丝杆是什么？丝杆工作原理、丝杆类型和丝杆使用方法及购买指南
丝杆是什么？丝杆工作原理、丝杆类型和丝杆使用方法及购买指南
滚珠丝杆在从高精度机床到巨型喷气机机翼的控制中扮演着重要角色。但它们到底是什么，又是如何工作的呢？本文将为您详细介绍滚珠丝杆的工作原理、类型、优点以及与普通丝杆和滚珠花键的区别。
滚珠丝杆是什么？
滚珠丝杆是一种机械滚珠丝杆线性执行器（或动力传动丝杆）。它们由带螺纹的螺杆和含有滚珠轴承的螺母组成。当螺纹轴旋转时，滚珠沿螺杆移动，使螺母以直线方式在螺杆上升降。
滚珠丝杆执行器的机制设计尽可能减少摩擦，这意味着功率转换更为高效。滚珠丝杆的效率，或滚珠丝杆扭矩计算，是通过它们将旋转运动转化为直线运动的有效性来衡量的。
滚珠丝杆的用途
滚珠丝杆的用途广泛，从航空航天到机器人和机床应用。例如，太空中的詹姆斯·韦伯望远镜（James Webb Telescope）在捕捉遥远恒星和其他宇宙现象的图像时，就是依靠滚珠丝杆发挥作用的。滚珠丝杆移动望远镜的可展开塔组件，该组件使詹姆斯·韦伯号（James Webb）足够紧凑，可以在 2021 年发射升空。
在国防和商用航空航天领域，滚珠丝杆用于定位飞机襟翼和反推力装置。在工业领域，它们广泛应用于铣床和半导体生产中的步进设备。在汽车领域，滚珠丝杆主要用于ABS制动系统和动力转向系统。
滚珠丝杆与普通丝杆的对比
普通丝杆通过旋转运动产生线性运动，但与滚珠丝杆相比，普通丝杆更容易产生摩擦，这意味着在操作中会损失更多的能量。普通丝杆通常比滚珠丝杆效率低得多，但往往更便宜。它们也更嘈杂，更容易产生振动。
滚珠丝杆与滚珠花键的对比
滚珠花键是紧凑型设计，也能够提供线性和旋转运动。它们由滚珠丝杆和旋转滚珠花键组成，花键槽沿着轴的长度切割。这些槽可防止轴承（称为“花键螺母”）旋转，同时允许滚珠花键传递动力。滚珠花键能够承受重载，广泛应用于机器人和运输领域。
滚珠丝杆的优点
- 高速、高效率和高精度：滚珠丝杆的效率约为90%，而普通丝杆的效率仅为20%到25%。
- 能承载大负荷：滚珠丝杆在工业中用于高负荷应用，而普通丝杆适用于较低负荷。
- 使用寿命长：在机床应用中，滚珠丝杆可以运行数千小时而无需维修或更换。
滚珠丝杆的工作原理
所有滚珠丝杆都通过将螺杆的旋转运动转化为螺母的直线运动来工作。滚珠丝杆中的滚珠沿螺杆上的轨道滚动。滚珠在螺母中不断循环。随着滚珠循环系统循环滚珠，螺母沿螺杆以直线运动驱动。由于滚珠丝杆使用滚珠轴承，摩擦比一些类似的系统（如普通丝杆）要低得多。
滚珠丝杆组件
所有滚珠丝杆组件包含以下部件：
- 螺纹轴（丝杆）：这是一个旋转的圆柱体，带有螺旋槽。电机产生动力以旋转轴。
- 滚珠轴承：轴承位于轴和螺母的螺旋槽内。当系统旋转时，轴承驱动螺母的线性运动。
- 螺母：螺母是一个沿轴移动的圆柱形部件。螺母包含滚珠轴承及其循环系统。
- 循环系统：循环系统允许轴承在丝杆的槽之间连续移动。
- 端部支撑：滚珠丝杆组件有端部支撑以固定轴的位置。它们在整个过程中提供支撑。
- 密封件：密封件保护滚珠轴承和循环系统免受外部污染物如灰尘的影响。这有助于保持轴承润滑，减少磨损和摩擦。
滚珠丝杆类型
根据应用，有多种不同类型的滚珠丝杆可供选择。重型滚珠丝杆能够承受特别大的负载，用于从半导体制造到锻造设备和空气压缩机等各种应用。同时，高速滚珠丝杆用于需要非常高速进给的机床等应用。
滚珠丝杆上的动态应力也会产生大量热量，这就是为什么一些制造商提供带有集成冷却系统的滚珠丝杆以减少磨损。滚珠丝杆在操作时也可能很吵，这意味着已经开发出低噪音类型以改善生产操作员的环境。
使用滚珠丝杆
滚珠丝杆是将旋转运动转换为线性运动的高效方式。因为滚珠丝杆非常高效（精度高且适合重载使用），它们可以帮助节省电力。这是因为与传统的丝杆系统相比，驱动丝杆所需的电机能量可能不需要那么多，这是在任何滚珠丝机计算中需要考虑的重要因素。
如果您正在考虑应用的能源效率，那么可能是时候考虑使用滚珠丝杆了。这些多功能的工业主力确实有很多优势。