螺旋升降平台必须了解的一项技术

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不，就在这次恢复工作之前，我今天组织了这个主题，希望您喜欢它.

好，走吧.

在机械设计中，我们经常使用滚珠丝杠和梯形丝杠，这是将旋转运动转换为线性运动的两种常用方法.

其中，滚珠丝杠由于摩擦小而可逆，并且还可以将线性运动转换为旋转运动. 我们称这种传输为逆效率传输.

那么，两者之间有什么区别？何时使用滚珠丝杠？什么时候使用梯形丝杠？

如何根据精度，速度，负载等要求选择滚珠丝杠（或梯形丝杠）和电动机？

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今天，我将根据自己的设计经验来讨论这些问题. 这是本部分的摘要. 如果有不适当的地方，请纠正我.

将从以下10个方面进行大致解释.

1. 结构不同

滚珠丝杠和梯形丝杠的结构首先，让我们看一下结构，因为结构决定了特性.

滚珠丝杠从字面上也很容易理解，即滚珠滚动，滚珠当然在滚珠丝杠轴上滚动.

因此，丝杠轴上有一个圆形轮廓，并且该轮廓在轴上根据一定的仰角（导程角）进行了圆周加工.

滚珠设计在螺母中，并在丝杠轴的弧形轮廓中滚动，因此是滚动摩擦.

运动原理是一对螺丝. 简单的理解类似于拧螺丝. 我们知道，在拧紧螺钉时，如果螺钉的移动在螺钉的末端受到限制，则带螺纹的嵌入部分将沿着螺钉轴线移动.

滚珠丝杠也是如此. 沿轴向固定丝杠轴的一端或两端，然后使用电动机驱动丝杠旋转. 然后，带有钢球的螺母将沿丝杠轴的方向移动.

梯形丝杠和滚珠丝杠的运动原理相同. 区别在于梯形螺钉中没有滚珠. 然后，螺母和丝杠轴之间的运动完全是由于机械接触引起的. 滑动是由于滑动摩擦引起的，所以梯形螺钉也称为滑动螺钉.

因此，用一句话概括了两者之间的结构差异: 滚珠丝杠是滚动摩擦，而梯形丝杠是滑动摩擦.

2. 不同的传输效率

滚珠丝杠和梯形丝杠的传动效率非常明显，滚动摩擦的摩擦系数远低于滑动摩擦的摩擦系数.

例如，NSK和THK均显示滚珠丝杠的摩擦系数在0.003至0.01之间，而梯形丝杠的摩擦系数在0.1至0.2之间.

再例如，REXROTH显示，滚珠丝杠的摩擦系数在0.005至0.01之间，而梯形丝杠的摩擦系数在0.2至0.3之间.

这就是为什么大多数滚珠丝杠的传动效率高达90％，有的甚至达到95％以上，而大多数梯形丝杠的传动效率却不到70％的原因.

例如，著名的螺丝供应商Thomson linear指出，滚珠丝杠的传动效率在85％-95％之间，而梯形丝杠的传动效率在30％-70％之间.

另一家供应商Helix linear表示其梯形螺钉的传动效率在15％-85％之间.

梯形螺钉的传输效率低. 从能量的角度来看，滑动摩擦（尤其是高速运动）会产生大量热量. 如果螺钉或螺母无法承受，则会“燃烧”. 因此，梯形螺钉不适合高速运行，其最大转速一般不超过3000 RPM.

滚珠丝杠由于是滚动摩擦，所以不会产生太多的热量，转速可以达到很高，例如10000RPM.

但是，由两个螺钉的外载荷引起的摩擦转矩与计算公式相同: Ta = Fa * L /2πη，Fa表示由外载荷产生的轴向力，L表示导程，并且η表示有效性.

由于功和能量原理可以很好地理解该公式，因为该公式可以写为Ta *2πη= Fa * L. 显然，左侧代表转矩在一转期间的有效功，而右侧代表克服负载的引线. 的能量.

因此，对于相同的导线，扭矩计算的主要区别在于效率.

因为滚珠丝杠的效率是梯形丝杠的2-4倍，所以通常，当使用相同的导线驱动相同的负载时，滚珠丝杠具有更多的优势.

3. 不同的自锁特性

理论表明，当丝杠传动效率大于50％时，没有自锁，只有当传动效率小于35％时.

因此，滚珠丝杠没有自锁性能，而梯形丝杠具有一定的自锁性能.

因此，就Z方向应用而言，梯形丝杠具有自锁的优势. 当然，实际情况还需要考虑准确性和速度等因素.

如果在垂直方向上使用滚珠丝杠，则应考虑在关闭电源时无法将其自锁，并且需要添加其他结构或装置以确保螺母保持在电源关闭时的原始位置. 它会掉下来，对安全起重要作用.

许多电动机现在都带有制动模块，也就是说，在断电时，您可以握住电动机轴并防止其旋转. 为了保护起见，制动器可以提供的扭矩当然是有限的，您可以根据需要选择合适的型号.

4. 不同的生产材料

滚珠丝杠轴一般用不锈钢或合金钢制成，而螺母一般用铜制成，因为铜可以承受较大的载荷，并且摩擦系数小，并具有一定的自润滑作用因此，就像我们一些常见的线性轴承（或平滑板）一样，也使用铜.

丝杠轴也由不锈钢或合金钢制成. 螺母与滚珠丝杠略有不同. 在很多情况下，梯形螺母使用的是非金属材料.

用于制造梯形丝杠螺母的材料，例如低载荷，通常使用低摩擦系数，耐高温的合成工程材料，例如尼龙，赛刚，PEEK，VESPEL，PET，PPS等材料，并与聚四氟乙烯（PTFE）混合），以实现低摩擦系数，同时具有一定的耐热性.

很多时候，PEEK材料本身是用来密封动态关节表面的，而PTFE和尼龙也经常被用作涂层，在润滑中起着一定的作用，例如前一篇文章《机械设计，重力》是什么方法. 为了达到平衡？》中提到的钢丝绳筒在钢丝绳上涂有尼龙涂层，以减少摩擦.

Turcite A和Turcite X属性的比较

另一个例子，我们常用的用于螺母的热塑性材料是Turcite A和Turcite X，它们是两种耐磨的自润滑材料.

数据显示，Turcite A的抗拉强度为52.4Mpa，弯曲强度为75.84Mpa，抗压强度为89.63Mpa. 这些强度高于Turcite X（三个强度值分别为40.68Mpa，55.16Mpa和82.74Mpa）），其PV值仅为7500psi-fpm，约为Turcite X的一半，因此用于中等至重载，适合中等速度. 同时，Turcite A的耐磨性高于Turcite X，颜色为蓝色，通常是圆棒材料.

Turcite X的滑动摩擦系数低于Turcite A，摩擦系数为0.22（Turcite A为0.3），其极限PV值是Turcite A的两倍以上，达到16000 psi-fpm，但其阻力很大抗拉强度和弯曲强度低于Turcite X，因此适用于轻载和高速应用，其颜色为红色.

当然，在高负载下，丝杠也使用铜作为螺母.

为什么减少摩擦在这里如此重要？

因为梯形丝杠具有PV（压力速度）限制的问题，也就是说，在固定负载时速度受到限制. 如果负载太大，则需要降低速度，而负载小的时候可以提高速度.

由于特定的材料，摩擦会产生热量. 如果散热率太低而无法跟上热量的产生，那么材料将永久变形. 流行的理解是“燃烧”.

5. 不同的制造方法和最终精度<​​/ p>

丝杠的制造方法通常，滚珠丝杠有两种加工方法，一种是磨削，另一种是粘合.

研磨是精细研磨.

粘合剂是一种冷加工方法. 简单的理解就是轧制，也就是说，将具有螺纹轮廓的工具在要加工的轴上轧制以形成所需的表面形状.

这有点像翻脸. 用a面杖将其压成所需的形状和厚度.

此外，研磨属于精密制造，而轧制属于批量制造. 后者的生产效率比前者高得多，但后者的制造设备成本也比前者高得多.

因此，磨削螺杆的进入阈值较低，而轧制生产的进入阈值较高. 可以生产滚丝的生产商通常也可以生产磨丝，而可以生产磨丝的生产商可能无法生产磨丝.

因此，使用相同精度的产品，如果您可以购买轧制产品，而不必购买研磨产品，原因很简单，轧制很便宜.

此外，轧制和磨削仅指螺杆轴，并且金属螺母均通过磨削制造.

当然，这两种方法的准确性和处理成本是不同的.

还有一点，我们需要解释的是调节丝杆自锁装置，我们通常所指的精度是导程精度，即导程中会有误差，这与理想情况不同.

例如，理想引线为5mm，相邻引线连续测量5次. 实际潜在客户可能是4.998、4.997、5.000、5.002、4.999.

这种错误会累积，从而导致定位错误. 当根据定位精度选择引线精度时，需要从引线精度表中查询.

滚珠丝杠和梯形丝杠的导程精度1滚珠丝杠和梯形丝杠的导程精度2导丝精度，从高到低分为8个等级，即C0，C1，C2，C3，C5，C7，C8，C10.

目前，滚珠丝杠可以实现的一般精度为C7（±50um / 300mm），C8（±100um / 300mm），C10（±210um / 300mm）.

括号中的值是指每300mm有效螺纹长度可能产生的累积误差，例如C7，每300mm可能累积±50um的误差. 如果有效螺纹长度为600mm，则累积误差可能会变为±100um.

C8和C10的精度等级也可以用相同的方法计算.

C0-C5是磨削级螺钉. 研磨滚珠丝杠的最高精度可以达到C0级，即±3um / 100mm. 即使是低级的C5滚珠丝杠也可以达到±18um / 100mm. 准确性.

需要注意的是，不能像滚珠丝杠一样推导出接地滚珠丝杠的精度，因为接地滚珠丝杠的精度很高并且内涵更广泛（如果您有兴趣，可以去了解一下） ）.

例如，对于C5级，当螺纹的有效长度在100mm以内时，可达到的精度为±18um. 并且当螺纹的有效长度变为200mm，400mm时，可获得的精度为±20um，±25um，而不是±36um，±72um.

好的，这里的滚珠丝杠几乎一样，让我们​​谈谈梯形丝杠.

梯形螺钉有三种制造方法: 滚压，切割和磨削.

滚动优于切割，因为滚动可以获得更硬的表面，并且具有优异的表面光洁度.

但是，就精度而言，磨削可以获得最高的精度，切割第二，滚动精度最低.

例如，汤姆森（Thomson）表明，通过滚动梯形丝杠可以获得的精度为±75um / 300mm，介于滚珠丝杠的C7-C8之间.

如果要获得更高的精度，则需要进行磨削，磨削的精度可以达到±7.5um / 300mm，但其成本也会增加10倍以上.

另一个例子，Helix显示其磨削梯形螺杆的精度可以为±12.5um / 300mm，而铣削的精度可以为±50um / 300mm，而滚动只能达到±90um / 300mm的精度.

通常，滚珠丝杠的精度高于梯形丝杠的精度. 因此调节丝杆自锁装置，对于要求高精度的应用，滚珠丝杠是首选.

6. 不同的轴向游隙和预紧方法

滚珠丝杠和梯形丝杠的轴向间隙. 轴向间隙也是选择螺钉时要考虑的一个非常重要的因素，因为间隙的存在会导致返回误差，这直接影响反向操作. 准确性.

滚珠丝杠根据间隙分为不同等级.

例如，THK分为5个等级: G0（0和预紧力），G1（0-0.005），GT（0-0.01），G2（0-0.02），G3（0-0.05），轴向游隙依次增加.

NSK在括号中也分为5个级别，即Z（0和预加载），T（0-0.005），S（0-0.02），N（0-0.05），L（0-0.3）. 的值表示轴向游隙的范围，以毫米为单位.

对于梯形丝杠，汤姆森表示轴向间隙在0.02mm-0.25mm之间.

为了消除螺母和丝杠轴之间的轴向间隙并提高传动精度，滚珠丝杠和梯形丝杠都可以增加预紧力.

但是，两种预加载方法不同.

对于滚珠丝杠和梯形螺钉（例如THK和NSK滚珠丝杠）的预加载，对于单螺母，请使用螺母相差，对于双螺母，请使用预加载的垫圈，或使用弹簧片预加载压力.

利用相差实现预压缩，即在螺母上改变中心凹槽的螺距，使凹槽两侧的钢球处于紧紧状态，达到预压缩的目的-压缩.

使用相位差和垫片都是定位预紧方法，而使用弹簧预紧是恒压预紧方法.

理论上，滚珠丝杠的预紧力设定为外部负载的1/3，可以实现无间隙传动，但是预紧力过高，会缩短使用寿命. 因此，在实际使用中，最大预载设置为额定动载的10％. 例如，对于半导体器件，预载通常为1％到4％.

梯形螺钉通常预装有压缩弹簧. 弹簧在两个方向上拉紧螺杆轴两侧的螺母，使螺母完全接触螺杆轴.

当然，弹簧预紧的缺点很明显，即轴向刚度很差. 如果要增加刚度，则需要增加预紧力，即需要增加弹力，这将增加磨损和摩擦扭矩. 随着扭矩的增大，螺钉的寿命会缩短.

因此，现在有另一种预加载方法，称为主动凸轮预加载. 在这种方法中，压缩弹簧不是直接用于轴向预紧，而是使用扭力弹簧与端部凸轮配合.

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