【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 磁密；p為極對(duì)數(shù)。當(dāng)θ為90度角時(shí)，對(duì)應(yīng)最大轉(zhuǎn)矩，稱最大同步轉(zhuǎn)矩。對(duì)之前我們算得的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Jt=。 根據(jù)牛頓第二定律：“進(jìn)給系統(tǒng)所需力矩T=系統(tǒng)傳動(dòng)慣量J角加速度角”。加速度α影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，α越小，則由控制器發(fā)出指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)反應(yīng)越慢。如果α變化，則系統(tǒng)反應(yīng)將忽快忽慢，影響加工精度。由于電機(jī)選定后最大輸出T值不變，如果希望α的變化小，則J應(yīng)該盡量小。 傳動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有影響。慣量大，系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)大，響應(yīng)慢，會(huì)使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應(yīng)速度，慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時(shí)有利，因此，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。 通常負(fù)載的慣量不要大于電機(jī)慣量的5倍，最大不要超過(guò)10倍。 對(duì)于功率對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物體來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)矩和慣量的關(guān)系正如直線運(yùn)動(dòng)物體的受力和質(zhì)量的關(guān)系。二、打印速度的初步估計(jì) 每打一個(gè)，計(jì)劃在Y軸方向移動(dòng)10次，使寬度達(dá)到361mm=對(duì)此，計(jì)算噴頭走完1個(gè)幅面的時(shí)間T，計(jì)劃彩印周期T秒，暫時(shí)忽略10次Y方向移動(dòng)時(shí)間，有： 電機(jī)一轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)絲桿1轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)10個(gè)導(dǎo)程共4mm，360mm需要電機(jī)轉(zhuǎn)90r，最高轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)每秒轉(zhuǎn)50r。則10個(gè)來(lái)回大約18秒，x軸方向10次加減速，對(duì)應(yīng)總時(shí)間6s。走完一個(gè)幅面，需要大概24秒，加上其余誤差時(shí)間，30秒就可以完成一個(gè)幅面，T=30s，基本實(shí)現(xiàn)1分鐘打印兩個(gè)幅面的要求[7]。求電機(jī)勻加速需要時(shí)間。電機(jī)300ms，表示靜止加速到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間，角加速度為： () () ()式中：Ma——電機(jī)啟動(dòng)加速力矩； 14 ，——電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量（kgm3）；Mf——導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（Nm）μ——摩擦系數(shù)，；η——傳遞機(jī)械效率。 ；；；總傳動(dòng)效率為：180。180。180。=h() 導(dǎo)軌磨擦折算至電機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)矩： 需要的輸出力矩為: （） 出力力矩T=，小于最大出力力矩=，滿足要求。 步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來(lái)越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號(hào)），但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。 176。、 176。， 176。、176。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，176。；德國(guó)百格拉公司（BERGER LAHR）176。、176。、176。、176。、176。、176。、176。、176。，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360176。/10000=176。對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360176。/131072=。176。的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆](méi)有這種過(guò)載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。 步進(jìn)電機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問(wèn)題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來(lái)做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素下，我選用了步進(jìn)電機(jī)。桌面級(jí)別的3D打印機(jī)，一般用42步進(jìn)電機(jī)就夠了，一般電流用1A就夠用的了，具體的電機(jī)型號(hào)為SST43D2165 11520G。 查表選擇11520G型步進(jìn)電機(jī)，、： 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)外形尺寸 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器屬于機(jī)械通用零部件范疇，用來(lái)連接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接，是機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)最常用的連接部件。20世紀(jì)后期國(guó)內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)如何從品種甚多、性能各異的各種聯(lián)軸器中選用能滿足機(jī)器要求的聯(lián)軸器，對(duì)多數(shù)設(shè)計(jì)人員來(lái)講，始終是一個(gè)困擾的問(wèn)題。常用聯(lián)軸器有膜片聯(lián)軸器，齒式聯(lián)軸器，梅花聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器，鼓形齒式聯(lián)軸器，萬(wàn)向聯(lián)軸器，安全聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器。常用的精密聯(lián)軸器有：彈性聯(lián)軸器，膜片聯(lián)軸器，波紋管聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器，梅花聯(lián)軸器，剛性聯(lián)軸器。其各自特點(diǎn)：(1)一體成型的金屬?gòu)椥泽w(2)零回轉(zhuǎn)間隙、可同步運(yùn)轉(zhuǎn)(3)彈性作用補(bǔ)償徑向、角向和軸向偏差(4)高扭矩剛性和卓越的靈敏度(5)順時(shí)針和逆時(shí)針回轉(zhuǎn)特性完全相同(6)免維護(hù)、抗油和耐腐蝕性(7)有鋁合金和不銹鋼材料供選擇(8)固定方式主要有頂絲和夾緊兩種。(1)高剛性、高轉(zhuǎn)矩、低慣性(2)采用環(huán)形或方形彈性不銹剛片變形(3)大扭矩承載，高扭矩剛性和卓越的靈敏度(4)零回轉(zhuǎn)間隙、順時(shí)針和逆時(shí)針回轉(zhuǎn)特性相同(5)免維護(hù)、超強(qiáng)抗油和耐腐蝕性(6)雙不銹鋼膜片可補(bǔ)償徑向、角向、軸向偏差，單膜片則不能補(bǔ)償徑向偏差。(1)無(wú)齒隙、扭向剛性、連接可靠、耐腐蝕性、耐高溫(2)免維護(hù)、超強(qiáng)抗油，波紋管形結(jié)構(gòu)補(bǔ)償徑向、角向和軸向偏差，偏差存在的情況下也可保持等速作動(dòng)(3)順時(shí)針和逆進(jìn)針回轉(zhuǎn)特性完全相同(4)波紋管材質(zhì)有磷青銅和不銹鋼供選擇(5)可適合用于精度和穩(wěn)定性要求較高的系統(tǒng)。(1)無(wú)齒隙的連接，用于小扭矩的測(cè)量傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(2)使用方便、容易安裝、節(jié)省時(shí)間、尺寸范圍廣、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，便于目測(cè)檢查(3)抗油腐蝕，可電氣絕緣，可供不同材料的滑塊彈性體選擇(4)軸套和中間件之間的滑動(dòng)能容許大徑向和角向偏差，中間件的特殊凸點(diǎn)設(shè)計(jì)產(chǎn)生支撐的作用，容許較大的角度偏差，不產(chǎn)生彎曲力矩，侃軸心負(fù)荷降至最低。(1)緊湊型、無(wú)齒隙，提供三種不同硬度彈性體(2)可吸收振動(dòng)，補(bǔ)償徑向和角向偏差(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便維修、便于檢查(4)免維護(hù)、抗油及電氣絕緣、工作溫度20℃60℃(5)梅花彈性體有四瓣、六瓣、八瓣和十瓣(6)固定方式有頂絲，夾緊，鍵槽固定。(1)重量輕，超低慣性和高靈敏度(2)免維護(hù)，超強(qiáng)抗油和耐腐蝕性(3)無(wú)法容許偏心，使用時(shí)應(yīng)讓軸盡量外露(4)主體材質(zhì)可選鋁合金/不銹鋼(5)固定方式有夾緊、頂絲固定。聯(lián)軸器其各自主要用途：彈性聯(lián)軸器：適用于旋轉(zhuǎn)編碼器、步進(jìn)電機(jī)膜片聯(lián)軸器：適用于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)波紋管聯(lián)軸器：適用于伺服電機(jī)滑塊聯(lián)軸器：適用于普通微型電機(jī)梅花聯(lián)軸器：適用于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)剛性聯(lián)軸器：適用于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。聯(lián)軸器型號(hào)：聯(lián)軸器的型號(hào)由組別代號(hào)、品種代號(hào)、型式代號(hào)、規(guī)格代號(hào)組成。聯(lián)軸器的組別代號(hào)、品種代號(hào)、型式代號(hào)，取其名稱的第一漢語(yǔ)拼音字母代號(hào)，如有重復(fù)時(shí)，則取第二個(gè)字母，或名稱中第二、三個(gè)字母的第一、第二漢語(yǔ)拼音字母，或選其名稱中具有特點(diǎn)字的第一、第二漢語(yǔ)拼音字母，以在同一組別、品種、型式中相互之間不得重復(fù)為原則。聯(lián)軸器的主參數(shù)為公稱轉(zhuǎn)矩Tn，單位為Nm。公稱轉(zhuǎn)矩系列順序號(hào)，為聯(lián)軸器規(guī)格代號(hào)。 表3—1 聯(lián)軸器型號(hào)分類表類別組別品種型式規(guī)格名稱型號(hào)名稱代號(hào)名稱代號(hào)名稱代號(hào)新舊剛性聯(lián)軸器　G凸緣式Y(jié)基本型　18凸緣聯(lián)軸器GYYL有對(duì)中榫型D18有對(duì)中榫凸緣聯(lián)軸器GYDYKD套筒式T　　　套筒聯(lián)軸器GT　夾殼式J基本型　　夾殼聯(lián)軸器GJ　立式L　立式夾殼聯(lián)軸器GJN　徑向鍵式N　　　徑向鍵凸緣聯(lián)軸器GNGT平行軸式P滾動(dòng)軸承型G15滾動(dòng)軸承平行軸聯(lián)軸器GPGPLG滑動(dòng)軸承型H15滑動(dòng)軸承平行軸聯(lián)軸器GPHPLH撓性聯(lián)軸器無(wú) 彈 性 元 件 撓 性 聯(lián) 軸 器W滑塊式H　　10滑塊聯(lián)軸器WHHL鼓形齒式G基本型　30/24鼓形齒聯(lián)軸器WG　雙面分體式S　雙面鼓形齒聯(lián)軸器WGS　單面分體式D30/25單面鼓形齒聯(lián)軸器WGD　接中間軸式J30/25接中間軸鼓形齒聯(lián)軸器WGJ　接中間套式T24接中間套鼓形齒聯(lián)軸器WGT　垂直安裝式S14垂直安裝鼓形齒聯(lián)軸器WGS　帶制動(dòng)輪式Z14帶制動(dòng)輪鼓形齒聯(lián)軸器WGZ　帶制動(dòng)盤式P14帶制動(dòng)盤鼓形齒聯(lián)軸器WGP　直齒式C　　　直齒聯(lián)軸器WC　滾子鏈Z雙排鏈　15滾子鏈聯(lián)軸器WZGL單排鏈D　單排鏈聯(lián)軸器WZD　齒形鏈?zhǔn)絃　　　齒形鏈聯(lián)軸器WL　套筒鏈?zhǔn)絋　　　套筒鏈聯(lián)軸器WT　十字軸式S整體叉頭型C11~13整體叉頭十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器WSCSWC部分軸承座型P14部分軸承座十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器WSPSWP整體軸承座型Z11整體軸承座十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器WSZSWZ小型　8十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器WS　球籠式Q基本型　9球籠萬(wàn)向聯(lián)軸器WWL大傾角型D7大傾角球籠萬(wàn)向聯(lián)軸器WQDQWLZ球叉式A　　　球叉萬(wàn)向聯(lián)軸器WA　凸塊式K　　　凸塊萬(wàn)向聯(lián)軸器WK　三球銷式U　　　三球銷萬(wàn)向聯(lián)軸器WU　三銷式N　　　三銷萬(wàn)向聯(lián)軸器WN　鉸桿式G　　　鉸桿萬(wàn)向聯(lián)軸器WG　球鉸式M　　　球鉸萬(wàn)向聯(lián)軸器WM　球鉸柱塞式B　　　球鉸柱塞萬(wàn)向聯(lián)軸器WB　鋼球式E　　　鋼球