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高速线性执行器:什么使它们成为高速?

通过丹尼尔•柯林斯|2017年9月22日

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就像线性运动行业中使用的许多术语——“重型”、“微缩”和“耐腐蚀”,仅举几个例子——没有行业标准来规定什么是“高速”线性执行器。然而,有一些一般的指导方针,制造商遵循分类和营销他们的执行器作为高速。这些准则通常基于驱动机制、执行机构类型,甚至主要用途或行业。理解这些区别可以帮助您在应用程序需要“高速”线性执行器时做出明智的决定。

速度主要取决于驱动机构

驱动器速度能力的限制因素通常是驱动机构。滚珠丝杠和丝杠的速度受其倾向的限制鞭子,这是一个函数的螺杆直径,长度,和端轴承安排。因为丝杠设计是基于滑动接触和产生高热量由于摩擦,他们往往有较低的最大速度比滚珠丝杠的类似大小。因此,在螺杆技术,驱动器基于滚珠丝杠驱动更有可能被认为是“高速”比那些基于丝杠驱动。

高速线性执行器

滚珠丝杠和丝杠的速度受到“鞭”倾向的限制,这取决于丝杠的直径、长度和端部轴承的布置。
图片来源:博世力士乐

基于皮带传动或齿条和小齿轮组件的执行器通常能够实现比滚珠丝杠更高的速度,如果它们是适当的张紧(对于皮带传动版本)或预加载(对于齿条和小齿轮版本)。执行器与钢加强带可以达到速度10米/秒或更高,而齿条和小齿轮驱动执行器通常可以达到速度5米/秒。

执行机构类型也起着最大速度的作用

当讨论高速线性驱动器时,另一个因素开始发挥作用:类型致动器。“高速”的定义通常应用于推杆式执行器——也称为电动气缸——因为它们的主要应用涉及推/拉和插入操作,通常需要非常短的延长和收回时间。这些执行器可以是滚珠丝杠或丝杠驱动,速度从0.1米/秒到超过1米/秒。一些制造商甚至提供皮带驱动杆式执行器,其速度可达2.5米/秒。

高速线性执行器

滚珠丝杠从动杆式执行机构可实现高达1.3米/秒的速度。
图片来源:Tolomatic, Inc。

滑块或车厢式执行器(也称为无杆执行器)可以实现甚至比杆式执行器在许多情况下更高的速度。但由于它们的主要用途是定位和运输,通常是高负荷的,它们很少在市场上被称为“高速”。无杆或滑块式执行器有广泛的驱动器选择,包括丝杠,滚珠丝杠,齿条和小齿轮,皮带,和直线电机。

直线电机本质上提供最高速度的能力,没有机械部件限制速度或产生摩擦和热。但是当与直线驱动器结合时,直线电机的驱动受到导向机构速度的限制。同样,钢加固带传动可以实现大于12米/秒的速度,但像直线电机一样,受到导轨的最大速度的限制。与直线电机和皮带驱动器一起使用的最常见的导轨系统是再循环型轨道轴承,其最高速度通常可达5米/秒。限制执行器的总速度为5m /s及以下。

高速线性执行器

无杆,或滑块式,驱动器使用皮带驱动和凸轮滚子导轨可以实现最高速度,高达10米/秒。
图片来源:罗伦公司

然而,更高的速度可以实现时,带传动与凸轮滚子导轨配对,而不是再循环的异形轨道轴承。预加载凸轮滚子导轨和适当的张力,钢加强带驱动,这些高速线性执行器赢得了比赛,旅行速度高达10米/秒。


对于微纳定位应用,驱动器的选择往往基于音圈或压电技术。超声波压电致动器可以达到0.5米/秒或更大的速度,但他们通常有100毫米或更少的最大冲程。音圈执行器的最高运行速度为0.25到0.30米/秒,行程为150毫米或更少。

高速线性执行器

压电致动器(如上图所示的超声波版本)和音圈致动器不一定是“高速”致动器,但它们可以被归类为“高加速度”。
图片来源:Physik instrument LP

虽然这些规格可能不符合“高速线性执行器”的一般定义,但考虑到在非常短的冲程长度内达到这些速度所需的快速加速度,压电和音圈设计可以很容易地被归类为“高加速度”执行器。



了下:线性运动技巧,滚珠丝杠•丝杠,运动控制•电机控制


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丹尼尔•柯林斯

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