當設計師和集成商需要簡單、靈活且緊湊的直線執行器時，他們通常會選用步進電機直線執行器（SMLA）。SMLA的一大優點是可配置性高，但即使對資深的運動工程師來說，通過整理大量的配置選項來針對特定應用定制最佳解決方案也相當棘手。充分了解各類SMLA的獨特功能和限制有利于充分利用其靈活性。
為什么選擇SMLA？
SMLA非常適合直線驅動的原因有多種，而高水平的定制化和可配置性是其中的主要原因。憑借高效的設計，它們可進行各種電機、梯形絲杠和梯形螺母選項配置，實現為每個應用構建獨特組件。
SMLA廣受歡迎的其他原因還包括，步進電機無需編碼器等外部反饋設備即可提供基本控制。設計人員可以對步進電機進行編程，使其按照各種分辨率移動到精確位置，而無需向驅動器或控制器提供任何反饋。因此，其總體成本和復雜性要低于伺服、無刷直流和其他電機選項。
步進電機和梯形絲杠還是自然兼容的，有利于SMLA的高可配置性。當涉及最佳速度范圍、負載能力和位置精度時，這種自然兼容尤其顯著。
此外，梯形絲杠和步進電機提供了許多可用的定制選項。例如，梯形絲杠可針對末端加工、涂層、精度、螺紋形狀和長度進行定制，而步進電機則提供了優化電機繞組扭矩和速度的選項，并可指定應用的電纜、連接器、編碼器和端蓋加工。集成步進電機與梯形絲杠顯著增加了可能的設計數量。
SMLA類型
盡管可能的組合數量眾多，但SMLA通常提供三種不同的配置：旋轉絲杠、旋轉螺母和執行器。（圖1）
圖1. 三種類型的SMLA（從左到右：旋轉絲杠、旋轉螺母和伸縮執行器）采用獨特的機械結構，分別成為不同應用的理想選擇。
每種類型的SMLA都包含相同的通用組件：步進電機 (1)、梯形絲杠 (2) 和梯形螺母 (3)，但是根據螺母的作用，其核心機構各不相同，如圖2-4所示。
旋轉絲杠的結構和機理
旋轉絲杠配置也被稱為電動絲杠、外部直線、外部螺母或平移螺母，其設計靈活性和定制化能力非常高。顧名思義，驅動通過旋轉梯形絲杠進行。當正確限制梯形螺母以防止其與絲杠一起旋轉時，它將沿著梯形絲杠的軸向平移。
圖2. 旋轉絲杠配置的剖視圖。
旋轉螺母結構和機理
在三種配置中，旋轉螺母組件的設計最小、最緊湊。這種設計可實現最短的伸縮長度和總長度，同時幾乎沒有任何可見的組件旋轉。這種類型的執行器也被稱為電動梯形螺母、非外加螺母、內部螺母和平移絲杠。
旋轉螺母SMLA的工作機理本質上與旋轉絲杠配置相反。當電機旋轉時，電機軸內的集成梯形螺母旋轉，并驅動與負載連接的絲杠伸出/縮回電機。
圖3. 旋轉螺母配置的剖視圖。
伸縮式執行器結構和機理
伸縮式執行器的性能更像大多數工業應用中的傳統伸縮桿式執行器，但同時具備可配置步進電機和基于絲杠單元的優點。伸縮式執行器的核心是一種旋轉絲杠配置，帶有可“捕獲”花鍵內梯形螺母的額外外殼組件，并使用內部襯套提供了部分側向和彎矩負載支撐。由于這些配置的設計直接融合了導向和支撐，因此在很多情況下，它們無需原本可能需要的外部組件。這種類型的執行器也被稱為電動絲杠執行器、電動推桿和電動缸。
伸縮式SMLA的工作機理與旋轉絲杠配置類似。主要區別在于其配置集成了花鍵套管和帶支撐襯套的伸縮管形式的導向和支撐組件，無需外部組件即可實現運動。
圖4. 伸縮式配置的剖視圖。
安裝
三種SMLA配置的安裝過程類似，主要包括安裝電機、支撐梯形絲杠（如果需要）以及連接負載。它們的主要區別在于負載的連接位置和支撐方式。（圖5）對于旋轉絲杠配置，負載將連接到梯形螺母上，梯形絲杠的末端需要用軸承或襯套支撐以實現更大的長度。
對于旋轉螺母配置，負載將連接到梯形絲杠上。對于伸縮式配置，負載將連接到伸縮管的末端安裝件上。
旋轉絲杠和旋轉螺母配置都只能承受軸向負載，因此需要直線軸承和導軌形式的導向和支撐組件才能正常運行。由于導向和支撐通常已集成到伸縮式執行器中，因此許多情況下，可以消除對直線軸承和導軌的需求。
圖5. 這個流體泵應用示例說明了全部三個SMLA的典型安裝配置（從左到右：旋轉絲杠、旋轉螺母、伸縮式執行器）。
應用選型
SMLA的高水平定制化和可配置性可提供無數的應用可能。圖6所示為一些SMLA應用的常見示例。
圖6. 通過減少所需組件的總數量，SMLA非常適合各種注重空間的應用，包括（從左到右）：XY工作臺（旋轉絲杠）、水平定位（旋轉螺母）和移液（伸縮和旋轉絲杠）。
然后，選擇適合特定應用的SMLA尺寸，這主要涉及了解電機、梯形絲杠和梯形螺母的限制。為了確保正常運行和長使用壽命，必須適當選擇這些核心組件中每個組件的尺寸。所幸的是，大多數制造商都提供了這些組件的理論性能曲線圖，可便于快速確定執行器的尺寸。這些性能圖通常采用速度和負載曲線的形式，并高亮顯示電機、絲杠和螺母組合的最佳性能范圍。
對比SMLA
SMLA支持模塊化運動系統設計方法，使工程師能夠實現根據其具體應用要求高度定制的解決方案。確定合適的SMLA配置取決于許多應用驅動因素。
對于尋求高度定制化或真正獨特的組件組合的用戶，應考慮旋轉絲杠執行器。旋轉絲杠設計是最常用的SMLA類型，因此許多工程師對它們已經非常熟悉。
對于需要更緊湊、更簡單的執行器，并且無需消隙螺母或多個編碼器選型的應用，旋轉螺母設計可能是更好的選擇。對于偏好采用更傳統的推桿式執行器設計，以及應用將獲益于集成導向、支撐和內置防旋轉裝置的工程師，應考慮伸縮式設計。如果減少組件總數量很重要，則也應考慮這種配置，因為集成的導向/支撐組件消除了購買外部組件的需要。表1總結了每種SMLA配置最常見的優勢和劣勢，以及一些常見的應用示例。
為了幫助設計師和集成商整理各種選項，SMLA制造商推出了越來越多的在線工具，以幫助他們快速輕松地配置適合其應用的解決方案。例如，某些在線選型工具可使用戶在幾分鐘內確定出適合他們應用的SMLA，同時能立即查看性能特性、3D模型、定價和交貨時間。
在了解三種主要SMLA類型的設計、機理、安裝和尺寸的前提下，應用自動選型工具可以幫助引導運動設計師和集成商為其應用做出最佳選擇。
當設計師和集成商需要簡單、靈活且緊湊的直線執行器時，他們通常會選用步進電機直線執行器（SMLA）。SMLA的一大優點是可配置性高，但即使對資深的運動工程師來說，通過整理大量的配置選項來針對特定應用定制最佳解決方案也相當棘手。充分了解各類SMLA的獨特功能和限制有利于充分利用其靈活性。
為什么選擇SMLA？
SMLA非常適合直線驅動的原因有多種，而高水平的定制化和可配置性是其中的主要原因。憑借高效的設計，它們可進行各種電機、梯形絲杠和梯形螺母選項配置，實現為每個應用構建獨特組件。
SMLA廣受歡迎的其他原因還包括，步進電機無需編碼器等外部反饋設備即可提供基本控制。設計人員可以對步進電機進行編程，使其按照各種分辨率移動到精確位置，而無需向驅動器或控制器提供任何反饋。因此，其總體成本和復雜性要低于伺服、無刷直流和其他電機選項。
步進電機和梯形絲杠還是自然兼容的，有利于SMLA的高可配置性。當涉及最佳速度范圍、負載能力和位置精度時，這種自然兼容尤其顯著。
此外，梯形絲杠和步進電機提供了許多可用的定制選項。例如，梯形絲杠可針對末端加工、涂層、精度、螺紋形狀和長度進行定制，而步進電機則提供了優化電機繞組扭矩和速度的選項，并可指定應用的電纜、連接器、編碼器和端蓋加工。集成步進電機與梯形絲杠顯著增加了可能的設計數量。
SMLA類型
盡管可能的組合數量眾多，但SMLA通常提供三種不同的配置：旋轉絲杠、旋轉螺母和執行器。（圖1）
圖1. 三種類型的SMLA（從左到右：旋轉絲杠、旋轉螺母和伸縮執行器）采用獨特的機械結構，分別成為不同應用的理想選擇。
每種類型的SMLA都包含相同的通用組件：步進電機 (1)、梯形絲杠 (2) 和梯形螺母 (3)，但是根據螺母的作用，其核心機構各不相同，如圖2-4所示。
旋轉絲杠的結構和機理
旋轉絲杠配置也被稱為電動絲杠、外部直線、外部螺母或平移螺母，其設計靈活性和定制化能力非常高。顧名思義，驅動通過旋轉梯形絲杠進行。當正確限制梯形螺母以防止其與絲杠一起旋轉時，它將沿著梯形絲杠的軸向平移。
圖2. 旋轉絲杠配置的剖視圖。
旋轉螺母結構和機理
在三種配置中，旋轉螺母組件的設計最小、最緊湊。這種設計可實現最短的伸縮長度和總長度，同時幾乎沒有任何可見的組件旋轉。這種類型的執行器也被稱為電動梯形螺母、非外加螺母、內部螺母和平移絲杠。
旋轉螺母SMLA的工作機理本質上與旋轉絲杠配置相反。當電機旋轉時，電機軸內的集成梯形螺母旋轉，并驅動與負載連接的絲杠伸出/縮回電機。
圖3. 旋轉螺母配置的剖視圖。
伸縮式執行器結構和機理
伸縮式執行器的性能更像大多數工業應用中的傳統伸縮桿式執行器，但同時具備可配置步進電機和基于絲杠單元的優點。伸縮式執行器的核心是一種旋轉絲杠配置，帶有可“捕獲”花鍵內梯形螺母的額外外殼組件，并使用內部襯套提供了部分側向和彎矩負載支撐。由于這些配置的設計直接融合了導向和支撐，因此在很多情況下，它們無需原本可能需要的外部組件。這種類型的執行器也被稱為電動絲杠執行器、電動推桿和電動缸。
伸縮式SMLA的工作機理與旋轉絲杠配置類似。主要區別在于其配置集成了花鍵套管和帶支撐襯套的伸縮管形式的導向和支撐組件，無需外部組件即可實現運動。
圖4. 伸縮式配置的剖視圖。
安裝
三種SMLA配置的安裝過程類似，主要包括安裝電機、支撐梯形絲杠（如果需要）以及連接負載。它們的主要區別在于負載的連接位置和支撐方式。（圖5）對于旋轉絲杠配置，負載將連接到梯形螺母上，梯形絲杠的末端需要用軸承或襯套支撐以實現更大的長度。
對于旋轉螺母配置，負載將連接到梯形絲杠上。對于伸縮式配置，負載將連接到伸縮管的末端安裝件上。
旋轉絲杠和旋轉螺母配置都只能承受軸向負載，因此需要直線軸承和導軌形式的導向和支撐組件才能正常運行。由于導向和支撐通常已集成到伸縮式執行器中，因此許多情況下，可以消除對直線軸承和導軌的需求。
圖5. 這個流體泵應用示例說明了全部三個SMLA的典型安裝配置（從左到右：旋轉絲杠、旋轉螺母、伸縮式執行器）。
應用選型
SMLA的高水平定制化和可配置性可提供無數的應用可能。圖6所示為一些SMLA應用的常見示例。
圖6. 通過減少所需組件的總數量，SMLA非常適合各種注重空間的應用，包括（從左到右）：XY工作臺（旋轉絲杠）、水平定位（旋轉螺母）和移液（伸縮和旋轉絲杠）。
然后，選擇適合特定應用的SMLA尺寸，這主要涉及了解電機、梯形絲杠和梯形螺母的限制。為了確保正常運行和長使用壽命，必須適當選擇這些核心組件中每個組件的尺寸。所幸的是，大多數制造商都提供了這些組件的理論性能曲線圖，可便于快速確定執行器的尺寸。這些性能圖通常采用速度和負載曲線的形式，并高亮顯示電機、絲杠和螺母組合的最佳性能范圍。
對比SMLA
SMLA支持模塊化運動系統設計方法，使工程師能夠實現根據其具體應用要求高度定制的解決方案。確定合適的SMLA配置取決于許多應用驅動因素。
對于尋求高度定制化或真正獨特的組件組合的用戶，應考慮旋轉絲杠執行器。旋轉絲杠設計是最常用的SMLA類型，因此許多工程師對它們已經非常熟悉。
對于需要更緊湊、更簡單的執行器，并且無需消隙螺母或多個編碼器選型的應用，旋轉螺母設計可能是更好的選擇。對于偏好采用更傳統的推桿式執行器設計，以及應用將獲益于集成導向、支撐和內置防旋轉裝置的工程師，應考慮伸縮式設計。如果減少組件總數量很重要，則也應考慮這種配置，因為集成的導向/支撐組件消除了購買外部組件的需要。表1總結了每種SMLA配置最常見的優勢和劣勢，以及一些常見的應用示例。
為了幫助設計師和集成商整理各種選項，SMLA制造商推出了越來越多的在線工具，以幫助他們快速輕松地配置適合其應用的解決方案。例如，某些在線選型工具可使用戶在幾分鐘內確定出適合他們應用的SMLA，同時能立即查看性能特性、3D模型、定價和交貨時間。
在了解三種主要SMLA類型的設計、機理、安裝和尺寸的前提下，應用自動選型工具可以幫助引導運動設計師和集成商為其應用做出最佳選擇。
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