通过Robert Lipsett，现场领导和工程经理，Thomson Industries
在这里，我们解释丝杠在线性运动应用中的优势。然后我们解释如何应用它们。
滚珠丝杠通常是线性运动应用的首选，因为使用再循环球轴承提供高效率，负载能力和定位精度。然而，通过仔细关注选择和应用，Leadscrews可以提供较多应用靠近滚珠丝杠的效率 - 以及高负载能力和定位精度。更重要的是，由于灵活的配置和外形，在没有润滑剂，更安静的操作和更低的成本，可以更轻松地将Leadsclews更容易定制到应用程序的漏洞螺钉。
丝杠利用螺纹的螺旋角将旋转运动转换为直线运动。丝杠的性能很大程度上取决于螺母和螺杆之间的摩擦系数，而摩擦系数又取决于螺母和螺杆的材料。丝杠通常使用内部润滑的塑料或轴承级青铜制成的螺母。塑料螺母通常安装在不锈钢螺丝上，而青铜螺母通常安装在碳钢螺丝上。轴承级青铜螺母，不锈钢螺钉是一种选择。
工程师可以通过几个简单的步骤确定丝杠是否适合某一应用(并选择最合适的丝杠特征)。
导螺杆负载能力
在考虑是否丝杠或滚珠丝杠是最好的应用，首先看所需的负载能力。塑料螺母适用于重量小于100磅的轻载荷，但也可以设计重量超过300磅的塑料螺母。另一方面，青铜螺母适用于重量超过几千磅的场合。滚珠丝杠通常提供与丝杠相同或更好的负载能力，因此，如果负载要求超过丝杠的能力，则是更好的选择。
导螺杆效率
滚珠丝杠具有更高的效率，因为滚动接触比滑动接触提供更低的摩擦系数。滚珠丝杠的效率相对稳定，通常优于90%。相比之下，丝杠的效率一般在20 - 80%之间，这个值高度依赖于螺旋角。螺旋角是引线的反正切除以节径。它是线的前进角度。一般来说，螺旋角越大，效率越高。更高的螺旋角效率更高，因为驱动丝杠克服摩擦的能量更少。这是因为在高螺旋的螺杆上，为了得到给定的线性位移，螺杆必须旋转的次数更少。高螺旋角的一个缺点是需要更多的扭矩来转动螺丝。
注意，当铅螺丝的效率超过50％时，铅螺丝变得回去驱动，这意味着它可以通过负载向后驱动。背部驾驶性是许多应用中的缺点，因为它的力工程师将制动器结合以支撑负载......特别是如果螺钉垂直安装。
另一方面，在某些应用中，后置驾驶性能是一个加分项。例如，对客运列车的许多门的一个要求是让乘客强行打开。在这里，门工程师可以配置一个高螺旋角丝杠驱动，这样电机就可以快速关闭车门，乘客也可以在紧急情况下逃生。
导螺杆速度
滚珠丝杠通常采用0.200至0.500英寸的中等引线。/rev，尽管存在高螺旋产品。丝杠的引线范围很广，从小于0.050到2.00英寸。/牧师或更多。使用范围广泛的引线可以提供大范围的慢跑速度变化，最高可达70英寸/秒。丝杠的这种特性在许多应用中具有优势。例如，必须精确定位有效载荷的设备可以使用低螺旋角的丝杠来获得高定位分辨率。其他应用得益于快速慢跑速度和低螺杆转速，提供安静的操作和长寿命。丝杠的最大转速受丝杠临界转速的限制，即发生共振的速度。丝杠螺母可以在非常高的转速下驱动，但根据应用的负载，可能会发生热积累，从而限制占空比。
螺杆轴的临界速度也限制了滚珠丝杠，并且这些线性运动装置也受到滚珠可以穿过螺母的速度返回的速度限制，而不会损坏部件。这被称为DN评级。
导螺杆工作周期
滚珠丝杠很容易在负载下提供恒定的运动，而且由于它们产生的摩擦热很低，它们的占空比实际上是无限的。相比之下，塑料和不锈钢丝杠组件在额定负载下的占空比通常限制在50%。使用青铜螺母的丝杠组件具有更高的负载能力，但这些更重的负载增加了摩擦热，因此它们的工作周期必须更低，通常低至10%。这可以用PV关系更精确地计算出来。(有关更多信息，请参阅本文标题中的“关于压力-速度因子的最后说明”一节。)丝杠可以在轻负载和中等转速下运行100%的占空比，也可以在低负载和低转速或低负载和高转速下运行，但不能两者兼用。相对于给定的螺纹尺寸和螺母设计，高负载和高转速会导致过热和故障。
引导螺钉反弹
Backlash在定位精度重要的应用中是显着的考虑因素。标准跳闸和铅螺纹配置通常具有0.002至0.010的间隙。反斜隙螺母消除自由播放并提高重复性。大多数设计在两个螺母半部之间放置压缩弹簧或其他柔顺的成员以移除径向间隙。在螺母半部之间的预载荷必须等于或超过装载机构的装载方向上的施加的轴向载荷以防止丢失的运动。结果是更高的扭矩要求，其通常需要更大的电动机。
一些专有的防齿齿螺母在螺母和螺钉之间取出自由播放，而不会引入过度阻力扭矩。偏置间隔物上的凸轮表面使其相对于配合螺母半部旋转并平移，容纳螺母螺纹磨损的间隙。凸轮表面的角度使两个部件自锁，防止斜坡下降或在负载下显影。半螺母之间的凸轮内的扭转弹簧为螺母偏置提供足够的扭矩。只有当螺丝界面的磨损时，才会创造间隙，凸轮进展将消除间隙。除了负载逆转期间，自锁动作防止凸轮运动。
导螺杆噪声
由于滚珠轴承再循环，滚珠丝杠易于噪音。另一方面，Leadscrews很安静......尽管滑动的摩擦阻抗可以在没有润滑的情况下产生颤动或尖叫。
导螺杆耐腐蚀
由碳钢（共同选择）制成的滚珠丝杠对某些腐蚀性环境可能敏感。另一方面，带有不锈钢螺杆和塑料螺母的引导螺丝或具有高度耐腐蚀性。然而，塑料螺母可以限于30至150°F之间的温度。带有不锈钢螺杆和青铜螺母的铅螺丝也抵抗腐蚀。
Leadscrew设计自由和成本
滚珠丝杠具有相对刚性的形状因素。相比之下，Leadscrews为工程师提供更多的设计自由。设计师可以从无数的形式因子和螺旋角度挑选，以优化它们以应用要求。此外，新的跳闸设计的成本通常为10,000美元到20,000美元，而可比铅螺钉的3,000美元至5,000美元。
导螺杆寿命的计算
由于摩擦磨损可以是非线性的，因此没有可靠的闭合形式解决方案来计算铅螺钉的寿命。单个磨损系数通常不足以预测整个铅螺钉组件的寿命的性能。在受控操作条件下案例研究估计了寿命。在加载，速度和占空比的组合超过一定限度的情况下，失败是可预测的并且将迅速发生。对于在建议设计负载的应用程序靠近500 rpm，请与Leadscrew供应商的应用工程部门进行检查。它们可以计算压力速度（PV）因子，这是适当尺寸的关键设计因素，以及使用聚合物螺母的铅印组件的选择。
关于压力-速度因子的最后一个注意事项
PV因子是螺母和螺钉之间的压力和速度的乘积。它有助于确定负载，速度和占空比，螺母可以处理。塑料材料具有固有的PV额定值，即摩擦热引起塑料永久变形的那一点。因此，施加在丝杠组件上的负载越多，它必须转动得越慢，以避免超过螺母的PV限制。同样，螺母转动得越快，可用负载能力就越低。塑料螺母的主要失效形式是磨损和PV。磨损故障比PV故障发生得慢，可以通过应用案例研究和测试来解释。
铅螺钉润滑
所有滚珠丝杠都需要润滑以提供合理的生活。使用青铜螺母的铅印机制也需要润滑剂，通常是厚的阻尼润滑脂的形式。相比之下，由于螺母材料中的内部润滑剂，带有塑料螺母的铅螺钉组件可以在没有润滑剂的情况下运行，但使用凝胶型润滑剂的使用增加了允许的装载，并通过减少螺母和螺钉之间的摩擦来延长寿命。对于办公环境中的适度加载，速度和占空比，润滑应持续500,000到2,500,000英寸。恶劣环境减少了油脂寿命。提示为最终用户：如果存在颗粒，请在重新填充润滑剂之前清洁螺杆。在螺纹侧面上没有可见的薄膜时重新涂抹。
更多指导方针:不要在有大量颗粒或碎屑的环境中使用润滑脂，这些颗粒或碎屑会装载润滑脂并将其变成磨料浆。在这种类型的应用中，使用干膜润滑剂代替。聚四氟乙烯涂层是一种干膜，在金属基体和聚合物套管或铅螺母之间形成润滑屏障。适用于塑料螺母和不锈钢丝杆的配合使用。这样的组合消除了润滑维护的需要…而且涂层不像凝胶润滑剂那样吸引微粒。
在线选择和分级
今天，在线工具大大减少了工程师需要花在挑选合适的丝杠上的时间。在某些情况下，用户需要输入关键的应用参数，包括安装配置、负载条件、寿命要求、方向、速度和行程。然后，在线软件通过一套全面的计算来过滤选择。然后列出了满足应用要求的产品，按最小到最大的螺杆尺寸排列。用户可以根据精度、重复性、环境和螺母类型等参数进一步过滤结果。输出包括产品规格，尺寸，3D模型，报价请求表格和订购信息。
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了下:线性运动技巧
