滚轮螺钉执行器：优点，选择和维护

由Gary Shelton，Principal Design工程师，Exlar Corp.，Chanhassen，Minn。

液压/气动或机械执行器的选择始终取决于应用，但如果应用因素相等，则辊螺杆执行器具有一些优点。

在许多应用中，尤其是涉及重载和快速循环的应用中，滚柱螺杆执行机构比液压或气动执行机构有几个优点。例如，控制更简单，消除了组成液压和气动系统的阀门、泵、过滤器和传感器的复杂系统。其他好处包括系统占地面积小、功能寿命长和维护要求低。而且，由于滚柱螺杆系统不需要高压流体，它们可以降低噪音水平，并且不会发生潜在的危险流体泄漏。

倒辊螺杆机构
滚筒螺丝有两种基本的配置;倒辊螺杆机构，顶部和标准配置滚子螺杆，底部。

滚轮螺杆技术
滚轮螺钉将旋转扭矩转换成线性运动，类似于Acme螺钉或滚珠丝杠。但是滚轮螺钉可以比ACME和滚珠丝杠更频繁地变得更快，更频繁地旋转，使其成为苛刻的持续职业应用的理想选择。类似地，大小的滚轮螺钉比ACME螺钉更有效，并且可以携带比滚珠丝杠更大的载荷，处理载荷高达779,000 LBF。

性能差异是由于传输力的设计。滚珠丝杠中的接触点的数量受球尺寸的限制。在辊螺杆系统中，多个螺纹辊在螺纹轴周围以行星布置组装，其将电动机的旋转运动转换成轴或螺母的线性运动。辊子具有辐射侧面，可提供点接触，类似于滚道上的球，只有附近的半径，包括在轮廓的一部分附近。这种设计允许较大的半径具有额外的接触点，以适合现有空间，降低系统内的应力并延长其功能寿命。由于接触点的数量更大，滚子螺钉具有高负载承载能力，以及改善的刚度。这通常意味着辊螺杆致动器占用更少的空间，以满足设计师的负载要求而不是类似尺寸的滚珠丝杠。

滚轮螺丝

滚轮螺丝旨在在接触点处具有更大的半径，这意味着更多的接触点将适合在同一相同空间内。与相对尺寸的滚珠丝杠系统相比，这降低了应力和延长功能的寿命。

高负载能力意味着滚柱螺钉在使用寿命方面具有一些主要优势。例如，在应用于1.2 in.的2000 lbf平均负载应用程序中。螺钉直径为0.2英寸。因此，滚珠丝杠的预期使用寿命是滚珠丝杠的15倍。由于滚道旋转时滚珠相互碰撞，典型滚珠丝杠转速限制在2000 rpm及以下。相反，滚柱螺钉中的滚柱通过轴颈和端部齿轮固定在行星排列中，因此它们没有相同的速度限制。因此，滚柱螺钉可以在5000 rpm或更高转速下工作，从而产生相对较高的线性行程率。

多功能螺母选项可让您平衡齿隙和负载能力需求以及成本权衡。一些常见的螺母配置为单螺母、对开螺母和双螺母设计。最常见的配置为单螺母，使用寿命长，齿隙小于0.001英寸。在分体式螺母设计中，螺母横向分体式，前后两半之间有一个精密的接地垫片。分体式螺母配置有效地消除了齿隙，并将额定动载荷降低了约38%。顾名思义，双螺母排列使用两个螺母在单个螺钉上相互预加载。这种设计提供了与单螺母设计类似的预期寿命，并减少了齿隙，但通常成本高于单螺母配置。

滚轮螺杆尺寸规格
滚子螺杆变量包括直径，引线和密封。准备组件规格时，请务必考虑预算，最大线性速度，最大负荷，最大行程，必要的精度水平，耐受障碍的公差，存在的污染物和所需的保护水平。

一些关键计算有助于确定应用程序的理想参数。例如，滚柱螺钉螺母的速度不能超过其机械速度限制，这取决于螺钉直径和润滑方法。用油润滑的系统不应超过140000/d_O.，而润滑脂润滑的滚柱螺钉系统不应超过90000/d_O.。

在高速滚子螺杆应用中，滚轮螺杆轴通常建立自然频率振动，这应该通过计算临界速度来考虑。该速度由螺杆直径，长度，装载方向和轴承装置决定。辊螺杆的转速应保持低于临界速度，定义为：

N._填料= 86.4 x 10^6.D._O.F_S./ L.²

在哪里：

N._填料=零轴向载荷（RPM）下的临界转速
D._O.=螺钉直径，英寸(（毫米）
FS =支撑轴承系数
l =螺钉长度，英寸（mm）

另一种避免的现象是屈曲。当螺钉轴上的压缩载荷太大而不能直径时发生屈曲。屈曲力由支撑螺钉的螺杆长度，直径和轴承类型确定。压缩载荷应小于屈曲力，定义为：f_B.= 81.3f_B.D._O.^4./ L.²

在哪里：

F_B.=屈曲力，kn
F_B.=屈曲承载力系数

另一个要考虑的因素是电机尺寸。通过计算所需的扭矩来选择电动机作为辊子螺钉的载荷的函数，并将其与可用电机和动力传递部件进行比较。对于需要特定电机的应用，可以将具有较低或更快的铅，带或齿轮减排的滚子螺钉配置在系统中。

滚筒螺纹图表

保护和维护
在正确指定和维护的辊子螺杆系统中仍然可以从金属疲劳或螺纹侧翼磨损时，通常可以防止其他故障。为最佳性能和寿命，滚轮螺钉，如其他铅螺钉，应润滑，必须耐受污染物，包括磨料，金属芯片和非润滑液。

尽管由滚动螺杆设计产生的摩擦与滑动摩擦相比最小，但它仍然可以引起热积聚，这可能最终导致昂贵的故障。润滑剂应使用散热以避免磨损和过早衰竭。通常，通过规则的油脂和油补充，可以增加滚子螺杆寿命。维护间隔取决于螺杆尺寸和操作条件。通常，KP（DIN 51825）一致应施加两个轴承润滑脂。具有较高占空比的一些应用可能需要具有EP添加剂的高性能齿轮油。润滑率根据螺杆直径，滚轮数量和待消散量而变化。

提供足够的污染物防护对于延长功能寿命也至关重要。例如，如果金属屑进入螺母组件，滚柱螺钉可能会将其研磨成研磨剂，这将导致剥落和最终的灾难性故障。轴雨刮器、波纹管、护罩和外壳可防止滚柱螺钉组件受到环境污染物的影响，应根据具体应用要求进行选择。例如，可以在螺母的前部或后部添加刮水器，以便在整个螺钉行程中刮除螺纹中的微粒。此外，装有滚柱螺钉的强制管将润滑剂保持在内部，同时防止污染物侵入。具有IP67等级的力管有多种安装选项。

不正当的装载是滚子螺杆故障的另一可能原因。作为一般规则，铅螺钉不耐受施加的时刻或侧装，因此应使用高精度滑轨来携带这些载荷，并确保螺母上的装载是对引线螺钉的轴向轴。

尽管滚柱螺钉的初始成本可能高于alter native运动驱动系统，但从长远来看，它们通常能显著节约成本。事实上，一个适当指定和维护的滚柱螺杆系统的成本通常是滚珠螺杆系统累计成本的一半，因为它们不需要更换或更换
经常维持。

在工程交流中讨论这一点：