在垂直滚珠丝杠应用中保持控制

高效滚珠丝杠是精确、高速直线定位的理想选择。然而，反向驱动可能是一个问题，特别是当滚珠丝杠处于垂直位置时。如果滚珠丝杠没有正确地保持，负载可能迅速下降，并造成损坏的有效载荷，机器和工人。

为了防止这种情况发生，工程师们有几个选择。一种方法是在缆索滑轮上使用配重来抵消滚珠丝杠所承载的重量。这个设计不理想。它占用空间，有很多组件，并没有对滚珠丝杠直接施加一个保持力。

硬止动是另一种选择，但如果安装不正确或控制不正确，它们可能损坏滚珠丝杠。硬止动产生的高强度接触载荷会使滚珠螺纹变形，损害滚珠轴承的强度，破坏回程系统，并将滚珠螺母卡在螺钉上。

第三种选择是锁定弹簧。将它们插入球螺母和滚珠丝杠之间的间隙中。如果球被严重损坏，则锁弹簧将占用自由空间。由弹簧产生的增加的摩擦可以防止载荷自由落体或返回驱动螺钉。

另一种方法是使用夹具或卡钳式制动器等机械装置来卡住螺丝。这种方法是有一定效果的，但它会损坏滚珠丝杠，降低其精度。这些设计也占用了很多空间。

一个超限，或狗，停止防止损坏的意外超出任何一端的滚珠丝杠。然而，狗的停止不能作为主要的保护。这种类型的停止只应该用作冗余保护。行程应由总成的控制系统停止，并需要一个断电制动器，如滚珠丝杠制动器。大多数线性驱动器在马达或滑车上使用制动器。这些制动器安装在双轴电机或在轴上支持皮带轮。

设计垂直运动系统

在将滚珠丝板或带驱动的执行器设计成垂直应用时，运动控制中的更常见错误之一。通常，两个系统的机械效率为90％。在电源损耗的情况下，电机没有保持扭矩，这导致负载向下碰撞。

往回开扭矩T_b，可计算为T_b= PLe/2π，其中L是螺纹引线(英寸)，P是负载(磅)，e是机械效率常数。

系统中的一些固有摩擦可以保持光负荷，但是甚至少量的力，无杆致动器通常会回到驱动。抵抗后驾驶的因素是机械低效率（包括负载上的相反施加力）;轴承和驱动系统中的静摩擦;减少效率低下（来自同步带或齿轮）;并且当电机没有动力时，扭矩需要用手转动轴。

螺旋驱动系统的间距也有助于。带有2个旋转间距的滚珠丝杠，每英寸的斜频具有比每英寸5转的音高的较低的后驱动。这是因为摩擦扭矩与轴向保持力的关系是f =2πt_fp;其中T_f是摩擦扭矩和p是滚珠丝杠的俯仰。

如果电源故障，这些系统的低效将抵制负载反向驱动的倾向。但是，如果负载比这些阻力因素更重，它将无法控制地下降。

防止这种情况发生的一种方法是在电机或滚珠丝杠上安装制动器。这样的制动器是弹簧啮合的，这意味着必须提供动力才能使制动器脱离负载(或者，相反地，在失去动力的情况下，制动器会自动啮合负载)。

弹簧啮合，空气释放伺服电机制动器工作良好，但有一个问题:滚珠丝杠的热膨胀会对制动器轴承产生不利影响。除了滚珠丝杠暴露在任何环境热之外，丝杠本身也由于摩擦产生热。在一起，热量可以引起足够的热膨胀在螺杆轴，以影响其准确性和性能。温度每升高一度，滚珠丝杠轴每米长度就会膨胀12微米。

由滚珠丝杠的热膨胀产生的轴向力可能大到足以预先加载制动轴承，并导致设备过早失效。

为了解决这个问题，尼克森专门为滚珠丝杠开发了一种弹簧连接、释放空气的伺服马达制动器。我们的设备包含一个无间隙弹性体联轴器，可补偿高达2毫米的轴向偏差。联轴器用一个膨胀的锥形轴固定在刹车孔内。联轴器的另一端有一个连接到滚珠丝杠上的夹紧毂。

应用实例

垂直安装的滚珠丝杠有无数的应用，包括定位系统，夹紧系统，测试和检查设备，蓄电池和分离器，以及拾取和放置系统。

一位客户需要弹簧啮合的空气释放的制动器，足以容纳885磅的塑料热成型机负荷。原始弹簧接合的电释放制动器不能保持负载，该负载由伺服电动机驱动和滚珠丝杠30毫米直径。

我们的弹簧接合，空气释放制动器提供125牛顿米的持压力。制动器连接到滚珠丝杠的非从动端，具有独特的弹性体嵌套联轴器。联轴器由两部分组成。一半有一个夹紧毂和径向螺钉，连接到滚珠丝杠。另一半有一个扩展轴和锥形夹紧元件，用于连接到刹车孔。这种设计使联轴器能够吸收由滚珠丝杠的热膨胀产生的任何轴向不对中。

制动器独特的摩擦界面相对于它的尺寸产生高扭矩。滚珠丝杠制动器也是一个真正的，零隙装置。在许多精确定位和防止电机产生滚珠丝杠自由旋转的应用中，零间隙是重要的。

此外，空气释放式刹车比电动刹车更有优势，因为在刹车脱离时，不会消耗任何动力。这意味着释放空气的刹车更节能。他们只用了大约1.2瓦来驱动气动控制阀。电动刹车使用线圈保持刹车脱离，消耗能量并在刹车内部产生热量。过热会降低刹车的制动能力。

精密滚珠丝杠常用于数控机床上，为高质量的加工提供所需的精度。这种滚珠丝杠满足广泛的机床应用需求，包括磨削，钻孔和铣削。最近的一个应用需要一个制动器直接安装到主轴驱动器上的安全原因。最初的安装使用制动马达与制动器在一个双轴马达的后方。然而，这些组件占用了太多的空间，他们的制动扭矩不足以停止和保持负载。滚珠丝杠制动器直接连接到滚珠丝杠的末端节省空间，并在直接应用到滚珠丝杠时提供有效的制动。