【正文】 伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是采用 伺服電機(jī) 驅(qū)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其中的機(jī)械傳動(dòng)裝置稱(chēng)為“伺服機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)慣量 （ kgcm2） ； JL ——負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （ kgcm2） ； JGM ——傳動(dòng)裝置各轉(zhuǎn)動(dòng)零件折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （ kgcm2） ； η ——傳動(dòng)裝置的效率； it ——總傳動(dòng)比 。 2WP FP LLPM M GM t LPt 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(shí)，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(lèi)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 FLLRM M GM t Lt t tM MJM dt dt J J i dtT 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(shí)工作力矩； MF——作用在負(fù)載軸上的瞬時(shí)磨擦力矩； εL——負(fù)載軸上的瞬時(shí)角加速度； T——載荷變化周期； it——總傳動(dòng)比。 式（ 42）稱(chēng)為負(fù)載的均方根力矩特性表達(dá)式，對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)如圖 41所示。 總傳動(dòng)比的選擇 0LPMtdMdi ?? ?W P F P L LPO P t M G M LPM M JiJJ???????0L R MtdMdi ?? ?? ?2224 W R F R L LRO P tM G M LPM M JiJJ???????????? ?? ?2L t M W F M GM t LiM M M J J i J? ? ???? ? ? ? ????? ??0Ltddi? ?? ?2W F W F LOPtM W M GMMM MM JiM M J J? ? ?????? ? ??????（ 1）“折算負(fù)載峰值力矩最小”的最佳總傳動(dòng)比 對(duì)式（ 41）取 ，得到“折算負(fù)載峰值力矩最小”的最佳總傳動(dòng)比 （ 43） （ 2）“折算負(fù)載均方根力矩最小”的最佳總傳動(dòng)比 對(duì)式（ 42）取 ，得到“折算負(fù)載均方根力矩最小”的最佳總傳動(dòng)比 （ 44） 最佳總傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn)了功率的最佳傳遞。 （ 3）“加速度最大”的最佳傳動(dòng)比 假定電動(dòng)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(dòng)比 （ 46） 總傳動(dòng)比的 l確定 上述幾種最佳總傳動(dòng)比均是針對(duì)某一方面要求而言，故其結(jié)果是不一樣的，在具體選擇時(shí)，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(dòng)比對(duì)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(dòng)慣量最小”原則（ 1） 確定傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的原則 （ 1） “ 折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小 ” 原則 ， 使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能 。 （ 2） “ 最小重量 ” 原則 （ 3） 有利于 “ 提高傳動(dòng)精度 ” 原則 （ 1）“折算轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)慣量； it、 I i2——分別為總傳動(dòng)比和兩級(jí)減速的傳動(dòng)比。 令 ，可得具有最不慣量的條件 因?yàn)? i４ １ 》 1，故可得各級(jí)傳動(dòng)比 （ 47） “折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小”原則（ 2） 計(jì)算出各級(jí)齒輪傳動(dòng)比后 ， 還應(yīng)進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)裝置的慣量驗(yàn)算 。 對(duì)于 開(kāi)環(huán)系統(tǒng) ， 機(jī)械傳動(dòng)裝置折算到電機(jī)軸上的 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JL應(yīng)小于加速要求的允許值 。 對(duì)于 閉環(huán)系統(tǒng) 除滿(mǎn)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(dòng)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(lèi)推，可得多級(jí)傳動(dòng)折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小時(shí)的各級(jí)傳動(dòng)比計(jì)算公式 （ 48） 式中 n——傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)級(jí)數(shù)； k——所需計(jì)算的任一級(jí)數(shù)。 由已知傳動(dòng)比，利用 圖 45確定所需齒輪 嚙合對(duì)數(shù) ，圖中 縱坐標(biāo)為 JGM / J1，是傳動(dòng)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(chēng)為 慣量指標(biāo) ， 橫坐標(biāo) 表示 總降速傳動(dòng)比 it。 “最小重量”原則 即若使兩級(jí)傳動(dòng)比相等 ， 可得最小重量的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng) ， 同時(shí) ， 按此原則還可使傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪尺寸減至兩種 ， 并且使各級(jí)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 12 1 2,tti i i ii i i? ? ?又因所以上述二級(jí)減速小功率傳動(dòng)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(dòng)精度”原則 1nm k L Kki???? ? ??m??k??LKi在精密齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中，傳動(dòng)比相當(dāng)于誤差傳遞系數(shù)，因此，總傳動(dòng)比合理分級(jí)與分配對(duì)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度將產(chǎn)生十分重要影響。 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為 （ 49） 式中 ——折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)角誤差； ——第 k級(jí)齒輪副在從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)角誤差； ——從電動(dòng)機(jī)軸到第 k級(jí)齒輪副從動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比。 ① 各級(jí)傳動(dòng)比逐級(jí) 遞減 時(shí)的總轉(zhuǎn)角誤差要比遞增時(shí) 大 （該例中，后者增加了約 34%）。 ②在總轉(zhuǎn)角誤差中， 低速級(jí)的誤差 占的 比重 較大，如本例的第一種情況中，末級(jí)占總誤差的 86%，因此末級(jí)采用精度等級(jí)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(xiàn)位移量或角位移量，通常由系統(tǒng)要求的精度來(lái)定。 對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其步距角 （ 410） 式中 δ——直線(xiàn)脈沖當(dāng)量（ mm）； t ——絲杠導(dǎo)程（ mm）； i ——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)至絲杠間傳動(dòng)比。 ?步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號(hào)變換成直線(xiàn)位移或角位移的執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步，所以也稱(chēng)為 脈沖電動(dòng)機(jī) 。 ?步進(jìn)電機(jī)的線(xiàn) 位移 或角位移量與 脈沖數(shù) 成正比。它的 轉(zhuǎn)速 或線(xiàn)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(dòng)而變化。步進(jìn)電機(jī)可以調(diào)速、能夠快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 ?應(yīng)用于：數(shù)控機(jī)床、繪圖儀、衛(wèi)星天線(xiàn)、自動(dòng)記