重い負荷を確実に把握 – 昇降装置用の高負荷トラペゾイドねじ
高負荷のトラペゾイドねじ駆動装置の設計は、リフト装置の安全かつ円滑な稼働の基礎であり、設計者に高い要求を課しています。
専門家の間でよく知られているBornemann Gewindetechnik社は、25年以上にわたり、多くの産業分野向けにねじ軸とねじナットを製造しています。製造の重点は、重荷重用リフト装置向けの、スピンドルとナットセットで構成される、取り付け準備の整った台形ねじ駆動装置の製造です。その例としては、鉄道車両用リフト装置、劇場や舞台装置、特殊機械製造用の装置などが挙げられます。これらの駆動装置の設計と構造は、装置の安全かつ円滑な稼働の前提条件であり、設計者に高い要求を課しています。
しかし、重荷重用のねじ軸では何に注意すべきでしょうか？負荷がかかった状態で 20 N/mm2 以上の面圧に達し、さらに非常に低い周速で動作するスピンドルリフト装置では、ねじプロファイルの支持面の絶え間ない潤滑が不可欠です。潤滑が不十分だと、摩耗の増加、過度の発熱、そして悪名高いスティックスリップ現象を引き起こす可能性があるからです。
潤滑剤が重要です
スティックスリップ効果は、粘着滑走効果とも呼ばれ、互いに動き合う固体間のぎくしゃくした滑走を説明します。この効果は、静摩擦が動摩擦よりも大きい場合に常に発生します。これは、トライボロジーシステムに応じて、共振可能な表面から騒音として放射される振動を励起します（きしむ音やきしむ音を発するスピンドル）。
この現象は、摩擦する部品が中間材や潤滑剤で分離されると、ほとんどの場合、消えるよ。スティックスリップ効果は、技術的な用途ではよく望ましくないんだ。スティックスリップ効果による悪影響は、ベアリング、直線技術におけるガイド、またはリフト技術におけるねじ軸などで観察されます。ドアのきしむ音、カーブを走行する鉄道のきしむ音、自動車のフロントガラスのワイパーのガタガタという音などは、この効果によるよく知られた結果です。
この現象が発生する場合、潤滑剤（グリース）の選択が原因である可能性があります。Klüber Lubrication のアプリケーションエンジニアリングマネージャー、ラルフ・ヴュルテレ氏は次のように説明しています。「特に重量物運搬技術を用いた設備では、不適切な潤滑剤を使用すると、潤滑不足の状態に陥りやすく、その結果、摩耗が増加し、設備の早期故障につながる可能性があります。」
多くの場合、この現象はスピンドルの設計に原因があります。ねじプロファイルの支持面に潤滑ポケットがないため、ナットプロファイルがスピンドル上を高い面荷重で滑ると、塗布した潤滑剤が留まらなくなります。潤滑剤は側面から押し出されるか、ナットの前に押し出されます。いずれの場合も、潤滑膜が破壊され、最初は温度上昇やスティックスリップ（耳をつんざくような騒音も伴う）が発生し、その後、ねじ駆動装置が破壊されます。
数cm/sの周速では、このスティックスリップ効果を防ぐために、潤滑剤の存在やねじ軸上の潤滑ポケットの存在が絶対に必要です。潤滑ポケットは、過度のエッジ圧や一般的に高い面圧によって潤滑剤が押し出されるのを防ぎます。潤滑剤は、理想的にはコンシステンシー 0 または 00 のグリースであり、潤滑隙間に引き込まれる必要があります。
では、この問題にはどう対処すればよいのでしょうか？設計者がねじ製造の仕様に求める要件から、潤滑の問題やそれに伴う問題の発生を防ぐための基礎が築かれます。ねじ駆動装置は、さまざまな製造プロセスで製造することができます。ねじ切りやねじ切りフライス加工は、経済的な理由から、前述のねじ駆動装置にはほとんど使用されなくなりました。ねじ転造（またはローリング）では、ねじ軸は切削加工を伴わない冷間成形によって製造されます。この製造方法は非常に経済的ですが、工具や設備のコストが非常に高いため、ほとんどの場合、大量生産でのみ適用されます。
滑らかな表面を持つ柔らかなカット
さらに、圧延されたねじ軸は、ねじ山表面が完全に滑らかなため、潤滑膜の破壊を促進します。圧延によって製造された台形ねじは、プレス研磨/プレス研磨による変形プロセスにより、潤滑ポケットがない、表面品質が高すぎるねじ山表面を有しています。その結果、スピンドルとナット間で、懸念されるスティックスリップ、すなわち潤滑膜の破壊が生じる可能性があります。過度に高いエッジ圧と、一般的に高い比表面圧により、潤滑剤がねじ山から押し出されてしまいます。
この押し出しは、すべり軸受ペアの材料に潤滑剤を貯蔵できる潤滑ポケットがない場合に発生します。その結果、影響を受けた装置では、スピンドルのきしむ音やナットのかじり付き、さらにはリフトシステム全体の完全な熱溶着に至るまで、深刻な二次的損傷が発生します。
ロール加工されたねじ軸の寿命が長いというよく言われる主張は、例外なく確認できるわけじゃない。Wirths-Werres 社は、連続負荷試験でこれを証明したんだ。「旋削加工されたねじ軸は、何時間も稼働した後でも、ごくわずかな摩耗跡しか見られなかった」と、設計者の Christian Zahn さんは強調する。また、ザーン氏によれば、圧延工程によって材料に発生する応力も、多くの場合、コストのかかる再加工につながります。直接比較の結果、Wirths-Werres 社は、高品質のスピンドルには圧延加工を採用することを決定しました。これは、多くの直径において、圧延加工と圧延加工のスピンドルの価格差も、現在ではごくわずかであるためです。
Bornemann Gewindetechnik は、渦巻き加工法でねじ軸を製造しています。軸ねじの製造用渦巻き工具は、駆動式の渦巻きリングと一連のプロファイル工具で構成されており、加工中にワークピースがこの工具リング内で回転するため、いわゆる包絡線切削で動作します。外径のエンベロープカットは、切りくずの厚さ（および切りくずの深さ）が 0 から始まり、計算された切りくずの厚さ（および切りくずの深さ、あるいはねじの深さ）まで連続的に上昇し、その後再び 0 でワークピースから退出するため、非常に滑らかな表面を持つ非常にソフトなカットが実現されます。
工具セットは、断続的な切削を順番に行う複数の個別刃で構成されているため、個々の切削の間に、ワークピース表面に微細な中断が生じ、μ単位の多角形の凹面（潤滑ポケット）が形成されます。この潤滑ポケットが、旋削加工されたねじ軸の優れた潤滑膜特性の秘密です。
さまざまなねじ製造プロセスを比較した結果、以下のことが明らかになりました。ねじプロファイルのローリングおよび研削は、多くの用途に推奨される最新の製造プロセスですが、リフトスピンドル装置用の台形ねじ駆動装置には、Bornemann Gewindetechnik 社で実践されている渦巻きプロセスが適しています。