直线滑台是工业应用里比较广泛的一种典型机构。1.问题描述想设计一个直线运动机构，负载2Kg，中等速度，往复行程大约120mm，除原点外有3次停留，定位误差0.1mm左右，初步考虑使用步进电机驱动丝杠来完成，有些需要注意的地方？另外还有别的更好更便宜的方案？2.讨论电机 丝杠的组合在直线运动单元中应该是应用广泛的一种，其原理不用怀疑，但选用何种丝杠却应该考究一下。提问者说，在一些产品的标准件书上看到丝杠分精密滚珠丝杠、压轧滚珠丝杠、30度梯形丝杠三种，但不明白这几种丝杠具体有区别，以及其分别应用的场合。甲回答说，前两种都是滚珠丝杆：初滚珠丝杆的丝杆体用圆钢切削成型，因切削表面光洁度不够，再用成型砂轮磨出螺旋槽。后来工艺发展，丝杆体可以不再需要切削，直接压轧而成，并且压轧后具有相当的精度尺寸和光洁度，在没有很高精度要求的场合，可以直接使用，于是就有了“压轧滚珠丝杠”这一种类；目前压轧工艺制作的滚珠丝杆体还不能达到很高精度，精密滚珠丝杠还必须采用磨削工艺，滚珠丝杆的螺母螺旋槽和丝杆螺旋槽间置有钢球，把螺母和丝杆间旋合移动从滑动变成了滚动，所以可以高速轻巧动作；30度梯形丝杠是传统的机械结构，普通车床的丝杆就是很好的例子。乙补充说，方便起见，这次的设计应以滚动直线导轨配合滚珠丝杆为宜；直线运动器件和滚珠丝杆都可以很方便在市场购得，东西小，所费也有限；如果采用滑动导轨和30度梯形丝杠，不会有现成的，恐怕都要设计和逐一加工出来，费时费工，代价也许更高。况且精度要求并不高，一些便宜的丝杠和导轨都可以达到要求。甲给出了如图设计方案，并解释说，导轨用了两根表面淬火，磨削后镀硬铬的光杆，配合加长直线轴承，滑块和导轨支架用硬铝块以线切割制作；丝杆用市售普通M12X1.75三角螺纹螺柱改制，螺母用青铜相配，丝杆与支座间用618系列的深沟球轴承支承，51000推力轴承和圆螺母消除轴向间隙；光杆的价格约100元/米，直线轴承几十元一个，轴承几元一个，加上其它，代价不会超过500元，这样的结构，完全可以适应要求的工况并有极长工作寿命。工作原理编辑1、伺服系统（servomechanism）是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了脉冲给伺服电机，同时又收了脉冲回来，这样，就能够很确的控制电机的转动，从而实现确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。2、交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。3、伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。一电机输出扭矩与电动缸输出力的关系F=T*η*2π*R/LF：电动缸输出力,单位:kNT：电机输出扭矩,单位:NmR：减速比L：丝杆导程,单位：mmη：效率(一般选择电动缸的总效率为85%，但是效率根据实际使用工况会有变化，请注意)二电动缸的寿命计算电动缸的寿命一般指电动缸内部使用的丝杆寿命，可以分为两个部分，一是丝杆的疲劳寿命，它可以通过计算得出；另一个是使用寿命，取决于使用条件（如温度、灰尘、使用润滑的种类和定期添加的频率等等）。三平均负载的计算平均负载是指电动缸在一个工作循环中，综合在各个不同工作区间的力、速度和时间后得出的立方平均值。
