选择正确的驱动螺丝型对于获得最佳执行器性能，准确性和可重复性至关重要
克里斯·玛普
节目经理和工程师
狩猎阀门执行器部门
螺杆驱动器是最常见的机电线性执行器类型。螺钉驱动器用作线性力产生系统，将从电机输入的旋转扭矩转换为线性推力和运动。由于机电致动器也用于线性定位，因此它们必须能够确保准确和可重复的线性运动水平，同时仍然能够为应用提供所需的力。螺钉机构通过旋转螺母或更典型的螺钉来产生线性运动以产生运动。
虽然所有螺杆驱动器的基本原理是相同的，但各种类型和设计都有各种类型和设计，每个类型和设计都具有自身的特点和益处。确定适当的驱动螺钉取决于预期的应用，以及其固有要求。系统的负载，期望的旅行速度，占空比，周围环境和工作温度都会影响驱动螺钉的性能。选择错误的类型可能导致操作效率低下，或更糟糕的是过早失败。因此，找到特定应用的最佳解决方案对于实现最佳结果至关重要。
狩猎阀换阀
它开始了解可用的各种螺杆驱动技术的相对优势和弱点。三种主要螺杆驱动器类型中的每一种 - 球，滚筒和ACME /梯形 - 有其自身的优点和缺点。在这里，我们提供这三种螺丝技术的高级概述，以帮助您为您的系统做出正确的选择。
滚珠丝杆传动系统。
滚珠丝杠传动系统广泛用于线性运动应用，因为它们与高负荷寿命的高效率和可预测的产品寿命相结合。精心设计的滚珠丝杠是需要高推力水平的高占空比应用的理想选择。
机械地说，滚珠丝杠由金属螺钉和螺母组成。螺母中的金属球轴承充当螺母和螺丝螺纹之间的配合界面。根据设计，这些滚珠轴承卷起并通过单个电路或一系列电路卷起，或者在螺母内或外部返回管中的一系列电路。这发生在螺钉或螺母本身旋转时，导致这些部件中的一个移动，提供必要的线性运动。
有两种主要类型的滚珠丝杠传动系统-单滚珠螺母和双螺母风格。第一种类型包括一个单一的滚珠螺母，它通常会有一些固有的后座力水平-螺母和螺杆之间的自由运动水平-由于滚珠轴承之间的间隙，因为它们沿着螺杆移动，并通过螺母循环。第二种类型的滚珠丝杠驱动单元是一个双螺母风格，与螺母是相互预张的。这有助于通过减少球轴承和螺纹之间的间隙来减少齿隙，提供更高的精度和重复性。
比较滚珠丝杠的优缺点。
滚珠丝杠设计内的间隙水平很重要。Backlash对线性驱动单元的可重复性产生影响，这意味着它的能力，精确地，并在相同的操作条件下重复地达到其到达的相同位置。球螺母通常有5到25千万千分之一英寸固有的间隙。除了选择双螺母设计时，可以通过装载大于标称直径的球轴承的每个电路来减轻滚珠丝系统中的间隙。这会收紧滚珠轴承之间的间隙，并且尤其可以减轻螺杆组件的固有间隙。
In most cases, a ball-screw-driven unit’s accuracy, or ability to hit a targeted linear position, is a product of the quality of the manufacturing process used to create the screw and the consistency of the screw thread profile over the length of the stroke. The repeatability attributable to the nut(s) and the accuracy attributable to the quality of the screw must both be considered when evaluating the overall precision of the unit.
何时选择滚珠丝杠传动系
滚珠丝杠是呼叫高占空比，高速和高负载的应用的伟大选择。当您正在寻找有点扭矩优势时，它们也是良好选择。球螺母内的滚动元件通常具有比辊子和ACME螺钉更低的摩擦，这使得它们具有高达90％的机械效率。这种高效率使它们非常适合需要更高水平的性能，并且螺丝磨损是一个问题的影响。
虽然它们提供了良好的性能，但在某些应用中滚珠丝杠的一个潜在缺点是它们在使用中产生的噪音。这是由于球体在回流管中碰撞并通过螺母循环所产生的声音。
滚动螺旋传动系统。
与滚珠丝杠设计类似，滚柱丝杠由一个丝杠和一个连接螺母组成，其螺纹形状通常为三角形。然而，不是使用滚珠轴承与螺纹形式的接口，滚子螺杆设计使用螺母内的小，旋转的滚子提供螺母和螺杆本身之间的接触。这意味着滚子螺母有多组滚子，与滚珠螺母相比，提供了更多的接触点。这种结构允许滚柱、螺母和螺杆之间的接触线，提供冲击、负载和整体刚度优于滚珠螺杆设计。
随着与滚珠丝杠相比其设计的相似之处，它们共享相似的效率并不奇怪。由于它们具有增加的接触面积，因此它们的效率略低于滚珠丝杠的略低，平均约为85％。这种效率显着变化，主要取决于螺杆直径和螺纹引线。
比较滚珠丝杠的优缺点。
有两种主要类型的辊子螺钉;标准辊螺钉和倒辊螺钉。标准辊螺杆由硬化的螺纹轴和行星或再循环滚子螺母组成，行星螺母更常见。在这种布置中，轴连接到电动机或齿轮系，螺母向上或向下转换螺钉以产生线性运动，非常像球和铅螺钉。虽然制造技术变化，但通常最终螺纹形式被研磨成轴后热处理。这允许螺母与高精度，长寿命组件的螺钉匹配。倒辊螺钉使用螺纹管代替轴，基本上是标准辊螺母的长版本。行星螺母通常固定在轴上，管或轴可以旋转以产生线性运动。如果管子旋转，螺母在管内上下平移;如果固定到螺母的轴是旋转的，则管子延伸或缩回。 While this type of screw can result in a more compact overall assembly, it is more limited in the size and overall lengths that can be manufactured. These tubes are also hardened, but the thread inside the tube is generally not ground afterward, so the final assembly cannot be matched as precisely.
滚子螺钉内部的视图，显示螺母内的小旋转辊。
精密磨削和加工，结合几何形状，允许更多的接触点在同一信封，给滚子螺丝一个高的动态负载额定值，或DLR。这使得类似尺寸的螺杆组件的产品寿命更长。
何时选择滚轮螺丝驱动器
机器设计人员经常选择用于复杂应用的滚轮螺钉，需要中等至高精度的精度。它们适合处理更具挑战性的应用，因为它们提供高效率，大承载能力和高占空比能力。它们也是良好的选择，其中需要较少的系统维护或者当您不想担心经常担心更换零件时，因为滚轮螺钉提供延长的产品寿命，给出了螺纹上的较大接触区域。
滚珠丝杠在工作过程中产生的噪音通常比滚珠丝杠小得多。它们的噪音只来自螺母内的行星滚轮。由于这些行星滚子与螺杆表面保持恒定的接触，使用时的噪音水平比滚珠丝杠低，而滚珠丝杠的滚珠轴承具有运动自由。
注意，对制造这些螺钉至关重要的紧凑的加工公差具有增加系统的总成本。对于更简单的系统，非关键功能，或对于更少要求的应用，滚子螺钉的较高功能可能是成本高的。
梯形螺旋传动系统
ACME和梯形螺杆传动系统最适用于低转速和占空比的低精度应用。虽然松散的加工公差可能允许梯形螺钉和梯形螺钉有效互换，但它们的几何形状实际上相差1度。梯形螺纹的夹角为30度，梯形螺纹为29度。当螺丝转动时，螺纹向螺母传递线性力。这些传动系统采用梯形齿形的螺纹形式，通常卷成钢轴。这创造了一个强大的螺纹形式，这传递了一个线性的力量到一个固体螺母从滑动表面上的螺纹形式的侧面。滑动表面是效率低下的原因，旋转螺旋所需的大部分能量都被热量消耗掉了。
梯形/梯形驱动螺钉的优缺点。
Acme螺杆效率取决于螺母材料（通常由塑料，聚合物，黄铜或青铜），螺丝引线和所用润滑的类型/量。它们的效率通常远低于球或滚子螺钉，从约20％到80％。较低的效率可以防止负载或外力从后驱动组件，这对于某些应用来说是一个优势，并且对其他人有害。值得注意的是，振动可以允许任何ACME或梯形螺钉回到后驱动。固有的能量损失意味着这些类型的螺钉需要比其他螺杆类型更多的扭矩提供相同的推力。
何时选择ACME /梯形螺丝驱动器
在三种螺丝类型中，Acme螺钉的成本最少，通常最容易获得。它们适用于低速应用或在没有高占空比要求的系统中。
但是，ACME螺钉不适用于要求高负载周期或高运行速度的应用场合。这就是为什么ACME螺钉一般不应用于更复杂的应用程序，特别是具有可变操作条件的应用程序。与其他两种螺杆类型相比，它们的产品寿命往往是不可预测的，这意味着这些类型的螺杆的维护和更换更加动态。
这篇简短的调查告诉我们的是，没有螺丝动力传动系统，这些螺旋驱动器比各种例子中的其他人更好。三种主要螺杆类型中的每一种都有自己的优点和缺点，必须考虑。找到右螺丝动力传动系统将完全取决于您的独特应用程序的具体细节和所需的运动/动作。
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