二維運(yùn)動平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-03 00:15 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ）式中：C—電狀態(tài)系數(shù)（單拍取1，雙拍取2）；m—電機(jī)相數(shù)；Z—轉(zhuǎn)子齒數(shù)。若步進(jìn)電動機(jī)通電的頻率為?，則步進(jìn)電動機(jī)的速度為: （2—3）式中：?的單位為Hz；n的單位為。2)永磁式步進(jìn)電機(jī)一般將轉(zhuǎn)子材料使用永磁材料的電動機(jī)稱為永磁式步進(jìn)電機(jī)。這類電機(jī)的轉(zhuǎn)子是一對極或者多對極的永磁性金屬，其定子上繞有兩相或者多相通電線圈。如圖32所示。當(dāng)給定子繞組以ABA順序施加直流電源時(shí)，轉(zhuǎn)子就會以順時(shí)針的方向轉(zhuǎn)動；反之，同理，轉(zhuǎn)子就會以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)同一個角度。其步距角為，其中p—電動機(jī)的級數(shù)，m—電動機(jī)的相數(shù)。圖22 永磁式步進(jìn)電機(jī)原理示意圖3)混合式步進(jìn)電機(jī)混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)相較普通電動機(jī)類而言復(fù)雜的多，其是依據(jù)永磁原理及變磁阻原理共同作用使其運(yùn)轉(zhuǎn)的。其電機(jī)的轉(zhuǎn)子可分為鐵心、永磁體以及旋轉(zhuǎn)軸；其勵磁源便是永磁體，可給磁路勵磁，轉(zhuǎn)子的鐵心是用作引導(dǎo)磁路分布的，旋轉(zhuǎn)軸是用作轉(zhuǎn)矩的輸出。在轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周上均勻地開有許多小齒，轉(zhuǎn)子一般可分為N極與S級兩段；如圖所示，轉(zhuǎn)子N極與S極的齒中心線沿著軸向相互錯開半個齒。圖23 混合式步進(jìn)電機(jī)原理示意圖如上圖所示，轉(zhuǎn)子磁鋼充磁后，A端轉(zhuǎn)子的鐵心呈現(xiàn)N極性，B端轉(zhuǎn)子的鐵心呈現(xiàn)S極性。當(dāng)定子每相繞組依次施以直流電信號的情況下，轉(zhuǎn)子每次將會旋轉(zhuǎn)一個角度；其值為 （2—4）式中：Z表示步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)；表示運(yùn)行拍數(shù) 步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)1)步距角控制器每發(fā)出一個電脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子對應(yīng)轉(zhuǎn)過的角位移的理論值稱為步距角；它一般不是電機(jī)實(shí)際步距角。用表示步距角則有： （2—5）式中：—轉(zhuǎn)子齒數(shù)；—運(yùn)行拍數(shù)2)相數(shù)將電機(jī)內(nèi)部通電線圈的組數(shù)稱作電機(jī)的相數(shù)，電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不相同。3)齒距角電機(jī)的齒距角表示相鄰兩齒中心線間的所構(gòu)成的角度。用表示齒距角可得： （2—6）式中：表示轉(zhuǎn)子齒數(shù)4)保持轉(zhuǎn)矩也被稱作最大靜轉(zhuǎn)矩，是通電步進(jìn)電機(jī)在額定電流下不產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩的極限值；一般情況下，其值在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)約等于保持轉(zhuǎn)矩。6)矩角特性是指各項(xiàng)繞組的通電狀態(tài)均不變的，步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的關(guān)系，即，如圖2—4所示圖2—4 步進(jìn)電機(jī)的矩角特性7)最大靜轉(zhuǎn)矩每項(xiàng)繞組在保持一定通電狀態(tài)的情況下，電機(jī)所能達(dá)到最大力矩稱之為最大靜轉(zhuǎn)矩。8)響應(yīng)頻率也被稱為極限啟動頻率或跳變頻率；是指電動機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下，不產(chǎn)生失步的最大頻率。9)啟動矩頻特性在外加力一定的情況下，起動頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱之為起動矩頻特性，也叫作牽入特性。如圖2—5所示。圖2—5 矩頻特性10)運(yùn)行矩頻特性當(dāng)負(fù)載慣量一定時(shí)，運(yùn)行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱只為運(yùn)行矩頻特性，又稱為牽出特性。如圖2—5所示。11)運(yùn)行頻率指外力一定，頻率連續(xù)增加的情況下，電動機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)且不失步運(yùn)行的頻率的最大值。12)慣頻特性指在負(fù)載力矩不變的情況下，頻率和負(fù)載慣量之間的關(guān)系。如圖2—6所示。圖2—6 慣頻特性13)單步響應(yīng)是指電機(jī)在通電而不運(yùn)行時(shí)，變動電壓的數(shù)值，轉(zhuǎn)子從啟動到停轉(zhuǎn)的運(yùn)行軌跡。如圖2—7所示。圖2—7 單步響應(yīng) 步進(jìn)電機(jī)的選型對與電動機(jī)型號的選取，一般要負(fù)荷一下三個要求：電動機(jī)的步距角應(yīng)該符合系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的要求；步進(jìn)電機(jī)的最大靜力矩應(yīng)符合傳動系統(tǒng)的空載啟動力矩要求；電動機(jī)的額定電流應(yīng)略大于其工作狀態(tài)下的電流。1)系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量指的是當(dāng)操作系統(tǒng)給定一個定位脈沖時(shí)，運(yùn)動機(jī)構(gòu)對應(yīng)其脈沖信號而產(chǎn)生移動的距離。對于開環(huán)系統(tǒng)而言， 0. 01毫米較為合適。2)電機(jī)步距角的確定電機(jī)步距角可以由式2—7得出 （2—7）式中：表示電機(jī)的步距角；表示絲桿的螺距mm；表示系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量mm。將，帶入式2—6可得：因此步距角。3)負(fù)載力矩的計(jì)算電動機(jī)軸上的負(fù)載力矩一般由切削分力產(chǎn)生的切削負(fù)載力矩、導(dǎo)軌摩擦力產(chǎn)生的摩擦負(fù)載力矩、滾珠絲杠的預(yù)緊力產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩三部分構(gòu)成。由于本文設(shè)計(jì)的是二維運(yùn)動平臺，不存在切削負(fù)載力矩，因此只需計(jì)算摩擦負(fù)載力矩與附加負(fù)載力矩即可。摩擦負(fù)載力矩（）由式2—8可以得出 （2—8）式中：—絲杠的軸向負(fù)載力；L—電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一圈，系統(tǒng)軸向移動的位移；系統(tǒng)的總效率，取=。將，帶入式2—7中得：因滾珠絲杠預(yù)緊力產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩可從式2—9得出 （2—9）式中：—滾珠絲杠的預(yù)緊力N；滾珠絲杠的導(dǎo)程m；滾珠絲杠的效率，取=。將；帶入式2—8得：通過上面計(jì)算結(jié)合式2—9可得負(fù)載力矩T （2—10）所以所選電機(jī)的將帶入式2—10可得：4)電機(jī)額定電流的確定由于本文制作的二維運(yùn)動平臺工作在市電380伏電壓下。綜上所述，本文選取松下型號為MHMD022P1U的伺服電機(jī)坐位本文二維運(yùn)動平臺的電機(jī)。聯(lián)軸器是用來傳遞扭矩的機(jī)械結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在市場上的聯(lián)軸器一般可以分為剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器以及安全聯(lián)軸器三大類。其中剛性聯(lián)軸器又可以分為凸緣式聯(lián)軸器、套筒式聯(lián)軸器以及甲殼式聯(lián)軸器；安全聯(lián)軸器又可以分為撓性安全聯(lián)軸器、剛性安全聯(lián)軸器以及永磁聯(lián)軸器。目前市場上應(yīng)用較為廣泛的聯(lián)軸器有一下幾種：1)彈性聯(lián)軸器：一體成型的金屬彈性體，具有零回轉(zhuǎn)間隙、可同步運(yùn)轉(zhuǎn)，較高的抗扭矩性；較高的剛性以及較高的靈敏度，順時(shí)針與逆時(shí)針的回轉(zhuǎn)特性完全一致，無需維護(hù)、抗油及耐腐蝕性高等特點(diǎn)。通常情況下比較適用于旋轉(zhuǎn)編碼器、步進(jìn)電機(jī)。2)膜片聯(lián)軸器：使用環(huán)形或著方形彈性不銹剛片變形制成，具有高剛性；高轉(zhuǎn)矩、低慣性；高扭矩剛性以及高靈敏度；零回轉(zhuǎn)間隙；順、逆時(shí)針回轉(zhuǎn)特性一致，無需維護(hù)、抗油及耐腐蝕極強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。通常情況下比較適用于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。3)滑塊聯(lián)軸器：具有使用方便；安裝簡單；尺寸應(yīng)用范圍廣；轉(zhuǎn)動慣量??；方便目測檢驗(yàn)；軸套和中間件之間的滑動能容許大徑向和角向偏差。如圖2—8所示。適用于普通微型電機(jī)。圖2—8 滑塊聯(lián)軸器示意圖5)梅花聯(lián)軸器：其梅花彈性體有四瓣；六瓣；八瓣及十瓣，緊湊、無齒隙，提供三種不同硬度彈性體，固定方式有頂絲，夾緊，鍵槽固定，具有結(jié)構(gòu)簡單、方便維修、便于檢查?？晌照駝樱豢裳a(bǔ)償徑向和角向偏差等優(yōu)點(diǎn)。通常情況下比較適用于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。6)剛性聯(lián)軸器：主體材質(zhì)一般是鋁合金或者不銹鋼，無法容許偏心，具有重量輕，低慣性和高靈敏度，無需維護(hù)，抗油性及耐腐蝕性能好等特點(diǎn)。通常情況下比較適用于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。 聯(lián)軸器的基本參數(shù)公稱扭矩：聯(lián)軸器的公稱扭矩就是使該軸在受到該扭矩扭轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)能夠不讓聯(lián)軸器產(chǎn)生疲勞斷裂的扭矩的最大值。許用轉(zhuǎn)速：聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速范圍會根據(jù)聯(lián)軸器的材料的不同而發(fā)生改變，其為材料允許的線速度和最大外緣尺寸，因
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