從分揀快遞的傳送帶，到3D打印機的xyz軸平臺，再到仿真機器人的主要關節驅動，直線運動的場景在生活中隨處可見。顯然不論其實現路徑如何，動力源頭都是輸入旋轉運動的電機，那么到底有哪些將旋轉運動轉化為直線運動的方案呢？我們來簡單扒一扒。

一、螺紋傳動

螺紋傳動最典型的是絲杠機構（圖1），絲杠可能是應用最廣泛的圓化直方案，因其剛性傳動的特點，適用于大力矩傳遞或保持的場合。絲杠機構又分為滑動絲杠和滾珠絲杠，前者結構簡單、直接、成本低，有自鎖性，但傳動效率低，磨損大，精度一般；后者用滾珠的滾動摩擦代替滑動摩擦，大幅增大了傳動效率（90%以上），精度高，但機構復雜，成本高。

圖1 電機驅動絲杠傳動系統

由于絲杠機構良好的力矩傳遞能力以及較好的精度，XYZ軸平臺、直線滑臺等大多采用滑動絲杠，對于某些高要求高精度的儀器設備，則會使用滾珠絲杠機構。

二、鏈/帶傳動

這一類機構是最簡單的圓周化直線方案，典型的例子是同步輪皮帶（圖2）。同步輪皮帶由同步輪和同步皮帶組成，跟電機輸出軸連接的同步輪和同步皮帶通過齒槽結構連接，這種結構裝配簡單、靈活、低噪音、成本低，在負載不大時，可以保證較好的精度和同步性。但是由于皮帶強度較低且具有一定的彈性，無法保障高負載時的精度和可靠性。使用金屬絲/高強度編織材料內襯皮帶可以很大程度上彌補同步輪皮帶的缺陷，目前也的確成了越來越多的直線機構選擇對象。

圖2 電機驅動同步輪/皮帶系統

三、齒輪、齒條傳動

齒輪齒條傳動跟同步皮帶傳動非常像，將軟皮帶變成了鐵家伙——齒條。顯然這種結構簡單可靠、剛性較強，負載能力大，但由于齒輪結構的特性，具有磨損明顯、噪音較大等問題。

圖3 電機驅動齒輪/齒條系統

四、連桿、凸輪傳動

連桿和凸輪機構是經典的往復運動結構。如圖4所示，連桿傳動利用曲柄（偏心輪）的旋轉，通過連桿帶動滑塊做往復直線運動，結構簡單可靠，可將勻速旋轉轉化為非勻速的直線往復運動，承載能力較強。但是輸出軸負荷不均勻，輸出的直線運動也無法控制速度與力量，因此受限于對速度和力量控制要求不高的往復運動場合。內燃機的氣缸利用曲柄滑塊機構將往復運動轉化為圓周運動。

圖4 連桿滑塊機構

凸輪傳動通過電機帶動具有特定輪廓的凸輪旋轉，推動從動件（挺桿）實現精確的、定制化的往復直線運動，能實現非常復雜的運動規律（如停-升-停-降），設計靈活，但凸輪設計加工復雜，高轉速下易磨損，應用場合局限性較大。

圖5 凸輪機構

以上比較常用的化曲為直的實現路徑，各有特色，也各有優勢，應當根據應用場合靈活選用。

此外呢，使用直線電機可以直接輸出直線運動。一般直線電機是指圖6所展示的這種電機類型，它將傳統的二維轉子定子結構展開成一維線型結構，通過控制直線型“定子”的磁場驅動直線型“轉子”平移，從而達到直線運動的效果。

圖6 直線電機

還有一種類似揚聲器動圈結構（圖7）的直線電機，被稱為“音圈”電機，結構如圖8所示，其原理和揚聲器完全一樣，通過控制線圈內電流大小來控制線圈受力大小和方向，從而輸出往復直線運動。

圖7 揚聲器原理

圖8 音圈電機的結構

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