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        行星滚柱丝杠电动缸的特点及将来发展方向

        时间:2021-10-28 14:58:34    浏览:

        行星滚柱丝杠电动缸作为一种机电作动系统执行机构,与传统液压传动装置相比,避免了“跑、冒、滴、漏”等缺点,具备“大推力、高精度、高频响、高效率、长寿命、免维护”等优点,在一定的推力和速度范围,成为液压传动装置的理想替代产品。

         

        常见的螺旋丝杠传动形式主要有梯形螺纹丝杠传动、滚珠丝杠传动和行星滚柱丝杠传动3种。

         

        梯形螺纹丝杠的螺旋形式是一种普通的等腰梯形,传动时存在表面滑动摩擦,连续工作发热严重。此外,传动效率也较低,一般适用于大负载但工作转度和工作制要求很低的应用场合。

         

        滚珠丝杠利用滚珠链在丝杠轴与螺母之间做滚动运动,将旋转运动转换成直线运动,由于滚珠不断在两个负载承载面之间循环,存在相互碰撞及末端急剧转向,导致高转速条件下丝杠传动效率降低、噪声大,一般只适用于中等性能要求的应用场合。

         

        行星滚柱丝杠以丝杠旋转作为驱动,通过丝杠与滚柱之间的螺旋运动,由滚柱带动螺母做直线运动。行星滚柱丝杠主要由丝杠、螺母和滚柱组成,丝杠和螺母为多头螺纹,行星滚柱一般为单头螺纹,滚柱两端设置了螺纹齿,与内齿圈螺纹啮合,其传动原理与行星轮系相似,丝杠类似太阳轮,滚柱作为行星轮,螺母作为齿圈,当丝杠旋转时,滚柱围绕丝杠作行星运动,同时通过螺旋传动原理将丝杠旋转运动转化为螺母直线往复运动。

         

        行星滚柱丝杠机构综合了行星轮系、滚珠丝杠、滚针轴承的运动特点,通过在丝杠周围设置若干行星螺纹滚柱,可大幅增加传动过程中丝杠副的受力接触面积,使机构可以承受更大的载荷和冲击,可靠性高,行星滚柱丝杠传动非常适合用于高速重载工作的应用场合。

         

        行星滚柱丝杠电动缸是将可调速电机(如AC伺服电动机、步进电动机和DC电动机)与行星滚柱丝杠传动集成设计的模块化产品,将电机的旋转运动转换成直线运动,通过控制可调速电机可方便地实现电动缸的精确速度、位置和力控制。采用行星滚柱丝杠副进行传动,还具备以下特点:

        1)  高承载。采用行星滚柱丝杠是线接触,接触面的增加使承载能力和刚性大大提高。每个滚柱的每条螺旋线都同时与配合部件受力接触,同时承受负载。这种设计保证负载分散在更多的接触点上,降低每个接触点上的最大压力。

         

        2)耐冲击。承受冲击载荷能力很强,工作可靠。

         

        3)体积小。相同载荷情况下,行星滚柱丝杠体积比滚珠丝杠小1/3的空间。

         

        4)高速度。因为不像滚珠丝杠那样,钢球需要反复加载、 卸载, 还需要在滚珠循环通道两端急剧转向,所以行星滚柱丝杠转速可达6 000 r/min,最高线速度可达2 000 mm/s,最大加速度可达3g

        5 噪声低。滚珠丝杠机构的噪声来源于滚珠在循环通道中的相互碰撞和急速转向,而行星滚柱丝杠的噪声来源于滚柱两端正时齿轮机构的啮合,其频率更高,而且不会随丝杠转速升高呈指数级增加。因此,滚柱丝杠比滚珠丝杠的噪声更低。

        6)高精度。丝杠轴是小导程角的非圆弧螺纹,有利于达到较高的导程精度,可实现精密微进给。

         

        7 长寿命。行星滚柱丝杠能承受的静载为滚珠丝杠的3倍,寿命是滚珠丝杠的15倍。

        8 易安装维护。电动缸中一体化螺母组件很容易从丝杠轴分离,滚动体及相关零件不会散落,便于安装与维修。

        9 环境适应。电动缸对恶劣的环境(低温、粉尘、化学沉积和无润滑等)的适应能力较强。

         

        目前,行星滚柱丝杠电动缸的发展方向主要集中在以下几点:

        1 长行程。目前行星滚柱丝杠电动缸行程受限于传动技术和制造工艺等方面的制约,行程无法满足一些大型设备工作行程的要求,因此急需在此方面进行突破。

        2 大承载。重型工业设备及大型军事设备要求承载能力很高,目前电动缸最大承载不能满足实际需求。需要进一步发展螺旋丝杠传动结构和材料工艺,提高电动缸的承载能力。

        3)高转速。受限于驱动电机、传动机构及行星滚柱丝杠制造精度的限制,目前电动缸速度有限。随着相关技术发展,行星滚柱丝杠电动缸将能够实现更高转速运行。

        4)高精度。目前采用滚柱丝杠传动的伺服电动缸,通过伺服控制可以实现0.01 mm左右的精确定位,实现更高定位精确还比较困难。必须不断发展伺服控制技术和改进传动结构,以期满足更高精度设备需求。

        5 集成一体化。当前已有部分电动缸产品实现驱动电机与传动部件一体化集成设计,但规格型号比较有限,需要进一步发展集成化技术,减少外形尺寸及安装空间需求,以更好地满足设备的需求。


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