在機(jī)械設(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常用到滾珠絲杠和梯形絲杠，它們是兩種常用的，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的方法。其中，滾珠絲杠因?yàn)槟Σ列?，可逆，還可將直線運(yùn)動(dòng)，變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，我們稱這種傳動(dòng)為逆效率傳動(dòng)。那么，這兩者有什么區(qū)別？什么時(shí)候用滾珠絲杠？什么時(shí)候用梯形絲杠？
首先，我們來看看結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)決定特性。
結(jié)構(gòu)不同。滾珠絲杠，從字面上也很好理解，就是用滾珠來滾動(dòng)，滾珠在哪里滾動(dòng)，當(dāng)然是在滾珠絲杠軸上滾動(dòng)。所以，絲杠軸上有圓弧輪廓，此輪廓在軸上按照一定的升角（導(dǎo)程角）盤旋在軸上。而滾球被設(shè)計(jì)在螺母里，在絲杠軸圓弧輪廓里滾動(dòng)，所以是滾動(dòng)摩擦。其運(yùn)動(dòng)原理，就是螺旋副，簡(jiǎn)單理解，就是類似于擰螺釘，我們知道，擰螺釘時(shí)，如果在螺釘端部限制螺釘移動(dòng)，那么被螺紋嵌入部件，就會(huì)沿著螺釘軸線移動(dòng)。
滾珠絲杠，也是同樣的道理，把絲杠軸一端或者兩端沿軸向固定，用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，那么，帶鋼球的螺母，就會(huì)沿絲杠軸線方向運(yùn)動(dòng)。
梯形絲杠和滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng)原理相同，不同之處在于，梯形絲杠里沒有滾珠，那么螺母和絲杠軸之間的運(yùn)動(dòng)，完全靠機(jī)械接觸產(chǎn)生滑動(dòng)，是滑動(dòng)摩擦，所以梯形絲杠也叫滑動(dòng)絲杠。所以兩者的結(jié)構(gòu)區(qū)別，用一句話概括就是: 滾珠絲杠是滾動(dòng)摩擦，梯形絲杠是滑動(dòng)摩擦。
傳動(dòng)效率不同。很顯然，滾動(dòng)摩擦的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于滑動(dòng)摩擦系數(shù)。比如，NSK和THK都顯示，滾珠絲杠的摩擦系數(shù)在0.003到0.01之間，而梯形絲杠的摩擦系數(shù)在0.1到0.2之間。再比如，REXROTH顯示，滾珠絲杠的摩擦系數(shù)在0.005到0.01之間，而梯形絲杠的摩擦系數(shù)在0.2到0.3之間。
這也是為什么大多數(shù)滾珠絲杠的傳動(dòng)效率高達(dá)90%，有的甚至達(dá)到95%以上，而大多數(shù)梯形絲杠的傳動(dòng)效率低于70%。比如，知名的絲杠供應(yīng)商Thomson linear顯示，滾珠絲杠的傳動(dòng)效率在85%-95%之間，而梯形絲杠的傳動(dòng)效率在30%-70%之間。
而另一家供應(yīng)商Helix linear則顯示，其梯形絲杠的傳動(dòng)效率在15%-85%之間。
梯形絲杠的傳動(dòng)效率低下，從能量的角度來看，是因?yàn)榛瑒?dòng)摩擦，特別是高速運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了大量的熱，如果絲杠或者螺母受不了，就會(huì)“燒著了”，所以，梯形絲杠不太適合高速運(yùn)行要求，其最高轉(zhuǎn)速一般不超過3000RPM。
而滾珠絲杠，因?yàn)槭菨L動(dòng)摩擦，所以沒有那么多熱量產(chǎn)生，速度可以達(dá)到很高，比如10000RPM。但是，兩種絲杠，由外部負(fù)荷引起的摩擦扭矩，計(jì)算公式一樣，都是Ta=Fa*L/2πη，F(xiàn)a表示由外部負(fù)荷產(chǎn)生的軸向力，L表示導(dǎo)程，η表示效率。這個(gè)公式用功和能量原理很好理解，因?yàn)楣娇梢詫懗蒚a*2πη=Fa*L，很明顯，左邊表示轉(zhuǎn)一圈時(shí)，扭矩的有效功，右邊表示克服載荷移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程，需要的能量。
所以，在導(dǎo)程相同的情況下，就扭矩計(jì)算而言，選擇的主要區(qū)別就在于效率。因?yàn)闈L珠絲杠的效率是梯形絲杠的2-4倍，所以一般而言，用同樣的導(dǎo)程，來驅(qū)動(dòng)相同的負(fù)載時(shí)，滾珠絲杠更有優(yōu)勢(shì)。
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