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機械設計初心者です。

今、台形ネジを使った小型の搬送ロボットの試作をしたいと思っています。

といっても、販売するとかではなく 初心者である私の勉強を兼ねたロボットを
つくるのが目的です。

台形ネジで搬送するわけですが、ネジにナットをはめる必要があると思います。

インターネット等で調べるとフランジ付きナットやブロックナットといったものが
ありますが、

それらは どのようにして使えばいいのですか?

ブロックナットはなんとなくわかります。
おそらく ナットの上にねじ穴があるので 搬送したいテーブル等をネジ止めで固定するの
だと想像しています。



ブロックナットの見本のページのURL
http://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/110300085430/



フランジ付きナットは上側ではなく移動方向に穴が空いていますが、
これは上ではなく横に移動させたいものをネジ止めして使うのでしょうか?
(その際、台形ネジが通る穴もあける必要があると思います)


フランジ付きナットの見本のページのURL
http://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/110300084910/


初心者上にまったくわかりません。

教えていだたけないでしょうか?

A 回答 (4件)

NO・3です。



>>般的にはフランジを使うほうが軸位置などの調整が簡単で、ナットが磨耗しても全体の再調整が不要なフ<ランジ交換で済むという利点があります。


>軸位置の調整とはどういったことでしょうか?


Aの場合(台形)ネジの軸心位置はネジの両端のベアリング取り付けで決定されます。ネジと並行に移動するテーブルも、それにネジで固定されるブロックナットも組み立てた時点で軸心からの距離は設計と部品の寸法で決定され、調整は不可能です。
> 軸はベアリング等の軸受けの位置で軸の位置も決まると思うのですが・・・・

ですから、ネジ両軸の軸受け位置を動かしたりする必要が生じ、相互間の調整がなかなか難しいのです。

フランジは、ネジで取り付けるときに上下左右に比較的自由に微調整できます


>また、フランジだと摩耗しても再調整が不要といわれていますが
そのあたりもイメージが難しいです・・・

フランジだけを抜き取り、新しいものに取り替えるだけで再稼動が可能になります。
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この回答へのお礼

何度も回答いただきありがとうございます。


<ですから、ネジ両軸の軸受け位置を動かしたりする必要が生じ、相互間の調整がなかなか難しいのです。

<フランジは、ネジで取り付けるときに上下左右に比較的自由に微調整できます


想像できました。
最初の軸受けの設計が全てで その精度も必要そうですね。

平行がでていないと軸が摩耗しやすいとも聞きますし 
検討してみます。

ありがとうございました

お礼日時:2013/04/24 09:20

搬送ロボットの構造が見えませんので、ネジをどのように移動と関連させるのかが分かりませんが、


基本としてはA ネジは前後を固定して回転させるだけで、ナットを移動させるのか
B ナットを固定してネジを前後に(回転によって)動かすのか、の2方法があると思います。
ネジと並行に動くテーブルを考えた場合、A ではブロックをテーブル(下)に取り付けてネジをまわす、あるいは穴の開いた薄い板をテーブルから出して、それにフランジをネジ止めするということになります。

一般的にはフランジを使うほうが軸位置などの調整が簡単で、ナットが磨耗しても全体の再調整が不要なフランジ交換で済むという利点があります。

B の場合はブロックを使うほうがいいと思います。


一般的なことですが、台形ネジはこのような使い方をするネジとして摩擦損が小さく、磨耗に強い(耐久性がある)ので良く使われます。万力のネジなどは大抵これです。

この回答への補足

回答ありがとうございます。

非常に興味深いです。

私の場合はAになります。

回答の中でいわれていた

<一般的にはフランジを使うほうが軸位置などの調整が簡単で、ナットが磨耗しても全体の再調整が不要なフ<ランジ交換で済むという利点があります。


軸位置の調整とはどういったことでしょうか?
軸はベアリング等の軸受けの位置で軸の位置も決まると思うのですが・・・・

また、フランジだと摩耗しても再調整が不要といわれていますが
そのあたりもイメージが難しいです・・・

よろしければ そのあたりについても教えてもらえないでしょうか?

補足日時:2013/04/22 08:07
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> それらは どのようにして使えばいいのですか?


基本的にはご理解の通りで、コストと使用目的に応じて使い分けます。

設計時において
・ブロックは移動対象と駆動部が別物なので、装置サイズが大きくなりがち。
・フランジは移動対象に駆動軸が組み込めるため、小型化が図れる。

メンテナンスにおいて:
・ブロックは対象物と駆動部を切り離すのが比較的簡単なため、交換も容易。
・フランジは駆動ネジを対象物に空けた穴を通すため、交換が面倒。


垂直搬送においてはフランジタイプを用いることで、搬送ネジ軸にかかるモーメントを多少軽減する事が期待出来ます。
重量のある物を水平移動させる場合には搬送ネジが荷重でタワんでしまっては困りますから、他に荷重を受ける支持レールを設け、移動に関する力だけを搬送ネジに受け持たせます。

ちなみに、台形ネジはボールねじに比べてバックラッシが大きいので、精密位置決めが必要な場合はバックラッシ対応タイプのナットを使います。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

丁寧に教えてくれたので初心者でもわかりやすいです。

確かにフランジだとメンテナンスが大変そうですね。
(考えてなかった視点です)

こう部品の意味を考えると機械設計は 興味深くおもしろいですね。
今後も 機械設計にはまりそうです。

今回は、精密さを要求されないので 普通のナットを使おうと思います。

ありがとうございました。

お礼日時:2013/04/19 21:41

どのようにして使うということではなくて、実際に使用する場合にどちらを使うことができるか、都合が良いかで設計者が選ぶことができるように2つの種類が用意されています。


フランジ付きの方が力のバランスが均等で良いのですが、設計上都合が悪い場合はブロックナット型にするしかないでしょう。
勝手に選んでください。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

私事ですが、今回はどっちでもいいです。

使い方自体がわからないという 情けない状態です・・・

お礼日時:2013/04/19 21:37

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→配管長さが長いと圧損が大きいので流量が多い。
配管が短いと圧損が小さい→流量が少ない。

以上のイメージから配管を長くすればするほど必要流量が大きくなる。
ポンプの性能で最大流量が決まっているので、ある長さから必要な流量をまかなえなくなる。
そのため、それ以上の長さになると流体は配管の途中で止まってしまう。
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Aベストアンサー

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圧力損失が増えると流量が多く必要となる。
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(多く必要となる=設計者の意思?)
→配管長さが長いと圧損が大きい
ので流量が多い。=>流量は小さい
配管が短いと圧損が小さい→流量が少ない。=>流量は多い

以上のイメージから配管を長くすればするほど必要流量が大きくなる。
必要流量=だれが必要としているのか?

→配管を長くすれば、圧損がふえ、流量が減る。

ポンプの性能で最大流量が決まっているので、ある長さから必要な流量をまかなえなくなる。
それ以上の長さになると流体は配管の途中で止まってしまう。
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呼び径 40mm の 30°台形ねじ(P=6mm、有効径d2=37mm)を用いたネジジャッキがある。
このジャッキで荷重 W=4900N(500kgf) を持ち上げる場合、
(1)リード角θ
(2)持ち上げるためのトルクT
(3)ジャックを回すための棒の長さlを 400mm としたとき、棒の端に加えるべき力F
(4)このネジの効率η
(5)この荷重を1分間に 300mm 持ち上げる時に必要な動力L

を求めたい。(ただしネジの摩擦係数はμ=0.15)

参考書などを調べたところ、tanθ=p/πd2
T=(d2/2)W{(p+πd2μ)/(πd2-pμ)}

があり、代入したのですが答が合いませんでした。

(ネジの効率ηはη=Wp/2πTで求めたところ、247.7となり、一桁違ってしまいました…。Tは下の答を使いました。)

上の式は間違っているのでしょうか?
また、よい解き方があればアドバイスください。
理解するのに時間がかかるかもしれませんが、ちゃんと理解したいです。よろしくお願いします。

ちなみに答は
θ=2.95°
トルクT=18.9N・m (1.93kgf・m)
力F=47.3N (4.83kgf)
効率η=24.7%
動力L=0.0992kW (0.135PS)
でした。

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このジャッキで荷重 W=4900N(500kgf) を持ち上げる場合、
(1)リード角θ
(2)持ち上げるためのトルクT
(3)ジャックを回すための棒の長さlを 400mm としたとき、棒の端に加えるべき力F
(4)このネジの効率η
(5)この荷重を1分間に 300mm 持ち上げる時に必要な動力L

を求めたい。(ただしネジの摩擦係数はμ=0.15)

参考書などを調べたところ、tanθ=p/πd2
T=(d2/2)W{(p+πd2μ)/(πd2-pμ)}

があり、代入した...続きを読む

Aベストアンサー

質問中の式で検算をしてみました。

リード角をθとすると、tanθ=p/(π*d2)
θ=tan^(-1){p/(π*d2)}
=tan^(-1){6/(π*37)}
=2.956°

ねじを回転させるトルクTは
T=d2/2*W*{(p+π*d2*μ)/(π*d2-p*μ)}
 =37/2*4900*{(6+π*37*0.15)/(π*37-6*0.15)}
 =18419.3N・mm=18.4N・m

ねじの効率をηとすると
η=W*p/(2*π*T)
=4900*6/(2*π*18419.3)=0.254→25.4%
(T=18.9N・mを代入すると、η=24.7%になります)

答と近似値の計算結果になりました。

トルクTの式は、すみませんが私の知らない式です。
リード角の式 tanθ=p/(π*d2)でしたら説明できます。
リードはネジが1回転する時のネジの直線移動量ですね。
つまり、ねじ有効径の円周π*d2分回転した時に、ねじはpだけ直線移動します。リード角はπ*d2を底辺、リードpを高さとした直角三角形の傾きです。tanθ=p/(π*d2)は直角三角形の傾きですね。
効率の式は、ねじのエネルギー(仕事)の効率=直線運動/回転運動 を示しています。

次に適当ですが、トルクの式を考えてみました。

傾きθ(リード角)の斜面があり、ここに垂直方向(斜面との角度θ)の荷重Wが作用します。Wを持ち上げる力=ねじを回転させる力F0は、水平方向に作用します。
そうすると、F0の分力がWを斜面上に押し上げるという力の釣り合いの関係が成立します。

斜面を押し上げる時に作用する摩擦力(摩擦係数μ=0.15)を考慮した釣り合い式は
F0*cosθ=W*sinθ+μW*cosθ
F0=W/cosθ*(sinθ+μ*cosθ)
 =4900/cos2.95*(sin2.95+0.15*cos2.95)
 =987.5N

F0は有効径円周上に作用する力なので
T=F0*r=T*d2/2=987.5*37/2*10^(-3)
 =18.3N・m

さらに腕の長さ0.4mより
F=T/0.4=45.8N

次に動力を計算してみます。
動力L=T*n/974/ηk
  ηk:機械効率 一般的に0.7~0.9
    →通常は使用しない値ですが、答より1.0と設定。
1分間に300mmより、回転数n=300/p=300/6=50rpm
L=T*n/974/ηk=18.3/9.8*50/974/1.0
 =0.0959kW

上記の計算は、適当に考えてみたものです。
必ず先生に答の求め方(考え方)を確認した方が良いと思います。以上、参考でした。

質問中の式で検算をしてみました。

リード角をθとすると、tanθ=p/(π*d2)
θ=tan^(-1){p/(π*d2)}
=tan^(-1){6/(π*37)}
=2.956°

ねじを回転させるトルクTは
T=d2/2*W*{(p+π*d2*μ)/(π*d2-p*μ)}
 =37/2*4900*{(6+π*37*0.15)/(π*37-6*0.15)}
 =18419.3N・mm=18.4N・m

ねじの効率をηとすると
η=W*p/(2*π*T)
=4900*6/(2*π*18419.3)=0.254→25.4%
(T=18.9N・mを代入すると、η=24.7%になります)

答と近似値の計算結果になりました。

トルクTの式は、すみ...続きを読む

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