皮帶驅動(dòng)執行器與滾珠絲杠執行器：哪種是您應用的合適選擇？

如今，線(xiàn)性執行器在各種先進(jìn)自動(dòng)化應用中發(fā)揮著(zhù)重要作用。從制造環(huán)境中原材料的簡(jiǎn)單移動(dòng)到用于機床準確定位的先進(jìn)機器人系統，線(xiàn)性執行器可為各種任務(wù)提供快速、有效率且可重復的運動(dòng)。

兩種廣泛使用的線(xiàn)性執行器類(lèi)型是皮帶驅動(dòng)和滾珠絲杠驅動(dòng)執行器。這兩種類(lèi)型都用于類(lèi)似的應用，但在功能上有很大差異，尤其是在驅動(dòng)機制方面。選擇線(xiàn)性執行器時(shí)，須仔細考慮每種類(lèi)型的優(yōu)缺點(diǎn)，以便為特定的線(xiàn)性運動(dòng)應用提供好的結果。

皮帶傳動(dòng)執行器

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皮帶傳動(dòng)執行器通過(guò)連接在驅動(dòng)器兩端的兩個(gè)滑輪之間的正時(shí)皮帶將旋轉運動(dòng)轉換為線(xiàn)性運動(dòng)。正時(shí)皮帶通常由纖維增強彈性體制成，用于輕型應用，或由鋼增強聚氨酯皮帶制成，用于更苛刻的要求。皮帶包含與滑輪嚙合的齒，以有效傳遞扭矩并防止打滑。皮帶驅動(dòng)器封裝在鋁制機體內，載重托架沿軌道行駛在頂部。與滾珠絲杠執行器不同，驅動(dòng)軸垂直于執行器的側面。

滾珠絲杠驅動(dòng)執行器

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在滾珠絲杠驅動(dòng)執行器中，滾珠絲杠的旋轉驅動(dòng)滾珠螺母和安裝的滑架實(shí)現所需的線(xiàn)性運動(dòng)。絲杠具有精密研磨或軋制的螺旋槽，用作內圈。螺母具有內部凹槽，用作外圈。精密硬化鋼球回路在絲杠和螺母之間的凹槽中循環(huán)。與皮帶驅動(dòng)執行器的結構類(lèi)似，滾珠絲杠驅動(dòng)執行器的驅動(dòng)部件封裝在鋁制機體內，而滑架在頂部移動(dòng)。與皮帶驅動(dòng)執行器相比，驅動(dòng)軸接口與滾珠絲杠成一線(xiàn)，位于執行器末端。

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

以下六個(gè)因素突出了皮帶驅動(dòng)和滾珠絲杠執行器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

1 – 行程長(cháng)度

皮帶傳動(dòng)系統可能因其長(cháng)行程能力而更為人所知。一般而言，與使用類(lèi)似長(cháng)度的滾珠絲杠驅動(dòng)執行器相比，使用皮帶傳動(dòng)可以更經(jīng)濟有效率地實(shí)現更長(cháng)的行程距離。然而，盡管這些系統通常用于需要行程長(cháng)度為 10 到 12 米的應用中，但隨著(zhù)它們達到更長(cháng)的長(cháng)度，皮帶開(kāi)始出現下垂問(wèn)題，因為無(wú)法在整個(gè)系統長(cháng)度上保持張力。

從歷史上看，絲杠驅動(dòng)系統的問(wèn)題在于難以達到更長(cháng)的行程長(cháng)度。隨著(zhù)絲杠長(cháng)度的增加，允許的速度會(huì )降低，這是因為絲杠傾向于在自身重量下下垂并經(jīng)歷抖動(dòng)。雖然滾珠絲杠執行器通常長(cháng)度為 1000 毫米或更短，但可以使用成對的軸承座來(lái)支撐絲杠并在更高的轉速下阻止任何抖動(dòng)效應，從而提供長(cháng)達 5.5 或 6 米的長(cháng)度。

2 – 負載能力

就負載能力而言，滾珠絲杠系統勝出，可提供更大的輸出力。滾珠絲杠執行器可提供高達 13,100 磅的輸出力，而皮帶傳動(dòng)負載能力通常更高約為 2,000 磅。

皮帶傳動(dòng)執行器要處理更高的負載/推力需求，需要更厚的皮帶。皮帶也容易受到?jīng)_擊載荷的影響，但可以通過(guò)精心選擇皮帶材料來(lái)緩解這一問(wèn)題，這些材料可以增加強度，但會(huì )犧牲彈性。

3 – 速度和加速度

滾珠絲杠驅動(dòng)執行器是高加速度和高推力需求的理想選擇，因為在這種重復需求下，皮帶傳動(dòng)皮帶輪容易在轉子處打滑。然而，當談到速度時(shí)，系統的抖動(dòng)特性將其速度限制在大約 2.5 m/s。如上所述，軸承座可以通過(guò)減少絲杠的無(wú)支撐長(cháng)度來(lái)提供額外的剛性，從而使滾珠絲杠執行器能夠在更長(cháng)的長(cháng)度下達到更高的速度。

相反，皮帶傳動(dòng)不受抖動(dòng)效應的阻礙，使其能夠達到比滾珠絲杠執行器更高的速度。大多數皮帶傳動(dòng)執行器的速度范圍為 4 到 15 m/s，加速度范圍為 10 到 50 m/s²。

4 – 精度和重復性

由于其剛性，預載滾珠絲杠比皮帶傳動(dòng)具有更好的定位精度。因此，對于高定位精度，滾珠絲杠驅動(dòng)系統通常是理想選擇。借助預緊螺母，精密研磨滾珠絲杠可提供無(wú)間隙運動(dòng)，并且可以在較長(cháng)時(shí)間內實(shí)現非常高的定位精度和重復性，精度約為 5 – 15 微米。

皮帶傳動(dòng)系統的主要缺點(diǎn)是皮帶會(huì )拉伸。即使是大多數系統制造商使用的鋼絲增強皮帶，最終也會(huì )經(jīng)歷一定程度的伸長(cháng)，從而降低重復性和行程精度。話(huà)雖如此，皮帶傳動(dòng)仍然可以實(shí)現 .001 英寸/英尺的線(xiàn)性精度。

5 – 安裝方向

在某些情況下，執行器的安裝方向將決定哪種驅動(dòng)機制好。皮帶和滾珠絲杠驅動(dòng)器都適用于水平安裝方向，但需要垂直安裝的應用需要更仔細的評估。

雖然每個(gè)垂直移動(dòng)負載的系統都需要內置安全機制，但滾珠絲杠驅動(dòng)器通常被認為比皮帶驅動(dòng)器更安全，可以承載垂直負載。這是因為滾珠絲杠的設計性質(zhì)會(huì )在系統發(fā)生制動(dòng)故障或其他損壞時(shí)防止反向驅動(dòng)。當垂直應用中需要皮帶驅動(dòng)執行器時(shí)，應添加外部制動(dòng)系統以減輕安全問(wèn)題。

6 – 維護

滾珠絲杠和皮帶驅動(dòng)執行器都需要定期潤滑導向系統，但是，絲杠驅動(dòng)器具有額外的組件，即須監控絲杠和螺母以確保其潤滑良好，以確保使用壽命長(cháng)且運行平穩。

皮帶驅動(dòng)執行器的運行效率非常高，并且非?？煽?，移動(dòng)部件較少，因此維護工作量較少。盡管如此，為了確保正確傳遞扭矩，皮帶的足夠張力至關(guān)重要，并且通常需要在定期維護期間重新張緊皮帶。

結論

皮帶傳動(dòng)和滾珠絲杠傳動(dòng)均具有性能優(yōu)勢。皮帶傳動(dòng)執行器仍然是負載較低應用的更好選擇，尤其是在需要更高速度和更長(cháng)行程長(cháng)度的情況下。滾珠絲杠傳動(dòng)執行器是需要高負載和/或推力以及高精度定位的應用中的更好選擇。