中国粉体网讯 丝杠是一种将电机的旋转运动转化为直线运动的关键机械部件，广泛应用于各类具备直线运动功能的设备中。工作时，电机通过联轴器驱动丝杠轴旋转，丝杠轴上的螺母则借助螺旋形螺纹的传动作用，实现直线往复运动，进而将电机输出的旋转力矩，转化为驱动设备完成直线动作所需的线性驱动力。
丝杠基本原理示意图 来源：中国步进电机网
根据摩擦特性与加工方式的差异，丝杠可划分为多种类型。其中，按摩擦特性分类可分为三大类，分别是滑动丝杠、滚动丝杠和静压丝杠；而滚动丝杠又可进一步细分为滚珠丝杠与行星滚柱丝杠。
在具体传动特性上，梯形丝杠属于滑动丝杠范畴，其结构内无滚动体，依靠滑动摩擦传递推力，因此传动效率相对偏低。滚珠丝杠与行星滚柱丝杠则归属于滚动丝杠，二者均配备钢球或螺杆型滚动体，通过滚动摩擦的方式传递推力，传动效率大幅提升。静压丝杠的摩擦形式为液体摩擦，凭借这一特性，它能够适配需要较大进给推力以及承受频繁振动负载的应用场景。
行星滚柱丝杠应用于高精度、高承载领域
行星滚柱丝杠具有螺纹传动和滚动螺旋传动的综合特征。其滚动体为多个带螺纹的滚柱，当螺母或丝杠旋转时，通过滚柱的行星运动可将旋转运动转换为直线运动。行星滚柱丝杠传动中特有的滚柱结构，使得滚柱与螺母(或滚柱与丝杠)之间无相对轴向位移，滚柱能够在丝杠和螺母形成的封闭空间内反复循环运动，依靠滚动/滑动摩擦实现运动和动力的传递。
行星滚柱丝杠示意图 来源：东吴证券研究所
按照结构设计的差异，行星滚柱丝杠可划分为标准式、反向式、循环式、差动式与轴承环式五大类，不同类型的产品在性能特点上各有侧重，适用领域也存在明显区别。
标准式行星滚柱丝杠：是当前应用范围最广的品类，凭借稳定的传动精度与适配性，广泛应用于精密机床、工业机器人、军工装备等领域。
来源：Wu.A review of planetary roller screw mechanism for development and new trends
反向式行星滚柱丝杠：在极端工况下具备良好的适应性，主要应用于航空航天、船舶制造、电力装备等对稳定性要求严苛的领域。
来源：Wu.A review of planetary roller screw mechanism for development and new trends
循环式行星滚柱丝杠：兼具高刚度、高承载能力与高精度的优势，适用于医疗器械、光学精密仪器等对传动性能要求极高的场景。
来源：Wu.A review of planetary roller screw mechanism for development and new trends
差动式行星滚柱丝杠：传动比大且承载能力较强，可满足大传动比、高载荷的应用需求。
来源：Wu.A review of planetary roller screw mechanism for development and new trends
轴承环式行星滚柱丝杠：突出高承载、高效率的性能特点，主要应用于石油化工、重型机械等重载作业领域。
来源：Wu.A review of planetary roller screw mechanism for development and new trends
行星滚柱丝杠成人形机器人核心传动方案
特斯拉人形机器人Optimus搭载40个机电执行器，具体分布为：手臂8个、躯干8个、手部12个、腿部12个。其中，14个执行器为线性执行器，主要应用于腕部与踝部的俯仰、偏航运动，以及髋部、肘部、膝部的俯仰动作。
线性执行器的核心技术方案为“电机+行星滚柱丝杠+轴承+传感器”的组合架构，反向行星滚柱丝杠是其核心部件。从结构组成来看，线性执行器集成了无框力矩电机、行星滚柱丝杠、力传感器、四点接触轴承、球轴承以及位置传感器等多元组件。
Optimus线性执行器结构 来源：特斯拉
此外，特斯拉展示的第三代灵巧手模型共具备22个自由度。从结构细节来看，该灵巧手的每根手指均设有三个关节，分别为远端关节（DIP）、中间关节（PIP）和近端关节（MCP）。其中，DIP与PIP关节共享1个自由度，可实现弯曲与伸展动作；MCP关节则具备2个自由度，除能完成弯曲与伸展外，还可实现内收与外展动作。
Optimus灵巧手迭代 来源：特斯拉
基于上述自由度配置方案，特斯拉该款灵巧手单只手需配备17-22个丝杠。每个主动自由度均采用“1个微型电机+1个滚珠丝杠+1个腱绳+1个传感器”的集成化配置方案。
鉴于丝杠在实现高精度运动控制方面具备显著优势，随着人形机器人产业的快速发展，丝杠的市场需求将持续攀升，这也将成为未来丝杠市场规模增长的核心增量来源。
参考来源:
东吴证券《人形机器人催化丝杠国产化，优质企业乘势而上——丝杠行业深度报告》
Wu.A review of planetary roller screw mechanism for development and new trends
(中国粉体网编辑整理/月明)
注:图片非商业用途，存在侵权告知删除!
