如今，線性執(zhí)行器在各種先進(jìn)自動(dòng)化應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。從制造環(huán)境中原材料的簡單移動(dòng)到用于機(jī)床準(zhǔn)確定位的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)，線性執(zhí)行器可為各種任務(wù)提供快速、有效率且可重復(fù)的運(yùn)動(dòng)。

兩種廣泛使用的線性執(zhí)行器類型是皮帶驅(qū)動(dòng)和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。這兩種類型都用于類似的應(yīng)用，但在功能上有很大差異，尤其是在驅(qū)動(dòng)機(jī)制方面。選擇線性執(zhí)行器時(shí)，須仔細(xì)考慮每種類型的優(yōu)缺點(diǎn)，以便為特定的線性運(yùn)動(dòng)應(yīng)用提供好的結(jié)果。

皮帶傳動(dòng)執(zhí)行器

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皮帶傳動(dòng)執(zhí)行器通過連接在驅(qū)動(dòng)器兩端的兩個(gè)滑輪之間的正時(shí)皮帶將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動(dòng)。正時(shí)皮帶通常由纖維增強(qiáng)彈性體制成，用于輕型應(yīng)用，或由鋼增強(qiáng)聚氨酯皮帶制成，用于更苛刻的要求。皮帶包含與滑輪嚙合的齒，以有效傳遞扭矩并防止打滑。皮帶驅(qū)動(dòng)器封裝在鋁制機(jī)體內(nèi)，載重托架沿軌道行駛在頂部。與滾珠絲杠執(zhí)行器不同，驅(qū)動(dòng)軸垂直于執(zhí)行器的側(cè)面。

滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器

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在滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器中，滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)滾珠螺母和安裝的滑架實(shí)現(xiàn)所需的線性運(yùn)動(dòng)。絲杠具有精密研磨或軋制的螺旋槽，用作內(nèi)圈。螺母具有內(nèi)部凹槽，用作外圈。精密硬化鋼球回路在絲杠和螺母之間的凹槽中循環(huán)。與皮帶驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)類似，滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)部件封裝在鋁制機(jī)體內(nèi)，而滑架在頂部移動(dòng)。與皮帶驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器相比，驅(qū)動(dòng)軸接口與滾珠絲杠成一線，位于執(zhí)行器末端。

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

以下六個(gè)因素突出了皮帶驅(qū)動(dòng)和滾珠絲杠執(zhí)行器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

1 – 行程長度

皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)可能因其長行程能力而更為人所知。一般而言，與使用類似長度的滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器相比，使用皮帶傳動(dòng)可以更經(jīng)濟(jì)有效率地實(shí)現(xiàn)更長的行程距離。然而，盡管這些系統(tǒng)通常用于需要行程長度為 10 到 12 米的應(yīng)用中，但隨著它們達(dá)到更長的長度，皮帶開始出現(xiàn)下垂問題，因?yàn)闊o法在整個(gè)系統(tǒng)長度上保持張力。

從歷史上看，絲杠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的問題在于難以達(dá)到更長的行程長度。隨著絲杠長度的增加，允許的速度會(huì)降低，這是因?yàn)榻z杠傾向于在自身重量下下垂并經(jīng)歷抖動(dòng)。雖然滾珠絲杠執(zhí)行器通常長度為 1000 毫米或更短，但可以使用成對的軸承座來支撐絲杠并在更高的轉(zhuǎn)速下阻止任何抖動(dòng)效應(yīng)，從而提供長達(dá) 5.5 或 6 米的長度。

2 – 負(fù)載能力

就負(fù)載能力而言，滾珠絲杠系統(tǒng)勝出，可提供更大的輸出力。滾珠絲杠執(zhí)行器可提供高達(dá) 13,100 磅的輸出力，而皮帶傳動(dòng)負(fù)載能力通常更高約為 2,000 磅。

皮帶傳動(dòng)執(zhí)行器要處理更高的負(fù)載/推力需求，需要更厚的皮帶。皮帶也容易受到?jīng)_擊載荷的影響，但可以通過精心選擇皮帶材料來緩解這一問題，這些材料可以增加強(qiáng)度，但會(huì)犧牲彈性。

3 – 速度和加速度

滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器是高加速度和高推力需求的理想選擇，因?yàn)樵谶@種重復(fù)需求下，皮帶傳動(dòng)皮帶輪容易在轉(zhuǎn)子處打滑。然而，當(dāng)談到速度時(shí)，系統(tǒng)的抖動(dòng)特性將其速度限制在大約 2.5 m/s。如上所述，軸承座可以通過減少絲杠的無支撐長度來提供額外的剛性，從而使?jié)L珠絲杠執(zhí)行器能夠在更長的長度下達(dá)到更高的速度。

相反，皮帶傳動(dòng)不受抖動(dòng)效應(yīng)的阻礙，使其能夠達(dá)到比滾珠絲杠執(zhí)行器更高的速度。大多數(shù)皮帶傳動(dòng)執(zhí)行器的速度范圍為 4 到 15 m/s，加速度范圍為 10 到 50 m/s²。

4 – 精度和重復(fù)性

由于其剛性，預(yù)載滾珠絲杠比皮帶傳動(dòng)具有更好的定位精度。因此，對于高定位精度，滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常是理想選擇。借助預(yù)緊螺母，精密研磨滾珠絲杠可提供無間隙運(yùn)動(dòng)，并且可以在較長時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)非常高的定位精度和重復(fù)性，精度約為 5 – 15 微米。

皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是皮帶會(huì)拉伸。即使是大多數(shù)系統(tǒng)制造商使用的鋼絲增強(qiáng)皮帶，最終也會(huì)經(jīng)歷一定程度的伸長，從而降低重復(fù)性和行程精度。話雖如此，皮帶傳動(dòng)仍然可以實(shí)現(xiàn) .001 英寸/英尺的線性精度。

5 – 安裝方向

在某些情況下，執(zhí)行器的安裝方向?qū)Q定哪種驅(qū)動(dòng)機(jī)制好。皮帶和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)器都適用于水平安裝方向，但需要垂直安裝的應(yīng)用需要更仔細(xì)的評估。

雖然每個(gè)垂直移動(dòng)負(fù)載的系統(tǒng)都需要內(nèi)置安全機(jī)制，但滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)器通常被認(rèn)為比皮帶驅(qū)動(dòng)器更安全，可以承載垂直負(fù)載。這是因?yàn)闈L珠絲杠的設(shè)計(jì)性質(zhì)會(huì)在系統(tǒng)發(fā)生制動(dòng)故障或其他損壞時(shí)防止反向驅(qū)動(dòng)。當(dāng)垂直應(yīng)用中需要皮帶驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器時(shí)，應(yīng)添加外部制動(dòng)系統(tǒng)以減輕安全問題。

6 – 維護(hù)

滾珠絲杠和皮帶驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器都需要定期潤滑導(dǎo)向系統(tǒng)，但是，絲杠驅(qū)動(dòng)器具有額外的組件，即須監(jiān)控絲杠和螺母以確保其潤滑良好，以確保使用壽命長且運(yùn)行平穩(wěn)。

皮帶驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的運(yùn)行效率非常高，并且非?？煽?，移動(dòng)部件較少，因此維護(hù)工作量較少。盡管如此，為了確保正確傳遞扭矩，皮帶的足夠張力至關(guān)重要，并且通常需要在定期維護(hù)期間重新張緊皮帶。

結(jié)論

皮帶傳動(dòng)和滾珠絲杠傳動(dòng)均具有性能優(yōu)勢。皮帶傳動(dòng)執(zhí)行器仍然是負(fù)載較低應(yīng)用的更好選擇，尤其是在需要更高速度和更長行程長度的情況下。滾珠絲杠傳動(dòng)執(zhí)行器是需要高負(fù)載和/或推力以及高精度定位的應(yīng)用中的更好選擇。