皮带驱动执行器与滚珠丝杠执行器：哪种是您应用的合适选择？ -加拿大28

如今，线性执行器在各种先进自动化应用中发挥着重要作用。从制造环境中原材料的简单移动到用于机床准确定位的先进机器人系统，线性执行器可为各种任务提供快速、有效率且可重复的运动。

两种广泛使用的线性执行器类型是皮带驱动和滚珠丝杠驱动执行器。这两种类型都用于类似的应用，但在功能上有很大差异，尤其是在驱动机制方面。选择线性执行器时，须仔细考虑每种类型的优缺点，以便为特定的线性运动应用提供好的结果。

皮带传动执行器

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皮带传动执行器通过连接在驱动器两端的两个滑轮之间的正时皮带将旋转运动转换为线性运动。正时皮带通常由纤维增强弹性体制成，用于轻型应用，或由钢增强聚氨酯皮带制成，用于更苛刻的要求。皮带包含与滑轮啮合的齿，以有效传递扭矩并防止打滑。皮带驱动器封装在铝制机体内，载重托架沿轨道行驶在顶部。与滚珠丝杠执行器不同，驱动轴垂直于执行器的侧面。

滚珠丝杠驱动执行器

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在滚珠丝杠驱动执行器中，滚珠丝杠的旋转驱动滚珠螺母和安装的滑架实现所需的线性运动。丝杠具有精密研磨或轧制的螺旋槽，用作内圈。螺母具有内部凹槽，用作外圈。精密硬化钢球回路在丝杠和螺母之间的凹槽中循环。与皮带驱动执行器的结构类似，滚珠丝杠驱动执行器的驱动部件封装在铝制机体内，而滑架在顶部移动。与皮带驱动执行器相比，驱动轴接口与滚珠丝杠成一线，位于执行器末端。

优点和缺点

以下六个因素突出了皮带驱动和滚珠丝杠执行器的优点和缺点：

1 – 行程长度

皮带传动系统可能因其长行程能力而更为人所知。一般而言，与使用类似长度的滚珠丝杠驱动执行器相比，使用皮带传动可以更经济有效率地实现更长的行程距离。然而，尽管这些系统通常用于需要行程长度为 10 到 12 米的应用中，但随着它们达到更长的长度，皮带开始出现下垂问题，因为无法在整个系统长度上保持张力。

从历史上看，丝杠驱动系统的问题在于难以达到更长的行程长度。随着丝杠长度的增加，允许的速度会降低，这是因为丝杠倾向于在自身重量下下垂并经历抖动。虽然滚珠丝杠执行器通常长度为 1000 毫米或更短，但可以使用成对的轴承座来支撑丝杠并在更高的转速下阻止任何抖动效应，从而提供长达 5.5 或 6 米的长度。

2 – 负载能力

就负载能力而言，滚珠丝杠系统胜出，可提供更大的输出力。滚珠丝杠执行器可提供高达 13,100 磅的输出力，而皮带传动负载能力通常更高约为 2,000 磅。

皮带传动执行器要处理更高的负载/推力需求，需要更厚的皮带。皮带也容易受到冲击载荷的影响，但可以通过精心选择皮带材料来缓解这一问题，这些材料可以增加强度，但会牺牲弹性。

3 – 速度和加速度

滚珠丝杠驱动执行器是高加速度和高推力需求的理想选择，因为在这种重复需求下，皮带传动皮带轮容易在转子处打滑。然而，当谈到速度时，系统的抖动特性将其速度限制在大约 2.5 m/s。如上所述，轴承座可以通过减少丝杠的无支撑长度来提供额外的刚性，从而使滚珠丝杠执行器能够在更长的长度下达到更高的速度。

相反，皮带传动不受抖动效应的阻碍，使其能够达到比滚珠丝杠执行器更高的速度。大多数皮带传动执行器的速度范围为 4 到 15 m/s，加速度范围为 10 到 50 m/s²。

4 – 精度和重复性

由于其刚性，预载滚珠丝杠比皮带传动具有更好的定位精度。因此，对于高定位精度，滚珠丝杠驱动系统通常是理想选择。借助预紧螺母，精密研磨滚珠丝杠可提供无间隙运动，并且可以在较长时间内实现非常高的定位精度和重复性，精度约为 5 – 15 微米。

皮带传动系统的主要缺点是皮带会拉伸。即使是大多数系统制造商使用的钢丝增强皮带，最终也会经历一定程度的伸长，从而降低重复性和行程精度。话虽如此，皮带传动仍然可以实现 .001 英寸/英尺的线性精度。

5 – 安装方向

在某些情况下，执行器的安装方向将决定哪种驱动机制好。皮带和滚珠丝杠驱动器都适用于水平安装方向，但需要垂直安装的应用需要更仔细的评估。

虽然每个垂直移动负载的系统都需要内置安全机制，但滚珠丝杠驱动器通常被认为比皮带驱动器更安全，可以承载垂直负载。这是因为滚珠丝杠的设计性质会在系统发生制动故障或其他损坏时防止反向驱动。当垂直应用中需要皮带驱动执行器时，应添加外部制动系统以减轻安全问题。

6 – 维护

滚珠丝杠和皮带驱动执行器都需要定期润滑导向系统，但是，丝杠驱动器具有额外的组件，即须监控丝杠和螺母以确保其润滑良好，以确保使用寿命长且运行平稳。

皮带驱动执行器的运行效率非常高，并且非常可靠，移动部件较少，因此维护工作量较少。尽管如此，为了确保正确传递扭矩，皮带的足够张力至关重要，并且通常需要在定期维护期间重新张紧皮带。

结论

皮带传动和滚珠丝杠传动均具有性能优势。皮带传动执行器仍然是负载较低应用的更好选择，尤其是在需要更高速度和更长行程长度的情况下。滚珠丝杠传动执行器是需要高负载和/或推力以及高精度定位的应用中的更好选择。