KR101072753B1

KR101072753B1 - 롤링 기계 요소

Info

Publication number: KR101072753B1
Application number: KR1020067025998A
Authority: KR
Inventors: 시게오 시미즈
Original assignee: 티에치케이 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2011-10-11
Also published as: US7645072B2; WO2005108807A1; CN100494706C; DE112004002855T5; KR20070007390A; US20070211969A1; CN101027499A

Abstract

가이드 블록(볼 가이드, 롤러 가이드 등의 경우)이나 외통(볼 스플라인, 볼 부시 등의 경우)의 궤도면 단부에 타원형을 기초로 한 크라우닝을 형성함으로써, 상기 크라우닝 단부에 가까운 부분에서도 롤링 부재에 많은 부하가 작용하도록 하여, 부하 능력, 강성 및 정밀도를 비약적으로 높인다. 궤도면(14)이 형성된 제1 부재(11)와, 상기 제1 부재가 롤링 부재(13)를 통해 설치되고 상기 제1 부재(11)를 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재(12)를 구비하고, 롤링 부재(13)가 궤도면(14)에 정렬 상태로 출입함으로써 제1 부재(11)가 제2 부재(12)의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성되고, 롤링 부재(13)의 출입점이 되는 제1 부재(11)의 궤도면(14)의 단부에 타원형(15)을 기초로 한 크라우닝(14a)을 형성한 구성을 특징으로 한다.

궤도면, 롤링 부재, 크라우닝, 롤링 기계 요소, 가이드 블록

Description

롤링 기계 요소{ROLLING MACHINE ELEMENT}

본 발명은 볼 가이드, 롤러 가이드, 볼 스플라인 및 볼 부시 등의 롤링 기계 요소에 관한 것으로, 특히 가이드 블록(볼 가이드, 롤러 가이드 등의 경우)이나 외통(볼 스플라인, 볼 부시 등의 경우)의 궤도면 단부에 타원형을 기초로 한 크라우닝을 형성함으로써 상기 크라우닝 단부에 가까운 부분에서도 롤링 부재(rolling member)에 많은 부하가 작용하도록 하여, 부하 능력, 강성 및 정밀도를 비약적으로 높인 롤링 기계 요소에 관한 것이다.

도9에 도시한 바와 같이, 볼 가이드(1)는 가이드 블록(2)이 레일(3) 상을 화살표 A 또는 화살표 B 방향으로 이동 가능하게 구성된 것이며, 가이드 블록(2) 내에 있어서는 롤링 부재의 일예인 다수의 볼(4)이 정렬 상태로 순환 구름 이동하고 있고, 궤도면 길이(lt)의 범위 내에 위치하는 볼(4)이 레일(3)의 궤도면(3a) 및 가이드 블록(2)의 궤도면(2a)에 접촉함으로써 가이드 블록(2)에 작용하는 외부 하중을 지지하도록 되어 있다.

롤러 가이드, 볼 스플라인 및 볼 부시 등도 마찬가지로 롤링 부재가 순환 구름 이동하는 구성으로 되어 있지만, 볼 슬라이드나 크로스 롤러 가이드 등과 같이 롤링 부재가 순환하지 않는 구성인 것도 있다.

어느쪽이든, 이들 롤링 기계 요소에 있어서 궤도면 양단부에 어떻게 크라우닝을 부여할지는 주행 정밀도나 수명 등 모든 성능을 정해버릴 정도로 중요한 요인이다(비특허 문헌 1).

그러나, 종래의 크라우닝(2b)은 도10에 도시한 바와 같이 크라우닝 길이[크라우닝 시점(o)으로부터 크라우닝 단부(a)까지의 길이](Xr), 크라우닝 릴리프량(λe)이 되고, 크라우닝 시점(o)에 있어서 궤도면(2a)과 접하는 반경(R)의 원호(5)를 기초로 한 것이었다. 또한, 이 반경(R)은 수학식 1로 표시되고, 원호(5)는 수학식 2로 표시되는 것이다.

[수학식 1]

[수학식 2]

원호(5)를 충실하게 형성하는 것은 제조 비용의 상승으로 이어지므로, 실제로는 도11에 도시한 바와 같이 원호(5)를 기초로 하면서 크라우닝 시점(o)과 크라우닝 단부(2c)의 크라우닝 릴리프량(λe)만큼 릴리프한 점(a)을 연결하는 직선 형상으로 모따기하거나, 또는 도12에 도시한 바와 같이 크라우닝 시점(o)으로부터 원호(5) 상의 점(d), 점(c), 점(b) 그리고 점(a)를 각각 정점으로 하는 다각형 형상 으로 형성하고 있었다.

그런데, 원호 크라우닝의 경우에는 도10에 도시한 바와 같이 크라우닝 시점(o)으로부터의 거리(x)에 대한 크라우닝 릴리프량(λx)이, 거리(x)가 짧은 동안에 커져 버리므로 평탄한 궤도면(2a)에 위치하는 볼(4)이 받는 하중에 대한 크라우닝 길이(Xr)의 범위 내에 위치하는 볼(4)의 부하의 비율(부하율)이 낮게 되어 있었다.

이는 즉 궤도면 길이(lt) 내에 위치하고 있는 볼(4)을 충분히 완전히 살리고 있지 않은 것을 의미하는 것이며, 부하 용량, 강성 및 정밀도를 높이기 위해서는 크라우닝의 형상을 원호 형상과는 다른 형상을 기초로 하는 것으로 바꿀 필요가 있었다.

비특허 문헌 1 : 시미즈 시게오 : 직동 볼 가이드 시스템의 부하 분포와 정밀도·강성에 관한 연구, 정밀 공학회지, 58, 11(1992)

비특허 문헌 2 : 시미즈 시게오 : 직동 베어링의 동정격 하중에 대해, 일본 트라이볼러지학회, 44, 11(1999)

비특허 문헌 3 : 시미즈 시게오 : 직동 롤링 안내 요소의 동부하 용량, 광제당(廣濟堂) 인쇄(1999)24

본 발명은 상기한 종래 기술의 결점을 없애기 위해 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 것은 롤링 부재가 부하를 받으면서 롤링 운동하는 궤도면이 형성된 제1 부재와, 상기 제1 부재가 롤링 부재를 통해 설치되고 상기 제1 부재를 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재를 구비하고, 롤링 부재가 궤도면에 정렬 상태로 출입함으로써 제1 부재가 제2 부재의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성된 롤링 기계 요소에 있어서, 롤링 부재의 출입점이 되는 제1 부재의 궤도면의 단부에 타원형의 크라우닝을 형성함으로써, 크라우닝의 범위 내에 위치하는 롤링 부재의 부하율을 향상시켜 롤링 기계 요소의 부하 용량, 강성 및 정밀도를 높이는 것이다.

또 다른 목적은, 상기 구성에 있어서 롤링 부재의 출입점이 되는 제1 부재의 궤도면의 단부에, 소정의 크라우닝 릴리프량을 단축의 1/2로 하는 타원형의 크라우닝을 형성함으로써 규격이나 사양 등에 따라 정해진 최대 레이디얼 하중이 작용하였을 때에 크라우닝 단부에 위치하는 롤링 부재에 작용하는 롤링 부재 하중이 정확히 0이 되도록 하는 것이며, 또한 이에 의해 롤링 부재의 부하율을 높게 유지하면서 궤도면 부하권으로의 롤링 부재의 원활한 진입과 송출을 가능하게 하는 것이다.

또 다른 목적은, 상기 구성에 있어서 제1 부재의 궤도면의 단부에, 소정의 크라우닝 릴리프량을 단축의 1/2로 하는 타원을 기초로 하고, 상기 타원 상의 복수점을 정점으로 하는 다각형 형상의 크라우닝을 형성함으로써, 크라우닝의 가공을 용이하게 하여, 부하 용량, 강성 및 정밀도를 높인 롤링 기계 요소의 제조 비용을 저감시키는 것이다.

요컨대, 본 발명(청구항 1)은 롤링 부재가 부하를 받으면서 롤링 운동하는 궤도면이 형성된 제1 부재와, 상기 제1 부재가 롤링 부재를 통해 설치되고 상기 제1 부재를 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재를 구비하고, 상기 롤링 부재가 상기 궤도면에 정렬 상태로 출입함으로써 상기 제1 부재가 상기 제2 부재의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성된 롤링 기계 요소에 있어서, 상기 롤링 부재의 출입점이 되는 상기 제1 부재의 궤도면의 단부에, 원호형을 제외한 타원형의 크라우닝이 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명(청구항 2)은 롤링 부재가 부하를 받으면서 롤링 운동하는 궤도면이 형성된 제1 부재와, 상기 제1 부재가 상기 롤링 부재를 통해 설치되고 상기 제1 부재를 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재를 구비하고, 상기 롤링 부재가 상기 궤도면에 정렬 상태로 출입함으로써 상기 제1 부재가 상기 제2 부재의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성된 롤링 기계 요소에 있어서, 상기 롤링 부재의 출입점이 되는 상기 제1 부재의 궤도면의 단부에, 소정의 크라우닝 릴리프량을 단축의 1/2로 하는, 원호형을 제외한 타원형의 크라우닝이 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명(청구항 3)은 롤링 부재가 부하를 받으면서 롤링 운동하는 궤도면이 형성된 제1 부재와, 상기 제1 부재가 상기 롤링 부재를 통해 설치되고 상기 제1 부재를 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재를 구비하고, 상기 롤링 부재가 상기 궤도면에 정렬 상태로 출입함으로써 상기 제1 부재가 상기 제2 부재의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성된 롤링 기계 요소에 있어서, 상기 롤링 부재의 출입점이 되는 상기 제1 부재의 궤도면의 단부에, 소정의 크라우닝 릴리프량을 단축의 1/2로 하는, 원호를 제외한 타원을 기초로 하고, 상기 타원 상의 복수점을 정점으로 하는 동시에 상기 롤링 부재가 부하는 받으면서 롤링 운동하는 다각형 형상의 크라우닝이 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명(청구항 4)은 롤링 부재가 부하를 받으면서 롤링 운동하는 궤도면이 형성된 제1 부재와, 상기 제1 부재가 상기 롤링 부재를 통해 설치되고 상기 제1 부재를 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재를 구비하고, 상기 롤링 부재가 상기 궤도면에 정렬 상태로 출입함으로써 상기 제1 부재가 상기 제2 부재의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성된 롤링 기계 요소에 있어서, 상기 롤링 부재의 출입점이 되는 상기 제1 부재의 궤도면의 단부에, 원호를 제외한 타원을 기초로 하고, 상기 타원 상의 복수점을 정점으로 하는 동시에 상기 롤링 부재가 부하를 받으면서 롤링 운동하는 다각형 형상의 크라우닝이 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은, 상기한 바와 같이 궤도면이 형성된 제1 부재와, 상기 제1 부재가 롤링 부재를 통해 설치되고 상기 제1 부재를 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재를 구비하고, 롤링 부재가 궤도면에 정렬 상태로 출입함으로써 제1 부재가 제2 부재의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성된 롤링 기계 요소에 있어서, 롤링 부재의 출입점이 되는 제1 부재의 궤도면의 단부에 타원형의 크라우닝을 형성하였기 때문에, 크라우닝의 범위 내에 위치하는 롤링 부재의 부하율을 향상시킬 수 있으므로, 롤링 기계 요소의 부하 용량, 강성 및 정밀도를 높일 수 있다는 효과가 있다.

또한, 상기 구성에 있어서 롤링 부재의 출입점이 되는 제1 부재의 궤도면의 단부에, 소정의 크라우닝 릴리프량을 단축으로 하는 타원형의 크라우닝을 형성하였으므로, 규격이나 사양 등에 따라 정해진 최대 레이디얼 하중이 작용하였을 때에 크라우닝 단부에 위치하는 롤링 부재에 작용하는 롤링 부재 하중이 정확히 0이 되도록 할 수 있고, 또한 이 결과 롤링 부재의 부하율을 높게 유지하면서 궤도면 부하권으로의 롤링 부재의 원활한 진입과 송출을 가능하게 할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 상기 구성에 있어서 제1 부재의 궤도면의 단부에, 소정의 크라우닝 릴리프량을 단축의 1/2로 하는 타원을 기초로 하고, 상기 타원 상의 복수점을 정점으로 하는 다각형 형상의 크라우닝을 형성하였으므로, 크라우닝의 가공을 용이하게 할 수 있어, 부하 용량, 강성 및 정밀도를 높인 롤링 기계 요소의 제조 가격을 저감시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 롤링 기계 요소에 있어서, 타원 크라우 닝의 형상 및 방정식을 도시하는 부분 종단면도이다.

도2 내지 도4는 본 발명의 제2 실시예에 관한 것으로, 도2는 롤링 기계 요소에 있어서 크라우닝 부분을 확대하여 도시하는 부분 종단면도이다.

도3은 롤링 기계 요소에 있어서, 가이드 블록의 궤도면 양단부의 크라우닝, 볼 및 레일을 도시하는 동시에, 가이드 블록에 레이디얼 하중이 작용하여 볼이 변형하고 상기 가이드 블록이 하강한 상태를 강조하여 도시하는 측면도이다.

도4는 레이디얼 하중을 받은 가이드 블록 내를 볼이 순환 구름 이동하면서 레일 상을 이동하는 상태를 도시하는 부분 종단면도이다.

도5는 볼 가이드에 있어서의 크라우닝 형상 및 부하율의 계산 결과를 나타내는 선도이다.

도6은 볼 가이드에 있어서의 적합 계수와 기본 동정격 하중, 볼 하중, 크라우닝 릴리프량, 볼 변형량, 최대 헤르츠 응력, 볼 직경과 크라우닝 릴리프량과의 비를 각각 나타내는 선도이다.

도7은 롤러 가이드에 있어서의 크라우닝 형상 및 부하율의 계산 결과를 나타내는 선도이다.

도8은 롤러 가이드에 있어서의 적합 계수와 기본 동정격 하중, 볼 하중, 크라우닝 릴리프량, 볼 변형량, 최대 헤르츠 응력, 볼 직경과 크라우닝 릴리프량과의 비를 각각 나타내는 선도이다.

도9 내지 도12는 종래예에 관한 것으로, 도9는 볼 가이드의 종단면도이다.

도10은 원호 크라우닝의 형상 및 방정식을 확대하여 도시하는 부분 종단면도 이다.

도11은 원호를 기초로 하여 크라우닝 시점과 크라우닝 단부를 직선 형상으로 모따기하여 형성한 크라우닝의 종단면도이다.

도12는 원호를 기초로 하여 크라우닝 시점으로부터 크라우닝 단부까지를 원호 형상의 복수점을 차례로 연결하여, 다각형 형상으로 형성한 크라우닝의 종단면도이다.

[부호의 설명]

10, 20 : 롤링 기계 요소

11, 21 : 제1 부재의 일예인 가이드 블록

12, 22 : 제2 부재의 일예인 레일

13 : 롤링 부재의 일예인 볼

14, 24 : 궤도면

14a, 24a : 크라우닝

15 : 타원

이하, 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 기초로 하여 설명한다. 본 발명의 제1 실시예에 관한 롤링 기계 요소(10)는, 도1에 있어서 궤도면(14)이 형성된 제1 부재의 일예인 가이드 블록(11)과, 상기 가이드 블록(11)이 롤링 부재의 일예인 볼(14)을 통해 설치되고, 상기 가이드 블록(11)을 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재의 일예인 레일(12)을 구비하고, 상기 볼(13)이 가이드 블록(11)의 궤도면(14)에 정렬 상태로 출입함으로써 가이드 블록(11)이 레일(12)의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성된, 예를 들어 볼 가이드이며, 볼(13)의 출입점이 되는 가이드 블록(11)의 궤도면(14)의 단부에, 소정의 크라우닝 릴리프량(λe)을 단축으로 하는 타원형(15)을 기초로 한 크라우닝(14a)이 형성되어 있다.

크라우닝 시점(o)을 원점으로 하고, 궤도면(14) 방향을 x축, 가이드 블록(11)의 높이 방향을 y축이라 하면, 장축의 1/2(크라우닝 릴리프 폭)(Xr), 단축의 1/2(크라우닝 릴리프량)(λe)으로부터, 타원형(15)의 방정식은 수학식 3으로 표시된다.

[수학식 3]

크라우닝 릴리프 폭(Xr)의 길이는 임의로 정할 수 있지만, 궤도면(14)의 중앙 부근까지 취하면, 궤도면 길이(lt)의 거의 전체 범위가 크라우닝된, 이른바 풀 크라우닝 상태가 되어 강성과 수명은 저하하지만 안내 정밀도는 각별히 향상하고, 마찰 저항은 각별히 적어질 것이라 생각된다.

종래의 원호 크라우닝과 비교하기 위해, 도1에 있어서 크라우닝 개시점(o)과 크라우닝 단부(a)를 연결하는 반경(R)의 원호(16)를 도시하고 있지만, 타원형(15)을 기초로 한 크라우닝(14a)과 원호(16)를 비교해 보면, 크라우닝 시점(o)과 크라우닝 단부(a)의 위치는 공통되어 있지만, 크라우닝(14a) 쪽이 y축 원점 방향으로의 솟아오름이 크고, 이 솟아오름이 볼(13)의 부하율을 향상시키도록 되어 있다.

다음에, 본 발명의 제2 실시예에 관한 롤링 기계 요소(20)는 도2 내지 도4에 있어서, 궤도면(24)이 형성된 제1 부재의 일예인 가이드 블록(21)과, 상기 가이드 블록(21)이 롤링 부재의 일예인 볼(13)을 통해 설치되고, 상기 가이드 블록(21)을 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재의 일예인 레일(22)을 구비하고, 상기 볼(13)이 가이드 블록(21)의 궤도면(24)에 정렬 상태로 출입함으로써 가이드 블록(21)이 레일(22)의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성된, 예를 들어 볼 가이드이며, 볼(13)의 출입점이 되는 가이드 블록(21)의 궤도면(24)의 단부에, 소정의 크라우닝 릴리프량(λe)을 단축의 1/2로 하는 타원(15)을 기초로 하여 상기 타원(15) 상의 복수점(a, b, c, o)을 정점으로 하는 다각형 형상의 크라우닝(24a)이 형성되어 있다.

크라우닝(24)의 기초가 되는 타원(15)에 대해서는, 본 발명의 제1 실시예와 마찬가지이며, 또한 정점은 점(a, b, c, o)의 4군데에 한정되지 않고 이보다 많아도 좋고 적어도 좋다.

롤링 기계 요소(20)는, 예를 들어 볼 가이드이므로 도4에 도시한 바와 같이 가이드 블록(11)의 양단부에 엔드 플레이트(25)가 설치되어 있고, 상기 엔드 플레이트(25) 내를 볼(13)이 통과함으로써 상기 볼(13)이 가이드 블록(11) 내를 순환 구름 이동하도록 되어 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 대해 설명한다. 본 발명의 제2 실시예에 관한 롤링 기계 요소(20)에 있어서의 가이드 블록(21)의 작용에 대해 설명하면, 도4에 도시한 바와 같이 가이드 블록(21)과 레일(22)의 사이에는 볼(13)이 개재되어 있으므로, 고정된 레일(22)에 대해 가이드 블록(21)을 레일(22)의 안내 방향, 즉 화살표 C 또는 화살표 D 방향으로 자유롭게 이동시킬 수 있다. 이 때, 볼(13)은 가이드 블록(21) 내를 화살표 G 또는 화살표 H 방향으로 순환 구름 이동한다.

가이드 블록(21)에 기본 동정격 하중의 1/2의 레이디얼 하중(F)이 작용하고 있는 경우에는, 크라우닝(24a) 이외의 궤도면(24)에서는 상기 궤도면(24), 볼(13) 및 레일(22) 사이에 크라우닝 릴리프량(λe)과 동일한 양의 변형이 발생되어 있다.

이 볼(13)이 화살표 H 방향으로 진행하여 크라우닝(24a)의 범위에 들어가면, 크라우닝 단부에 근접해짐에 따라서 볼 하중이 감소해 가고, 크라우닝 단부에 도달하였을 때에 볼 하중이 정확히 0이 되어 화살표 H 방향으로 진행해 간다. 크라우닝 단부에서 볼 하중이 정확히 0이 되는 것은, 레이디얼 하중(F)에 의해 가이드 블록(11)이 크라우닝 릴리프량(λe)만큼 하강하여, 크라우닝 단부에 있어서의 궤도면(24)과 레일(22) 사이의 간극이 볼 직경과 동등해지기 때문이다.

반대로 볼(13)이 화살표 G 방향으로 진행해 올 때에는, 볼(13)이 크라우닝 단부에 도달하였을 때에는 볼 하중은 0이지만, 진행해 감에 따라서 볼 하중이 증가해 가 크라우닝 시점에서 볼 하중이 최대가 되고, 그 상태에서 궤도면(24)을 구름 이동해 간다. 이 때의 궤도면(24), 볼(13) 및 레일(22) 사이의 변형량은 크라우닝 릴리프량(λe)과 동일한 양이다.

국제 표준화 기구(ISO)에서 규정된 수명 계산식은, 상기 ISO에서 합의된 식으로부터 요구되는 기본 동정격 하중의 1/2 이하의 레이디얼 하중 하에서 적용된다.

따라서, 상기 기본 동정격 하중의 1/2의 레이디얼 하중 하에서의 볼 변형량에 상당하는 크라우닝 릴리프량(λe)을 부여해 두면, 상기 레이디얼 하중이 작용하고 있을 때라도 크라우닝(24a)을 포함한 궤도면(24) 전체가 볼(13)과 접하므로, 충분한 부하 용량을 얻을 수 있고, 또한 크라우닝 단부에 있어서의 궤도면(24)과 레일(22) 사이의 간극이 볼 직경과 동등해지므로, 궤도면(24)으로의 볼(13)의 출입이 원활해진다.

여기서, 볼 가이드에 있어서의 크라우닝이 원호 크라우닝, 포물선 크라우닝 및 타원 크라우닝인 경우의 계산예를 표1에 나타낸다. 계산 조건으로서는, 볼 직경(Dw) = 6.35 mm, 크라우닝 릴리프량(λe) = 0.023228 mm, 적합 계수(f)[= 궤도면 반경(R)/볼 직경(Dw)] = 0.52, 원호 크라우닝에 있어서의 원의 반경(R) = 867.983 mm로 하고, 기본 동정격 하중(C)의 1/2의 레이디얼 하중(F)이 작용하는 것으로 하였다.

[표1]

표1에 있어서의 제1열은, 도1에 있어서 크라우닝 시점(o)으로부터 x축 방향의 거리와 타원형(15)의 장축의 1/2(크라우닝 폭)(Xr)의 비이며, 무차원량이다. 제2열과 제3열은 종래예에 관한 원호 크라우닝 및 포물선 크라우닝의 경우를 나타내고, 제4열과 제5열은 본 발명에 관한 타원 크라우닝의 경우를 나타내고 있다. 제2열과 제4열은 크라우닝 시점(o)으로부터 y축 방향의 거리(λx)를 나타내고, 제3열과 제5열은 볼의 부하율(1-λx/λe)^1.5을 나타내고 있다. 또한, 원호 크라우닝과 포물선 크라우닝은 2차식이므로, 거리(λx)는 유효 숫자의 범위에서 합치하고, 부하율도 일치하므로 동일한 란에 기재하고 있다.

부하율은 볼이 크라우닝부에 위치할 때의 볼 하중과, 크라우닝부가 아닌 궤도면에 위치할 때의 볼 하중의 비이며, 크라우닝 시점(o)에서는 1이 되고, 크라우닝 단부(a)에서는 볼 하중이 0이 되므로 부하율도 0이 된다.

표1로부터, 타원 크라우닝의 경우의 부하율은 크라우닝 폭(x/Xr) = 0.5에서 80.6 ％로, 원호 크라우닝 및 포물선 크라우닝의 65 ％에 비해서도 부하율이 높은 것을 알 수 있다. 이것을 선도로 나타내면, 도5에 나타내는 것이 된다.

(1)은 원호 크라우닝의 경우를 나타내고 있고, (2)가 타원 크라우닝의 경우를 나타내고 있다. 종축에 거리(λx)를 나타낸 하측의 선도는, 크라우닝의 형상을 그대로 나타낸 것이다. 타원 크라우닝 쪽이 해칭 면적만큼 원호 크라우닝보다도 하방으로 솟아올라 있는 것을 알 수 있다.

또한, 종축에 부하율을 나타낸 상측의 선도를 보면, 해칭 면적만큼 원호 크라우닝의 경우보다도 부하율이 상승하고 있는 것을 알 수 있다.

도6에 있어서는, 횡축에 적합 계수(f)를 취하고, 종축에 기본 동정격 하중(C), 상기 기본 동정격 하중(C)의 1/2의 레이디얼 하중이 작용하였을 때의 볼 하중(Qc), 크라우닝 릴리프량(λe), 볼 하중(Qc)이 작용하였을 때의 변형량(δ_Qc), 최대 헤르츠 응력(σmax) 및 볼 직경(Dw)/크라우닝 릴리프량(λe)에 대해 각각 나타내고 있다. 계산 조건은 궤도면 길이(lt) = 72 mm, 볼 직경(Dw) = 6.35 mm, 볼열 수(it) = 2열, 그리고 접촉각(α) = 45°이다. 접촉각(α) = 45°라 하는 것은, 볼과 궤도면이 레이디얼 하중의 작용 방향에 대해 45°기울어 접촉하고 있는 것을 의미하고 있다.

도6의 가장 하측의 선도로부터, 적합 계수(f) = 0.51 내지 0.55에 대해 볼 직경(Dw)과 크라우닝 릴리프량(λe)과의 비는 270 내지 290이 되는 것을 알 수 있 다.

다음에, 롤링 기계 요소(10)가 롤러 가이드인 경우에 있어서의, 크라우닝의 계산예를 표2에 나타낸다. 계산 조건으로서는, 롤러 직경(Dw) = 6.35 mm, 롤러 길이(Lw) = 6.35 mm, 크라우닝 릴리프량(λe) = 0.016829 mm, 롤러 유효 길이 계수(fL)[= 롤러 유효 길이(Lwe)/롤러 길이(Lw)] = 0.7, 원호 크라우닝에 있어서의 원의 직경(R) = 1198.015 mm로 하고, 기본 동정격 하중(C)의 1/2의 레이디얼 하중(F)이 작용하는 것으로 하였다.

[표2]

표2의 각 열이 의미하는 것은, 표1과 동일하다. 표2로부터, 타원 크라우닝의 경우의 부하율은 크라우닝 폭(x/Xr) = 0.5에서 85.2 ％로, 원호 크라우닝 및 포물선 크라우닝의 72.6 ％에 비해서도 역시 부하율이 높아지는 것을 알 수 있다. 이것을 선도로 나타내면, 도7에 나타내는 것이 된다.

도5와 마찬가지로, (1)은 원호 크라우닝의 경우를 나타내고 있고, (2)가 타원 크라우닝의 경우를 나타내고 있다. 종축에 거리(λx)를 나타낸 하측의 선도는, 크라우닝의 형상을 그대로 나타낸 것이다. 타원 크라우닝 쪽이, 해칭 면적만큼 원호 크라우닝보다도 하방으로 솟아올라 있는 것을 알 수 있다.

도8에 있어서는, 횡축에 롤러 유효 길이 계수(fL)를 취하고, 종축에 기본 동정격 하중(C), 상기 기본 동정격 하중(C)의 1/2의 레이디얼 하중이 작용하였을 때의 볼 하중(Qc), 크라우닝 릴리프량(λe), 볼 하중(Qc)이 작용하였을 때의 변형량(δ_Qc), 최대 헤르츠 응력(σmax) 및 볼 직경(Dw)/크라우닝 릴리프량(λe)에 대해 각각 나타내고 있다. 계산 조건은 궤도면 길이(lt) = 72 mm, 롤러 직경(Dw) = 6.35 mm, 볼열 수(it) = 2열, 그리고 접촉각(α) = 45°이다.

도6의 가장 하측의 선도로부터, 롤러 유효 길이 계수(fL) = 0.6 내지 0.9에 대해 볼 직경(Dw)과 크라우닝 릴리프량(λe)의 비는, 330 내지 460이 되는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서는 롤링 기계 요소(10, 20)를 볼 가이드로서 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며 예를 들어 롤러 가이드, 볼 스플라인, 볼 부시 등의 롤링 기계 요소라도 좋다. 레일이나 축에 의한 안내 방향은 직선 방향 에 한정되지 않고, R 가이드와 같이 레일이 만곡하고 있어도 좋다.

롤링 부재는 볼에 한정되지 않고, 원통 롤러, 니들 형상 롤러, 구면 롤러 또는 원추 롤러 등 어떠한 것이라도 좋다. 또한, 롤링 부재는 가이드 블록이나 외통 내를 순환 구름 이동하는 것에 한정되지 않고, 크로스 롤러 가이드나 볼 슬라이드와 같이 레일이나 리테이너 등에 회전하도록 설치된 것이라도 좋다.

롤링 부재가 일정한 접촉각을 갖고 가이드 블록 및 레일과 접촉하도록 구성되어 있는 경우에는, 크라우닝 릴리프량(λe)은 상기 접촉각 방향의 롤링 부재의 탄성 변형량으로 정하면 좋다.

Claims

롤링 부재가 부하를 받으면서 롤링 운동하는 궤도면이 형성된 제1 부재와, 상기 제1 부재가 상기 롤링 부재를 통해 설치되고 상기 제1 부재를 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재를 구비하고, 상기 롤링 부재가 상기 궤도면에 정렬 상태로 출입함으로써 상기 제1 부재가 상기 제2 부재의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성된 롤링 기계 요소에 있어서, 상기 롤링 부재의 출입점이 되는 상기 제1 부재의 궤도면의 단부에 원호형을 제외한 타원형의 크라우닝이 형성된 것을 특징으로 하는 롤링 기계 요소.
롤링 부재가 부하를 받으면서 롤링 운동하는 궤도면이 형성된 제1 부재와, 상기 제1 부재가 상기 롤링 부재를 통해 설치되고 상기 제1 부재를 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재를 구비하고, 상기 롤링 부재가 상기 궤도면에 정렬 상태로 출입함으로써 상기 제1 부재가 상기 제2 부재의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성된 롤링 기계 요소에 있어서, 상기 롤링 부재의 출입점이 되는 상기 제1 부재의 궤도면의 단부에, 소정의 크라우닝 릴리프량을 단축의 1/2로 하는 원호형을 제외한 타원형의 크라우닝이 형성된 것을 특징으로 하는 롤링 기계 요소.
롤링 부재가 부하를 받으면서 롤링 운동하는 궤도면이 형성된 제1 부재와, 상기 제1 부재가 상기 롤링 부재를 통해 설치되고 상기 제1 부재를 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재를 구비하고, 상기 롤링 부재가 상기 궤도면에 정렬 상태로 출입함으로써 상기 제1 부재가 상기 제2 부재의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성된 롤링 기계 요소에 있어서, 상기 롤링 부재의 출입점이 되는 상기 제1 부재의 궤도면의 단부에, 소정의 크라우닝 릴리프량을 단축의 1/2로 하는 원호를 제외한 타원을 기초로 하고, 상기 타원 상의 복수점을 정점으로 하는 동시에 상기 롤링 부재가 부하를 받으면서 롤링 운동하는 다각형 형상의 크라우닝이 형성된 것을 특징으로 하는 롤링 기계 요소.
롤링 부재가 부하를 받으면서 롤링 운동하는 궤도면이 형성된 제1 부재와, 상기 제1 부재가 상기 롤링 부재를 통해 설치되고 상기 제1 부재를 소정의 방향으로 안내 가능하게 구성된 제2 부재를 구비하고, 상기 롤링 부재가 상기 궤도면에 정렬 상태로 출입함으로써 상기 제1 부재가 상기 제2 부재의 안내 방향으로 이동 가능하게 구성된 롤링 기계 요소에 있어서, 상기 롤링 부재의 출입점이 되는 상기 제1 부재의 궤도면의 단부에 원호를 제외한 타원을 기초로 하고, 상기 타원 상의 복수점을 정점으로 하는 동시에 상기 롤링 부재가 부하를 받으면서 롤링 운동하는 다각형 형상의 크라우닝이 형성된 것을 특징으로 하는 롤링 기계 요소.