丝杆式升降机怎么选型 关键参数和常见坑一次讲清

大家在选购丝杆式升降机的时候, 关键就是看这三件事情, 第一件要看丝杆的类型, 第二件要核对导程跟速比是不是合适, 第三点一定要检查负载能不能匹配好, 只要把这些参数都选对了, 设备的使用寿命就能翻一倍, 要是没选好, 可能用不到半年就会完全卡死不动。

丝杆式升降机, 也就是通常说的Screw Jack, 它是靠电机去驱动丝杆, 把旋转运动改变成直线升降运动的, 这个技术在自动化设备里面属于非常主流的线性驱动方案。接下来我们准备按照四个维度把它拆开来讲讲, 这四个维度分别是丝杆类型、速比计算、负载匹配以及适用场景。

滚珠与梯形丝杆的选择逻辑

滚珠丝杆的机械效率是超过百分之九十的, 它存在的反向间隙是小于零点零一毫米的, 这种结构是适合那些需要高速运动且对精度要求很高的场合的, 这些场合一天之内会进行几百次的启动和停止操作。

梯形丝杆的机械效率是在百分之五十到百分之七十之间的, 它具有自带的自锁功能, 在突然断电的情况下不会发生滑脱的现象, 它的制造成本是比滚珠丝杆的低出半数以上的。

判断的标准实际上非常简单, 就是如果动作频率比较高并且要求速度快的情况, 那就应当选择滚珠丝杠；而如果面临重载工况、运行速度较慢且动作并不频繁的场景, 那么使用梯形丝杠更为合适。

很多时候在项目启动的初期阶段, 为了节约前期的投入成本会选择采用梯形丝杠, 可是到了后期如果想要进行增加伺服系统的调速改造的话, 就会发现这样做会非常麻烦费时费力, 因此不如一开始就直接选用更合适的方案来一步到位。

导程速比与升降速度关系

核心公式, 它是这样一个计算式, 就是把电机的转速, 和丝杆的导程相乘, 然后再乘以速比的倒数, 也就是一除以速比的结果。

这里的导程, 它的含义是丝杆每旋转一圈, 螺母所移动的距离, 单位是毫米, 常见的数值有5毫米、10毫米或者20毫米。那速比呢, 它就是减速比的意思, 当这个数值变得更大的时候, 扭矩就会变大, 但是速度反而会变慢。

我们可以举一个实际存在的例子来说明这个问题, 具体数据是选用导程为一毫米十毫米、速比为一比三以及电机转速为一千五百转每分钟的配置, 经过计算之后得出的结果是五百毫米每秒, 现在提出了要求需要把速度降低到一百毫米每秒的水平, 针对这种情况可以采取的措施包括更换为导程是五毫米的部件或者是将速比调整提升至一比十五,在进行选型的工作开展之前必须要把这些相关的计算数据搞清楚。

负载匹配与临界力校核

在选择丝杆直径的时候, 必须计算临界力, 工作负载不能超过临界力的70%, 如果不这样做的后果是丝杆会发生弯曲失稳。当多根丝杆并联使用的时候, 负载分布会出现不均匀的情况, 所以要按照单根丝杆承受1.5倍的平均负载这种标准来进行校核计算。

还有个坑要注意, 梯形丝杆具有自锁功能, 所以在断电的时候是安全的；而滚珠丝杆没有自锁能力, 必须额外加装制动器, 不然一到断电时刻丝杆就会直接往滑下去。医疗设备领域和高空作业平台应用领域这样的场景里, 这一点就是硬性安全要求。

丝杆升降机的典型应用边界

典型的应用场景包括在自动化的生产流水线上进行物料的提升和降低, 用于光伏跟踪支架系统, 应用在自动导引车的举升作业中, 以及对CT机和核磁共振床面位置进行调节。它的行程范围能够覆盖从50mm一直到3000mm的距离, 单台设备所产生的推力大小可以从50N逐渐增加到200kN。

判断是否替代液压升降机, 要看满足几个条件。第一个条件是精度要求在±0.1mm以内。第二个条件是现场不能出现油污染。第三个条件是维护周期要比6个月更长。

如果满足了这三项规定, 使用丝杆方案几乎就能把液压方案比下去, 优势非常明显。但是, 如果是超过200kN的极重载情况, 液压方式仍然是更加合适的选择。

核心答疑

一天运行8个小时, 寿命有多久呢? 滚珠丝杆型的寿命大约在5万到10万次行程之间, 梯形丝杆型的寿命大约在3万到5万次行程之间。具体数值取决于负载占额定值的比例, 以及润滑保养的情况。

不能直接使用普通的台电机, 必须采用伺服电机与减速机的组合, 或者是步进电机与减速机的组合进行搭配使用, 在扭矩余量的预留方面, 至少要留出百分之三十的比例。

要点总结

当面对滚珠丝杆和梯形丝杆这两种不同的选择时, 我们需要通过把导程数值与转速数值进行相乘然后除以速比数值的计算方法来得到实际的速度数据, 同时在考量临界力的时候应当取其百分之七十的数值, 如果存在需要实现自锁功能的场景那么就需要额外安装抱闸设备, 对于要求精度达到正负零点一毫米的加工条件而言则应该选用丝杆。