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第二章 机电一体化系统的 机械传动系统 2.1.1 机械系统的组成 1、传动机构  机电一体化机械系统中的传动机构不仅仅是转速和转矩的变换器,而且已成为伺服系统的一部分,它要根据伺服控制的要求进行选择设计,以满足整个机械系统良好的伺服性能。 ? 2、导向机构  导向机构的作用是支承和导向,它为机械系统中各运动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障,一般指导轨、轴承等。 3、执行机构  执行机构是用来完成操作任务的直接装置。执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下完成预定的操作。 2.1.2 机电一体化机械系统的特殊要求 机电一体化的机械系统与一般机械系统相比，具有一定的特殊要求： （1）较高的定位精度 精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体化产品，其技术性能、工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的提高，因此机电一体化机械系统的高精度是其首要的要求。 （2）良好的动态响应特性 — 响应快、稳定性好。 要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔短，这样控制系统才能及时根据机械系统的运行状态信息，下达指令，使其准确地完成任务。要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响，抗干扰能力强。 （3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。 （4）高的谐振频率、合理的阻尼比。 2.2 机械传动系统的设计 2.2.1 概述 1、机械传动装置的功能 机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置,是一种扭矩和转速的变换器,其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配,并可通过机构变换实现对输出的速度调节。 在机电一体化系统中,伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了传统机械传动中的变速机构,只有当伺服电机的转速范围满足不了系统要求时,才通过传动装置变速。  2、常用机械传动装置 齿轮传动、同步带传动、谐波齿轮传动、滚珠丝杠传动，其它传动元件。 3、基本要求 传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传动转矩大。 4、机电一体化机械传动装置的发展方向 精密化，高速化，小型化，轻量化。 2.2.2 常用齿轮传动装置 机电一体化系统中，常用的齿轮传动部件： 定轴传动轮系、行星齿轮传动轮系、谐波齿轮传动轮等。 1、定轴轮系传动 2、行星齿轮传动轮系 主要由传动齿轮、定位齿轮、行星齿轮和行星架等组成。 3、谐波齿轮传动 2.2.3 齿轮传动系总传动比的确定 P30  在伺服系统中,通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比,以提高伺服系统的响应速度。传动模型如图2-1所示。 根据传动关系有 式中: —— 电动机的角位移、角速度、角加速度； —— 负载的角位移、角速度、角加速度。 TLF换算到电动机轴上的阻抗转矩为TLF /i ；JL换算到电动机轴上的转动惯量为JL /i2。设Tm为电动机的驱动转矩, 在忽略传动装置惯量的前提下,根据旋转运动方程,电动机轴上的合转矩Ta为： 在式(2-1)中,若改变总传动比i,则也随之改变。根据负载角加速度最大的原则,令 ,则解得 若不计摩擦,即TLF＝0, 则  式(2-2)表明, 得到传动装置总传动比i的最佳值的时刻就是JL换算到电动机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的转动惯量Jm的时刻, 此时, 电动机的输出转矩一半用于加速负载,一半用于加速电动机转子, 达到了惯性负载和转矩的最佳匹配。  齿轮系统的总传动比确定后，根据对传动链的技术要求，选择传动方案，使驱动部件和负载之间的转矩、转速达到合理匹配。 若总传动比较大，又不准备采用谐波、少齿差等传动，需要确定传动级数，并在各级之间分配传动比。 单级传动比增大使传动系统简化，但大齿轮的尺寸增大会使整个传动系统的轮廓尺寸变大。可按下述三种原则适当分级，并在各级之间分配传动比。 1、等效转动惯量最小原则 P31 利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到电机轴上的等效转动惯量为最小。 齿轮系传递的功率不同, 其传动比的分配也有所不同。 对于n级齿轮系,有（P31） 由此可见, 各级传动比分配的结果应遵循“前小后大”的原则。 本页内容教材上有错：[i1,“前大后小”]。 ? 例2-1 设有i=80, 传动级数