隨著工廠自動化的要求越來越高，電動缸應運而生。我們(men) 目前比較常見的電動缸，一般為(wei) 如下圖所示的結構，伺服電機通過機械傳(chuan) 動裝置（如齒輪、同步帶或聯軸器）驅動滾珠絲(si) 杠旋轉，絲(si) 杠與(yu) 滑塊間排列分布著滾珠，沿著絲(si) 杠螺紋槽滾動並帶動滑塊完成直線運動，從(cong) 而實現推杆的推拉動作。為(wei) 適應不同的要求，電動缸已有多種品種規格，也有不同的名稱，如：電動滑台、直線滑台、工業(ye) 機械手臂等。

 

通常的電動缸結構簡圖

上述的電動缸結構雖然已經比較成熟，但是在麵對更苛刻的運控挑戰時，依然是捉襟見肘的。電動缸在複雜的環境下工作隻需要定期的注脂潤滑，並無易損件需要維護更換，將比液壓係統和氣壓係統減少了大量的售後服務成本。比如：

伺服的高動態響應和精確位置控製,可與(yu) 液壓執行器相抗衡的超長使用壽命,與(yu) 液壓執行器相抗衡的極高的功率密度,寬泛的推力範圍和更長的行程（如：可超過2米）,小體(ti) 積、低重量,抗衝(chong) 擊能力,超寬的工作溫度範圍,低噪音和振動

為(wei) 了解決(jue) 這些難題，一些直線運控產(chan) 品廠家在其產(chan) 品中運用了一些特別的技術，來幫助設備用戶在這些方麵提升直線運動應用的體(ti) 驗。今天為(wei) 大家介紹的就是在一種在某些電動缸產(chan) 品中應用的特殊的絲(si) 杠傳(chuan) 動技術－行星滾柱絲(si) 杠。

 

行星滾柱絲(si) 杠

什麽(me) 是行星滾柱絲(si) 杠

我們(men) 先看一下行星滾柱絲(si) 杠的結構

 

行星滾柱絲(si) 杠的結構示意圖

粗略看其結構形式與(yu) 普通的絲(si) 杠沒有太大分別

首先是一根的螺紋絲(si) 杠（如下圖），其長度決(jue) 定了運動行程

 

螺紋絲(si) 杠

然後是一組帶有螺紋的滾柱，滾柱的數量取決(jue) 於(yu) 絲(si) 杠的直徑的絲(si) 杠推力的大小，這一組滾柱被均勻的排列固定在一對法蘭(lan) 的圓周上，每個(ge) 滾柱都可以自轉，再用圓柱套筒封裝，組成行星滾柱總成，如下圖所示。

 

行星滾柱螺母總成

這其實是與(yu) 滾珠絲(si) 杠差別最大的地方。

並且我們(men) 注意到在滾柱的端側(ce) 不僅(jin) 有螺紋，還有齒牙。通過下麵的截麵圖看得更加清楚，滾柱端部齒牙與(yu) 圓柱套筒內(nei) 側(ce) 齒牙咬合，當滾柱自轉時，整個(ge) 滾柱組和法蘭(lan) 也會(hui) 在套筒內(nei) 側(ce) 旋轉。這個(ge) 和行星齒輪減速機的原理非常像。

 

行星滾柱螺母總成截麵

將行星滾柱總成像螺母一樣套裝在螺紋絲(si) 杠上，如下圖所示。當絲(si) 杠旋轉時，由於(yu) 滾柱和絲(si) 杠螺紋槽的咬合作用，整個(ge) 滾柱螺母總成就會(hui) 沿著絲(si) 杠直線方向運動。

 

行星滾柱絲(si) 杠

如果電動缸內(nei) 部采用上述的行星滾柱絲(si) 杠，其結構形式和傳(chuan) 動原理是同滾珠絲(si) 杠電動缸類似的，如下圖，伺服電機驅動絲(si) 杠旋轉，從(cong) 而使行星滾柱螺母總成帶動電動缸推杆完成直線往複推拉運動。

 

行星滾柱絲(si) 杠的電動缸結構示意圖

那麽(me) ，采用了行星滾柱絲(si) 杠的電動缸，在性能上有什麽(me) 不同呢？

超長壽命

當絲(si) 杠旋轉並在推杆上產(chan) 生推（拉）力時，作用力在滾珠絲(si) 杠上的力是施加在各個(ge) 滾珠球麵上的一個(ge) 點的。

 

滾珠絲(si) 杠作用力示意圖

而這個(ge) 力在滾柱絲(si) 杠上則是施加在螺紋麵上的。

 

滾住絲(si) 杠作用力示意圖

在同樣的體(ti) 積空間內(nei) ，滾柱絲(si) 杠的受力承載麵積是滾珠絲(si) 杠的15倍以上

 

受力承載麵積比較

因此，相對於(yu) 同規格滾珠絲(si) 杠，滾柱絲(si) 杠可以提供15倍以上的使用壽命

更高的效率

滾珠絲(si) 杠中相鄰的珠子在運動中相互撞擊，從(cong) 而會(hui) 導致發熱和磨損。

 

滾柱絲(si) 杠的小滾柱以行星的形式在大滾柱周圍，沒有相互間的碰撞，因此可以提供更高的傳(chuan) 動效率。

 

⚠️以EXLAR的FT係列電動缸產(chan) 品為(wei) 例，其可以提供高達177kN的推力。

更高的速度

滾珠絲(si) 杠的珠子相互間的摩擦和振動導致了能量的損耗

 

另外，滾珠絲(si) 杠循環槽的尖銳的拐角使得其珠子產(chan) 生振動和噪音

 

這些都限製了其速度，僅(jin) 在1000rpm左右。

而滾柱絲(si) 杠則不同，首先其行星滾柱都經過精密磨削

 

同時，滾柱絲(si) 杠摒棄了滾珠的循環槽，因此，行星絲(si) 杠可高效的運作。

 

這些都使滾柱絲(si) 杠的可以達到極高的轉速，可超過6000 rpm。

易於(yu) 維護

當拆卸滾珠絲(si) 杠的滾珠螺母時，珠子容易掉落。

 

而滾柱絲(si) 杠的小滾柱嵌於(yu) 螺母中，螺母可以非常方便的取下，易於(yu) 檢測和做重新潤滑（不需要任何工具）

 

很明顯，兩(liang) 種不同的絲(si) 杠技術難度差異是極大的。

滾珠絲(si) 杠

鋼球（滾珠軸承）非常容易獲得且價(jia) 格便宜

滾珠可以彌補滾道加工的誤差，使其平均每顆珠子可以平均承載，設計和製造難度相對較低

滾柱絲(si) 杠

設計困難，需要通過精密的數學計算其螺紋形式，使其避免相互間的滑動

需要超高精度的加工工藝，以保證所有的螺紋接觸點都能平均受力

需要昂貴的加工設備和經驗豐(feng) 富的技師

所以目前隻有少數的廠家能夠提供滾柱絲(si) 杠的電動缸，而且其硬件價(jia) 格也是較高的。其價(jia) 值就在於(yu) 上麵所說的：

相對於(yu) 同規格滾珠絲(si) 杠，15倍以上的使用壽命

抗衝(chong) 擊能力強

易於(yu) 拆裝

最高轉速可達6000 rpm

運行安靜

除此以外，如果將行星滾柱絲(si) 杠做“反置式”設計，在圓柱套筒上加工內(nei) 螺紋，套筒的旋轉就可以讓行星滾柱組在套筒內(nei) 做往複直線運動。利用這樣的傳(chuan) 動原理，就可以將伺服電機和機械缸體(ti) 集成在一起，做成體(ti) 積更加緊湊的集成式電動缸，如下圖。

 

集成式電動缸（剖視）