近年來，終端用戶對增加電動缸的使用并減少工廠自動化設(shè)備中氣動執(zhí)行器的使用的需求不斷增加。許多因素在推動轉(zhuǎn)化，但最重要的是對實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)的需求不斷增長：

由于機(jī)電執(zhí)缸具有更高的精度，因此改善了機(jī)器性能和功能。

占地面積更小，因為機(jī)電執(zhí)缸僅需要大約四分之一的空間即可傳遞相同的推力。

更高的能源利用率，因為機(jī)電執(zhí)行器以更高的能源效率運(yùn)行，并且不需要24/7運(yùn)行的空氣壓縮機(jī)來維持壓力

由于機(jī)電執(zhí)行器使用更少的組件，不需要壓縮機(jī)并且沒有空氣泄漏問題，因此減少了維護(hù)并降低了總擁有成本。

一旦決定用電動缸替換氣動執(zhí)行器，下一步就是從眾多品牌中選擇合適的機(jī)電執(zhí)行器。盡管基本推力規(guī)格可能相似，但生命周期性能，可維護(hù)性和耐環(huán)境性方面存在顯著差異。

生命周期績效

一般而言，滾珠絲杠的直徑越大，推力的潛力就越大，但是要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，則需要推力軸承與所有固定點(diǎn)（包括延長管，內(nèi)滾珠螺母系統(tǒng)，軸承箱和刮水器箱）的正確配合。否則，推力的任何增加都會以犧牲系統(tǒng)壽命為代價。太弱而無法承受負(fù)載的組件將更快磨損甚至損壞。例如，給定兩個執(zhí)行器，每個執(zhí)行器均裝有16毫米的滾珠絲杠并提供750牛頓的推力，一個執(zhí)行器的使用壽命為2000公里，而另一個則可以提供8000公里的行程。區(qū)別在于滾珠絲杠與其他組件以及它們彼此配合的程度。

此外，由于較大的滾珠絲杠直徑也與成本和占地面積相關(guān)，因此適當(dāng)?shù)嘏浜蠞L珠絲杠和其他部件可以減少兩者。為了滿足3200牛頓的應(yīng)用需求，一個供應(yīng)商可能會使用直徑為20毫米的滾珠絲杠，而另一供應(yīng)商會使用適當(dāng)配合的組件，而直徑僅為12毫米的螺釘可能會達(dá)到相同的推力，因此可以減小尺寸而不會犧牲性能。

滾珠絲杠和其他組件的正確配合對執(zhí)行器的壽命影響最大，而這與托架設(shè)計一起對精度和負(fù)載能力的影響最大。托架的主要功能之一是減少徑向和橫向的自由游隙。影響這一點(diǎn)的因素是載體的直徑，接觸表面積和支撐腿的使用。

更大的承載體（圖1）可以通過在側(cè)向負(fù)載情況下最大化表面接觸面積來支撐更大的外部徑向負(fù)載。側(cè)面加載電動執(zhí)行器的能力將使性能，精度和緊湊性提高到氣動或液壓執(zhí)行器無法達(dá)到的水平。

圖1顯示了推力和側(cè)向載荷條件下的接觸面積

同樣，在純推力情況下增加的接觸面積可減少游隙，為延伸管上的側(cè)向載荷提供支撐（圖2）。

最大化表面積會影響徑向和橫向載荷；它不一定會影響穩(wěn)定性。這通?？梢酝ㄟ^將抬高的腳互鎖到帶凹槽的通道中來解決（③）。這些支撐腿還有助于減少振動，這會增加噪音并造成磨損。

大多數(shù)設(shè)計使用一個或兩個這樣的脊，這些脊消除了一些間隙，但隨著系統(tǒng)逐漸磨損，會產(chǎn)生喀噠聲。但是，使用四腳而不是兩腳可以減少磨損和噪音，從而提供更有效，更耐用的防旋轉(zhuǎn)保護(hù)。附加的支腳還有助于確保無死角的回程，從而進(jìn)一步減少了系統(tǒng)因磨損而產(chǎn)生的游隙。

另外，使這些支架腿向外彎曲會產(chǎn)生徑向預(yù)緊力，這會減小推力管中的游隙并使支架主體和球形螺母居中，從而無需將支架墊到擠壓件上，并在設(shè)備的使用壽命內(nèi)補(bǔ)償磨損。保持所有部件對齊，還可以減少為了達(dá)到一致的空轉(zhuǎn)扭矩而必須校準(zhǔn)系統(tǒng)的頻率。

雖然嚴(yán)格的公差對于降低磨損和降低噪音至關(guān)重要，但如果根本沒有氣隙，則在執(zhí)行器高速運(yùn)行時會產(chǎn)生壓力。這可能導(dǎo)致過熱，導(dǎo)致潤滑問題和其他耐久性問題。湯姆森（Thomson）通過使支腿上的兩個公鍵特征低于其余兩個來解決此問題。這提供了足夠的間隙以防止壓力積聚。如圖1所示，垂直放置的支腿上的兩個外鍵特征低于其余兩個。這就是防止壓力積聚的原因。

可維護(hù)性

易于維護(hù)肯定會影響生命周期性能，并有助于立即獲得生產(chǎn)力收益。機(jī)電執(zhí)行器的潤滑和電機(jī)處理方式不同。大多數(shù)系統(tǒng)會縮回，以露出僅用于潤滑的零件，可能占60％或70％。技術(shù)人員會取下蓋子，找到需要潤滑的零件，添加油脂，并可能需要重復(fù)該過程。但是，更好的方法是完全延長或縮回試管，以露出所有組件以實(shí)現(xiàn)最大覆蓋。這幾個步驟允許實(shí)施自動潤滑系統(tǒng)。此外，使用無需拆下蓋子的潤滑嘴可以簡化維護(hù)性。

另一個關(guān)鍵因素是在將電機(jī)與機(jī)械執(zhí)行器配對時所花費(fèi)的安裝時間。傳統(tǒng)上，以并行配置安裝電動機(jī)可能需要20到25分鐘。電機(jī)安裝完畢后，技術(shù)人員必須使用各種工具進(jìn)行調(diào)整，以使皮帶正確張緊并對齊。這至少需要12個步驟。但是，如果執(zhí)行器設(shè)計帶有預(yù)組裝的并行解決方案，則皮帶可以在組裝過程中進(jìn)行預(yù)張緊，從而無需進(jìn)行多級張緊調(diào)節(jié)，并且只需三個步驟即可將電動機(jī)固定下來并使用。對于嵌入式安裝，預(yù)組裝解決方案的好處是相似的，盡管不是那么顯著，將步驟數(shù)從7減少到3。

圖2：帶有預(yù)組裝并行解決方案的電動缸設(shè)計。

另外，采用跨裝式軸承策略可消除未對準(zhǔn)的風(fēng)險。除此之外，它還可以保護(hù)電機(jī)軸免受徑向載荷的沖擊，從而降低噪音并進(jìn)一步延長系統(tǒng)壽命。

耐環(huán)境

電動缸彼此不同的一個非常重要的方面是它們具有抵抗惡劣或環(huán)境條件并承受頻繁的高壓沖洗的能力。這基本上是外觀輪廓設(shè)計，材料選擇和密封策略的問題。

與帶凹槽的表面相比，具有光滑表面的外部輪廓更清潔，因為它避免了灰塵和液體在凹槽中的積聚。當(dāng)需要頻繁沖洗時，這使其更適合于惡劣的環(huán)境。不過，光滑的外觀可能會有一個缺點(diǎn)。如果用于需要安裝傳感器的應(yīng)用中，則可能需要額外的塑料附件來安裝傳感器。

耐環(huán)境性還取決于延長管的材料組成。大多數(shù)系統(tǒng)使用鉻鋼，但是在惡劣的環(huán)境中，不銹鋼是更好的選擇。

美國國家電氣制造商協(xié)會（NEMA）的《入口保護(hù)（IP）規(guī)范》（表1）是對環(huán)境中的固體和液體的抵抗能力的關(guān)鍵指標(biāo)。例如，達(dá)到IP等級65意味著該系統(tǒng)是完全防塵的，并且可以防止從任何方向發(fā)生低壓噴水，這在食品和飲料行業(yè)的沖洗操作中可能會發(fā)現(xiàn)。目前只有少數(shù)幾種電動缸可以滿足這一要求，但是在腐蝕性環(huán)境中，這一點(diǎn)至關(guān)重要。IP等級54提供了一定程度的防塵和防濺水保護(hù)，使其在某些沖洗應(yīng)用中可以接受，但在涉及壓力的情況下不可接受。在線性執(zhí)行器中非常普遍的IP等級40表示沒有灰塵或液體保護(hù)。

表1 NEMA IP代碼對固體和液體的防護(hù)等級

較高的IP等級主要與較高的密封策略有關(guān)。在這種情況下，每個隔室都是密封的，包括電機(jī)支架。所有墊圈也應(yīng)密封并一直延伸回電動機(jī)，而不是停在安裝板上。

為下一代運(yùn)動控制做準(zhǔn)備

隨著市場推動對高生產(chǎn)率解決方案的需求，更短的轉(zhuǎn)換時間，更高的可靠性和更大的節(jié)能量，更低的維護(hù)和運(yùn)營成本，越來越多的設(shè)計人員和最終用戶正在通過氣動選件轉(zhuǎn)向機(jī)電致動。對于需要復(fù)雜運(yùn)動控制的機(jī)械，機(jī)電執(zhí)行器幾乎是唯一的選擇。但是，即使在更簡單的線性運(yùn)動應(yīng)用中，運(yùn)動控制設(shè)計人員和用戶也正在考慮基于更少，更容易維護(hù)，更高的能源節(jié)省和更清潔的操作來實(shí)現(xiàn)電動。

通過仔細(xì)比較不同品牌的電動缸，可以獲得更大的收益。始終在要求的系統(tǒng)壽命和空間要求的背景下解釋“承載能力”。在這些領(lǐng)域中存在非常實(shí)際的權(quán)衡。托架的設(shè)計會影響精度，橫向和旋轉(zhuǎn)承載能力，因此請密切注意用于將托架固定在通道中的總體設(shè)計，以及所使用的任何導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形狀和尺寸。改進(jìn)的機(jī)構(gòu)和零件（例如支腿和支腿設(shè)計）是彎曲的，以便更好地抓握，將對精度和磨損產(chǎn)生很大的積極影響?？紤]到適當(dāng)?shù)耐獠枯喞牧系倪x擇和密封策略是耐環(huán)境性的重要關(guān)鍵因素。輪廓更平滑

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