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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。式中作用在负载轴上峰值工作力矩（N作用在负载轴上峰值磨擦力矩（N 负载轴的峰值角加速度（ 电机转动惯量（kg负载转动惯量（传动装置各转动零件折算到电机轴上的转动惯量（传动装置的效率；总传动比。2P GM t J i 载荷是设计机电系统的基本依据。确定载荷时，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
2、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（4-1）GM JM dt J i i T i （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中作用在负载轴上的瞬时工作力矩；作用在负载轴上的瞬时磨擦力矩；L 负载轴上的瞬时角加速度；T载荷变化周期；总传动比。式（4为负载的均方根力矩特性表达式，对应的曲线如图4P L 02224R L 2L F M M J J i J 02F M （1）“折算负载峰值力矩最小”的最佳总传动比对式（4，得到“折算负载峰值力矩最小”的最佳总传动比（42）“折算负载
3、均方根力矩最小”的最佳总传动比对式（4，得到“折算负载均方根力矩最小”的最佳总传动比（4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）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。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44122 2 22 2 2 221112
4、 1 11222222 2411 11i 102442112 2112 02i 或212122折算到电机轴上的总惯量为式中分别为各齿轮的转动惯量；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，故可得各级传动比（4-7）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。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，折算负载转量应与伺服电机转子转动惯量理匹配。212121122 12122 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中n传动系统的传动级数；k所需计算的任一级数。
5、由已知传动比，利用图4中纵坐标为 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比值，称为惯量指标，横坐标表示总降速传动比小重量”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。222222 2121()()()() (2 )2222 4 d bg 10 42120211212, 又因所以上述二级减速小功率传动装置，则各齿轮重量之和齿轮宽度；齿轮材料密度；g重力加速度；分别为各齿轮直径。令,高传动精度”原则1mk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
6、影响。折算到电动机轴上的总转角误差为（4中折算到电动机轴上的总转角误差；第从电动机轴到第各级传动比逐级递减时的总转角误差要比递增时大（该例中，后者增加了约34%）。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。）360 步距角（）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中直线脉冲当量（t 丝杠导程（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
7、成直线位移或角位移的执行元件。每输入一个脉冲，步进电机前进一步，所以也称为脉冲电动机。步进电机的线位移或角位移量与脉冲数成正比。它的转速或线速度与脉冲频率成正比。在负载能力允许范围内，不因电源电压、负载、环境条件的波动而变化。步进电机可以调速、能够快速起动、制动和反转。应用于：数控机床、绘图仪、卫星天线、自动记录仪等选择步进电机的主要考虑因素：）转矩和选择根据设备的总负载力矩选择电机转矩时，还应考虑到满足起动转矩、运行转矩、定位转矩的要求。起动转矩可按表4可由图4行转矩可由图4位转矩则是依据断电情况下，设备是否要求定位而定。表4动转矩与最大静转矩的关系步距精度选择步距精度用步距误差表示，它是指
8、空载情况下，转子离开准确位置的最大偏移量。它影响系统的定位误差s ，即123s （4中123电机步距误差；传动件累计误差；摩擦负载引起得位置误差；流伺服电机（1）选择直流伺服电机时，主要是根据其静态特性、动态特性、热特性要求而定。电机运行曲线要想使直流伺服电机充分发挥其性能、应让电机运行符合转矩流伺服电机的转矩由五条极限曲线划分出电机的三个工作区。连续工作区区内转矩变化很小，从发热角度看可以长期工作；间断工作区含明电机可间断过载工作；瞬时工作区I、在瞬时换向极限（允许是刷跳火限）以下，可短时间以更大的加减速或正反转操作。流伺服电机（2）转速的选择选择电机转速时，要保证电机电高转速足设备最高运行
9、速度要求。转动惯量的选择电机转子转动惯量应与负载惯量相匹配，否则将直接影响电机和整个伺服系统的动态性能。对于数字调节系统，通常按机械传动部件转动惯量与电机转子之比来确定，。热时间常数热时间常数的大小表明可超载运行时间的能力。大惯量伺服电机优于小惯量伺服电机。转矩的选择电机的额定转矩主要依据折算到电机轴上负载力矩定，即如果电机工作在间断工作区，电机的额定转矩可以小于负载力矩。振频率（1）谐振频率(2)刚度（3）质量和惯量（4）磨擦（5）失动（1）谐振频率机械传动部件一般都是多自由度系统，有一个最低的基本固有频率和若干高阶固有频率，分别称为第一揩振频率当外界激振频率接近或等于系统固有频率时，系统要
10、发生谐振而无法工作，所以，系统的工作频率范围内，不应包含部件的固有频率，以防产生谐振。各部件的固有频率应错开一定距离，以免产生耦合。式中，m 为扭转刚度；为转动惯量。1122或如不计机械传动系统阻尼影响，则机械系统可看作质量（或惯量）度 360 2 (2)刚度伺服传动系统刚度反映出系统抵抗变形的能力。刚度不足时，将造成位置误差（失动）及系统动态性能变坏，即影响系统运动的准确性、快速性、稳定性；刚度过高，也将带来转动惯量增大，成本增加等不足伺服传动系统刚度包括伺服刚度和传动机械刚度两部分。传动机构刚度又分成扭转刚度和纵向刚度伺服刚度是指伺服电机输出轴上施加的负载转矩与其引起的输出轴角位移之比，其表达式为（4中单位脉冲在伺服电机轴上的输出转矩（N冲）；单位脉冲下伺服电机轴产生的转角（）机械传动机构刚度大小取决于各传动件和结构件的刚度及构件联接方式。以于各构件串联的弹簧质量系统，其总刚度中，任一构件的刚度。在进行刚度计算时，需要将工作台或任一传动轴的刚度折算到某传动轴上时，
