール４が負荷転走路の端まで転がると、ボール４は、掬い上げられ、方向転換路を経由して戻し通路９へ導かれる。そして、反対側の方向転換路を経由して負荷転走路の一端に戻される。
【００３１】
この直動ボールシステムの走行性能を解析する。ここでは、直動ボールガイドが工作機械等のテーブルに組み付けられた状態を想定し、移動ブロックの顎部の変形を考慮して直動ボールガイドシステム内負荷分布状態方程式を導き、直動ボールガイド内に組み込まれたボール径と走行性能の関係を、剛性、寿命への影響を加味しながら明らかにする。
【００３２】
図３は、解析用設定条件を示す。解析対象は、４個の移動ブロックが２本のレールに支持された１軸のＸ−テーブルである。図中（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【００３３】
座標軸の設定：テーブル３上にＸ，Ｚ軸を設定し、テーブルと直交する方向にＹ軸を設定する。
【００３４】
外力の設定：テーブル３に加わるラジアル荷重をＦｙ，横荷重をＦｚ，Ｘ軸回りのローリングのモーメントをＭｃ，Ｙ軸回りのヨーイングのモーメントをＭｂ，Ｚ軸回りのピッチングのモーメントをＭａに設定する。これらの外力はテーブル中央部下の座標原点に静的等価量として作用する。
【００３５】
変位の設定：テーブルのラジアル変位をα１，横変位をα４，ローリング角をα３，ヨーイング角をα５，ピッチング角をα２に設定する。
【００３６】
テーブル位置の設定：レール端からテーブルの中心までの距離をｌstartと設定する。
【００３７】
各移動ブロックには、ｋ＝１，ｋ＝２，ｋ＝３，ｋ＝４の番号を付与し、移動ブロックの取付けピッチは、Ｘ方向に２ｌｘ、Ｙ方向に２ｌｚと設定する。また、直動ボールガイドの各ボール４には、ｉ＝１，ｉ＝２，…ｉ＝Ｉまでの番号を付与し、また、ボールが配置される４つの負荷転走路に応じて、ｊ＝１，ｊ＝２，ｊ＝３，ｊ＝４の番号を付与する。
【００３８】
図４は、ある移動ブロック２の、ある状態の長手方向の断面形状を示す。移動ブロック２の軌道面両端部には、一般にボール通過に起因する非常に高いＨｅｒｔｚ応力が働くので、これを緩和する意味でクラウニングが施されている。ここでは、移動ブロック２の両端に円弧状のＲクラウニングを施した。このクラウニングは、ガイドブロックの端面からＸεまでの距離施され、その形状はλｘ＝Ｒ（１−ｃｏｓθ）で表される。また、軌道レール１の端面から挿入していくため、理論上、移動ブロック２とボール４の相対位置は、レール端面からの距離で決まる。
【００３９】
図５は、移動ブロック２のストロークとボール位置との関係を示す。移動ブロック２の移動と共にボール４が転がり、移動ブロック２とボール４とがその相対位置を変化する。移動ブロックのストロークを０，０．５κＤａ，１．０κＤａ，１．５κＤａ，２．０κＤａと変化させると、図に示すように移動ブロック２およびボール４はその相対位置を変化する。ボールピッチをκＤａとすると、ちょうど移動ブロック２が２κＤａ移動したところで元の状態、ストローク０のときの移動ブロック２とボール４との相対位置の状態に等しくなる。すなわち、移動ブロック２とボール４との相対位置の変化は、移動ブロック２の２κＤａストロークが１サイクルとなり、その後この繰り返しとなる。ここで、ボールピッチκＤａのκは係数で、Ｄａはボールの直径を示す。係数κは保持器付の転がり案内装置では一義的に定まるが、保持器のない総ボール案内要素に対して１に取ると、負荷域におけるボール間摩擦を発生するので再び未知の係数が必要になる。
玉通過センサー等を用い、κの分布を実験で求め、κを以下のように定める。
リテーナ付転がり案内要素 κＤａ＝リテーナピッチ
リテーナ無転がり案内要素 κＤａ＝１．０００〜１．００５
【００４０】
図６は、有効玉数の状態を示す。有効玉数とは、軌道面に接触し、負荷に寄与しているボールの数をいう。この有効玉数は、軌道面長さ２ＵｘをボールピッチκＤａで除し、四捨五入して求められる。図中（Ａ）は、設計者が考慮する有効玉数の考え方となり、ここではクラウニングの影響が考えられていない。設計上の有効玉数は、Ｉ＝ｉｎｔ（２Ｕx／κＤａ＋０．５）で表される。ここで、ｉｎｔは、小数点以下を切り捨てる関数で、この場合は２Ｕx／κＤａに０．５を足しているので、２Ｕx／κＤａを四捨五入していることになる。ここで、２Ｕx：移動部材軌道面長さ，κＤａ：転動体ピッチ。図中（Ｂ）は、実際の状態を示しており、クラウニング形状と負荷ボールの弾性変形との関係から、ボール接触部の有効長さが２Ｕｘ´となり、ブロック長さ２Ｕｘよりも短くなっている。実際の有効玉数は、Ｉ＝ｉｎｔ（２Ｕx´／κＤａ＋０．５）で表される。ここで、２Ｕx´：移動部材軌道面長さ，κＤａ：転動体ピッチ。有効玉数は、ストローク２κＤａにおいて、ＩとＩ−１，Ｉ´とＩ´−１という具合に変化する。
【００４１】
図７は、軌道レール１、移動ブロック２およびボール４の相対位置の関係を示す。一軸上に挿入された複数の移動ブロック２は、ユーザーによってブロックスパンを決定される。一般的に、移動ブロック２とボール４の相対位置は各移動ブロック２で異なってくる。すなわち、図７の如く移動ブロック端面から第１番目のボールまでの距離ｌx01とｌx02とは異なってくる。また、負荷は変動するため、ある負荷条件下では、各移動ブロック２で設計上および実際の有効玉数は異なってくる。
【００４２】
図８は、移動ブロック内負荷分布の状態を示す。テーブル３のストロークに伴ない、各移動ブロック内でボール４の位置が変わることにより負荷バランスが刻々と変化する。そのある瞬間に生じている変位５成分方向に移動したときの、移動ブロック内部の負荷分布状態を示す。図中Ａｂは、移動ブロック側の負荷転走溝２ａの曲率中心を示し、Ａｂ´は移動後のＡｂの位置を示す。δyi2k，δzi2kはそれぞれＡｂの移動量のＹ方向成分およびＺ方向成分を示す。本図は、レールのミスアライメントがある場合を加味してあり、Ａｒはレール側のボール転走溝１ａの曲率中心を示し、Ａｒ´は移動後のＡｒの位置を示す。Δyil，ΔzilはそれぞれＡｒの移動量のＹ方向成分およびＺ方向成分を示す。また、Ｖｙは、Ａｂ´とＡｒ´とを結んだ線分のＹ方向長さを示し、また、Ｖｚは、Ａｂ´とＡｒ´とを結んだ線分のＺ方向長さを示す。Ｐijkは変位に伴なう転動体荷重を示し、この荷重はＡｂ´とＡｒ´とを結んだ線分の方向に作用する。角度βijkはＰijkの荷重の方向が水平面となす角を示す。なお、ｉは、上述のように軌道面内の転動体番号を示し、jは、転動体の列番号を示し、kは、ガイドブロックの番号を示す。
【００４３】
図９は、ブロック顎部１１の変形を示す。ブロック顎部１１の変形には、はり理論を適用する。ブロック顎部１１をボール径分の厚さにカットして、異形状顎部の肉厚の最小部分を取り出した長方形のはりモデルとする。そして、先に求めた分布負荷（Ｎ＝１）より、はり変形を求める。このはり変形による溝曲率中心Ａｂ´の移動量を再度求め、移動した溝曲率中心Ａｂ´での負荷分布を再度計算する（Ｎ＝２）。ここで、全ボールの分布負荷の合計の差が、Ｎ＝１回目とＮ＝２回目で、０．００１より大きければ、再度はり変形を求め、上に書いた手法を繰り返す。この解の収束条件は、下記の式で表される。
【００４４】
【式１】

【００４５】
以上の一連の計算を、ストロークを細分化した位置にて繰り返し行っていけば、全ストロークのテーブル３の走行精度を解析することができる。
【００４６】
負荷分布理論の関係式について説明する。ここでは、変位５成分を用いて関係式を導く。まず、基本式として、上述の変位５成分から、下記の計算式が成り立つ。
【００４７】
【式２】

【００４８】
ボールの弾性変形はＨｅｒｔｚの弾性接触理論を用いる。分布荷重Ｐijk，弾性変形量δijk，接触角βijkは、Ｈｅｒｔｚ定数をＣｂとすると以下のように表せる。
【００４９】
【式３】

【００５０】
これより、力とモーメントの釣り合い条件式が５つ成り立つ。
【００５１】
【式４】

【００５２】
この連立方程式を解くことにより、変位５成分を求める。解法はＮｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法による。図１０は、このＮｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法を示す。
【００５３】
以下、解析結果について説明する。図１１は、解析結果Ｎｏ．１「ストロークによる影響」を示す。図中（Ａ）はストローク４κＤａにおける垂直方向変位α1、図中（Ｂ）はピッチング角α2、図中（Ｃ）はボール１個当たりの最大分布負荷Ｐijk maxを示す。固定条件としてクラウニング形状、レールスパン、ラジアル荷重、予圧量（λ＝０）を以下のように設定する。
【００５４】
【式５】

【００５５】
また、変更可能な条件として、ブロック長さ、ブロックスパンを以下の条件に設定する。
【００５６】
【式６】

【００５７】
ボール径は、６．３５０００ｍｍを基準とし、ＪＩＳ規格の玉径を大小２個ずつ計５種類使用した。この図に示すように、ボール径が小さいほど、ラジアル変位、ピッチング、最大分布負荷とも小さくなっている傾向がある。ただし、ピッチング角、垂直方向への変位（ラジアル変位）、および最大分布負荷の変動については、一番小さい４．７６２５０ｍｍよりもむしろ５．５５６２５ｍｍの方が良い値を示している。この原因は、これらの性能が単純にボール径に比例するものではないものか、それとも他に何か影響を及ぼしている因子が存在するからなのか。
【００５８】
図１２は、解析結果Ｎｏ．２「ボール径による変動」を示す。先の解析と全く同一条件で、今度は横軸にボール径、縦軸に各値の変動を示す。やはり、単純なボール径比例とはなっていないことがわかる。何か不自然な関係である。となるとやはり、先の設定段階で示した、前後の移動ブロック２内のボール４の相対位置の相違、これが影響を及ぼしている因子ではないかと考えられる。
【００５９】
図１３は、解析結果Ｎｏ．３「ブロックの位相を揃えた場合のボール径による変動」を示す。ここでは、前後の移動ブロック２内のボール４の相対位置が揃うようにブロックスパンを調整している。移動ブロック２内のボール４の相対位置を揃えるには、図７で示すｌx01＝ｌx02とすればよい。移動ブロック２は軌道レール１の端から挿入するので、ブロックスパン２ｌｘを２κＤａの整数倍にすることで移動ブロック内のボールの相対位置を揃えることができる。ブロックスパン２ｌｘは先の設定値の２５０ｍｍに近くなるように設定した。すなわち、可変可能なブロックスパンを以下の条件に設定した。
【００６０】
【式７】

【００６１】
図１３に示すように、前後の移動ブロック２内のボール４の相対位置を揃えると、ピッチング角の変動が格段に少なくなっている（縦軸の目盛りに注目）。しかし、これでも変動の大きさは単純にボール径に比例していない。やはり、まだ他の要因が存在しているのか。
【００６２】
他の因子として考えられるのは、２κＤａストローク内での有効玉数の変化の割合である。固定した軌道面長さでボール径を変えていけば、当然有効玉数の変化の割合もまちまちとなってくる。これを統一してやれば、もっと明確な関係が見えてくるのではないか。
【００６３】
図１４は、解析結果Ｎｏ．４「ボール径による変動」を示すものである。先と同様、前後の移動ブロック２内のボール４の相対位置が揃うようにブロックスパンを調整している。また、各ボール４と移動ブロック２の相対位置が変化する移動ブロックの２κＤａストロークにおける、有効玉数がＩになる範囲とＩ−１になる範囲との比が、５０％：５０％になるように、軌道面長さおよびボール径を選定している。設計上の有効玉数と実際の有効玉数の両方で設定している。すなわち、可変可能な条件を以下の値に設定した。
【００６４】
【式８】

【００６５】
図１４に示すように、ボール径と各値の変動とは略比例関係を示している。やはり、前後の移動ブロック２内のボールの位相と有効玉数の変化の割合が、ボール径の比例関係を乱す要因であった。
【００６６】
図１５は、解析結果Ｎｏ．５「ボール径による変動」を示す。この図は、解析結果Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５の結果を、同じグラフ上で示している。移動ブロック２の位相も揃えず、しかも有効玉数も設定しないStandard状態では、とてもボール径に比例しているとはいい難い状況といえる。移動ブロック２の位相を揃える（２ｌｘ＝ｎｌ×κＤａ）ことで、特にピッチング精度が格段に高くなり、ボール径に比例している様子が伺える。有効玉数の変化の割合を、各玉径において一定にしてやる（Ｉ：Ｉ−１＝５０：５０，Ｉ´：Ｉ´−１＝５０：５０）と、はじめて単純玉径比例となっていることがわかる。
【００６７】
図１６は、解析結果Ｎｏ．６「ボール径による基本動定格荷重」を示す。ブロック４個付きでシステムとしての基本動定格荷重を示す。基本動定格荷重は、下記の計算式に基づいて計算した。
【００６８】
【式９】

【００６９】
この図に示すように、基本動定格荷重は、ボール径に単純に比例していることがわかる。
【００７０】
図１７は、析結果Ｎｏ．７「ボール径による変動」を示すものである。先と同様、前後の移動ブロック２内のボールの相対位置が揃うようにブロックスパンを調整している。また、各ボール４と移動ブロック２の相対位置が変化する移動ブロック２の２κＤａストロークにおける、有効玉数がＩになる範囲とＩ−１になる範囲との比が、１００％：０％になるように、軌道面長さおよびボール径を選定する。設計上の有効玉数と実際の有効玉数の両方で設定する。すなわち、可変可能な条件を以下の値に設定した。
【００７１】
【式１０】

【００７２】
この図１７に示すように、比を１００％：０％にしたときは、各変動がボール径に比例することがわかる。また、比を１００％：０％にしたときは、５０％：５０％にしたときに比べ、ピッチング角の変動をきわめて小さくすることができるのがわかった。
【００７３】
図１８は、解析結果Ｎｏ．８「ボール径による変動」を示す。この図は、解析結果Ｎｏ．５の図１５にさらに、Ｉ：Ｉ−１＝１００％：０％になる場合を重ねて表示したものである。この図に示すように、まず、移動ブロック２の位相を揃える（２ｌｘ＝ｎｌ×κＤａ）ことで、特にピッチング精度が格段に高くなる。次に、有効玉数の変化の割合Ｉ：Ｉ−１を５０：５０に設定することで、ピッチングの精度が高くなり、しかもラジアル方向の剛性も高くなる。また、有効玉数の変化の割合Ｉ：Ｉ−１を１００：０にすることで、ピッチングの精度がより一層高くなる。
【００７４】
図１９は、解析結果Ｎｏ．９「ボール径による基本動定格荷重」を示す。基本動定格荷重の計算式には上述の解析結果Ｎｏ．６で示したのと同じ計算式を用いた。
【００７５】
上記解析結果Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９から以下の結論が導ける。一定のブロック長さにおける直動ボールガイドシステムの精度、剛性はボール径が小さいほど高くなるということがわかった。ここで、剛性は、垂直方向の変位α１から推測され、変位α１が小さいほど高くなる。寿命に影響を及ぼす基本動定格荷重は、逆にボール径が大きいほど大きくなるということがわかった。
【００７６】
移動ブロック２内のボールの相対位置が前後の移動ブロックで異なることによる影響は、かなり大きいことがわかった。
【００７７】
さらに、ストロークする際に変化する有効玉数の、その変化比率が及ぼす影響も大きいことがわかった。ストロークによる有効玉数の変化が少ないほど（Ｉ：Ｉ−１が１００％：０％に近いほど）、ピッチング精度に与える玉径の影響は小さくなり、多いほど（Ｉ：Ｉ−１が５０％：５０％に近いほど）、剛性および最大分布負荷の変動に与える玉径の影響が小さくなる。
【００７８】
しかし、実際は、ブロックスパンはユーザーによる設定であり、軌道面長さも決まったものになっているため、単純にボール径が小さいほど性能が上がるとは言い難いといえる。ここで、実機に即適応できるのは、ユーザー設定のブロックスパンを微調整してやることである。実機に、少々特殊仕様が許されるならば、実際の負荷条件を確認し、有効玉数変化比率が最適となるようにクラウニング形状を調整してやることである。
【００７９】
表１に、転動体ピッチκＤａ−軌道面長さ２Ｕｘ−ブロックスパン２ｌｘ−基本動定格荷重Ｃの一例を示す。κ＝１．００３とし、ブロック長さ２Ｕｘを先の設定値８０．４ｍｍに近づけている。各条件を、この図に示すような値に選定すれば、直動ボールガイドシステムのピッチング精度を上げたり、ラジアル方向への精度を高めたりすることができる。なお、この値はあくまで例示であり、上述の計算式を満たす限り、様々な値を設定することができる。
【００８０】
【表１】

【００８１】
なお、上記解析の対象として、直動ボールガイドシステムについて説明したが、本発明は、直動ボールガイドに限られず、転動体としてローラを用いた転がり案内装置に適用することができる。また、ボールブッシュ、ボールスプライン等の転がり案内装置にも適用することができる。さらに、転動体には、転動体を循環することがないショートリテーナタイプのものを用いてもよい。さらに、レールは直線に限られず、曲線のものを用いても良い。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各転動体と移動部材の相対位置が変化する移動部材の２κＤａストロークにおける、有効転動体数がＩになる範囲とＩ−１になる範囲との比が、約１００％：約０％になるように、軌道面長さおよび転動体径を選定したので、転がり案内装置システムの精度、特にピッチング精度を顕著に上げることができる。
【００８４】
また、本発明によれば、軌道軸上に複数の移動部材を組み付けた転がり案内装置システムにおいて、前記複数の移動部材内の転動体の相対位置が揃うようにブロックスパンを調整したので、転がり案内装置システムの精度、特に、ピッチング精度を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直動ボールガイドシステムを示す斜視図。
【図２】直動ボールガイドを示す斜視図。
【図３】解析用設定条件を示す図（図中（Ａ）は平面図、図中（Ｂ）は側面図）。
【図４】移動ブロックの長手方向の断面形状を示す図。
【図５】ストロークとボール位置の関係を示す図。
【図６】有効玉数の状態を示す図（図中（Ａ）は設計上の有効玉数を示し、図中（Ｂ）は実際の有効玉数を示す）。
【図７】軌道レールと移動ブロック、ボール位置の関係を示す図。
【図８】負荷分布状態を示す図。
【図９】ブロック顎部のはり理論の適用を示す図。
【図１０】Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法を示す図。
【図１１】ストロークによる影響を示すグラフ（図中（Ａ）は垂直方向変位を示し、図中（Ｂ）はピッチング角を示し、図中（Ｃ）は分布負荷を示す）。
【図１２】ボール径による変動を示すグラフ（図中（Ａ）は垂直方向変位の変動を示し、図中（Ｂ）はピッチング角の変動を示し、図中（Ｃ）は分布負荷の変動を示す）。
【図１３】移動ブロックの位相を揃えた場合のボール径による変動を示すグラフ（図中（Ａ）は垂直方向変位の変動を示し、図中（Ｂ）はピッチング角の変動を示し、図中（Ｃ）は分布負荷の変動を示す）。
【図１４】移動ブロックの位相を揃え、軌道面長さをボールピッチの任意倍にした場合のボール径による変動を示すグラフ（図中（Ａ）は垂直方向変位の変動を示し、図中（Ｂ）はピッチング角の変動を示し、図中（Ｃ）は分布負荷の変動を示す）。
【図１５】各条件別でのボール径による変動を比較したグラフ（図中（Ａ）は垂直方向変位の変動を示し、図中（Ｂ）はピッチング角の変動を示し、図中（Ｃ）は分布負荷の変動を示す）。
【図１６】ボール径による基本動定格荷重を示すグラフ。
【図１７】移動ブロックの位相を揃え、軌道面長さをボールピッチの任意倍にした場合のボール径による変動を示すグラフ（図中（Ａ）は垂直方向変位の変動を示し、図中（Ｂ）はピッチング角の変動を示し、図中（Ｃ）は分布負荷の変動を示す）。
【図１８】各条件別でのボール径による変動を比較したグラフ（図中（Ａ）は垂直方向変位の変動を示し、図中（Ｂ）はピッチング角の変動を示し、図中（Ｃ）は分布負荷の変動を示す）。
【図１９】ボール径による基本動定格荷重を示すグラフ。
【符号の説明】
１軌道レール（軌道軸）
２移動ブロック（移動部材）
４ボール（転動体）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention guides straight and curved movementsRollThe present invention relates to a rolling guide device and a rolling guide device system.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
As a rolling guide device for guiding a linear or curved motion, a linear ball guide, a ball bush, a ball spline, and the like are known. Among the rolling guide devices, the linear motion ball guide has a structure including a track shaft and a moving block as a moving member that is provided on the track shaft through a plurality of balls as rolling elements. Yes. The linear motion ball guide system as a rolling guide device system is an assembly of this linear motion ball guide on a table such as a machine tool. For example, two moving blocks are assembled on each of two track axes, and the total The table is supported by four moving blocks.
[0003]
Radial loads, lateral loads, and rolling, yawing, and pitching moment loads are applied to the table of this linear motion ball guide system as external forces. These external forces change the posture of the table. The table posture 5 change component includes vertical displacement, horizontal displacement, rolling angle, yawing angle, and pitching angle.
[0004]
A plurality of balls are interposed between the track surface of the moving block and the track rail. In the linear motion ball guide, the ball rolls as the moving block moves, and the relative position of the moving block and the ball changes. The change in the relative position between the moving block and the ball causes a change in the load distribution in the linear motion ball guide system, and accordingly the table changes its posture. The amount by which the table changes its posture represents the accuracy of the linear motion ball guide system. If the amount of change in the posture of the table is reduced, the accuracy of the linear motion ball guide system can be increased.
[0005]
  In view of this, the present invention considers a change in load distribution accompanying a change in the relative position of each rolling element and moving member, and a rolling guide device capable of reducing the variation of the posture five component indicating the accuracy of the rolling guide device system.PlaceAnother object of the present invention is to provide a rolling guide device system.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention will be described below. In addition, in order to make an understanding of this invention easy, the reference number of an accompanying drawing is attached in parenthesis writing, However, This invention is not limited to the form of illustration.
[0007]
In the rolling guide device, the relative positions of the rolling elements (4) and the moving member (2) change with the stroke, and the cycle becomes exactly one cycle with a 2κ Da stroke, and this is repeated thereafter. Since the relative position of the rolling element (4) changes between the 2κDa strokes, the load distribution state in the rolling guide device changes, and the posture of the table of the rolling guide device system changes accordingly. Here, κDa is the rolling element pitch.
[0008]
The present inventor performs accuracy analysis of the linear motion ball guide system by dividing the 2κ Da stroke of the moving member (2), solving the balance equation of the external load and the ball load at each position, and obtaining the posture change five components. did. At that time, considering the deformation of the jaw (11) of the moving member (2), the analysis in a more realistic form was made possible.
[0009]
As a result of this analysis, the smaller the rolling element diameter, the smaller the radial displacement, pitching, and maximum distributed load tend to be, but the radial displacement and pitching angle fluctuations indicating the accuracy of the rolling guide system are It turns out that is not simply proportional. In other words, there is a factor affecting the accuracy in addition to the rolling element diameter. As this factor, the present inventor has focused on the rate of change in the number of effective rolling elements that contribute to the load within the 2κ Da stroke. And it has been found that by making this ratio constant, the fluctuation of the radial displacement or the fluctuation of the pitching angle can be remarkably reduced, and the accuracy of the rolling guide system can be remarkably increased.
[0016]
  BookThe inventionA plurality of track rails (1), a plurality of assembled to the track rail (1), and a moving member (2) each having a track surface, are disposed between the track rail (1) and the track surface. A plurality of rolling elements (4) and a return passage for returning the rolling elements (4) rolled to one end of the raceway surface to the other end of the raceway surface, and the moving member ( In the rolling guide system in which the rolling elements (4) roll with the relative movement of 2) and the relative positions of the rolling elements (4) and the moving members (2) change, the length of the raceway surface (2Ux) is an integer multiple of the pitch (κDa) of the rolling elements (4), and the moving members (2) so that the relative positions of the rolling elements (4) in the plurality of moving members (2) are aligned. ) Span is set to an integral multiple of 2κDa. Solved the problem.
[0020]
According to this invention, the accuracy of the rolling guide device system, in particular, the pitching accuracy can be significantly improved.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a linear motion ball guide system as a rolling guide device system to be analyzed according to the present invention. This linear motion ball guide system is used under the action of heavy loads and various moment loads such as machine tools and other transport machines and industrial robots. In the linear motion ball guide system, a moving block 2 as two moving members is assembled to each of the track rails 1 as two track axes arranged in parallel, and the table 3 is linearly moved by a total of four moving blocks 2. Support freely.
[0027]
FIG. 2 shows a linear motion ball guide as a rolling guide device incorporated in the linear motion ball guide system. This linear motion ball guide is disposed on a fixed portion and has a track rail 1 formed with a ball rolling groove 1a as a rolling element rolling surface along the longitudinal direction, and a ball rolling groove of the track rail 1 A ball circulation path 7 including a load rolling groove 2 a as a load rolling surface corresponding to 1 a is formed, and the moving block 2 is assembled to the track rail 1 so as to be relatively movable, and in the ball circulation path 7 A plurality of balls 4 serving as rolling elements that are accommodated in an array and circulate in accordance with the relative motion of the moving block 2 with respect to the track rail 1 are provided.
[0028]
The track rail 1 is elongated and has a substantially square cross section. Ball rolling grooves 1a are formed on the left and right side surfaces of the track rail 1 to serve as tracks when the ball 4 rolls over the entire length in the longitudinal direction. The two ball rolling grooves 1a are provided in two on the left and right, but the number and arrangement of the strips can be variously changed according to the application of the linear motion ball guide. The track rail 1 is formed with a screw hole 5 for attaching to the fixed portion. Although the track rail 1 shown in the figure is linear, a curved rail may be used.
[0029]
The moving block 2 is schematically configured by combining a block main body 12 and a pair of direction change path forming members disposed at both ends of the block main body 12 and forming a direction change path. The block main body 12 is a block body having a U-shaped cross section including a horizontal portion 6 a facing the upper surface of the track rail 1 and a pair of support legs 6 b facing the left and right side surfaces of the track rail 1. Two load rolling grooves 2a facing the ball rolling grooves 1a are provided on the inner side surfaces of the left and right support legs 6b. Each support leg 6b is provided with two tunnel-like ball return passages 9 parallel to the ball rolling groove 1a. The block body 12 is formed with a screw hole 10 for fixing the table 3 on the upper surface thereof.
[0030]
As the moving block 6 moves along the track rail 1, the ball 4 rolls along the load rolling path while receiving a load from the moving block 6. When the ball 4 rolls to the end of the load rolling path, the ball 4 is scooped up and guided to the return path 9 via the direction changing path. And it returns to the end of a load rolling path via the opposite direction change path.
[0031]
The running performance of this linear motion ball system is analyzed. Here, assuming that the linear motion ball guide is assembled on a table such as a machine tool, the load distribution state equation in the linear motion ball guide system is derived in consideration of the deformation of the jaw of the moving block, and the linear motion ball guide The relationship between the ball diameter incorporated in the car and running performance will be clarified while taking into account the effects on rigidity and life.
[0032]
FIG. 3 shows the setting conditions for analysis. The analysis target is a uniaxial X-table in which four moving blocks are supported by two rails. In the figure, (A) is a plan view and (B) is a side view.
[0033]
Coordinate axis setting: X and Z axes are set on the table 3, and Y axis is set in a direction orthogonal to the table.
[0034]
External force settings: Radial load applied to the table 3 is set to Fy, lateral load is set to Fz, rolling moment about the X axis is set to Mc, yawing moment about the Y axis is set to Mb, and pitching moment about the Z axis is set to Ma. . These external forces act as static equivalents at the coordinate origin below the center of the table.
[0035]
Displacement setting: Set the radial displacement of the table to α1, the lateral displacement to α4, the rolling angle to α3, the yawing angle to α5, and the pitching angle to α2.
[0036]
Table position setting: The distance from the end of the rail to the center of the table is set to lstart.
[0037]
Numbers k = 1, k = 2, k = 3, and k = 4 are assigned to each moving block, and the mounting pitch of the moving blocks is set to 2lx in the X direction and 2lz in the Y direction. In addition, each ball 4 of the linear motion ball guide is given a number up to i = 1, i = 2,..., I = I, and j = 4 according to the four load rolling paths on which the balls are arranged. Numbers 1, j = 2, j = 3, and j = 4 are assigned.
[0038]
FIG. 4 shows a cross-sectional shape of a certain moving block 2 in the longitudinal direction in a certain state. In general, a very high Hertz stress due to the passage of the ball acts on both ends of the raceway surface of the moving block 2, and thus crowning is applied to alleviate this. Here, arc-shaped R crowning is applied to both ends of the moving block 2. This crowning is given a distance from the end face of the guide block to Xε, and its shape is represented by λx = R (1−cos θ). Further, since the insertion is performed from the end surface of the track rail 1, the relative position of the moving block 2 and the ball 4 is theoretically determined by the distance from the rail end surface.
[0039]
FIG. 5 shows the relationship between the stroke of the moving block 2 and the ball position. As the moving block 2 moves, the ball 4 rolls, and the moving block 2 and the ball 4 change their relative positions. When the stroke of the moving block is changed to 0, 0.5 κ Da, 1.0 κ Da, 1.5 κ Da, and 2.0 κ Da, the moving block 2 and the ball 4 change their relative positions as shown in the figure. Assuming that the ball pitch is κDa, it becomes equal to the original state when the moving block 2 has moved 2κDa, and the relative position between the moving block 2 and the ball 4 at the stroke 0. In other words, the change in the relative position between the moving block 2 and the ball 4 is a cycle of the 2κ Da stroke of the moving block 2 and is repeated thereafter. Here, κ of the ball pitch κDa is a coefficient, and Da represents the diameter of the ball. The coefficient κ is unambiguously determined for a rolling guide device with a cage, but if it is set to 1 for the total ball guide element without a cage, it will cause friction between balls in the load range, so an unknown coefficient is required again. Become.
Using a ball passing sensor or the like, the distribution of κ is experimentally determined, and κ is determined as follows.
Rolling guide element with retainer κDa = Retainer pitch
Retainer non-rolling guide element κDa = 1.000 to 1.005
[0040]
FIG. 6 shows the number of effective balls. The effective number of balls means the number of balls that are in contact with the raceway surface and contribute to the load. The effective number of balls is obtained by dividing the raceway length 2Ux by the ball pitch κDa and rounding off. In the figure, (A) is an idea of the number of effective balls considered by the designer, and here, the influence of crowning is not considered. The effective number of balls in design is represented by I = int (2Ux / κDa + 0.5). Here, int is a function for rounding down the decimal part. In this case, since 2Ux / κDa is added with 0.5, 2Ux / κDa is rounded off. Here, 2Ux: moving member raceway surface length, κDa: rolling element pitch. In the figure, (B) shows the actual state, and the effective length of the ball contact portion is 2Ux ′, which is shorter than the block length 2Ux, due to the relationship between the crowning shape and the elastic deformation of the load ball. . The actual number of effective balls is represented by I = int (2Ux ′ / κDa + 0.5). Here, 2Ux ′: moving member raceway surface length, κDa: rolling element pitch. The effective number of balls changes in a manner of I and I-1, I ′ and I′−1 in the stroke 2κDa.
[0041]
FIG. 7 shows the relationship between the relative positions of the track rail 1, the moving block 2 and the ball 4. A plurality of moving blocks 2 inserted on one axis have their block span determined by the user. Generally, the relative positions of the moving block 2 and the ball 4 are different for each moving block 2. That is, the distances lx01 and lx02 from the moving block end face to the first ball are different as shown in FIG. In addition, since the load fluctuates, the actual number of effective balls differs in design and in each moving block 2 under a certain load condition.
[0042]
FIG. 8 shows the state of the load distribution within the moving block. As the position of the ball 4 changes in each moving block with the stroke of the table 3, the load balance changes every moment. The load distribution state inside the moving block when moving in the direction of the five-component displacement generated at that moment is shown. In the figure, Ab represents the center of curvature of the load rolling groove 2a on the moving block side, and Ab ′ represents the position of Ab after movement. δyi2k and δzi2k indicate the Y direction component and the Z direction component of the movement amount of Ab, respectively. This figure considers the case where there is a misalignment of the rail, Ar represents the center of curvature of the ball rolling groove 1a on the rail side, and Ar ′ represents the position of Ar after movement. Δyil and Δzil indicate a Y-direction component and a Z-direction component of the amount of movement of Ar, respectively. Vy indicates the length in the Y direction of the line segment connecting Ab ′ and Ar ′, and Vz indicates the length in the Z direction of the line segment connecting Ab ′ and Ar ′. Pijk represents a rolling element load accompanying displacement, and this load acts in the direction of the line segment connecting Ab ′ and Ar ′. The angle βijk indicates an angle formed by the load direction of Pijk and the horizontal plane. Note that i represents the rolling element number in the raceway surface as described above, j represents the row number of the rolling element, and k represents the guide block number.
[0043]
FIG. 9 shows a deformation of the block jaw 11. The beam theory is applied to the deformation of the block jaw 11. The block jaw portion 11 is cut to a thickness corresponding to the ball diameter, and a rectangular beam model is obtained by taking out the minimum thickness portion of the irregularly shaped jaw portion. Then, the beam deformation is obtained from the previously obtained distributed load (N = 1). The movement amount of the groove curvature center Ab ′ due to the beam deformation is obtained again, and the load distribution at the moved groove curvature center Ab ′ is calculated again (N = 2). Here, if the difference in the total distribution load of all the balls is greater than 0.001 between N = 1 and N = 2, the beam deformation is obtained again, and the method described above is repeated. The convergence condition of this solution is expressed by the following equation.
[0044]
[Formula 1]

[0045]
If the above series of calculations are repeated at the positions where the strokes are subdivided, the running accuracy of the table 3 for all strokes can be analyzed.
[0046]
A relational expression of the load distribution theory will be described. Here, a relational expression is derived using five displacement components. First, as a basic formula, the following calculation formula is established from the above five displacement components.
[0047]
[Formula 2]

[0048]
The elastic deformation of the ball uses Hertz's elastic contact theory. The distributed load Pijk, the elastic deformation amount δijk, and the contact angle βijk can be expressed as follows when the Hertz constant is Cb.
[0049]
[Formula 3]

[0050]
From this, five conditional expressions for balance of force and moment hold.
[0051]
[Formula 4]

[0052]
By solving these simultaneous equations, five displacement components are obtained. The solution is based on the Newton-Raphson method. FIG. 10 shows the Newton-Raphson method.
[0053]
Hereinafter, the analysis result will be described. FIG. 1 “Influence by stroke” is shown. In the figure, (A) shows the vertical displacement α1 at the stroke 4κDa, (B) shows the pitching angle α2, and (C) shows the maximum distributed load Pijk max per ball. As the fixing conditions, the crowning shape, rail span, radial load, and preload amount (λ = 0) are set as follows.
[0054]
[Formula 5]

[0055]
In addition, as conditions that can be changed, the block length and block span are set to the following conditions.
[0056]
[Formula 6]

[0057]
A ball diameter of 6.35000 mm was used as a standard, and two kinds of ball diameters of JIS standards were used, a total of five types. As shown in this figure, the smaller the ball diameter, the smaller the radial displacement, pitching, and maximum distributed load. However, with respect to the pitching angle, the displacement in the vertical direction (radial displacement), and the fluctuation of the maximum distributed load, 5.5556 mm is better than the smallest 4.76250 mm. Is this due to the fact that these performances are not simply proportional to the ball diameter, or are there other factors that have some influence on them?
[0058]
FIG. 2 “Fluctuation due to ball diameter” is shown. Under the same conditions as the previous analysis, the horizontal axis shows the ball diameter and the vertical axis shows the variation of each value. It can be seen that the ball diameter is not simply proportional. Something is unnatural. Then, it is considered that the difference in the relative positions of the balls 4 in the front and rear moving blocks 2 shown in the previous setting stage is a factor affecting this.
[0059]
FIG. 3 shows “variation due to ball diameter when block phases are aligned”. Here, the block span is adjusted so that the relative positions of the balls 4 in the front and rear moving blocks 2 are aligned. In order to align the relative positions of the balls 4 in the moving block 2, it is sufficient to set lx01 = lx02 shown in FIG. Since the moving block 2 is inserted from the end of the track rail 1, the relative positions of the balls in the moving block can be made uniform by setting the block span 21x to an integral multiple of 2κDa. The block span 21x was set to be close to the previous setting value of 250 mm. That is, the variable block span was set under the following conditions.
[0060]
[Formula 7]

[0061]
As shown in FIG. 13, when the relative positions of the balls 4 in the front and rear moving blocks 2 are aligned, the fluctuation of the pitching angle is remarkably reduced (note the scale on the vertical axis). However, the magnitude of the variation is not simply proportional to the ball diameter. Are there still other factors?
[0062]
Another factor that can be considered is the rate of change in the number of effective balls within a 2κ Da stroke. If the ball diameter is changed with a fixed track surface length, naturally the rate of change in the number of effective balls will also vary. If this is unified, a clearer relationship can be seen.
[0063]
FIG. 4 indicates “variation due to ball diameter”. As before, the block span is adjusted so that the relative positions of the balls 4 in the front and rear moving blocks 2 are aligned. Further, in the 2κ Da stroke of the moving block in which the relative position of each ball 4 and the moving block 2 changes, the ratio of the range where the number of effective balls becomes I and the range where it becomes I-1 is 50%: 50%. In addition, the raceway length and ball diameter are selected. It is set by both the number of effective balls in design and the actual number of effective balls. That is, the variable conditions were set to the following values.
[0064]
[Formula 8]

[0065]
As shown in FIG. 14, the ball diameter and the variation of each value are in a substantially proportional relationship. The ratio of the change in the number of balls and the phase of the balls in the front and rear moving blocks 2 was also a factor that disturbed the proportional relationship of the ball diameter.
[0066]
FIG. 5 indicates “variation due to ball diameter”. This figure shows the analysis result no. 3-No. The results of 5 are shown on the same graph. In the Standard state in which the phase of the moving block 2 is not aligned and the number of effective balls is not set, it can be said that it is difficult to say that it is very proportional to the ball diameter. By aligning the phase of the moving block 2 (2lx = nl × κDa), it can be seen that the pitching accuracy is particularly high and is proportional to the ball diameter. When the rate of change in the number of effective balls is made constant for each ball diameter (I: I-1 = 50: 50, I ′: I′-1 = 50: 50), it becomes a simple ball diameter proportional for the first time. I understand that.
[0067]
FIG. 6 “Basic dynamic load rating by ball diameter” is shown. The basic dynamic load rating as a system with 4 blocks is shown. The basic dynamic load rating was calculated based on the following formula.
[0068]
[Formula 9]

[0069]
As shown in this figure, it can be seen that the basic dynamic load rating is simply proportional to the ball diameter.
[0070]
FIG. 7 indicates “variation due to ball diameter”. As before, the block span is adjusted so that the relative positions of the balls in the front and rear moving blocks 2 are aligned. Further, in the 2κ Da stroke of the moving block 2 where the relative position of each ball 4 and the moving block 2 changes, the ratio of the range where the effective number of balls becomes I and the range where it becomes I−1 becomes 100%: 0%. Thus, the raceway length and ball diameter are selected. Set by both the number of effective balls in design and the actual number of effective balls. That is, the variable conditions were set to the following values.
[0071]
[Formula 10]

[0072]
As shown in FIG. 17, when the ratio is 100%: 0%, it can be seen that each variation is proportional to the ball diameter. Further, it was found that when the ratio was set to 100%: 0%, the variation in the pitching angle could be made extremely small compared to when the ratio was set to 50%: 50%.
[0073]
18 shows an analysis result No. 8 indicates “variation due to ball diameter”. This figure shows the analysis result no. Further, the case of I: I-1 = 100%: 0% is superimposed and displayed in FIG. As shown in this figure, first, by aligning the phases of the moving blocks 2 (2lx = nl × κDa), the pitching accuracy becomes particularly high. Next, by setting the ratio I: I-1 of the change in the number of effective balls to 50:50, the pitching accuracy is increased, and the radial rigidity is also increased. Moreover, the pitching accuracy is further improved by setting the ratio I: I-1 of the change in the number of effective balls to 100: 0.
[0074]
19 shows an analysis result No. 9 “Basic dynamic load rating by ball diameter” is shown. The calculation result of basic dynamic load rating is the above analysis result No. The same calculation formula as shown in 6 was used.
[0075]
The analysis result No. 1-No. The following conclusions can be drawn from 9: It was found that the accuracy and rigidity of the linear motion ball guide system with a fixed block length increased as the ball diameter decreased. Here, the rigidity is estimated from the vertical displacement α1, and increases as the displacement α1 decreases. It was found that the basic dynamic load rating that affects the service life increases as the ball diameter increases.
[0076]
It has been found that the influence due to the relative position of the ball in the moving block 2 being different between the front and rear moving blocks is quite large.
[0077]
Furthermore, it was found that the effect of the change ratio on the number of effective balls that change when the stroke is performed is also significant. The smaller the change in the number of effective balls due to the stroke (I: I-1 is closer to 100%: 0%), the smaller the influence of the ball diameter on the pitching accuracy, and the larger (I: I-1 is 50%). : The closer to 50%), the smaller the influence of the ball diameter on the stiffness and the variation of the maximum distributed load.
[0078]
However, since the block span is actually set by the user and the raceway surface length is fixed, it can be said that the smaller the ball diameter, the higher the performance. Here, what can be immediately applied to the actual machine is to finely adjust the block span of the user setting. If the actual machine allows a little special specifications, it is necessary to confirm the actual load conditions and adjust the crowning shape so that the effective ball number change ratio is optimal.
[0079]
Table 1 shows an example of the rolling element pitch κDa—the raceway surface length 2Ux—the block span 2lx—the basic dynamic load rating C. κ = 1.003, and the block length 2Ux is brought close to the previously set value 80.4 mm. If each condition is selected to a value as shown in this figure, the pitching accuracy of the linear motion ball guide system can be increased or the accuracy in the radial direction can be increased. This value is merely an example, and various values can be set as long as the above calculation formula is satisfied.
[0080]
[Table 1]

[0081]
Although the linear motion ball guide system has been described as the object of the analysis, the present invention is not limited to the linear motion ball guide, and can be applied to a rolling guide device using a roller as a rolling element. The present invention can also be applied to rolling guide devices such as ball bushes and ball splines. Furthermore, a short retainer type that does not circulate through the rolling element may be used as the rolling element. Further, the rail is not limited to a straight line, and a rail may be used.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the ratio between the range in which the number of effective rolling elements is I and the range in which I-1 is in the 2κ Da stroke of the moving member in which the relative position of each rolling element and the moving member changes. However, since the raceway surface length and the rolling element diameter are selected to be about 100%: about 0%, the accuracy of the rolling guide device system, in particular, the pitching accuracy can be remarkably increased.
[0084]
According to the present invention, in the rolling guide device system in which a plurality of moving members are assembled on the track shaft, the block span is adjusted so that the relative positions of the rolling elements in the plurality of moving members are aligned. The accuracy of the device system, in particular, the pitching accuracy can be significantly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a linear motion ball guide system.
FIG. 2 is a perspective view showing a linear motion ball guide.
FIG. 3 is a diagram showing analysis setting conditions ((A) in the figure is a plan view, and (B) in the figure is a side view).
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional shape of a moving block in the longitudinal direction.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a stroke and a ball position.
FIG. 6 is a diagram showing a state of the number of effective balls ((A) in the figure shows the number of effective balls in design, and (B) in the figure shows the actual number of effective balls).
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a track rail, a moving block, and a ball position.
FIG. 8 is a diagram showing a load distribution state.
FIG. 9 is a diagram showing application of the beam theory of the block jaw.
FIG. 10 is a diagram showing a Newton-Raphson method.
FIG. 11 is a graph showing the influence of a stroke ((A) in the figure shows vertical displacement, (B) shows pitching angle, and (C) shows distributed load in the figure).
FIG. 12 is a graph showing fluctuations due to ball diameter ((A) in the figure shows fluctuations in vertical displacement, (B) in the figure shows fluctuations in pitching angle, and (C) in the figure shows fluctuations in distributed load); Show).
FIG. 13 is a graph showing fluctuations due to the ball diameter when the phases of moving blocks are aligned ((A) in the figure shows fluctuations in vertical direction, (B) in the figure shows fluctuations in pitching angle, (C) shows the variation of the distributed load).
FIG. 14 is a graph showing fluctuations due to the ball diameter when the phases of the moving blocks are aligned and the track surface length is arbitrarily multiplied by the ball pitch ((A) in the figure shows fluctuations in vertical displacement; B) shows the fluctuation of the pitching angle, and (C) in the figure shows the fluctuation of the distributed load).
FIG. 15 is a graph comparing fluctuations due to the ball diameter for each condition ((A) in the figure shows fluctuations in vertical displacement, (B) in the figure shows fluctuations in pitching angle, and (C) in the figure) Indicates the variation of the distributed load).
FIG. 16 is a graph showing a basic dynamic load rating according to a ball diameter.
FIG. 17 is a graph showing fluctuations due to the ball diameter when the phases of the moving blocks are aligned and the raceway surface length is arbitrarily multiplied by the ball pitch ((A) in the figure shows fluctuations in vertical displacement; B) shows the fluctuation of the pitching angle, and (C) in the figure shows the fluctuation of the distributed load).
FIG. 18 is a graph comparing fluctuations due to ball diameter for each condition ((A) in the figure shows fluctuations in vertical displacement, (B) shows fluctuations in pitching angle, and (C) in the figure) Indicates the variation of the distributed load).
FIG. 19 is a graph showing basic dynamic load rating according to ball diameter.
[Explanation of symbols]
1 Track rail (track axis)
2 Moving block (moving member)
4 balls (rolling elements)

Claims

複数の軌道レールと、前記軌道レールに複数組み付けられるとともに、それぞれが軌道面を有する移動部材と、前記軌道レールと前記軌道面との間に配置される複数の転動体と、前記軌道面の一端まで転がった前記転動体を前記軌道面の他端に戻す戻し通路とを備え、前記軌道レールに対する前記移動部材の相対的な移動に伴って前記転動体が転がり、各転動体と前記移動部材との相対位置が変化する転がり案内システムにおいて、前記軌道面の長さ（２Ｕｘ）は、前記転動体のピッチ（κＤａ）の整数倍であり、
前記複数の移動部材内の転動体の相対位置が揃うように、前記移動部材のスパンを、２κＤａの整数倍にすることを特徴とする転がり案内装置システム。A plurality of track rail, Rutotomoni assembled plurality to said track rail, a moving member, each having a raceway surface, and a plurality of rolling elements disposed between the track rail and the raceway surface of the raceway surface A return path for returning the rolling element that has rolled to one end to the other end of the raceway surface, and the rolling element rolls as the moving member moves relative to the track rail, and each rolling element and the moving member in the guidance system rolling relative position changes with the length of the raceway surface (2Ux) is Ri integral multiple der pitch (κDa) of the rolling element,
Wherein the plurality of such relative positions of the rolling elements in the moving member are aligned, wherein the span of the moving member, the rolling rising guide device system that characterized to Rukoto to an integral multiple of 2KappaDa.