通过Tony Kliber, Nexen Group, Inc.精密自动化组件首席项目工程师，明尼苏达州Vadnais Heights

滚子小齿轮技术可以克服齿条和小齿轮系统的局限性，为精确运动控制应用提供优势。

线性驱动系统是各种制造过程的关键部分，从机床和玻璃切割到医疗和航空航天应用。传统的齿轮齿条系统一直是解决方案的选择，但其局限性会阻碍生产目标和效率的提高。滚子小齿轮系统的设计是为了克服与齿条和小齿轮系统相关的性能挑战，并提供这些应用需求的运动控制，而不遭受昂贵的错误。在安装线性驱动系统之前，您应该知道哪些技术是可用的，因为它们各自的优势和限制可以显著影响总体生产成本。

传统齿条和齿轮系统
齿轮齿条系统将旋转运动转化为直线运动。它由一个圆形的带齿小齿轮和一个平齿条组成。小齿轮的加工齿形与齿条上的匹配齿形啮合。通常情况下，小齿轮由电机驱动，使其旋转，然后啮合齿将旋转运动转化为直线运动。由于其工程，传统的齿条和齿轮系统需要齿条齿和齿轮齿之间的间隙，以防止堵塞和过度磨损。如果不这样做，环境的微小变化可能会造成破坏性的后果。例如，哪怕是10度的温度变化都会导致齿轮齿膨胀，这可能会导致系统瘫痪。虽然这种间隙对于避免系统锁死是必要的，但它也会导致回隙，这相当于系统误差。

为了抵消高精度应用中的这种反弹，制造商增加了第二个组件来补偿间隙。这可以通过在驱动系统中增加第二个小齿轮来实现或者使用分裂小齿轮系统。在分裂小齿轮系统中，一个小齿轮基本上被切成两半，弹簧位于两半之间。在操作过程中，当分裂的小齿轮沿齿条移动时，小齿轮的前半部分推动齿条齿的一侧，另一侧推动下一个齿条齿。

虽然分裂的小齿轮系统确实消除了齿隙引起的齿隙，但它可能是昂贵的，并加速对结构的磨损。由于系统的一半作为控制元件，分裂的小齿轮以有限的扭矩能力工作。当驱动动力学必须克服由弹簧力引起的摩擦时，效率也会由于运动损失而降低。

除了齿隙，传统的齿条和齿轮系统还容易受到其他限制，影响整体生产效率和精度。例如，这些系统需要经常进行专门的维护，以确保持续的性能。齿磨损降低定位精度，系统必须持续润滑以减缓这种恶化。不幸的是，持续润滑的需求也会导致额外的问题，如污染产品或在工厂地板上制造混乱。齿条和齿轮系统也可能遭受噪音，振动，颗粒排放，速度波动和齿疲劳。

滚筒齿轮系统
滚子小齿轮技术是一种替代传统齿条和小齿轮系统。尽管它们与齿条和小齿轮共享相似的设计原理，但小齿轮滚子系统用轴承支承的滚子取代了传统的齿形，其作用就像一个凸轮和从动件，而不是一个正齿轮。

独特的齿廓意味着没有必要在齿条和小齿轮之间的间隙。滚子小齿轮的改进圆形齿廓设计确保至少两个滚子始终保持相对负载，有效消除齿隙。滚子与齿条相切，并平稳地向下滚动齿面，防止与传统齿条和齿轮设计相关的齿拍、滑动摩擦、疲劳、噪声和精度误差。

因为每个齿形都被精确测量，以确保高位置精度和消除累积误差，滚子小齿轮技术被设计成克服齿隙和任何后续误差造成的齿隙。因此，该系统提供了一致的扭矩能力，以提供所需的精度和重复性，而不需要添加第二个小齿轮。

此外，由于不需要两个小齿轮，滚子小齿轮系统不需要补偿任何性能限制，加剧了增加一个弹簧元件。例如，当一个系统必须克服由弹簧力引起的摩擦力时，它的效率就会降低。固有的平滑，滚动运动的滚子小齿轮系统提供了一个低摩擦的操作，积极提高效率，高达99%时，旋转转化为直线运动。

滚动的动作，有回报
在当今的制造环境中，时间就是金钱，任何生产中断、机器维护和设备维修都意味着利润的损失。传统的齿条和小齿轮的操作方式会引起堵塞，因为一个小齿轮齿必须推离齿条齿的一侧，并立即移动到下一侧的齿。或者，独特的滚动设计的滚子小齿轮啮合多个齿侧同时-总是在相反的方向-同时也分配间隙之间的其他。这确保了连续平稳的运动，防止了不必要的堵塞和成本高昂的生产损失。

由于滚子小齿轮系统可以执行高质量的，无反冲的运动控制，而不需要辅助系统，实现成本比分裂小齿轮系统更低，以达到类似的结果。随着较低的初始投资支出，滚子小齿轮技术的内在耐久性确保了提高寿命和更少的维护要求，这节省了设备维修/更换和人工费用的系统寿命。

虽然没有系统可以真正的免维护，滚子小齿轮减少了持续润滑的需要，但仍然遭受比其他技术更少的磨损。此外，对于运行速度小于30米/分钟的应用程序，滚子小齿轮系统可以实现无润滑。即使在最高速度运行时，极低的摩擦设计产生最小的热量，以避免组件过度磨损。虽然两个系统中的小齿轮都需要定期更换，但使用滚子小齿轮技术，用户只需更换一个小齿轮，而不是更复杂和耗时的分裂小齿轮系统。

除了设备磨损的直接成本，机器设计师还应该考虑间接后果。随着传统齿条和齿轮系统的退化，定位精度和/或扭矩降低，需要操作人员进行补偿，以避免生产误差，这可能对产品质量和工艺效率有重大影响。为了防止磨损造成的任何性能损失，滚子小齿轮系统被设计为终生保留精度和扭矩，消除了任何补偿策略的需要。

制造商一直在寻找通过削减成本和保持产品质量一致性来提高盈利能力和保持客户满意度的方法。随着越来越多的行业和应用依赖于精确的直线运动，以及它在机器操作中的作用，运动控制组件的精度、寿命和耐用性从未如此重要。滚子小齿轮技术结合了这些关键属性的线性驱动系统，旨在提高生产力。

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