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一文了解行星滚柱丝杠电动缸

随着工厂自动化的要求越来越高,电动缸应运而生。我们目前比较常见的电动缸,一般为如下图所示的结构,伺服电机通过机械传动装置(如齿轮、同步带或betway必威安卓 )驱动滚珠丝杠旋转,丝杠与滑块间排列分布着滚珠,沿着丝杠螺纹槽滚动并带动滑块完成直线运动,从而实现推杆的推拉动作。为适应不同的要求,电动缸已有多种品种规格,也有不同的名称,如:电动滑台、直线滑台、工业机械手臂等。

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通常的电动缸结构简图

上述的电动缸结构虽然已经比较成熟,但是在面对更苛刻的运控挑战时,依然是捉襟见肘的。电动缸在复杂的环境下工作只需要定期的注脂润滑,并无易损件需要维护更换,将比液压系统和气压系统减少了大量的售后服务成本。比如:

伺服的高动态响应和精确位置控制,可与液压执行器相抗衡的超长使用寿命,与液压执行器相抗衡的极高的功率密度,宽泛的推力范围和更长的行程(如:可超过2米),小体积、低重量,抗冲击能力,超宽的工作温度范围,低噪音和振动

为了解决这些难题,一些直线运控产品厂家在其产品中运用了一些特别的技术,来帮助设备用户在这些方面提升直线运动betway必威安卓 的体验。今天为大家介绍的就是在一种在某些电动缸产品中betway必威安卓 的特殊的丝杠传动技术-行星滚柱丝杠。

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行星滚柱丝杠

什么是行星滚柱丝杠

我们先看一下行星滚柱丝杠的结构

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行星滚柱丝杠的结构示意图

粗略看其结构形式与普通的丝杠没有太大分别

首先是一根的螺纹丝杠(如下图),其长度决定了运动行程

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螺纹丝杠

然后是一组带有螺纹的滚柱,滚柱的数量取决于丝杠的直径的丝杠推力的大小,这一组滚柱被均匀的排列固定在一对法兰的圆周上,每个滚柱都可以自转,再用圆柱套筒封装,组成行星滚柱总成,如下图所示。

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行星滚柱螺母总成

这其实是与滚珠丝杠差别最大的地方。

并且我们注意到在滚柱的端侧不仅有螺纹,还有齿牙。通过下面的截面图看得更加清楚,滚柱端部齿牙与圆柱套筒内侧齿牙咬合,当滚柱自转时,整个滚柱组和法兰也会在套筒内侧旋转。这个和行星齿轮减速机的原理非常像。

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行星滚柱螺母总成截面

将行星滚柱总成像螺母一样套装在螺纹丝杠上,如下图所示。当丝杠旋转时,由于滚柱和丝杠螺纹槽的咬合作用,整个滚柱螺母总成就会沿着丝杠直线方向运动。

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行星滚柱丝杠

如果电动缸内部采用上述的行星滚柱丝杠,其结构形式和传动原理是同滚珠丝杠电动缸类似的,如下图,伺服电机驱动丝杠旋转,从而使行星滚柱螺母总成带动电动缸推杆完成直线往复推拉运动。

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行星滚柱丝杠的电动缸结构示意图

那么,采用了行星滚柱丝杠的电动缸,在性能上有什么不同呢?

超长寿命

当丝杠旋转并在推杆上产生推(拉)力时,作用力在滚珠丝杠上的力是施加在各个滚珠球面上的一个点的。

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滚珠丝杠作用力示意图

而这个力在滚柱丝杠上则是施加在螺纹面上的。

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滚住丝杠作用力示意图

在同样的体积空间内,滚柱丝杠的受力承载面积是滚珠丝杠的15倍以上

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受力承载面积比较

因此,相对于同规格滚珠丝杠,滚柱丝杠可以提供15倍以上的使用寿命

更高的效率

滚珠丝杠中相邻的珠子在运动中相互撞击,从而会导致发热和磨损。

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滚柱丝杠的小滚柱以行星的形式在大滚柱周围,没有相互间的碰撞,因此可以提供更高的传动效率。

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⚠️EXLARFT系列电动缸产品为例,其可以提供高达177kN的推力。

更高的速度

滚珠丝杠的珠子相互间的摩擦和振动导致了能量的损耗

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另外,滚珠丝杠循环槽的尖锐的拐角使得其珠子产生振动和噪音

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这些都限制了其速度,仅在1000rpm左右。

而滚柱丝杠则不同,首先其行星滚柱都经过精密磨削

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同时,滚柱丝杠摒弃了滚珠的循环槽,因此,行星丝杠可高效的运作。

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这些都使滚柱丝杠的可以达到极高的转速,可超过6000 rpm

易于维护

当拆卸滚珠丝杠的滚珠螺母时,珠子容易掉落。

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而滚柱丝杠的小滚柱嵌于螺母中,螺母可以非常方便的取下,易于检测和做重新润滑(不需要任何工具)

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很明显,两种不同的丝杠技术难度差异是极大的。

滚珠丝杠

钢球(滚珠轴承)非常容易获得且价格便宜

滚珠可以弥补滚道加工的误差,使其平均每颗珠子可以平均承载,设计和制造难度相对较低

滚柱丝杠

设计困难,需要通过精密的数学计算其螺纹形式,使其避免相互间的滑动

需要超高精度的加工工艺,以保证所有的螺纹接触点都能平均受力

需要昂贵的加工设备和经验丰富的技师

所以目前只有少数的厂家能够提供滚柱丝杠的电动缸,而且其硬件价格也是较高的。其价值就在于上面所说的:

相对于同规格滚珠丝杠,15倍以上的使用寿命

抗冲击能力强

易于拆装

最高转速可达6000 rpm

运行安静

除此以外,如果将行星滚柱丝杠做"反置式" 设计,在圆柱套筒上加工内螺纹,套筒的旋转就可以让行星滚柱组在套筒内做往复直线运动。利用这样的传动原理,就可以将伺服电机和机械缸体集成在一起,做成体积更加紧凑的集成式电动缸,如下图。

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集成式电动缸(剖视)

点击次数: 更新时间:2016-02-22