伺服控制入门 第一章——伺服控制的硬件/物理基础（三）

参考教程https://www.bilibili.com/video/BV14q4y147PU?spm_id_from333.788.videopod.episodesvd_source8f8a7bd7765d52551c498d7eaed8acd5三、机械传动基础知识1、旋转传动1正齿轮正齿轮一般由若干组齿轮组成齿轮转动有一个动力传递的过程一般称动力由主动轮传递至从动轮主从是相对的主要看是谁带动谁转2蜗轮蜗杆减速器蜗轮蜗杆减速器由涡轮和蜗杆组成齿轮蜗杆是主动件涡轮是从动件蜗轮蜗杆减速器用于传动空间交错轴之间的运动和动力一般输入轴和输出轴之间成90°角蜗轮蜗杆减速器可以实现很大的单级减速比能够反向自锁同样适合功率传递但其轴向力大、易发热也因此机械效率低3行星减速器行星减速器由内齿圈、太阳轮、行星轮和行星架组成太阳轮是主动轮由电机驱动内齿圈固定在减速器壳体上行星轮C固定在行星架D绕着内齿圈A旋转动力从太阳轮B输入再通过行星架D将动力传递到输出轴上一般情况下具有单级减速齿轮组的行星减速机速比通常在3~10之间速比超过10以上的行星减速机需要使用两级或以上的行星齿轮组减速行星减速器体积小、质量小、结构紧凑、承载能力大、传动效率高通常可达97%以上、传动比大、运动平稳、抗冲击和震动能力强适合精密传动但由于其材料优质、结构复杂制造和安装比较困难些成本高4RV减速器RV减速器用于转矩大的机器人的腿部、腰部和肘部三个关节负载大的工业机器人一二三轴都是用RVRV减速器具有更高的疲劳强度、刚度和寿命不过其重量重外形尺寸较大5谐波减速器谐波减速器用于负载小的工业机器人或大型机器人末端几个轴谐波减速器是谐波传动装置的一种谐波传动装置包括谐波加速器和谐波减速器谐波减速器主要由刚轮、柔轮、波发生器、轴承组成谐波减速器体积小、重量轻、承载能力大、运动精度高单级传动比大不过随着使用时间增长其运动精度会显著降低2、直线传动1同步带传动同步带传动系统主要由同步带和同步带轮组成同步带传动的直线速度高精度处于中等水平推力不大成本低安装简单加工、装配精度要求不高不过它属于柔性系统高速长距离运行较难控制2齿轮齿条传动齿轮齿条传动系统主要由齿轮和齿条组成齿轮齿条传动的直线速度高推力处于中等水平成本低安装简单加工、装配精度要求不高不过它存在磨损问题3丝杠传动丝杠传动系统由直线导轨、滚珠丝杠、螺母、电机座组成滚珠丝杠作为主动体螺母随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动物体可以通过螺母座和丝杆螺母连接从而实现对应的直线运动丝杠传动的推力大、精度高但直线速度较低行程有限制成本高安装复杂加工、装配精度要求高丝杠传动中的参数①导程丝杆或螺母旋转一周螺母在丝杆上面移动的距离②螺距相邻两条螺纹之间的距离四、伺服的选型计算1、相关物理概念及公式1转矩转矩力矩是改变物体转动状态的物理量当物体受到合外力矩不为零时静止的物体将产生角加速度开始转动已转动的物体转速或转动方向将发生改变考虑开门的情况如下图欲让门产生运动必须施加一个外力F外力可分解为平行于门面和垂直于门面的两个分力平行分力的作用线通过转轴力臂为零因此不产生转矩只有垂直于门面的分力会产生使门转动的转矩施力点离转轴越近越容易让门转动综合以上因素定义转矩以符号T表示2转动方程3两类转矩①普通转矩主要是克服摩擦力、重力等外力需要的转矩。②加速转矩克服物体惯量需要的转矩。不难理解如果一个物体本身越重在力臂相同的情况下需要施加一个更大的力才能使其转动得更快这和直线运动中的牛顿第二定律是类似的4线速度与角速度①线速度反映单位时间内物体直线位移的变化。②角速度反映单位时间内物体角度的变化。2、选型计算概述1伺服的选型原则①电机最大转速系统所需之最高移动转速。②电机的转子惯量与负载惯量相匹配。③连续负载工作转矩电机额定转矩。④电机最大输出转矩系统所需最大转矩加速时转矩。2选型计算的内容3常见传动机构转动惯量的计算①直接驱动②同步带传动③丝杆传动4惯量匹配3、选型计算示例1例1直接驱动忽略空气阻力。2例2滚珠丝杆传动忽略空气阻力。