行星滚柱丝杠电动缸作为一种机电作动系统执行机构，与传统液压传动装置相比，避免了“跑、冒、滴、漏”等缺点，具备“大推力、高精度、高频响、高效率、长寿命、免维护”等优点，在一定的推力和速度范围，成为液压传动装置的理想替代产品。随着装备制造业和国防工业的飞速发展，行星滚柱丝杠电动缸在高端数控设备、冶金装备、过程控制以及航空航天、武器装备等领域得到越来越广泛的关注和应用。
1 行星滚柱丝杠
常见的螺旋丝杠传动形式主要有梯形螺纹丝杠传动、滚珠丝杠传动和行星滚柱丝杠传动3种。梯形螺纹丝杠的螺旋形式是一种普通的等腰梯形，传动时存在表面滑动摩擦，连续工作发热严重。此外，传动效率也较低，一般适用于大负载但工作转度和工作制要求很低的应用场合。
滚珠丝杠（图1）利用滚珠链在丝杠轴与螺母之间做滚动运动，将旋转运动转换成直线运动，由于滚珠不断在两个负载承载面之间循环，存在相互碰撞及末端急剧转向，导致高转速条件下丝杠传动效率降低、噪声大，一般只适用于中等性能要求的应用场合。
行星滚柱丝杠以丝杠旋转作为驱动，通过丝杠与滚柱之间的螺旋运动，由滚柱带动螺母做直线运动。图2为行星滚柱丝杠组成示意图，主要由丝杠、螺母和滚柱组成，丝杠和螺母为多头螺纹，行星滚柱一般为单头螺纹，滚柱两端设置了螺纹齿，与内齿圈螺纹齿啮合，其传动原理与行星轮系相似，丝杠类似太阳轮，滚柱作为行星轮，螺母作为齿圈，当丝杠旋转时，滚柱围绕丝杠作行星运动，同时通过螺旋传动原理将丝杠旋转运动转化为螺母直线往复运动。
行星滚柱丝杠机构综合了行星轮系、滚珠丝杠、滚针轴承的运动特点，通过在丝杠周围设置若干行星螺纹滚柱，可大幅增加传动过程中丝杠副的受力接触面积，使机构可以承受更大的载荷和冲击，可靠性高，行星滚柱丝杠传动非常适合用于高速重载工作的应用场合。
2 行星滚柱丝杠电动缸的特点
行星滚柱丝杠电动缸是将可调速电机（如AC伺服电动机、步进电动机和DC电动机）与行星滚柱丝杠传动集成设计的模块化产品，将电机的旋转运动转换成直线运动，通过控制可调速电机可方便地实现电动缸的精确速度、位置和力控制。采用行星滚柱丝杠副进行传动，还具备以下特点：
1）高承载。采用行星滚柱丝杠是线接触，接触面的增加使承载能力和刚性大大提高。每个滚柱的每条螺旋线都同时与配合部件受力接触，同时承受负载。这种设计保证负载分散在更多的接触点上，降低每个接触点上的最大压力。
2）耐冲击。承受冲击载荷能力很强，工作可靠。
3）体积小。相同载荷情况下，行星滚柱丝杠体积比滚珠丝杠小1/3的空间。
4）高速度。因为不像滚珠丝杠那样，钢球需要反复加载、卸载，还需要在滚珠循环通道两端急剧转向，所以行星滚柱丝杠转速可达6 000 r/min，最高线速度可达2 000 mm/s，最大加速度可达3g。
5）噪声低。滚珠丝杠机构的噪声来源于滚珠在循环通道中的相互碰撞和急速转向，而行星滚柱丝杠的噪声来源于滚柱两端正时齿轮机构的啮合，其频率更高，而且不会随丝杠转速升高呈指数级增加。因此，滚柱丝杠比滚珠丝杠的噪声更低。
6）高精度。丝杠轴是小导程角的非圆弧螺纹，有利于达到较高的导程精度，可实现精密微进给。
7）长寿命。行星滚柱丝杠能承受的静载为滚珠丝杠的3倍，寿命是滚珠丝杠的15倍。
8）易安装维护。电动缸中一体化螺母组件很容易从丝杠轴分离，滚动体及相关零件不会散落，便于安装与维修。
9）环境适应。电动缸对恶劣的环境（低温、粉尘、化学沉积和无润滑等）的适应能力较强。
3 行星滚柱丝杠电动缸的研究现状
近些年，国内越来越多的单位参与到行星滚柱丝杠电动缸相关的研究中，比较知名的有航天18所、SKF、苏州远诚铭创等。苏州远诚铭创研发和生产行星滚柱丝杠电动缸，在行星滚柱丝杠电动缸的设计和制造方面具有一定实力，能生产1000KN推力的重载高频使用是电动缸，均为自主核心技术。在公司产品的三个方向上，攻克了多项关键技术，目前均属于国内创新和领先技术，填补了国内空白。
1）直线式。电机通过联轴器与缸体相连，直接驱动主丝杠，转化成丝杠螺母（活塞杆的直线运动），电机编码器直接反馈电动缸活塞杆位移量，减少中间环节惯量和间隙，提高了控制性、控制刚度和控制精度。
2）平行式。电机与电动缸体平行安装，电机通过高强度同步带驱动主丝杠旋转，转化为丝杠螺母（活塞杆的直线运动）。平行式电动缸由于整体长度短，适用于对安装空间较小的场合。
3）集成式。行星滚柱丝杠与伺服电机转子有机结合，采用内表面有螺旋线的中空圆柱形转子，电机转子成为滚柱丝杠运动转换机构的一部分。当伺服电机转子旋转时，输出轴经由其外圆周的螺旋线，通过行星分布的滚柱与伺服电机转子内表面的螺旋线啮合运动，产生推出或回退的运动。由于电机、同步带、安装法兰和联轴器等集成到封闭缸体内，体积更小，易于将磨削颗粒和污染物阻隔在缸体之外，保证在恶劣环境下能够无故障运转。
1 行星滚柱丝杠
常见的螺旋丝杠传动形式主要有梯形螺纹丝杠传动、滚珠丝杠传动和行星滚柱丝杠传动3种。梯形螺纹丝杠的螺旋形式是一种普通的等腰梯形，传动时存在表面滑动摩擦，连续工作发热严重。此外，传动效率也较低，一般适用于大负载但工作转度和工作制要求很低的应用场合。
滚珠丝杠（图1）利用滚珠链在丝杠轴与螺母之间做滚动运动，将旋转运动转换成直线运动，由于滚珠不断在两个负载承载面之间循环，存在相互碰撞及末端急剧转向，导致高转速条件下丝杠传动效率降低、噪声大，一般只适用于中等性能要求的应用场合。
行星滚柱丝杠以丝杠旋转作为驱动，通过丝杠与滚柱之间的螺旋运动，由滚柱带动螺母做直线运动。图2为行星滚柱丝杠组成示意图，主要由丝杠、螺母和滚柱组成，丝杠和螺母为多头螺纹，行星滚柱一般为单头螺纹，滚柱两端设置了螺纹齿，与内齿圈螺纹齿啮合，其传动原理与行星轮系相似，丝杠类似太阳轮，滚柱作为行星轮，螺母作为齿圈，当丝杠旋转时，滚柱围绕丝杠作行星运动，同时通过螺旋传动原理将丝杠旋转运动转化为螺母直线往复运动。
行星滚柱丝杠机构综合了行星轮系、滚珠丝杠、滚针轴承的运动特点，通过在丝杠周围设置若干行星螺纹滚柱，可大幅增加传动过程中丝杠副的受力接触面积，使机构可以承受更大的载荷和冲击，可靠性高，行星滚柱丝杠传动非常适合用于高速重载工作的应用场合。
2 行星滚柱丝杠电动缸的特点
行星滚柱丝杠电动缸是将可调速电机（如AC伺服电动机、步进电动机和DC电动机）与行星滚柱丝杠传动集成设计的模块化产品，将电机的旋转运动转换成直线运动，通过控制可调速电机可方便地实现电动缸的精确速度、位置和力控制。采用行星滚柱丝杠副进行传动，还具备以下特点：
1）高承载。采用行星滚柱丝杠是线接触，接触面的增加使承载能力和刚性大大提高。每个滚柱的每条螺旋线都同时与配合部件受力接触，同时承受负载。这种设计保证负载分散在更多的接触点上，降低每个接触点上的最大压力。
2）耐冲击。承受冲击载荷能力很强，工作可靠。
3）体积小。相同载荷情况下，行星滚柱丝杠体积比滚珠丝杠小1/3的空间。
4）高速度。因为不像滚珠丝杠那样，钢球需要反复加载、卸载，还需要在滚珠循环通道两端急剧转向，所以行星滚柱丝杠转速可达6 000 r/min，最高线速度可达2 000 mm/s，最大加速度可达3g。
5）噪声低。滚珠丝杠机构的噪声来源于滚珠在循环通道中的相互碰撞和急速转向，而行星滚柱丝杠的噪声来源于滚柱两端正时齿轮机构的啮合，其频率更高，而且不会随丝杠转速升高呈指数级增加。因此，滚柱丝杠比滚珠丝杠的噪声更低。
6）高精度。丝杠轴是小导程角的非圆弧螺纹，有利于达到较高的导程精度，可实现精密微进给。
7）长寿命。行星滚柱丝杠能承受的静载为滚珠丝杠的3倍，寿命是滚珠丝杠的15倍。
8）易安装维护。电动缸中一体化螺母组件很容易从丝杠轴分离，滚动体及相关零件不会散落，便于安装与维修。
9）环境适应。电动缸对恶劣的环境（低温、粉尘、化学沉积和无润滑等）的适应能力较强。
3 行星滚柱丝杠电动缸的研究现状
近些年，国内越来越多的单位参与到行星滚柱丝杠电动缸相关的研究中，比较知名的有航天18所、SKF、苏州远诚铭创等。苏州远诚铭创研发和生产行星滚柱丝杠电动缸，在行星滚柱丝杠电动缸的设计和制造方面具有一定实力，能生产1000KN推力的重载高频使用是电动缸，均为自主核心技术。在公司产品的三个方向上，攻克了多项关键技术，目前均属于国内创新和领先技术，填补了国内空白。
1）直线式。电机通过联轴器与缸体相连，直接驱动主丝杠，转化成丝杠螺母（活塞杆的直线运动），电机编码器直接反馈电动缸活塞杆位移量，减少中间环节惯量和间隙，提高了控制性、控制刚度和控制精度。
2）平行式。电机与电动缸体平行安装，电机通过高强度同步带驱动主丝杠旋转，转化为丝杠螺母（活塞杆的直线运动）。平行式电动缸由于整体长度短，适用于对安装空间较小的场合。
3）集成式。行星滚柱丝杠与伺服电机转子有机结合，采用内表面有螺旋线的中空圆柱形转子，电机转子成为滚柱丝杠运动转换机构的一部分。当伺服电机转子旋转时，输出轴经由其外圆周的螺旋线，通过行星分布的滚柱与伺服电机转子内表面的螺旋线啮合运动，产生推出或回退的运动。由于电机、同步带、安装法兰和联轴器等集成到封闭缸体内，体积更小，易于将磨削颗粒和污染物阻隔在缸体之外，保证在恶劣环境下能够无故障运转。
