滚珠丝杠和梯形丝杠的不同之处，如何选用？

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滚珠丝杠常见问题

作者：山东理工精密机械有限公司时间：2021-08-28 10:54:45 来源：原创

在机械设计中，我们经常用到滚珠丝杠和梯形丝杠，它们是两种常用的，将旋转运动变为直线运动的方法。其中，滚珠丝杠因为摩擦小，可逆，还可将直线运动，变成旋转运动，我们称这种传动为逆效率传动。那么，这两者有什么区别？什么时候用滚珠丝杠？什么时候用梯形丝杠？
首先，我们来看看结构，因为结构决定特性。
结构不同。滚珠丝杠，从字面上也很好理解，就是用滚珠来滚动，滚珠在哪里滚动，当然是在滚珠丝杠轴上滚动。所以，丝杠轴上有圆弧轮廓，此轮廓在轴上按照一定的升角（导程角）盘旋在轴上。而滚球被设计在螺母里，在丝杠轴圆弧轮廓里滚动，所以是滚动摩擦。其运动原理，就是螺旋副，简单理解，就是类似于拧螺钉，我们知道，拧螺钉时，如果在螺钉端部限制螺钉移动，那么被螺纹嵌入部件，就会沿着螺钉轴线移动。
滚珠丝杠，也是同样的道理，把丝杠轴一端或者两端沿轴向固定，用马达驱动丝杠旋转，那么，带钢球的螺母，就会沿丝杠轴线方向运动。
梯形丝杠和滚珠丝杠的运动原理相同，不同之处在于，梯形丝杠里没有滚珠，那么螺母和丝杠轴之间的运动，完全靠机械接触产生滑动，是滑动摩擦，所以梯形丝杠也叫滑动丝杠。所以两者的结构区别，用一句话概括就是: 滚珠丝杠是滚动摩擦，梯形丝杠是滑动摩擦。

传动效率不同。很显然，滚动摩擦的摩擦系数远远低于滑动摩擦系数。比如，NSK和THK都显示，滚珠丝杠的摩擦系数在0.003到0.01之间，而梯形丝杠的摩擦系数在0.1到0.2之间。再比如，REXROTH显示，滚珠丝杠的摩擦系数在0.005到0.01之间，而梯形丝杠的摩擦系数在0.2到0.3之间。
这也是为什么大多数滚珠丝杠的传动效率高达90%，有的甚至达到95%以上，而大多数梯形丝杠的传动效率低于70%。比如，知名的丝杠供应商Thomson linear显示，滚珠丝杠的传动效率在85%-95%之间，而梯形丝杠的传动效率在30%-70%之间。
而另一家供应商Helix linear则显示，其梯形丝杠的传动效率在15%-85%之间。
梯形丝杠的传动效率低下，从能量的角度来看，是因为滑动摩擦，特别是高速运动，产生了大量的热，如果丝杠或者螺母受不了，就会“烧着了”，所以，梯形丝杠不太适合高速运行要求，其最高转速一般不超过3000RPM。
而滚珠丝杠，因为是滚动摩擦，所以没有那么多热量产生，速度可以达到很高，比如10000RPM。但是，两种丝杠，由外部负荷引起的摩擦扭矩，计算公式一样，都是Ta=Fa*L/2πη，Fa表示由外部负荷产生的轴向力，L表示导程，η表示效率。这个公式用功和能量原理很好理解，因为公式可以写成Ta*2πη=Fa*L，很明显，左边表示转一圈时，扭矩的有效功，右边表示克服载荷移动一个导程，需要的能量。
所以，在导程相同的情况下，就扭矩计算而言，选择的主要区别就在于效率。因为滚珠丝杠的效率是梯形丝杠的2-4倍，所以一般而言，用同样的导程，来驱动相同的负载时，滚珠丝杠更有优势。
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