滾珠螺桿＋線性滑軌怎麼搭：單軸模組設計要點
單軸模組組裝完成後，最常出現的問題是螺桿與滑軌不平行：靠近行程兩端特別緊、移動卡滯，馬達電流偏高，跑一陣子溫度也跟著上升。螺桿、滑軌、軸承箱各自單看都選對了，問題出在零件之間的分工與對位，所以選型和對位要一起看。
單軸模組由滾珠螺桿（絲桿）、線性滑軌（線軌、線性導軌）、支撐軸承與馬達聯軸器組成。每個零件單獨選型都有成熟方法，容易出事的地方在接口：誰承受哪個方向的力、兩邊的預壓怎麼配、軸線怎麼對齊。下面按設計順序走一遍，每個選擇點都講判斷依據與取捨。
單軸模組設計的選型流程
建議照下面的順序，後面的步驟會被前面的結果限制：
- 定行程與定位精度。 行程決定螺桿長度與支撐方式，定位精度決定螺桿精度等級與是否需要預壓。
- 定移動質量、加速度與姿態。 水平、垂直或倒掛，會改變負荷方向與滑軌的力矩情況，也決定垂直軸要不要防墜設計。
- 先選滑軌。 依負荷與力矩定尺寸、滑塊長度與預壓，見〈線性滑軌選型指南〉。
- 再選螺桿。 依軸向負荷、轉速、壽命定直徑與導程，見〈滾珠螺桿選型指南：直徑、導程、精度等級、支撐方式與臨界轉速〉。
- 選支撐軸承與軸承箱。 固定側與支撐側的型式依長度與轉速決定，見〈滾珠螺桿支撐方式怎麼選：TAC 軸承配對與預壓〉。
- 最後驗算驅動扭矩，選馬達與聯軸器。
先選滑軌、後選螺桿有個理由：滑軌決定負荷怎麼被承接，也決定摩擦負荷的大小，螺桿只需要處理剩下的軸向推力。反過來先選螺桿，容易發現滑軌空間放不下。
分工原則：滑軌承受徑向負荷與力矩，螺桿負責軸向驅動
滾珠螺桿的設計前提是承受軸向力，徑向力、力矩、懸臂負載都該由滑軌吸收。實際設計仍須確認各元件的受力與安裝條件，螺桿也承受軸向負荷。如果螺帽被迫承擔側向力，滾道會偏磨，摩擦與噪音一起上升，壽命縮短。
先畫出負荷路徑：重量與外力落在滑塊上，螺帽座只傳遞推力。重心偏離螺桿軸線時，力矩由滑塊間距去接，螺帽座的連接留有調整餘量，避免兩套導向互相拉扯。
單軸模組設計：組件搭配對照
| 組件 | 設計重點 | 選錯會怎樣 |
|---|---|---|
| 滾珠螺桿 | 依行程、轉速、負荷決定直徑、導程、精度等級、預壓 | 轉速接近臨界、導程過小，造成共振或推力不足 |
| 線性滑軌 | 依負荷與力矩決定尺寸與滑塊長度，依剛性定預壓 | 預壓過大加上對位不良，摩擦升高 |
| 支撐軸承 | 固定側用止推斜角軸承配對，支撐側視行程選擇 | 軸向剛性不足，反向時出現空程 |
再看幾種常見的使用情境，各自的搭配傾向：
| 情境 | 滑軌預壓傾向 | 螺桿預壓傾向 | 設計重點 |
|---|---|---|---|
| 搬運、輸送，定位要求低 | 微間隙 ZT 或輕預壓 ZZ | 不預壓或輕預壓 | 以成本與壽命為主，降低摩擦 |
| 自動化組裝、點膠、檢測 | 輕預壓 ZZ | 預壓，消除反向空程 | 重複定位與滑順度並重 |
| 重切削、衝擊負荷 | 中預壓 ZH | 較高預壓，例如雙螺帽預壓 | 剛性優先，安裝面精度要同步提高 |
上表只代表設計傾向，最終以負荷與精度計算為準。滑軌預壓的選法依據 NSK 型錄對 ZT、ZZ、ZH 的使用條件說明，注意 NH15 至 25、NS15 至 30 沒有 ZT，這些尺寸第一列只能選 ZZ；螺桿預壓方式的細節見〈滾珠螺桿預壓完全指南〉與〈精度等級 C0 至 C10〉。
預壓怎麼協調
螺桿與滑軌各有預壓，兩邊的摩擦疊加在一起，由馬達去扛。螺桿與滑軌不要同時選最高預壓，降下其中一邊，剛性損失有限，發熱與扭矩會改善。
哪一邊該降？看誰負責剛性。反向定位的空程主要來自螺桿，需要消除背隙就保留螺桿預壓；負荷方向固定、力矩小的軸，滑軌可以選 ZT 或 ZZ。反過來，力矩負荷大、剛性主要靠滑軌的結構，滑軌用 ZZ 或 ZH，螺桿預壓可以適度降低。
對位：這一步決定模組好不好用
螺桿軸線與滑軌必須平行，在水平與垂直兩個面內都要。兩邊對不齊，螺帽會在行程中被推向側面，摩擦力隨位置起伏。靠近兩端支撐處的螺桿最硬、讓不開，偏差在這裡最容易轉成側向力，所以常見的表現是行程兩端扭矩變大、中段反而正常；組裝後用手或低速跑一趟全行程，比較兩端與中段的扭矩或馬達電流，就能初步判斷。
實務做法是底座一次加工出滑軌安裝面與軸承箱安裝面，減少基準轉換；先鎖固定側軸承箱，最後才鎖支撐側，邊鎖邊用手轉動螺桿確認順暢；螺帽座與滑塊台面之間保留調整墊片。安裝面平面度與兩軌平行度容許值，請依 NSK 型錄確認。
驅動扭矩估算：一個計算例
馬達扭矩要夠推動負載，也要扛得住加速。NSK 型錄給的正常驅動扭矩公式：
Ta = Fa × l ／ (2π × η)
其中 Ta 為驅動扭矩（N·cm），Fa 為軸向負荷（N），l 為導程（cm），η 為正效率（型錄範圍 0.9 至 0.95）。
假設一個水平軸：移動質量 m = 50 kg，加速度 a = 2 m/s²，滑軌摩擦係數 μ 取 0.005（僅為算例假設，實際請依選用滑軌與預壓確認），導程 10 mm（l = 1 cm），η 取 0.9。
| 步驟 | 算式 | 結果 |
|---|---|---|
| 加速力 | 50 × 2 | 100 N |
| 摩擦力 | 0.005 × 50 × 9.8 | 2.45 N |
| 軸向負荷 Fa | 100 + 2.45 | 102.45 N |
| 驅動扭矩 Ta | 102.45 × 1 ／ (2π × 0.9) | 約 18.1 N·cm |
約 0.18 N·m。這是依上述假設條件算出的理想驅動扭矩，未完整計入加速所需的轉動慣量扭矩（螺桿、聯軸器與馬達轉子）、預壓拖曳扭矩、軸承摩擦與安全係數，不能直接作為馬達選型結果。導程加倍，同樣軸向力下的扭矩也加倍。
水平軸的軸向力幾乎全來自加速，摩擦只占很小一部分。所以降低移動質量、放慢加速度，比換低摩擦的滑軌更能降低馬達需求。垂直軸則相反，重力會持續作用，扭矩要把重量算進軸向力。
支撐方式怎麼選
螺桿兩端的支撐方式影響剛性、臨界轉速與熱伸長的處理。固定－固定兩端都有止推軸承，剛性與臨界轉速最高，也最適合用預拉伸抵消熱伸長，代價是安裝時兩端要精確對位，成本也較高。固定－支撐一端固定、一端只支撐徑向，是最常見的配置，剛性與成本折衷。固定－自由只有一端有軸承，結構最簡單，只適合短行程、低轉速。
選擇依據是行程與轉速：行程長、轉速高，往固定－固定靠；行程短、轉速低，固定－支撐或固定－自由就夠。細節與軸承配對見〈滾珠螺桿支撐方式怎麼選：TAC 軸承配對與預壓〉。
熱伸長與長行程
螺桿運轉會發熱，軸向伸長會直接進入定位誤差。常見的處理有三條路：降低發熱（降低預壓、選低黏度油脂）、結構上給螺桿預拉伸（通常需要固定－固定支撐）、軟體補償。行程越長、轉速越高，這件事越要在設計初期處理，不要等組裝後才發現。
其他常見設計錯誤
- 行程餘量不足。 加了潤滑單元、雙層端封或護罩後，滑塊與螺帽變長，有效行程縮短。
- 忽略模組的維護空間。 補脂孔與潤滑單元的位置，要在機構設計時就確認可以接近，否則保養會變成拆機。
- 聯軸器選得太軟。 扭轉剛性不足，伺服增益調不上去，定位容易震盪。
小型化模組可看 Compact FA，見〈NSK Compact FA 小型化滾珠螺桿〉與官網的 W1001FA 型號頁。滑軌可從 NH25AN 等型號開始查，品牌整體見 NSK 品牌總覽。潤滑選擇見〈滾珠螺桿潤滑指南：油脂選擇、K1 與補脂週期〉。
行程、負荷與精度要求確定後，透過詢價表單送出，我們把螺桿、滑軌和支撐一起配好回覆。
FAQ
垂直軸要注意什麼？
垂直軸斷電時負載會下墜，需要剎車馬達或其他防掉落設計。軸向負荷也要把重力算進去。
滑軌預壓與螺桿預壓要一起調嗎？
兩邊的摩擦會疊加，建議先確定哪一邊負責剛性，另一邊降低預壓。調整時分開量測：先鬆開螺帽座與台面的連接，手推台面量滑軌阻力，再單獨量螺桿的空轉扭矩。
螺桿一定要比滑軌先選嗎？
建議先選滑軌，因為它決定負荷如何被承接與摩擦力大小。螺桿再依剩下的軸向力選。