2021 Fiscal Year Annual Research Report
油圧半浮上すべり送りねじの分離度を基準とする接触・摩擦状態の能動的制御手法の構築
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19K04148
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
深田 茂生 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (70156743)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | すべり摩擦 / 油圧 / 半浮上 / 分離度 / 送りねじ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
直動ガイドや送りねじでは，摩擦の低減と負荷に対する剛性の向上が同時に要求される．しかし一般に，それらを両立させることは困難である．そこで低摩擦と高剛性を両立させるために，二面が分離しない程度の流体圧を接触面間に供給して見かけの摩擦係数を低減する‘油圧半浮上すべり面’に着目し，摩擦の最小化と高剛性を両立するための接触・摩擦状態の能動的な制御方法を実現し，低摩擦で高剛性な送りねじを実現することを目的とした．
まず，実機ねじにおけるねじ面間の接触を円筒端面どうしの接触にモデル化して実験を行った．対象とする基準ねじ山形状は，メートル台形ねじTr30×8とし，これに対応する円筒モデルを製作した．次に供給圧力と浮上変位の関係を静圧理論を援用して計算し，絞りとリセスの適切な形状を決定した．実験は円筒摩擦摩耗試験機を改造して行い，供給圧力と接触面間の浮上変位および分離電圧，さらに摩擦トルクをPCに取り込み，サーボ弁によって供給圧力を操作して接触・摩擦状態を制御する．分離度を制御するために，分離度制御ループを主ループとし，圧力制御系と浮上変位制御系を副ループとする三重のカスケード制御系をPID制御動作により構成した．さらに，圧力－分離度制御系と浮上変位－分離度制御系を並列して同時に動作させることで，分離度を準静的な正弦波状目標値に追従させることが可能になった．
次に実機半浮上すべり送りねじによる実験を行った．回転速度と荷重を種々に設定して圧力変化に対する駆動トルクと分離度の変化を把握した．その結果，圧力増加により駆動トルクが減少することを確認し，圧力操作による駆動トルク制御の効果を実証した．ただし円筒モデルと異なり，ねじ面どうしのなじみ不足により均一な接触面が現状で十分に得られていないため，分離度特性を把握するまでに至らなかったので，今後さらに実験と検討を継続していく．
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