步进电机何时与滚珠丝杠（而不是丝杠）配对

步进电机何时与滚珠丝杠（而不是丝杠）配对？

步进电机广泛用​​于工业和消费应用，从包装设备和医疗设备到 3D 打印机和自动售货机。它们在（相对）低速下具有出色的扭矩产生——尤其是对于给定的电机尺寸——并以易于使用的格式提供高分辨率定位。这些优点使它们非常适合驱动丝杠或皮带和皮带轮系统。事实上，一些最常见的步进电机应用将它们与丝杠配对。

丝杠步进电机

丝杠通常用于步进电机执行器，以提供具有成本效益且易于使用的直线运动解决方案。

图片来源：人民银行线性

但是步进电机也可以用来驱动滚珠丝杠。尽管滚珠丝杠 + 步进电机组合不如丝杠 + 步进电机组合多产，但滚珠丝杠的一些性能特征使其能够更好地利用步进电机的优势来产生扭矩和精度。

效率、扭矩和速度 导程角

各种导程（滑动）和滚珠丝杠的导程角与前向效率。

回想一下，丝杠依赖于丝杠轴和螺母之间的滑动接触，因此具有固有的高摩擦力，反过来又低效率。这意味着它们需要来自电机的更高扭矩才能转动螺杆并产生线性运动。回想一下，步进电机扭矩在更高的速度下会显着下降，因此丝杠 + 步进电机组合通常不是需要高甚至中等扭矩产生的高速应用的好选择。

另一方面，滚珠丝杠依靠滚动接触，具有低摩擦和高效率，因此需要的电机扭矩要小得多。这意味着滚珠丝杠+步进电机的设计可以更好地利用电机的整个扭矩-速度曲线。

低摩擦无波动

由于螺母和丝杠滑动表面的磨损，丝杠组件中的摩擦也会随着时间而变化。这种变化的摩擦——以及由此产生的所需电机扭矩的变化——会给步进电机带来挑战，因为步进电机在具有稳定、可预测负载的应用中表现最佳。例如，如果电机所需的扭矩增加，则电机可能难以产生新的更高扭矩并失去步数。 （这就是为什么许多步进电机尺寸过大的原因——以便为不可预见的运行条件提供一些“转矩余量”。）在开环控制系统中——典型的步进电机——这种位置的损失可能对过程有害，甚至对工人的安全。

滚珠丝杠组件中固有的较低摩擦意味着它们需要来自电机的较少扭矩来以给定的移动轮廓移动给定的负载。并且所需的扭矩在滚珠丝杠的整个使用寿命期间不会发生变化，因此电机的尺寸可以选择更小的扭矩裕度。换句话说，当与滚珠丝杠配对时，步进电机不需要太大的尺寸来处理由于丝杠摩擦而导致的所需扭矩的不确定性。

高占空比

尽管步进电机通常具有有限的占空比，但由于在运行期间始终使用相对较高的电流而导致发热，一些步进电机类型——以及一些步进驱动器类型——确实允许步进电机用于高 (甚至连续）占空比。

但是滑动摩擦会产生大量热量，因此高或连续的工作循环会显着降低丝杠的寿命。对于这些应用，滚珠丝杠是更好的选择，因为它们比丝杠具有更高的效率和更低的发热。

闭环步进器

滚珠丝杠还提供更好的定位精度和更高的可重复性——这些特性与步进电机的高分辨率相得益彰。当滚珠丝杠用于闭环步进系统时，您将受益于良好的定位精度和可重复性，以及确保系统到达预期位置的反馈机制。

步进电机加滚珠丝杠

滚珠丝杠执行器使用 C3 精度滚珠丝杠，其导程精度为每转 0.006 毫米。与滚珠丝杠配对的步进电机每转计数 200 次，因此对于 1 mm 导程滚珠丝杠，电机分辨率为 0.005 mm。