《伺服机械传动系统》PPT课件

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1、伺服机械传动系统伺服机械传动系统是采用伺服电机驱动的机械传动系统，其中的机械传动装置称为“伺服机械传动装置”。它的作用是传递转矩和转速，并使伺服电机与负载之间得到转矩与转速的合理匹配。式中MWP——作用在负载轴上峰值工作力矩（N·cm）；MFP——作用在负载轴上峰值磨擦力矩（N·cm）；εLP——负载轴的峰值角加速度（rad/s2）；JM——电机转动惯量（kg·cm2）；JL——负载转动惯量（kg·cm2）；JGM——传动装置各转动零件折算到电机轴上的转动惯量（kg·cm2）；η——传动装置的效率；it——总传动比。载荷是设计机电系统的基本依据。确定载荷时，

2、应根据设备本身功能要求和工作环境等情况，逐项分析载荷的类型及大小，然后再进行综合。综合方法有“力矩峰值综合”和“力矩均方综合”。（1）力矩峰值综合及峰值力矩特性“力矩峰值综合”就是将各种载荷的峰值直接代数相加。折算到电机轴上的负载峰值力矩MLPM为（4-1）负载力矩计算（2）力矩的均方综合及均方根力矩特性力矩的“均方综合”是将各种载荷按均方根值折算。折算到电机轴上的负载均方根力矩为（4-2）式中MW——作用在负载轴上的瞬时工作力矩；MF——作用在负载轴上的瞬时磨擦力矩；εL——负载轴上的瞬时角加速度；T——载荷变化周期；it——总传动比。式（4-2）称为负载

3、的均方根力矩特性表达式，对应的曲线如图4-1所示。总传动比的选择（1）“折算负载峰值力矩最小”的最佳总传动比对式（4-1）取，得到“折算负载峰值力矩最小”的最佳总传动比（4-3）（2）“折算负载均方根力矩最小”的最佳总传动比对式（4-2）取，得到“折算负载均方根力矩最小”的最佳总传动比（4-4）最佳总传动比实现了功率的最佳传递。（3）“加速度最大”的最佳传动比假定电动机输出转矩和负载力矩平衡，可导出取可求得“加速度最大”的最佳传动比（4-6）总传动比的l确定上述几种最佳总传动比均是针对某一方面要求而言，故其结果是不一样的，在具体选择时，除考虑伺服电机与负载的

4、最佳匹配外，还要考虑总传动比对系统的稳定性、精确性、快速性的影响。额定转矩“折算转动惯量最小”原则（1）确定传动链的级数和各级传动比的原则（1）“折算转动惯量最小”原则，使系统具有良好的动态性能。（2）“最小重量”原则（3）有利于“提高传动精度”原则（1）“折算转动惯量最小”原则折算到电机轴上的总惯量为式中JA、JB、JC、JD——分别为各齿轮的转动惯量；it、I1、i2——分别为总传动比和两级减速的传动比。令，可得具有最不惯量的条件因为i４１》1，故可得各级传动比（4-7）“折算转动惯量最小”原则（2）计算出各级齿轮传动比后，还应进行机械传动装置的惯量验算

5、。对于开环系统，机械传动装置折算到电机轴上的负载转动惯量JL应小于加速要求的允许值。对于闭环系统除满足加速要求外，折算负载转量JL还应与伺服电机转子转动惯量JM合理匹配。按上述方法类推，可得多级传动折算转动惯量最小时的各级传动比计算公式（4-8）式中n——传动系统的传动级数；k——所需计算的任一级数。由已知传动比，利用图4-5确定所需齿轮啮合对数，图中纵坐标为JGM/J1，是传动装置在输入轴上总折算惯量与输入轴上小齿轮惯量J1的比值，称为惯量指标，横坐标表示总降速传动比it。“最小重量”原则即若使两级传动比相等，可得最小重量的齿轮传动系统，同时，按此原则还可

6、使传动系统中齿轮尺寸减至两种，并且使各级齿轮的中心距彼此相等，有利于加工。上述二级减速小功率传动装置，则各齿轮重量之和W为式中b——齿轮宽度；ρ——齿轮材料密度；g——重力加速度；dA，dB，dC，dD——分别为各齿轮直径。令,则有得有利于“提高传动精度”原则在精密齿轮传动系统中，传动比相当于误差传递系数，因此，总传动比合理分级与分配对系统的传动精度将产生十分重要影响。折算到电动机轴上的总转角误差为（4-9）式中——折算到电动机轴上的总转角误差；——第k级齿轮副在从动轴上的转角误差；——从电动机轴到第k级齿轮副从动齿轮的传动比。①各级传动比逐级递减时的总转角

7、误差要比递增时大（该例中，后者增加了约34%）。②在总转角误差中，低速级的误差占的比重较大，如本例的第一种情况中，末级占总误差的86%，因此末级采用精度等级较高的齿轮副，可显著地减小总折算转角误差。步进电机（1）①步距角（β）的选择确定步进电机步距角应根据数控系统的脉冲当量而定。脉冲当量是指单位脉冲所产生的直线位移量或角位移量，通常由系统要求的精度来定。对于步进电动机驱动工作台直线运动时，其步距角（4-10）式中δ——直线脉冲当量（mm）；t——丝杠导程（mm）；i——步进电动机至丝杠间传动比。步进电机是一种把电脉冲信号变换成直线位移或角位移的执行元件。每输

8、入一个脉冲，步进电机前进一步，所以也称为脉冲电动机。