볼 나사

2개의 볼나사가 있는 사진.삽입 이미지는 상단 나사의 볼 어셈블리를 클로즈업한 사진입니다.좌측 인셋: 리테이너 브래킷, 느슨한 볼 및 튜브를 보여 주는 재순환 튜브 탈거우측 삽입: 너트 캐비티를 더 가까이에서 볼 수 있습니다.

볼 나사(또는 볼 나사)는 마찰이 거의 없는 회전 운동을 선형 운동으로 변환하는 기계식 선형 액추에이터입니다.나사형 샤프트는 정밀 나사 역할을 하는 볼 베어링을 위한 나선형 궤도입니다.높은 추력 하중을 가하거나 견딜 수 있을 뿐만 아니라 최소한의 내부 마찰로 이를 수행할 수 있습니다.공차를 좁히도록 제작되었기 때문에 고정밀이 필요한 상황에서 사용하기 적합합니다.볼 어셈블리는 너트 역할을 하고 나사형 샤프트는 나사 역할을 합니다.기존의 리드 스크루와 달리 볼을 재순환하는 메커니즘이 필요하기 때문에 볼 스크루는 다소 부피가 큰 경향이 있습니다.

회전 로드에 기반한 또 다른 형태의 선형 액추에이터는 나사산 없는 볼 나사, 즉 "롤링 링 구동"입니다.이 설계에서는 매끄러운(나사 없는) 액추에이터 로드 또는 샤프트를 둘러싼 하우징에 3개 이상의 롤링 링 베어링이 대칭으로 배치됩니다.베어링은 로드에 대해 각도로 설정되며, 이 각도로 로드의 회전당 선형 운동 방향과 속도가 결정됩니다.기존의 볼나사 또는 리드나사보다 이 설계의 장점은 프리로드 너트에 의한 백래시와 부하가 실질적으로 제거된다는 것입니다.

적용들

볼 나사는 항공기 및 비산물에 사용되며, 특히 와이어에 의한 전기 플라이의 경우 제어면을 이동하기 위해 사용되며, 전기 모터에서 스티어링 랙의 축방향 운동으로 회전 운동을 변환하기 위해 자동차 파워 스티어링에 사용됩니다.공작기계, 로봇, 정밀 조립 장비에도 사용됩니다.고정밀 볼 나사는 반도체 제조용 스테퍼에 사용됩니다.

역사

볼 나사는 H.M.에 의해 독립적으로 발명되었다.스티븐슨과 D.1898년 특허 출원된 글렌은 각각 601,451건과 61만044건이다.

초기 정밀 나사축은 고정밀 나사축에서 시작하여 여러 개의 스프링^{[citation needed]} 장착 너트 랩으로 축을 래핑하여 제작되었습니다.너트 랩을 재배치하고 반전시킴으로써 너트와 샤프트의 세로 오차를 평균화했습니다.그런 다음 매우 반복 가능한 샤프트의 피치를 거리 기준에 따라 측정합니다.오늘날 기준 표준 나사 축 또는 마스터 제조 나사 ^{[citation needed]}축을 생산하기 위해 유사한 공정을 사용하는 경우가 있습니다.

볼 나사는 James Web 우주 망원경의 전개식 타워 어셈블리(DTA) 구조를 확장하는 데 사용됩니다.

설명 및 조작

본래의 정확도를 유지하고 긴 수명을 보장하려면 먼지와 연마재 입자에 의한 오염을 방지하기 위해 세심한 주의가 필요합니다.고무 또는 가죽 벨로우즈를 사용하여 작업 표면을 완전히 또는 부분적으로 둘러싸면 됩니다.또 다른 해결책은 여과된 공기를 반밀폐 또는 개방된 인클로저에서 사용할 때 정압을 사용하는 것입니다.

볼 나사는 마찰을 줄이면서도 프리로드로 작동하여 입력(회전)과 출력(선형 운동) 사이의 백래시(슬롭)를 효과적으로 제거할 수 있습니다.이 기능은 CNC 공작 기계 및 고정밀 모션 애플리케이션(와이어 본딩 등)과 같이 컴퓨터로 제어되는 모션 제어 시스템에 사용되는 경우 필수적입니다.

이점

볼 나사의 마찰력이 낮기 때문에 다른 제품에 비해 기계적 효율이 높습니다.일반적인 볼 나사는 90 %의 효율을 얻을 수 있지만, 같은 크기의 Acme 리드 나사는 20 ~25 %의 효율을 얻을 수 있습니다.너트와 나사 사이에 슬라이드 마찰이 없기 때문에 나사 어셈블리의 수명이 길어지고(특히 백플래시 없는 시스템에서는), 유지 보수 및 부품 교체에 필요한 다운타임이 감소하며 윤활 수요도 감소합니다.이는 전체적인 성능상의 이점과 전력 요건의 감소와 결합되어 볼 나사 사용에 따른 초기 비용을 상쇄할 수 있습니다.

볼 나사는 리드 나사와 너트의 조합에서 흔히 볼 수 있는 백래시를 줄이거나 제거할 수도 있습니다.볼 나사와 볼 너트 사이에 "움직임"이 없도록 볼을 미리 적재할 수 있습니다.이것은 공작 기계와 같이 스크루에 가해지는 하중이 빠르게 변화하는 경우에 특히 적합합니다.

단점들

리드 각도에 따라 볼 나사는 내부 마찰이 낮기 때문에 역구동될 수 있습니다(즉, 나사축을 직선적으로 구동하여 볼 너트를 회전시킬 수 있습니다).커터가 워크를 잡고 스스로 이송하는 것을 방지하기 위해 서보 모터의 강성이 요구되기 때문에 커터와 공작물이 최적의 이송 속도를 초과하여 효과적으로 끼이거나 충돌하여 커터와 공작물을 망가뜨리는 경우 일반적으로 수동 이송 공작 기계에는 적합하지 않습니다.Acme 나사는 제조 비용이 저렴하기 때문에 비용도 큰 요인입니다.

제조하다

볼 나사 축은 롤링 방식으로 제작할 수 있으며, 정확도는 떨어지지만 저렴하고 기계적으로 효율적인 제품을 생산할 수 있습니다.압연 볼 나사의 위치 정밀도는 피트당 수천분의 1인치입니다.

정확성.

고정밀 나사축은 일반적으로 피트당 1000분의 1인치(830나노미터/cm) 이상으로 정밀합니다.그것들은 역사적으로 가공되어 대소문자를 구분한 다음 연마되어 왔다.고온 가공으로 인해 공작물이 ^[1]뒤틀리기 때문에 3단계 공정이 필요합니다.하드스피어링은 워크의 발열을 최소화하는 최신(2008) 정밀가공 기술로 케이스 경화 ^[2]바 스톡에서 정밀나사를 제작할 수 있습니다.

계측기 품질 나사축은 일반적으로 센티미터당 250나노미터로 정밀합니다.광학 거리 측정 장비와 특수 공구를 갖춘 정밀 밀링 머신에서 생산됩니다.비슷한 기계가 광학 렌즈와 거울을 만드는 데 사용된다.계측기 나사 축은 일반적으로 온도가 너무 많이 변하지 않도록 Invar로 제작됩니다.

볼 나사는 C0(^[3]최정밀)부터 C10까지 "정확도 등급"을 사용하여 분류됩니다.

볼 리턴 시스템

순환 볼은 나사 및 너트의 나사산 형태로 이동하고 볼은 다양한 유형의 리턴 메커니즘을 통해 재순환됩니다.볼 너트에 리턴 메커니즘이 없는 경우 볼이 너트 끝에 닿을 때 볼 너트 끝에서 떨어집니다.이러한 이유로 여러 가지 재순환 방법이 개발되었습니다.

외부 볼 너트는 작은 픽업 핑거를 사용하여 트랙웨이에서 볼을 픽업하는 스탬프 튜브를 사용합니다.볼은 튜브 내부를 이동한 다음 나사산 레이스웨이로 다시 교체됩니다.

내부 버튼 볼 너트는 가공 또는 주조 버튼 스타일의 리턴을 사용하여 볼이 레이스웨이 트랙을 빠져나와 나사산 하나를 움직인 후 레이스웨이로 재진입할 수 있습니다.

엔드캡 리턴 볼 너트는 볼 너트 단부에 캡을 사용한다.캡은 너트 끝단에서 나오는 볼을 들어 볼 너트를 따라 가로로 천공된 구멍으로 유도하도록 가공되어 있습니다.너트 반대편에 있는 보완 캡은 볼을 다시 레이스웨이로 향하게 합니다.

리턴 볼에 상당한 기계적 하중이 가해지지 않으며 리턴 경로에 사출 성형 저마찰 플라스틱 부품이 포함될 수 있습니다.

스레드 프로파일

표준 볼 베어링과 같이 볼의 적절한 롤링 동작을 얻으려면 볼이 한 방향으로 장착되었을 때 너트와 한 지점에서 볼이 접촉하고 나사와 한 지점에서 접촉해야 합니다.실제로 대부분의 볼 나사는 최소 4개의 지점에서 볼에 약간의 하중이 가해지도록 설계되어 있으며, 2개는 너트에 접촉하고 2개는 나사에 접촉합니다.이것은 볼보다 약간 큰 반지름을 가진 나사산 프로파일을 사용하여 이루어지며, 접점 주변의 탄성 변형이 다른 롤링 엘리먼트 베어링과 같이 0이 아닌 작은 접촉 영역을 얻을 수 있도록 반지름의 차이를 작게 유지합니다(예: 평평한 면이 있는 단순한 V 나사산은 부적절함).이를 위해 스레드는 보통 "고딕 아치" 프로파일로 가공됩니다.단순한 반원형 나사산 프로파일을 사용하는 경우, 접촉점은 외측과 내측 가장자리 두 지점에만 있으므로 축방향 하중에 저항하지 않습니다.

프리로드

백래시를 제거하고 특정 용도에 대한 최적의 강성 및 마모 특성을 얻기 위해 일반적으로 제어된 양의 프리로드가 적용됩니다.이것은 조립 시 볼이 "밀착"되도록 부품을 가공함으로써 달성되는 경우가 있지만, 이는 프리로드 제어가 잘 되지 않으며 마모되도록 조정할 수 없습니다.볼 너트는 기계적으로 단단히 연결된 두 개의 개별 너트로 설계하는 것이 일반적이며, 한 너트를 다른 너트에 대해 회전시켜 상대적인 축 변위를 생성하거나 두 너트를 축 방향으로 단단히 고정하고 다른 너트에 대해 회전시켜 볼 세트가 다음과 같이 됩니다.축방향으로 치환되어 프리로드가 생성됩니다.

방정식

T=black {Fl}{2\pi \nu }

기존 방식으로 회전식 입력 구동 또는

F=frac {2\pi \nu T}{l}

선형 힘이 시스템을 역주행하는 경우

${\mathit {T}}$ 서 T $({displaystyle {T$ })는 나사 또는 너트에 가해지는 ${\mathit {F}}$ 이고 $F({$ { $F})$ 는 $\mathit{F}$ 선형력, $({displaystyle$ { $l})$ 은 ${\mathit {l}}$ 볼 나사 리드, $\nu$ 【{ $displaystyle \nu}$ 는 $\nu$ $\nu$ 나사 효율입니다.

사용하는 표준의 선택은 공급자와 사용자 간의 합의이며 나사 설계에 어느 정도 의미가 있습니다.미국에서는 ASME가 B5.48-1977 스탠다드 「Ball Screws」를 개발했습니다.

「」를 참조해 주세요.

볼 스플라인 – 토크를 전달할 수 있는 선형 모션 베어링 유형
잭 스크류 – 리드 스크루를 돌려 작동하는 기계식 리프팅 장치
리드스크류 – 메커니즘의 링크로 사용되는 나사
선형 액추에이터 – 직선으로 움직임을 만드는 액추에이터
선형 운동 베어링 – 한 방향으로 자유 운동을 제공하도록 설계된 기계식 베어링
재순환 볼 – 차량 스티어링 메커니즘
롤러 나사

레퍼런스

^ Schrillo Company의 웹사이트.
^ Leistritz Company의 판매 자료입니다.
^ "Accuracy of the Ball Screw" (PDF). THK.

[1] Schrillo Company의 웹사이트.

[2] Leistritz Company의 판매 자료입니다.

[3] "Accuracy of the Ball Screw" (PDF). THK.

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