隨著工廠自動化的要求越來越高，電動缸應運而生。我們目前比較常見的電動缸，一般為如下圖所示的結構，伺服電機通過機械傳動裝置（如齒輪、同步帶或聯軸器）驅動滾珠絲杠旋轉，絲杠與滑塊間排列分布著滾珠，沿著絲杠螺紋槽滾動并帶動滑塊完成直線運動，從而實現推桿的推拉動作。為適應不同的要求，電動缸已有多種品種規格，也有不同的名稱，如：電動滑臺、直線滑臺、工業機械手臂等。

通常的電動缸結構簡圖

上述的電動缸結構雖然已經比較成熟，但是在面對更苛刻的運控挑戰時，依然是捉襟見肘的。電動缸在復雜的環境下工作只需要定期的注脂潤滑，并無易損件需要維護更換，將比液壓系統和氣壓系統減少了大量的售后服務成本。比如：

伺服的高動態響應和精確位置控制,可與液壓執行器相抗衡的超長使用壽命,與液壓執行器相抗衡的極高的功率密度,寬泛的推力范圍和更長的行程（如：可超過2米）,小體積、低重量,抗沖擊能力,超寬的工作溫度范圍,低噪音和振動

為了解決這些難題，一些直線運控產品廠家在其產品中運用了一些特別的技術，來幫助設備用戶在這些方面提升直線運動應用的體驗。今天為大家介紹的就是在一種在某些電動缸產品中應用的特殊的絲杠傳動技術－行星滾柱絲杠。

行星滾柱絲杠

什么是行星滾柱絲杠

我們先看一下行星滾柱絲杠的結構

行星滾柱絲杠的結構示意圖

粗略看其結構形式與普通的絲杠沒有太大分別

首先是一根的螺紋絲杠（如下圖），其長度決定了運動行程

 

螺紋絲杠

然后是一組帶有螺紋的滾柱，滾柱的數量取決于絲杠的直徑的絲杠推力的大小，這一組滾柱被均勻的排列固定在一對法蘭的圓周上，每個滾柱都可以自轉，再用圓柱套筒封裝，組成行星滾柱總成，如下圖所示。

 

行星滾柱螺母總成

這其實是與滾珠絲杠差別最大的地方。

并且我們注意到在滾柱的端側不僅有螺紋，還有齒牙。通過下面的截面圖看得更加清楚，滾柱端部齒牙與圓柱套筒內側齒牙咬合，當滾柱自轉時，整個滾柱組和法蘭也會在套筒內側旋轉。這個和行星齒輪減速機的原理非常像。

 

行星滾柱螺母總成截面

將行星滾柱總成像螺母一樣套裝在螺紋絲杠上，如下圖所示。當絲杠旋轉時，由于滾柱和絲杠螺紋槽的咬合作用，整個滾柱螺母總成就會沿著絲杠直線方向運動。

 

行星滾柱絲杠

如果電動缸內部采用上述的行星滾柱絲杠，其結構形式和傳動原理是同滾珠絲杠電動缸類似的，如下圖，伺服電機驅動絲杠旋轉，從而使行星滾柱螺母總成帶動電動缸推桿完成直線往復推拉運動。

 

行星滾柱絲杠的電動缸結構示意圖

那么，采用了行星滾柱絲杠的電動缸，在性能上有什么不同呢？

超長壽命

當絲杠旋轉并在推桿上產生推（拉）力時，作用力在滾珠絲杠上的力是施加在各個滾珠球面上的一個點的。

滾珠絲杠作用力示意圖

而這個力在滾柱絲杠上則是施加在螺紋面上的。

 

滾住絲杠作用力示意圖

在同樣的體積空間內，滾柱絲杠的受力承載面積是滾珠絲杠的15倍以上

 

受力承載面積比較

因此，相對于同規格滾珠絲杠，滾柱絲杠可以提供15倍以上的使用壽命

更高的效率

滾珠絲杠中相鄰的珠子在運動中相互撞擊，從而會導致發熱和磨損。

 

滾柱絲杠的小滾柱以行星的形式在大滾柱周圍，沒有相互間的碰撞，因此可以提供更高的傳動效率。

⚠️以EXLAR的FT系列電動缸產品為例，其可以提供高達177kN的推力。

更高的速度

滾珠絲杠的珠子相互間的摩擦和振動導致了能量的損耗

另外，滾珠絲杠循環槽的尖銳的拐角使得其珠子產生振動和噪音

 

這些都限制了其速度，僅在1000rpm左右。

而滾柱絲杠則不同，首先其行星滾柱都經過精密磨削

 

同時，滾柱絲杠摒棄了滾珠的循環槽，因此，行星絲杠可高效的運作。

 

這些都使滾柱絲杠的可以達到極高的轉速，可超過6000 rpm。

易于維護

當拆卸滾珠絲杠的滾珠螺母時，珠子容易掉落。

 

而滾柱絲杠的小滾柱嵌于螺母中，螺母可以非常方便的取下，易于檢測和做重新潤滑（不需要任何工具）

 

很明顯，兩種不同的絲杠技術難度差異是極大的。

滾珠絲杠

鋼球（滾珠軸承）非常容易獲得且價格便宜

滾珠可以彌補滾道加工的誤差，使其平均每顆珠子可以平均承載，設計和制造難度相對較低

滾柱絲杠

設計困難，需要通過精密的數學計算其螺紋形式，使其避免相互間的滑動

需要超高精度的加工工藝，以保證所有的螺紋接觸點都能平均受力

需要昂貴的加工設備和經驗豐富的技師

所以目前只有少數的廠家能夠提供滾柱絲杠的電動缸，而且其硬件價格也是較高的。其價值就在于上面所說的：

相對于同規格滾珠絲杠，15倍以上的使用壽命

抗沖擊能力強

易于拆裝

最高轉速可達6000 rpm

運行安靜

除此以外，如果將行星滾柱絲杠做“反置式”設計，在圓柱套筒上加工內螺紋，套筒的旋轉就可以讓行星滾柱組在套筒內做往復直線運動。利用這樣的傳動原理，就可以將伺服電機和機械缸體集成在一起，做成體積更加緊湊的集成式電動缸，如下圖。

集成式電動缸（剖視）