大多數(shù)機(jī)電無(wú)桿致動(dòng)器通常使用兩個(gè)主傳動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)來(lái)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為致動(dòng)器支架的線性運(yùn)動(dòng)：動(dòng)力螺桿驅(qū)動(dòng)或同步帶驅(qū)動(dòng)。雖然螺桿和同步驅(qū)動(dòng)器提供了效率、可靠性和長(zhǎng)壽命，同時(shí)需要很少的維護(hù)，但它們都有其局限性。本文介紹了每種傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理、所用的材料，以及每種傳動(dòng)系統(tǒng)適合特定應(yīng)用的原因。傳動(dòng)系統(tǒng)是致動(dòng)器設(shè)計(jì)的一個(gè)組成部分；了解它們的關(guān)鍵方面和參數(shù)是創(chuàng)建高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的重要第一步。
影響傳動(dòng)系統(tǒng)選擇的關(guān)鍵因素
動(dòng)力螺絲刀和同步帶具有直線運(yùn)動(dòng)的雙重功能。它們用于線性定位，因此需要提供可接受的精度和可重復(fù)性。同時(shí)他們傳遞力量，這就要求他們有足夠的力量。螺旋機(jī)構(gòu)通過(guò)旋轉(zhuǎn)(最常見(jiàn))部件中的螺釘或螺母產(chǎn)生線性運(yùn)動(dòng)。同樣，正時(shí)皮帶傳動(dòng)裝置通過(guò)皮帶將扭矩和直線運(yùn)動(dòng)從駕駛員的皮帶輪傳遞到皮帶輪。
運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用決定了選擇哪種傳輸系統(tǒng)。選擇任何運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)是占空比、壽命周期和成本。選擇更多與傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)的是行程長(zhǎng)度、線速度和加速度，以及運(yùn)動(dòng)的方向。傳動(dòng)系統(tǒng)的容量不同，所以執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力和執(zhí)行機(jī)構(gòu)支架的負(fù)載和功率也會(huì)影響傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇。對(duì)于某些類型的處理，沖擊負(fù)荷和噪音是重要的考慮因素。
決定傳輸系統(tǒng)技術(shù)選擇的其他因素包括：
位置移動(dòng)的準(zhǔn)確性(到達(dá)指令位置的能力，或?qū)嶋H位置與指令位置之間的差異)
可重復(fù)性(致動(dòng)器可以在多次嘗試中返回參考位置的范圍。單向重復(fù)通過(guò)從單一方向接近位置來(lái)測(cè)量；雙向重復(fù)通過(guò)從相反方向接近來(lái)測(cè)量)
反向驅(qū)動(dòng)允許(失去機(jī)電馬達(dá)時(shí)，在軸向負(fù)載下失去其載體位置的能力)
動(dòng)力螺絲刀：高軸向推力，中等沖程長(zhǎng)度和速度
動(dòng)力螺絲刀以高推力、高精度和高重復(fù)性而聞名。相對(duì)較低的系統(tǒng)慣性和可預(yù)測(cè)的使用壽命(滾子和滾子螺絲刀)是額外的好處。這些參數(shù)使動(dòng)力螺旋傳動(dòng)非常適合各種應(yīng)用，如機(jī)床、裝配和包裝設(shè)備、機(jī)器人等。
動(dòng)力螺旋傳動(dòng)的局限性包括長(zhǎng)度比帶傳動(dòng)的長(zhǎng)度受限，運(yùn)行速度受限于臨界速度值(速度的固有振動(dòng)頻率接近系統(tǒng)，產(chǎn)生共振)，帶傳動(dòng)的占空比降低。
線性致動(dòng)器使用三種主要類型的螺桿：導(dǎo)向螺桿(或ACME)、滾柱螺桿和不太常見(jiàn)的滾柱螺桿。區(qū)別在于螺紋形狀的設(shè)計(jì)和操作以及螺母的設(shè)計(jì)和操作。
1、 梯形條
導(dǎo)向螺桿(也稱為ACME螺桿)以其相對(duì)較低的成本和平穩(wěn)安靜的操作而聞名。梯形螺桿的螺紋由碳鋼、合金鋼或不銹鋼制成(通常以12英尺軋制法生產(chǎn))，并有多種直徑和導(dǎo)向可供選擇。與螺釘一起使用的實(shí)心螺母通常由復(fù)合材料(最常見(jiàn)的是乙醛樹(shù)脂)或青銅制成。
梯形螺紋的梯形螺紋
沿著桿螺紋滑動(dòng)的實(shí)心螺母在兩個(gè)零件的表面之間形成線接觸。由于這種運(yùn)動(dòng)中的摩擦損失，驅(qū)動(dòng)效率低于60%。驅(qū)動(dòng)器效率是(a)螺桿和螺桿之間的摩擦系數(shù)的函數(shù)；(b)螺桿的螺旋角。
由于摩擦而損失的能量將以熱的形式消散，這限制了應(yīng)用的占空比。熱量的產(chǎn)生阻止了驅(qū)動(dòng)器以高速(除了臨界速度極限)或高軸負(fù)載驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器。
雙向重復(fù)主要受螺桿上軸向間隙或螺桿上自由間隙的大小影響。單向重復(fù)性通常受到組件的影響。典型的滾鉛螺母會(huì)產(chǎn)生高達(dá)0.010英寸(0.254毫米)的側(cè)隙。在許多情況下，消隙、彈簧加載、自調(diào)節(jié)導(dǎo)向螺母（可用于多種設(shè)計(jì))消除了這個(gè)問(wèn)題。由于效率低，大大多數(shù)螺釘(所有效率低于50%)不能反向驅(qū)動(dòng)。
2.滾珠絲杠
滾珠絲杠是一種動(dòng)態(tài)絲杠，用作高級(jí)鉻鋼滾柱軸承的螺旋滾柱。滾珠在螺母內(nèi)循環(huán)，通常由高碳、合金或硬化不銹鋼制成。根據(jù)導(dǎo)軌精度的要求，滾柱絲杠可以通過(guò)軋制長(zhǎng)度達(dá)到12英尺或精磨而產(chǎn)生更短的長(zhǎng)度。他們也有多種直徑和鉛可供選擇。具有磨削螺紋的輥棒的成本明顯高于輥螺桿的成本，但是它可以產(chǎn)生某些應(yīng)用所需的高導(dǎo)向精度水平。
雙滾道滾動(dòng)螺母
與螺桿相比，輥式絲障有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：以輥為基礎(chǔ)的接觸點(diǎn)通過(guò)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)沿螺紋移動(dòng)。這顯著減少了摩擦并提高了機(jī)械效率(對(duì)于大多數(shù)珠子的驅(qū)動(dòng)器，機(jī)械效率通常不低于90%)。
因?yàn)闈L柱螺母本質(zhì)上是滾動(dòng)軸承，所以根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)可以很容易地計(jì)算出它的額定運(yùn)動(dòng)載荷。這使得預(yù)期的使用壽命高度可預(yù)測(cè)。2
像螺母一樣，不同的方法可以控制間隙并提高滾柱螺母組件的重復(fù)性。由彈簧加載的滾柱螺母，以及用選定尺寸的滾柱定制的滾柱螺母，以最大化或完全消除后間隙，從而最大化或完全消除負(fù)間隙或預(yù)緊力。
由于其高效率，適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑輥裂土器驅(qū)動(dòng)器提供了比螺桿更高的速度(受臨界速度的容許速度和螺母內(nèi)部的容許速度限制)和更高的占有率。滾柱螺母部件可以提供高推力。可用推力是球形螺母組件中鉆頭的尺寸、總數(shù)和總數(shù)量的函數(shù)。由于效率高，大多數(shù)鼓形螺母可以反向驅(qū)動(dòng)。雖然提供平穩(wěn)的線性運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)器通常比線棒驅(qū)動(dòng)器噪音更大。
3.滾柱絲杠
滾動(dòng)螺桿驅(qū)動(dòng)通常不用于無(wú)桿致動(dòng)器。此處提供的信息主要用于參考目的。無(wú)桿致動(dòng)器通常有一個(gè)內(nèi)置的軸承系統(tǒng)，所以它被設(shè)計(jì)成“攜帶”負(fù)載，而不是“促進(jìn)”它們。由于這一事實(shí)，推力要求通常要低得多。在大多數(shù)桿應(yīng)用中，滾柱滾柱驅(qū)動(dòng)器可以處理功率和精度，并且不需要更高的推力能力或滾柱螺桿驅(qū)動(dòng)器的更高成本。行星滾柱絲杠使用螺紋滾柱而不是滾珠作為螺母和絲杠之間的載荷傳遞部件。在給定的體積內(nèi)提供比滾柱絲杠更多的支承點(diǎn)，滾柱絲杠可以更緊湊地達(dá)到給定的承載能力。它們由合金鋼制成，通過(guò)研磨制成這就是為什么他們的成本。
典型的行星滾柱螺母
滾柱絲杠的使用壽命明顯高于滾柱絲杠。滾柱絲杠傳動(dòng)裝置具有很高的額定動(dòng)載荷(高達(dá)幾十噸)。只有液壓缸具有更高的執(zhí)行器容量單位。滾柱螺母的效率低于滾柱螺母，在高占有率應(yīng)用中容易過(guò)熱。但是，從“力密度”和壽命的角度來(lái)看，滾柱螺母是無(wú)價(jià)的。
正時(shí)皮帶傳動(dòng)
同步帶齒上的相應(yīng)凹槽和皮帶上的相應(yīng)凹槽，以防止皮帶和皮帶輪之間的任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這確保了恒定的速度比同步直線運(yùn)動(dòng)。
高時(shí)間系帶高(90%至93%)，易于操作和維護(hù)。因?yàn)榛钚猿煞稚?，成分低，所以使用壽命長(zhǎng)。它們可以以100%的占空比運(yùn)行，沒(méi)有臨界速度限制，并且比線棒驅(qū)動(dòng)更長(zhǎng)。這些優(yōu)點(diǎn)使同步變速箱成為需要高加速度的長(zhǎng)沖程應(yīng)用的理想選擇。同步行程長(zhǎng)度僅受限于有效收緊同步長(zhǎng)股的能力。
不利的一面是，與螺旋傳動(dòng)相比，同步傳動(dòng)的承載(推力)能力降低。它們的精確度和可重復(fù)性也較低。使用年限估計(jì)也沒(méi)什么好辦法。帶傳動(dòng)對(duì)沖擊載荷更敏感。有些同步帶材料在操作過(guò)程中容易逐漸伸長(zhǎng)，需要定期張緊。不適當(dāng)?shù)膹埩﹂L(zhǎng)皮帶傳動(dòng)可能會(huì)在高速下滑動(dòng)(跳齒)。皮帶傳動(dòng)通常需要減速來(lái)克服與負(fù)載和皮帶輪相關(guān)的高慣性。垂直定位皮帶傳動(dòng)需要緊急制動(dòng)，以防止斷電時(shí)在負(fù)載重量下反向驅(qū)動(dòng)。同步有多種材料、尺寸、寬度和齒可供選擇。
皮帶材料的選擇取決于應(yīng)用的拉伸強(qiáng)度和彈性要求。皮帶的尺寸和寬度主要取決于要傳遞的扭矩量。同步幾何形狀和距離(兩個(gè)相鄰齒之間的距離)的選擇對(duì)于強(qiáng)度也很重要，但是該選擇也必須基于應(yīng)用類型及其參數(shù)(速度和線性定位精度和重復(fù)性、環(huán)境因素、環(huán)境因素、噪聲等)。).).
典型的同步帶結(jié)構(gòu)
1.同步帶材料
時(shí)間帶通常是由彈性高分子材料制成的張緊繩。最常用的成分是氯葉和聚氨酯帶，帶有鋼絲繩或玻璃纖維，凱夫拉爾或碳纖維，有時(shí)還帶有額外的尼龍齒表面。
玻璃纖維拉伸繩通常提供很低的伸長(zhǎng)率，但它不適合沖擊或沖擊載荷。它們的抗拉強(qiáng)度低于鋼、芳綸或碳。凱夫拉纖維也具有低拉伸性，但是具有高拉伸強(qiáng)度和良好的抗沖擊負(fù)荷能力。
除了高強(qiáng)度和出色的抗震性能，鋼絲繩還提供了更好的高扭矩操作和低速時(shí)更好的定位精度。
2.正時(shí)皮帶齒形
麗泰同步帶通常具有曲線齒形，和其他曲線同步帶等材料具有卓越的品質(zhì)，包括高剪切強(qiáng)度、良好的定位精度、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、極低的拉伸、更長(zhǎng)的使用壽命、更安靜的運(yùn)行和更低的運(yùn)行成本。這些更深的齒設(shè)計(jì)增加了滑動(dòng)阻力(海拔，跳齒)。
總結(jié)
許多應(yīng)用使線性驅(qū)動(dòng)器的選擇更容易。例如，同步驅(qū)動(dòng)器是需要高生產(chǎn)線速度和加速度的長(zhǎng)沖程應(yīng)用的理想選擇。同步進(jìn)度長(zhǎng)度受限于有效張緊長(zhǎng)條形的能力。如果應(yīng)用行程的長(zhǎng)度和速度適中，但軸向推力較高，和(或)如果要求較高的位置精度，那么動(dòng)力螺絲刀是理想的選擇。
