如今,線性致動器在廣泛的先進自動化應用中發揮著重要作用。從制造環境中原材料的簡單移動到機床精確定位的高級機器人系統,線性致動器為各種任務提供快速、高效和可重復的運動。兩種最廣泛使用的線性致動器類型是皮帶傳動和滾珠絲杠傳動。這兩種類型都用于類似的應用,但它們在功能上有很大不同,尤其是在驅動機制方面。選擇線性致動器時,必須仔細考慮每種類型的優缺點,以便為特定的線性運動應用提供最佳結果。
皮帶傳動滑臺
由皮帶驅動的滑臺通過連接在驅動裝置兩端的兩個滑輪之間的同步帶將旋轉運動轉換成線性運動。同步帶通常由纖維增強彈性體制成,用于輕型應用,或者由鋼增強聚氨酯帶制成,用于更嚴格的要求。皮帶包括與皮帶輪嚙合的齒,能有效傳遞扭矩,防止打滑。皮帶傳動裝置封裝在鋁制車體中,車架沿軌道安裝在頂部。與滾珠絲杠致動器不同,驅動軸垂直于致動器的側面。
滾珠絲杠滑臺
在滾珠絲杠驅動滑臺中,滾珠絲杠的旋轉驅動滾珠螺母和安裝支架,以實現所需的線性運動。螺桿有一個螺旋槽,它被精確地研磨或軋制成內環。螺母有一個用作外環的內槽。硬化鋼球回路在螺桿和螺母之間的凹槽中循環。與皮帶驅動致動器的結構類似,滾珠絲杠驅動致動器的驅動部分封裝在鋁制殼體中,支架在頂部移動。與帶傳動執行機構相比,傳動軸的接口與滾珠絲杠成一條直線,位于執行機構的末端。
以下六個因素突出了皮帶傳動和滾珠絲杠致動器的優缺點:
1、沖程長度(行程)
也許皮帶傳動系統最廣為人知的是它們長距離行駛的能力。通常,與使用類似長度的滾珠絲杠來驅動致動器相比,使用帶傳動可以更經濟有效地實現更長的行程距離。然而,盡管這些系統通常用于需要10至12米行程長度的應用,但是當它們達到更長的長度時,皮帶下垂的問題開始出現,因為不可能在整個系統長度上保持張力。
從歷史上看,螺旋驅動系統的問題是難以實現更長的沖程長度。隨著螺桿長度的增加,允許的速度會降低,因為螺桿在自重的作用下會下垂和晃動。雖然滾珠絲杠致動器的長度通常為1000 mm或更小,但它可以提供高達5.5或6米的長度,使用一對軸承座來支撐絲杠,并在更高的轉速下停止任何抖動效應。
2、負載能力
就承載能力而言,滾珠絲杠系統勝出,提供最大的輸出力。滾珠絲杠致動器可以提供高達13100N的輸出力,而皮帶驅動負載能力通常高達約2,000N。皮帶傳動致動器需要更厚的皮帶來處理更高的負載/推力要求。皮帶也容易受到沖擊載荷的影響,盡管這種擔心可以通過仔細選擇皮帶材料來減輕,這些材料可以犧牲彈性來增加強度。
3、速度和加速度
滾珠絲杠傳動執行機構是高加速度、高推力的首選,因為在這樣的反復要求下,皮帶傳動滑輪很容易在轉子處打滑。然而,在速度方面,系統的攪拌特性將它們的速度限制在大約2.5 m/s。如上所述,軸承座可以通過減少螺桿的無支撐長度來提供額外的剛性,從而允許滾珠螺桿致動器在更長的長度上達到更高的速度。
相反,皮帶傳動將不會受到鞭效應的阻礙,因此它們可以達到比滾珠絲杠致動器更高的速度。大多數皮帶傳動裝置的速度范圍為4至15米/秒,加速度范圍為10至50米/秒2。
4、準確性和可重復性
由于其剛性,預緊滾珠絲杠比皮帶傳動具有更好的定位精度。因此,對于高定位精度,滾珠絲杠傳動系統通常是首選。在預載螺母的幫助下,精密研磨滾珠絲杠提供無間隙運動,并可以長時間實現非常高的定位精度和可重復性,約為515 m。
皮帶傳動系統的主要缺點是皮帶會拉伸。即使是大部分系統廠家使用的鋼帶,最終也會有一定的伸長,降低重復性和行程精度。也就是說,據說帶傳動仍然可以達到0.001英寸/英尺的線性精度。
5、安裝方向
在某些情況下,執行機構的安裝方向將決定哪種驅動機構是最好的。皮帶和滾珠絲杠傳動都適合水平安裝,但需要垂直安裝的應用需要更仔細地評估。
雖然垂直移動負載的每個系統都需要內置的安全機制,但滾珠絲杠傳動通常被認為比皮帶傳動更安全,可以承載垂直負載。這是因為滾珠絲杠的設計可以在剎車失靈或系統損壞時,從本質上防止反向驅動。當垂直應用中需要皮帶驅動致動器時,應增加外部制動系統以緩解安全問題。
6、維護
滾珠絲杠和皮帶傳動致動器都需要定期潤滑導向系統。然而,螺絲刀具有額外的部件,并且必須監控螺桿和螺母的適當潤滑,以確保長壽命和平穩操作。皮帶傳動致動器運行效率高、可靠性好,運動部件少,從而減少了勞動密集型維護。然而,為了確保正確的扭矩傳輸,足夠的皮帶張力是必不可少的,并且在定期維護期間通常需要重新張緊皮帶。
結論
皮帶傳動和滾珠絲杠傳動都有性能優勢。對于低負載應用,尤其是那些需要更高速度和更長行程的應用,同步帶模組仍然是更好的選擇。在需要高負載和/或推力以及高精度定位的應用中,滾珠絲杠模組是更好的選擇。