当我深入探讨步进电机如何将旋转运动转换为线性运动时，我发现了几个关键的机械方法。这些方法包括齿条和齿轮传动、皮带轮传动以及其他复杂的机械联动装置。每种设计都需要精密的机械零件，而最有效的方法是直接在电机内部实现这一变换。

基本上，步进电机通过磁性的铁芯转子与由定子产生的脉冲磁场相互作用来产生旋转。直线电机则负责将旋转运动转换为线性运动，这一精确程度取决于转子的步进角度和所选方法。这种类型的直线步进电机首次出现于1968年的专利，并迅速应用于制造业、精密调准和流体测量等高要求领域。

使用螺纹直线电机时，精度取决于其螺距。在一个具有固定螺纹轴组件或外部可自由移动但不能旋轉的螺母安装在直线电机中的情况下，当转子旋轉時，通过某种方式约束螺杆以防止它與轉子一起轉動，可以實現線性運動。这種約束可以通過電機內部或外部設置來完成。

为了简化设计并提高效率，将这个过程进行到内部分布是一个非常有意义的事情。这使得许多应用场景中不需要额外机械联动设备就能直接使用直线电机会提供精确的线性移动。

最初，人们采用滚珠丝杆和滚珠螺母来实现这一目的，但这对于大多数应用来说并不实用，因为滚珠丝杆虽然高效但对校准要求极高，而且成本昂贵。而且，大多数设备设计人员对混合式步进电机十分熟悉，这类产品已经有很长时间历史，它们既有自己的优点也有局限性，比如设计简单、紧凑、无刷（因此无火花）、显著的手工优势以及实用性良好，但是在没有日常维护的情况下，它们无法保证耐久性能。

然而，现在有一些技术可以克服这些限制，使得不需要维护即可保持更高耐久性的直线电机会更加普遍存在。此外，由于步进 电机会无刷设计，因此磨损唯一两个部件： 转子的轴承以及由导管/锁紧组成的一根锁紧接合。最近，无载荷轴承寿命改善了，而导管/锁紧组合也变得更加耐用。

为了提高耐久性能，我们必须了解各种材料及其特点。在Size 17型号中，即混全式步进家庭中较小型号之一，一般会采用加工好的空心轴，其内部装有内螺纹，然后连接到不锈钢制成的地道导管。大多数零件都采用加工类型（如#10-32）的“V”形或者Acme形状之类样的不同形式，这取决于所需精度和速度。一旦选择，“V”形通常被认为是易于加工而且能够形成一种适用于生产用的形状；尽管如此，对力学传输来说却是不利。而Acme形状更为理想，因为它们提供了低损耗，从而意味着磨损少并且使用寿命长。在考虑“V”与Acme两种格式之间差异时，可以看到其中原因：“V”格式相邻面之间角度为60°，而Acme仅为29°。因此，如果摩擦力、扭矩相同，“V”格式只能传送85%力的梯形形式。如果计算出效率比率，我们可以根据负载方向确定该比率。此外，还要考虑由于“V”的表面压力产生额外损耗的事实！

最后，我想要强调的是，在寻求提高耐久性能方面，最重要的是选择正确材料。我相信经过仔细考量物理稳定性及润滑性的青铜材质驱动毛牙圈上的金属驱动毛牙圈结构至关重要，不同材料间磨擦系数比较图3给出了明显结果。不过，有什么阻碍我们从塑料替代金属吗？塑料在涂层上表现良好，却不适合混合式电子元器件中的轴颈部分，因為當温度升至167°F時塑料膨胀0.004英寸，与黄铜膨胀0.001英寸相比。这正如图4所示，如何保持最佳性能，以微小误差确保千分之几英寸之间空间隔开？如果错误地安装铁芯，就会导致磨擦问题！这样一来，我们就希望找到既能满足材料需求又能减少工程复杂性的解决方案——注塑含有内径通孔金属铁芯结构恰恰满足这一需求，如图5所示，该结构极大地提升了运行效率，并降低噪音，同时延长了运营周期，不再需要维护，如图6所示！