滾珠螺桿和行星滾柱螺桿都透過滾動接觸將旋轉運動轉換為直線運動。滾珠螺桿在螺桿與螺母之間循環滾珠；行星滾柱螺桿則透過多個螺紋滾柱形成多條接觸線。兩者都需要導向、軸承、潤滑和保持策略。
滾柱螺桿在要求嚴苛的封裝中可提供較高的負載密度和壽命，而滾珠螺桿技術成熟、效率高且供應廣泛。兩者沒有絕對優劣。導程、推力、速度、行程、工作週期、預載、屈曲、臨界轉速和維護要求共同決定致動器選型。
將選擇連線到 關節致動器測試指南 和 制動器與安全停止指南。重力負載軸需要針對非預期運動的應用特定保護。
這兩種機構都將螺桿旋轉轉換為螺母行程
導程決定了螺桿每轉一圈的直線行程。馬達轉矩透過機械優勢和效率產生軸向推力。較小的導程提高了力的倍增和解析度，但在相同馬達轉速下會降低線速度。
定義哪個構件旋轉，哪個平移。螺母旋轉、螺桿旋轉和倒置結構會改變慣量、臨界轉速、軸承配置和線纜佈線。另需能承受側向負載的導向結構。
滾珠螺桿依賴於迴圈滾動元件
THK 的 選擇指導 將負載、壽命、精度、預載、屈曲和允許轉速視為連鎖設計檢查。滾珠透過受載的跑道和回程。
迴流管或內部迴流幾何影響螺母尺寸、速度、噪音和組裝。球直徑、接觸角、槽精度、預載和潤滑決定剛性和效率。使用該產品的動態負載和壽命方法。
| 選擇維度 | 滾珠絲槓的典型特性 | 滾柱絲槓的典型特性 | 系統檢查 |
|---|---|---|---|
| 接觸形式 | 循環滾珠 | 多個螺紋滾柱 | 負載分佈 |
| 負載密度 | 廣泛的實用範圍 | 在緊湊結構中可達到較高水平 | 精確產品評級 |
| 效率 | 通常較高 | 設計相關 | 實測工作週期圖 |
| 噪音與迴流機構特性 | 滾珠迴流路徑很重要 | 滾柱同步很重要 | 速度測試 |
| 成本與供應 | 通常都是有利的 | 通常是更高且專業化的 | 生命週期價值 |
滾柱絲槓使用多個螺紋觸點
行星滾柱螺桿在螺母和螺桿之間放置螺紋滾子。多條接觸線可在緊湊直徑內承受高軸向負載和高剛度。滾輪幾何結構和同步使製造和潤滑工作要求高。
不要泛化所有滾輪螺桿結構。行星式、迴圈式和倒置式結構各不相同。詢問允許轉速、負載範圍、壽命、預載、效率以及實際行程和朝向下的服務情況。
導程決定推力、速度與折算慣量之間的權衡
小導程可提高單位馬達轉矩對應的推力，但要達到相同線速度需要更高的馬達轉速。大導程有利於線速度並降低所需轉速，但要達到相同推力需要更大的馬達轉矩。
導程還會影響負載折算到馬達端的轉動慣量、反向驅動特性和位置靈敏度。應綜合最佳化馬達、驅動器與螺桿。高推力、小導程致動器可能因馬達和螺桿高速循環而過熱。
預載用摩擦和熱量取代了軸向遊隙
預載可減少軸向間隙，提高剛性或反轉重複性。它會增加接觸應力、摩擦和溫度，過大時壽命縮短。熱膨脹會改變受限安裝中的預載。
組裝後測量阻力、剛度和溫升。不要使用螺桿預載來補償柔性導軌、聯軸器或軸承。保持對準以避免螺母側向負載。
屈曲限制長螺桿的壓縮負載
細長絲槓在壓縮推力下可能在滾動接點達到額定承載能力前屈曲。 THK 指示設計師計算實際支撐距離和端部條件下的屈曲及允許的壓縮或拉伸負載。
檢查最不利的伸出位置、導軌對中和衝擊係數。改變固定—自由或固定—支撐的安裝方式會改變承載能力。支承座結構須符合計算所採用的邊界條件。
臨界轉速限制長旋轉螺桿
旋轉螺桿的彎曲臨界轉速取決於長度、支撐和直徑。接近共振的操作會產生振動，並可能損壞軸承或螺母。更長的行程和更高的轉速使其成為主要限制。
使用製造商允許的速度計算，並考慮安全裕度和實際安裝。當長螺桿超過臨界轉速時，考慮旋轉螺母或線性馬達的替代方案。平衡、直線性和聯軸器對準都很重要。
| 失效模式 | 主要驅動力 | 設計檢查 | 測試證據 |
|---|---|---|---|
| 屈曲 | 壓縮與自由長度 | Euler 公式或製造商計算方法 | 留有裕量的驗證負載 |
| 臨界速度 | 旋轉與支撐跨度 | 許用轉速計算方法 | 振動掃頻 |
| 螺母過熱 | 負載、速度與預載 | 工作週期熱模型 | 穩定週期溫度 |
| 側向載入 | 導向錯位 | 導向與安裝分析 | 磨損與轉矩 |
| 後驅或下落 | 導程、摩擦與重力 | 保持風險評估 | 電源中斷測試 |
線性導軌必須承載側向負載和力矩
螺桿螺母副主要承受軸向負載。獨立導軌應承受橫向力、力矩和不對中。當螺桿被迫作為結構導向時，會導致卡結和磨損不均勻。
在整個行程內對齊軸承塊、導軌和螺母安裝。雙向測量馬達電流與推力。局部電流升高可能暴露不對中、汙染或迴流元件損壞。
可回驅性改變了安全保持策略
當外部軸向負載產生螺桿轉矩時，滾動螺桿可能被反向驅動，尤其是在導程較大且效率較高時。不要假設螺桿能夠自鎖。垂直軸在電源中斷時可能發生危險運動。
使用符合等級的保持制動器、平衡器、機械約束裝置或其他風險控制結構。驗證制動正時、下降距離、磨損和重啟。新致動器偶爾產生的摩擦力不屬於安全功能。
選擇以完整的工作週期測試結束
比較推力、速度、行程、導程、預載、效率、慣性、臨界速度、屈曲、壽命、潤滑劑、汙染、噪音、質量和服務。包括馬達、聯軸器、支撐、導向、制動和結構。
以代表性的運動和負載運行至熱穩態，然後檢查精度、阻力和磨損。完成壽命試驗後再重複檢查。選擇符合整個致動器要求且保有裕量的螺桿，而不是只選孤立推力額定值最高者。
評估“機器人線性致動器：滾珠絲槓與滾柱絲槓比較”時，還應儲存模型版本、機器人設定、校正檔案、測試日期和全部試驗記錄。
- 將機器人運動轉化為推力、速度和行程。
- 同時選擇接觸結構與導程。
- 檢查預載、屈曲和臨界轉速。
- 避免讓側向負載傳入螺母。
- 驗證斷電、負載保持和全壽命週期內的行為。
常見問題
滾柱絲槓總是比滾珠螺桿更堅固嗎？
不一定。具體尺寸、結構、負載範圍、速度、導程、預載和壽命決定承載能力。
滾珠螺桿的背隙總是很大嗎？
不一定。預載滾珠螺桿的軸向間隙可能很小，但必須考慮摩擦、壽命以及致動器的其他部分。
斷電時滾柱絲槓能保持位置嗎？
不要假設如此。高效率螺桿可能被反向驅動，重力軸需要經過驗證的保持策略。
導程越小總是越好嗎？
不是。它增加了力的倍增，但限制相同馬達轉速下的線速度，並改變慣性、效率和熱量。
每個螺桿致動器都需要直線導軌嗎？
它需要一個結構，能夠承受側向負載和力矩，而不強行穿過螺母；專用導軌通常是解決方案。
線性致動器安全說明
垂直和重力載入的螺桿致動器在移除驅動轉矩時可移動。使用針對特定任務的風險評估、額定保持裝置或平衡系統、經過驗證的停止序列及目前產品計算，以評估屈曲、臨界轉速和壽命。