线性驱动器的发展趋势

线性执行器将负载放入运动中，以所需的速度和时间从点A到B点。今天，线性执行器市场也在运动。机电系统越来越多地取代气动和液压执行器。随着制造商寻求提高其运营的灵活性和拥有成本，它们越来越依赖于集成的电动机执行器。在运动技术中，线性电机为越来越多的市场利基提供必不可少的功能。

机电作动器
线性执行器是自动化的主力，可在一系列技术和配置中使用。最常见的机电执行器是由旋转伺服电机驱动的直线装置组成。它包括螺杆式执行机构，皮带驱动致动器和机架式驱动致动器。详细教程，包括公差，点击这里。

螺旋型设备系列包括顶点螺旋驱动器(通常称为丝杠驱动器)、滚珠丝杠驱动器和行星滚柱螺钉。

在一个丝杆执行器中，一个螺纹螺母在一个丝杆上上下移动。该设计简单，经济，安静，不太可能被倒车。但缺点是，螺旋鞭会限制速度，而螺纹间金属间接触的摩擦会限制寿命、速度和效率。甜点应用包括成本敏感系统，包括更轻的负载和更低的工作周期。

滚珠丝杠执行机构利用滚珠轴承在螺母和丝杠之间的滚道中克服了摩擦问题。这将滑动摩擦转化为滚动摩擦，增加寿命。缺点包括更高的成本，损坏轴承在高负荷，螺杆鞭，和更高级别的可听到的噪音。最适合于涉及较重负载和精密定位的应用。

行星滚柱螺钉由围绕主螺纹轴的螺纹滚柱行星排列组成。它们具有许多优点，如高推力、长寿命、最少维护和高效率。折衷是成本最高的螺杆式执行机构，更大的规模，易于背后驱动，和螺丝鞭。这些执行器特别适用于不能容忍故障的高可靠性应用。

这些致动器可配置为杆式或无杆式。在杆式执行机构中，推力元件从壳体端部移出。它们产生的力最大，除了末端外都是密封的。由于杆没有支撑，因此在某些配置中会发生下垂。它还需要一个车厢来支撑负载。杆式执行机构最适合于高推力应用和高污染应用，如冲洗环境。

在无杆致动器中，壳体围绕螺钉，该螺钉将负载移动在沿致动器的顶部骑行的平台上。在上面，它们支持负载，具有较小的占地面积，螺钉固定在两端。在缺点时，它们无法用于潮湿环境。它们适用于空间受限的环境和需要支持的加载。

皮带和齿条传动
皮带传动提供了一种替代螺杆式执行机构。它们可以以非常高的速度运行，价格也很实惠。有一段时间的缺点包括拉伸和需要定期拉伸。如今的传送带结构紧凑，精度明显提高。

齿条传动由旋转电机组成，它沿着精密加工的轨道驱动齿轮或小齿轮。它们提供比皮带驱动器更高的精度和精度，并提供比螺旋型驱动器更高的速度。从理论上讲，它们不是距离限制的，但超过一定的点，成本成为一个因素。

集成驱动器
为了顺应集成组件和智能自动化的趋势，集成驱动器已经捕获了越来越大的市场部分。在其最基本的方面，这些装置组合电动机和致动器，使得致动器的螺母在沿着引线螺钉行进时作为电动机的转子充当电动机的转子。集成级别较高的其他版本可以包括驱动器，传感器，甚至控制器。

集成带来了多种好处。它消除了对耦合器的需要，减轻了重量，零件数量和故障点。整个设备可以更小。

易用性是另一个大卖点，Nook Industries销售副总裁Jim Mangan（俄亥俄州克利夫兰）。持有最终用户，OEM，Integrator和供应商，相似。“如果您将其销售为完整的系统，您可以知道电机和执行器的功能，”他说。“如果您只销售了执行器和客户提供的电机，您不知道他可能已经完成了什么 - 可能是他们安装错误或编写错误，或者某事。如果您销售系统，您知道它是对的，所以他们也是如此。“

这几天特别有价值。精益人员配置意味着维修部门可能无法拥有专业知识 - 或时间 - 处理本土解决方案。同时，较旧的机器通常需要改造或维修。原始电子产品可能已经过时，或者也许是时候用机电系统更换凸轮和气动和液压执行器。“工程师需要即插即用的东西，这样他们就可以通过最小的启动时间跑步运行，”Mangan说。

流离失所者液压和气球
终端用户不只是利用集成驱动器来取代过时的电子产品。机电技术越来越多地取代液压和气动气缸。曾几何时，制造业围绕着这些技术，以及固定速度的马达、齿轮和凸轮。转换工作非常辛苦，需要几个小时甚至几天的时间。因此，多用途机器只是例外，而不是普遍现象。制造商专注于一次性机器或循环使用少量产品，在可怕的转换之前用每个循环填充仓库。

运动控制的一个关键增长领域是取代液压和气动气缸的各种应用，从包装到军事和航空航天。集成的执行器与以太网连接，可以使转换像在HMI上选择一个新的配方或改变控制器上的程序一样容易。这与扳手和工具箱的时代相差甚远。“气缸或液压缸,它是专门或有人会努力调整的一个停止手动曲柄或滑锁,这样它在正确的位置,将触底”亚伦迪特里希说,营销总监Tolomatic Inc .(哈默,明尼苏达州)。“现在，高性能轴可以自动调整，以适应下一个产品尺寸，因为它是完全可编程的。”这项技术引起了用户的极大兴趣——至少在讨论转向数字之前是这样。

如今，每个人的预算都很紧张，但可能没有比工业部门更紧张的了，因为工业部门竞争激烈。这只会加剧工程（侧重于总运营成本（TCO））和采购（侧重于总采购成本（TCA））之间存在的脱节。在工业设备的整个生命周期中，TCO DWARFS TCA就维护，停机，功耗，耗材等问题而言。

这一点很重要，因为人们对机电技术的第一个误解是，运动控制总是更昂贵，因为机电技术与液压和气动技术的结合。关键是要从TCO甚至TCA的角度来看待它。”我们帮助了很多想从液压系统转向机电执行机构的人他们会看到价格点，然后说，‘我可以花250美元买一个液压缸，而你却要收我2000美元？’嗯，是的，但你必须从整个系统拥有成本的角度来考虑。它是可编程的。它可以将负载带到多个位置。它不只是进进出出[像液压缸或气缸]。你不必购买伺服阀，你不必做很多需要时间和金钱的事情。人们认为机电设备比液压设备贵得多。真的不是。”

在用机电执行机构更换气动或液压缸时，最常见的错误是尺寸不当。”迪特里希说：“客户给我们的规格是基于他们系统的压力和压力。”他们会说，‘我有一个3英寸的气缸，在80磅/平方英寸的压力下运转，我需要550磅的力。’这不是从流体动力到运动控制系统的方式。他们应该看看他们试图移动负载的速度，负载的大小以及如何支撑负载。然后我们可以给他们指出一个更经济的运动控制解决方案。”

直线电机排队
前面的例子主要关注液压执行器，但是机电执行器也比气动执行器有优势。气缸通常在完全伸展和完全收缩之间转换。现在，客户希望能够在同一台机器上运行多个产品。为了了解可编程执行器的优点，让我们看看另一种类型的直线执行器，直线电机。

虽然旋转电机和机械执行器的组合占主导地位，但是线性电机已经抓住了一些利基市场。可以认为线性电动机作为展开的旋转伺服电机。而不是由定子包围的转子，线性电动机具有相对于一行磁体的蜗杆移动。当然，这是一个严重的过度简化。实际上，存在许多不同的配置，包括铁芯，无芯，具有在磁铁的U形通道中移动的磁体，具有固定线圈和移动磁铁的电机，以及完全封闭在磁铁中的杆式灯具。

直线电机具有许多性能优势。它们以亚微米精度和高加速度运行。”如果你需要高速度和高精度的结合，那就是直线电机获胜的地方皮带传动系统可以实现超高速，但其精度和重复性适中。“这种性能水平使直线电机非常适合半导体检测和纳米技术等应用。从理论上讲，直线电机可以制成任何长度的要求，虽然磁铁成本的问题强加了实际的限制。严格地说，施力器和磁铁之间没有接触，尽管它们通常需要一个轴承来支撑负载。

当然，直线电机也有一些缺点。它们需要外部支持，必须保持非常严格的平整度公差。它们不能产生像旋转电机那样大的力，尽管某些配置，如多个电机组合在一起仍然可以产生相当数量的肌肉。

迪特里希说:“对于一些简单的应用来说，这种技术的缺点是它相对来说是高科技。”“马达的尺寸很难确定，因为它们是直接驱动的。它们的部署更加复杂。你必须做得很好。这个体系没有太多的变化和改变的空间。”

就成本问题而言，这项技术正变得越来越有竞争力。“有越来越多的制造商进入直线电机业务，所以成本正在下降，”曼根说。

“成本是个大问题。你可以得到一个驱动器内置控制器和放大器约750美元，”爱德华内夫，总裁说SMAC移动线圈执行器（Carlsbad，加利福尼亚州）。“现在你对球螺钉执行器竞争。您可能比空气筒多为三到四倍，但如果该气缸在每秒左右的五个周期中运行，则会在六个月内磨损。采用线性电机执行器，您已有10年。“

集成线性电机
线性电机遵循了更高水平的集成和智能的趋势。添加位置反馈的添加使设备能够跟踪其确切的位置和速度，而连接允许它们将数据发送到监控和数据采集（SCADA）或企业网络。在那里，它可以用于从过程控制到业务分析的一切。

智能、集成的执行器承诺显著改善一系列制造部门。“如果你知道自己在做什么，那么你就能真正提高质量，”内夫说。考虑一个饮料装瓶生产线。拧上瓶盖需要将瓶盖定位到与瓶盖上的螺纹对齐，然后旋转瓶盖拧紧。当你试着把那瓶两升的激浪(Mountain Dew)酒的剩余部分重装一遍时，这招很管用。在每分钟300分的装瓶生产线上更难完成。

标准的解决方案是使用气动执行器将瓶盖与瓶子接触，然后用旋转电机旋转瓶盖。然而，如果这些线不能恰当地结合，瓶子就会变成废铁。在食品和饮料这样的低利润行业，这是一个问题。在这里，直线电机执行器提供了一个解决方案。

该方法代替仅使用旋转伺服电机拧在盖上螺钉上的螺钉，而是将旋转伺服电动机与高分辨率线性电动机相结合，将螺纹与螺纹相结合，不会损坏。“我们可以撞到曲面并立即识别它，”Neff说。“帽向上移动约100至200μm，当线程匹配时，它将下降。现在你知道你匹配了。在旋转时，将顺时针顺时针旋转并检查扭矩，检查距离，计算匝数。“使用这些信息，系统应用扭矩，首先用来暂停数据收集，然后紧紧地。在此过程结束时，系统将数据报告给最终用户的所有帽子。

他举了一个客户的例子，他制造的镜片是由四个不同的部件拧在一起制成的。他们使用气动滑块定位每个部件。问题是，幻灯片不能纠正不对准，以便线程将配合。结果，多达30%的产品被报废。制造商将气动执行器替换为带反馈的动圈直线电机，可以纠正不对中。结果，废品率降至2%，其中大部分是由于有缺陷的零件，而不是组装造成的。

这类解决方案的应用比比皆是。汽车制造商不想通过交叉穿火花塞的方法在发动机缸体上发现不准确的螺纹孔。在直线电机端部安装螺纹规，线性执行机构的受控接触使其能够快速有效地对所有螺纹孔进行验收测试。系统获取位置和速度数据的能力对该过程至关重要。定位和数据采集的结合不仅提供了提高质量和产量的工具，还支持可追溯性和安全性，甚至可能支持法规遵从性。后者对于汽车和医疗等高可靠性应用来说是一个重要的优势。

前方的路
以上讨论的趋势在很大程度上得到了采纳。至于更复杂的技术，如智能工厂和工业物联网，该行业仍处于早期采用者阶段。终端用户理解附加传感器等功能的价值，但这并不一定意味着他们已经准备好掏钱了。Dietrich表示:“市场上有关于获得更好诊断的讨论，这需要在执行器中安装温度传感器或其他类型的传感器，但总体而言，客户目前不愿为此付费。”“顾客会带着一长串的需求来到这里。然后你给他们一个大大的价签我们什么都见过了，他们就窒息了。这时我们就会讨论他们真正需要什么，而不是他们想要什么。”

目前，他所看到的适用于自动化供应商和最终用户的范例是一种渐进式的改进，而不是根本性的转变。迪特里希说:“人们看到了改变的价值，但说到底，他们有这样或那样的植物。”“他们可能会改变一些，但不会完全改变。他们可能会引入系统来加速转换，使其更加灵活。”