張昭

摘 要：電動推桿又名直線驅(qū)動器，是一種將電動機的旋轉(zhuǎn)運動通過絲桿副轉(zhuǎn)化為直線運動的電力驅(qū)動裝置，利用電動機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)推桿的伸縮動作，可用于各種設(shè)備中的執(zhí)行機構(gòu)。隨著各行業(yè)的飛速發(fā)展，電動推桿已在醫(yī)療、家居、辦公、娛樂、冶金、礦山，環(huán)保、汽車、太陽能等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電動推桿;直線運動;電機;減速機構(gòu);絲桿副

前言

電動推桿主要由電機、減速機構(gòu)、絲桿副和控制裝置等組成，是一種新型直線執(zhí)行機構(gòu)，可以實現(xiàn)遠程控制、集中控制、自動控制。電動推桿的主要性能參數(shù)有：行程/安裝距、額定負載、額定電壓、空/負載電流、空/負載速度、空/負載噪音值、工作制、防護等級、定位精度等。電動推桿按所配置的電機類型，可分為直流電動推桿、交流電動推桿、步進電動推桿、伺服電動推桿等。

1國內(nèi)電動推桿發(fā)展簡介

電動推桿是在1990年代開始大規(guī)模應(yīng)用的一種直線傳動設(shè)備，而在此之前，國內(nèi)機械行業(yè)直線傳動設(shè)備首選氣缸、液壓缸等設(shè)備，很少用電動推桿。進入1990年代后期，隨著進口設(shè)備的增多以及國外技術(shù)的引進吸收，電動推桿逐漸被國內(nèi)機械技術(shù)人員熟知并應(yīng)用，電動推桿因其結(jié)構(gòu)簡單，不需配套相應(yīng)的氣源、液壓源等輔助設(shè)備，響應(yīng)迅速，操作方便，易維護，自鎖性能高于氣缸和液壓缸，使得電動推桿迅速得到了廣泛的應(yīng)用。迄今為止，已形成了一批以浙江捷昌線性驅(qū)動科技股份有點公司、嘉興禮海電氣科技有限公司、常州市凱迪電器股份有限公司、青島豪江電器有限公司等為代表的具有領(lǐng)先優(yōu)勢的本土企業(yè)。

2電動推桿的常見類型

2.1直流電動推桿

直流電動推桿所配套的電機為直流電機，其基本結(jié)構(gòu)為直流電機通過減速裝置減速后，驅(qū)動絲桿副，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為推桿的直線運動。一方面，由于直流電機的常用額定電壓為12V、24V、29V、36V，屬于安全電壓，且可以通過蓄電池供電，在一些需要移動的應(yīng)用場合，直流電動推桿得以廣泛應(yīng)用。另一方面，直流電機過載能力較強，受電磁干擾影響小，起動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速性能好，不需配套其他裝置，只要改變輸入或勵磁電壓、電流就能實現(xiàn)調(diào)速，調(diào)速范圍廣而平滑，由于直流電機的上述優(yōu)點，使得直流電動推桿的適應(yīng)性更強，應(yīng)用范圍更廣，多用于醫(yī)療、家居、辦公、汽車、太陽能等行業(yè)。

2.2交流電動推桿

交流電動推桿所配套的電機為交流電機，其基本結(jié)構(gòu)與直流電動推桿相同，額定電壓為220V/380V。交流電機與直流電機相比，由于沒有換向器，結(jié)構(gòu)較之簡單，制造方便，容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機，其缺點是交流電機自身完成不了調(diào)速，需要借助變頻設(shè)備來實現(xiàn)速度的改變。交流電動推桿多用于電力、化工、冶金、礦山，環(huán)保、太陽能等工業(yè)領(lǐng)域。

2.3步進電動推桿

步進電動推桿所配套的步進電機，是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件，未超載時，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖的個數(shù)，而不受負載變化的影響。同時，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制電機的角位移量，從而達到控制推桿直線運動的精確定位。步進電動推桿多用于對精度控制要求較高的場合，步進電動推桿也多采用滾珠絲桿副，以保證其整體運行精度。

2.4伺服電動推桿

伺服電動推桿所配套的伺服電機，將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為推桿的直線運動，同時將伺服電機的精確轉(zhuǎn)速控制、精確轉(zhuǎn)數(shù)控制、精確扭矩控制轉(zhuǎn)變成推桿的精確速度控制、精確位置控制、精確推力控制，實現(xiàn)高精度線性運動。伺服電動推桿多用于對精度控制要求較高的場合，多配套滾珠絲桿使用，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè);軍工行業(yè)：飛行模擬器等;娛樂行業(yè)：3D影院座椅、機械人手臂及關(guān)節(jié)等;工業(yè)行業(yè)：食品機械，陶瓷機械，焊接機械等。

步進電動推桿和伺服電動推桿的基本結(jié)構(gòu)相似，兩者的區(qū)別需要從電機的控制精度、控制方式、低頻特性、矩頻特性、過載能力、運行性能、響應(yīng)速度、成本等方面考慮。步進電機的精度取決于其相數(shù)和拍數(shù)數(shù)量，伺服電機精度取于自帶編碼器的刻度數(shù)量。步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要上百毫秒，而交流伺服系統(tǒng)一般只需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。伺服電機價格高于步進電機。

3電動推桿結(jié)構(gòu)簡介

3.1電機和絲桿副的布置方式

電動推桿的基本結(jié)構(gòu)為：電動機經(jīng)減速機構(gòu)減速后，驅(qū)動絲桿副，把電機的旋轉(zhuǎn)運動變成推桿的直線運動，利用電動機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)推桿的伸縮動作。根據(jù)電機軸與絲桿副中心軸的相對位置，常用的布置方式可以四類，垂直式：電機軸與絲桿副中心軸垂直;直線式：電機軸與絲桿副中心軸重合;平行折返式：電機軸與絲桿副中心軸平行，且電機尾端所指方向為推桿伸出方向;平行后置式：電機軸與絲桿副中心軸平行，且電機尾端所指方向為推桿縮回方向。以上四種布置方式可配置不同的減速機構(gòu)，實際應(yīng)用中，可根據(jù)安裝空間合理地選擇不同布置方式的電動推桿。

3.2電動缸的傳動機構(gòu)

3.2.1運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)

電動推桿主要通過絲桿副將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，常用的絲桿副有：梯形絲桿副，滾珠絲桿副，行星滾柱絲桿副。

梯形絲桿副在傳動過程中為滑動摩擦，因此其傳動效率較低，但由于其成本低，且有較好的自鎖性能，梯形絲桿副在電動推桿中得到大量的應(yīng)用。滾珠絲桿副是將鋼珠置入螺母及螺桿之間以滾動摩擦代替滑動摩擦，來改善其定位不佳及易磨損的問題。滾珠絲桿副具有高精度、可逆性和高效率的特點，廣泛應(yīng)用于各種高精度設(shè)備和儀器中，其缺點是自鎖性能差，電動推桿須設(shè)置額外的鎖止機構(gòu)。行星滾柱絲桿副與滾珠絲桿副的結(jié)構(gòu)相似，不同的是在主螺紋絲桿的周圍，行星布置了若干個螺紋滾柱，螺紋滾柱作為載荷傳遞元件，其與主螺紋絲桿之間的接觸方式是線接觸，代替了滾珠絲杠中載荷傳遞元件--滾珠的點接觸方式，使其有更高的負載能力和抗沖擊能力。

3.2.2減速機構(gòu)

電動推桿的常用的減速機構(gòu)有：蝸輪蝸桿減速，齒輪減速（圓柱齒輪、錐齒輪等）、同步帶減速、行星齒輪減速，諧波齒輪減速等。蝸輪蝸桿減速，具有體積小，減速比大，重合度高、傳動平穩(wěn)的優(yōu)點，缺點是傳動效率較低，齒面易磨損。同步帶傳動結(jié)合了皮帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點，具有精確傳動、恒定比和穩(wěn)定傳動的優(yōu)點。行星齒輪減速器具有體積小、重量輕、載荷能力大等優(yōu)點。諧波齒輪減速器也是電動推桿中常用的減速裝置之一，諧波減速器是一種通過中間柔性部件的彈性變形來傳遞運動和扭矩的裝置，諧波減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、載荷能力大、傳動比大、運動精度高、齒曲面磨損小等優(yōu)點。

3.3電動推桿發(fā)展趨勢

低噪音、高防護等級：在醫(yī)療、辦公、家居、汽車等領(lǐng)域，已越來越受到人們的關(guān)注。

高負載：大型設(shè)備和軍事裝備需要較高負載能力，螺旋傳動機構(gòu)是電動推桿的主要支撐機構(gòu)，隨著絲桿傳動副制造技術(shù)和材料技術(shù)的發(fā)展，電動推桿的承載能力將大大提高。

高速度：在各行業(yè)迅猛發(fā)展的趨勢下，快速、高效已成為提高工作效率與生產(chǎn)率的一個主要的途徑。

高精度：隨著精密制造的發(fā)展，許多精密設(shè)備對線性傳動系統(tǒng)提出更高的精度要求。

結(jié)束語

綜上所述，一方面，隨著各行業(yè)自動化水平的不斷提高，電動推桿將得到更為廣泛的應(yīng)用，電動推桿具有運行精度高，響應(yīng)迅速，運行穩(wěn)定等優(yōu)點，能夠滿足大多數(shù)工作場所的需要。另一方面，各行業(yè)快速發(fā)展的同時，對電動推桿性能提出了更高的要求，還需要線性驅(qū)動行業(yè)不斷地探索新技術(shù)、新工藝，以滿足市場的新要求。

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（浙江捷昌線性驅(qū)動科技股份有限公司，浙江 新昌 312500）