【正文】 伺服機(jī)械傳動系統(tǒng) 伺服機(jī)械傳動系統(tǒng)是采用 伺服電機(jī) 驅(qū)動的機(jī)械傳動系統(tǒng)，其中的機(jī)械傳動裝置稱為“伺服機(jī)械傳動裝置”。它的作用是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并使伺服電機(jī)與負(fù)載之間得到 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速 的合理匹配。 式中 MWP——作用在負(fù)載軸上峰值工作力矩 （ Ncm） ； MFP ——作用在負(fù)載軸上峰值磨擦力矩 （ Ncm） ； εLP ——負(fù)載軸的峰值角加速度 （ rad/s2） ； JM ——電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量 （ kgcm2） ； JL ——負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量 （ kgcm2） ； JGM ——傳動裝置各轉(zhuǎn)動零件折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 （ kgcm2） ； η ——傳動裝置的效率； it ——總傳動比 。 2WP F P LL P M M G M t L Pt t tM MJM J J ii i i ?? ? ???? ? ? ? ????? 載荷是設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)的基本依據(jù)。確定載荷時，應(yīng)根據(jù)設(shè)備本身功能要求和工作環(huán)境等情況，逐項(xiàng)分析載荷的類型及大小，然后再進(jìn)行綜合。 綜合方法有 “力矩峰值綜合” 和 “力矩均方綜合” 。 （ 1）力矩峰值綜合及峰值力矩特性 “力矩峰值綜合”就是將各種載荷的峰值 直接代數(shù)相加 。折算到電機(jī)軸上的負(fù)載峰值力矩 MLPM為 （ 41） 負(fù)載力矩計(jì)算 22220 0 01 1 1T T TW FLLR M M G M t Lt t tM MJM d t d t J J i d tT i T i T i ?? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ?（ 2）力矩的均方綜合及均方根力矩特性 力矩的“均方綜合”是將各種載荷按均方根值折算。折算到電機(jī)軸上的負(fù)載均方根力矩為 （ 42） 式中 MW——作用在負(fù)載軸上的瞬時工作力矩； MF——作用在負(fù)載軸上的瞬時磨擦力矩； εL——負(fù)載軸上的瞬時角加速度； T——載荷變化周期； it——總傳動比。 式（ 42）稱為負(fù)載的均方根力矩特性表達(dá)式，對應(yīng)的曲線如圖 41所示。 總傳動比的選擇 0LPMtdMdi ?? ?W P F P L LPO P t M G M LPM M JiJJ???????0LRMtdMdi ?? ?? ?2224 W R F R L L RO P tM G M L PM M JiJJ???????????? ? ? ? 2L t M W F M G M t Li M M M J J i J? ? ???? ? ? ? ????? ??0Ltddi? ?? ?2W F W F LO P tM W M G MM M M M JiM M J J? ? ?????? ? ??????（ 1）“折算負(fù)載峰值力矩最小”的最佳總傳動比 對式（ 41）取 ，得到“折算負(fù)載峰值力矩最小”的最佳總傳動比 （ 43） （ 2）“折算負(fù)載均方根力矩最小”的最佳總傳動比 對式（ 42）取 ，得到“折算負(fù)載均方根力矩最小”的最佳總傳動比 （ 44） 最佳總傳動比實(shí)現(xiàn)了功率的最佳傳遞。 （ 3）“加速度最大”的最佳傳動比 假定電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)載力矩平衡，可導(dǎo)出 取 可求得“加速度最大”的最佳傳動比 （ 46） 總傳動比的 l確定 上述幾種最佳總傳動比均是針對某一方面要求而言，故其結(jié)果是不一樣的，在具體選擇時，除考慮 伺服電機(jī)與負(fù)載的最佳匹配外 ，還要考慮總傳動比對系統(tǒng)的 穩(wěn)定性、精確性、快速性的影響 。 額定轉(zhuǎn)矩 “折算轉(zhuǎn)動慣量最小”原則（ 1） 確定傳動鏈的級數(shù)和各級傳動比的原則 （ 1） “ 折算轉(zhuǎn)動慣量最小 ” 原則 ， 使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能 。 （ 2） “ 最小重量 ” 原則 （ 3） 有利于 “ 提高傳動精度 ” 原則 （ 1）“折算轉(zhuǎn)動慣量最小”原則 44122 2 2 2 2 2 2 21 1 1 2 1 1 1 22222 2112 2 2 41 1 1 11111CB D A A AAAtAAJJ J J i J J iJ J Ji i i i i i i iiiJ i J ii i i i? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?10dJdi ? 12442 11 2 211 2 02ii i i ???? ? ? ? ????或212122tiiiii??折算到電機(jī)軸上的總慣量為 式中 JA、 JB、 JC 、 JD——分別為各齒輪的轉(zhuǎn)動慣量； it、 I i2——分別為總傳動比和兩級減速的傳動比。 令 ，可得具有最不慣量的條件 因?yàn)? i４ １ 》 1，故可得各級傳動比 （ 47） “折算轉(zhuǎn)動慣量最小”原則（ 2） 計(jì)算出各級齒輪傳動比后 ， 還應(yīng)進(jìn)行機(jī)械傳動裝置的慣量驗(yàn)算 。 對于 開環(huán)系統(tǒng) ， 機(jī)械傳動裝置折算到電機(jī)軸上的 負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量 JL應(yīng)小于加速要求的允許值 。 對于 閉環(huán)系統(tǒng) 除滿足加速要求外 ， 折算負(fù)載轉(zhuǎn)量 JL還應(yīng)與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 JM合理匹配 。 ? ? ? ? ? ?21 2 1 2 112 2 1 21222 2n nn nn ntk t knii i i?? ??? ? ???? ????按上述方法類推，可得多級傳動折算轉(zhuǎn)動慣量最小時的各級傳動比計(jì)算公式 （ 48） 式中 n——傳動系統(tǒng)的傳動級數(shù)； k——所需計(jì)算的任一級數(shù)。 由已知傳動比，利用 圖 45確定所需齒輪 嚙合對數(shù) ，圖中 縱坐標(biāo)為 JGM / J1，是傳動裝置在輸入軸上總折算慣量與輸入軸上小齒輪慣量 J1的比值，稱為 慣量指標(biāo) ， 橫坐標(biāo) 表示 總降速傳動比 it。 “最小重量”原則 即若使兩級傳動比相等 ， 可得最小重量的齒輪傳動系統(tǒng) ， 同時 ， 按此原則還可使傳動系統(tǒng)中齒輪尺寸減至兩種 ， 并且使各級齒輪的中心距彼此相等 ， 有利于加工 。 222 2 2 2 21 21[ ( ) ( ) ( ) ( ) ] ( 2 )2 2 2 2 4CtA B D Adid d d dW b g b g i i?? ? ?? ? ? ? ? ? ?10dWdi ? ? ?42120tii??21 1 2 1 2,tti i i i i i i? ? ?又因 所以上述二級減速小功率傳動裝置，則各齒輪重量之和 W為 式中 b——齒輪寬度； ρ——齒輪材料密度； g——重力加速度； dA， dB， dC， dD——分別為各齒輪直徑。 令 ,則有 得 有利于“提高傳動精度”原則 1nm k L Kki???? ? ??m??k??LKi在精密齒輪傳動系統(tǒng)中，傳動比相當(dāng)于誤差傳遞系數(shù)，因此，總傳動比合理分級與分配對系統(tǒng)的傳動精度將產(chǎn)生十分重要影響。 折算到電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為 （ 49） 式中 ——折算到電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)角誤差； ——第 k級齒輪副在從動軸上的轉(zhuǎn)角誤差； ——從電動機(jī)軸到第 k級齒輪副從動齒輪的傳動比。 ① 各級傳動比逐級 遞減 時的總轉(zhuǎn)角誤差要比遞增時 大 （該例中，后者增加了約 34%）。 ②在總轉(zhuǎn)角誤差中， 低速級的誤差 占的 比重 較大，如本例的第一種情況中，末級占總誤差的 86%，因此末級采用精度等級較高的齒輪副，可顯著地減小總折算轉(zhuǎn)角誤差。 步進(jìn)電機(jī)（ 1） ? ?360ti?? ???① 步距角（ β）的選擇 確定步進(jìn)電機(jī)步距角應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量而定。脈沖當(dāng)量是指單位脈沖所產(chǎn)生的直線位移量或角位移量，通常由系統(tǒng)要求的精度來定。 對于步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動工作臺直線運(yùn)動時，其步距角 （ 410） 式中 δ——直線脈沖當(dāng)量（ mm）； t ——絲杠導(dǎo)程（ mm）； i ——步進(jìn)電動機(jī)至絲杠間傳動比。 ?步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號變換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步，所以也稱為 脈沖電動機(jī) 。 ?步進(jìn)電機(jī)的線 位移 或角位移量與 脈沖數(shù) 成正比。它的 轉(zhuǎn)速 或線速度與 脈沖頻率 成正比。 ?在負(fù)載能力允許范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動而變化。步進(jìn)電機(jī)可以調(diào)速、能夠快速起動、制動和反轉(zhuǎn)。 ?應(yīng)用于：數(shù)控機(jī)床、繪圖儀、衛(wèi)星天線、自動記錄儀等 ?選擇步進(jìn)電機(jī)的主要考慮因素： 步進(jìn)電機(jī)（ 2） ③ 轉(zhuǎn)矩和選擇 根據(jù)設(shè)備的總負(fù)載力矩選擇電機(jī)轉(zhuǎn)矩時 ， 還應(yīng)考慮到滿足 起動轉(zhuǎn)矩 、 運(yùn)行轉(zhuǎn)矩 、 定位轉(zhuǎn)矩 的要求 。