機(jī)械傳動(dòng)是一種把動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間裝置,是一種扭矩和轉(zhuǎn)速的變換器,其目的是在動(dòng)力機(jī)與負(fù)載之間使扭矩得到合理的匹配,并可通過(guò)機(jī)構(gòu)變換實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的速度調(diào)節(jié)。
一、總傳動(dòng)比的確定
在伺服系統(tǒng)中,通常采用負(fù)載角加速度
最大原則選擇總傳動(dòng)比,以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。傳動(dòng)模型如圖1所示。圖中各符號(hào)的意義如下：
jm——電動(dòng)機(jī)m的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
θm——電動(dòng)機(jī)m的角位移；
jl——負(fù)載l的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
θl——負(fù)載l的角位移；
tlf——摩擦阻抗轉(zhuǎn)矩；
i——齒輪系g的總傳動(dòng)比。
圖1 電機(jī)、傳動(dòng)裝置和負(fù)載的傳動(dòng)模型
二、傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配
1. 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則
齒輪系傳遞的功率不同, 其傳動(dòng)比的分配也有所不同。
1） 小功率傳動(dòng)裝置
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的二級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示。
圖2 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的兩級(jí)齒輪傳動(dòng)
2） 大功率傳動(dòng)裝置
大功率傳動(dòng)裝置傳遞的扭矩大,各級(jí)齒輪副的模數(shù)、齒寬、直徑等參數(shù)逐級(jí)增加,各級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量差別很大。大功率傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)級(jí)數(shù)及各級(jí)傳動(dòng)比可依據(jù)圖2-4、圖2-5、圖2-6來(lái)確定。傳動(dòng)比分配的基本原則仍應(yīng)為“前小后大”
圖2-4 大功率傳動(dòng)裝置確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)曲線
圖2-5 大功率傳動(dòng)裝置確定第一級(jí)傳動(dòng)比曲線
圖2-6 大功率傳動(dòng)裝置確定各級(jí)傳動(dòng)比曲線
2.質(zhì)量最小原則
1） 大功率傳動(dòng)裝置
對(duì)于大功率傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)級(jí)數(shù)確定,主要考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性。在給定總傳動(dòng)比的情況下,傳動(dòng)級(jí)數(shù)過(guò)少會(huì)使大齒輪尺寸過(guò)大,導(dǎo)致傳動(dòng)裝置體積和質(zhì)量增大； 傳動(dòng)級(jí)數(shù)過(guò)多會(huì)增加軸、軸承等輔助構(gòu)件,導(dǎo)致傳動(dòng)裝置質(zhì)量增加。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的功能要求和環(huán)境因素,通常情況下傳動(dòng)級(jí)數(shù)要盡量地少。
大功率減速傳動(dòng)裝置按質(zhì)量最小原則確定的各級(jí)傳動(dòng)比表現(xiàn)為“前大后小”的傳動(dòng)比分配方式。減速齒輪傳動(dòng)的后級(jí)齒輪比前級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)矩要大得多,同樣傳動(dòng)比的情況下齒厚、質(zhì)量也大得多,因此減小后級(jí)傳動(dòng)比就相應(yīng)減少了大齒輪的齒數(shù)和質(zhì)量。大功率減速傳動(dòng)裝置的各級(jí)傳動(dòng)比可以按圖2-7和圖2-8選擇。
圖2-7 大功率傳動(dòng)裝置兩級(jí)傳動(dòng)比曲線
（i<10時(shí),使用圖中的虛線）
圖2-8 大功率傳動(dòng)裝置三級(jí)傳動(dòng)比曲線
（ i <100時(shí),使用圖中的虛線）
2） 小功率傳動(dòng)裝置
對(duì)于小功率傳動(dòng)裝置,按質(zhì)量最小原則來(lái)確定傳動(dòng)比時(shí),通常選擇相等的各級(jí)傳動(dòng)比。
在假設(shè)各主動(dòng)小齒輪的模數(shù)、齒數(shù)均相等的特殊條件下,各大齒輪的分度圓直徑均相等,因而每級(jí)齒輪副的中心距也相等。這樣便可設(shè)計(jì)成如圖2-9所示的回曲式齒輪傳動(dòng)鏈； 其總傳動(dòng)比可以非常大。顯然,這種結(jié)構(gòu)十分緊湊。
圖2-9 回曲式齒輪傳動(dòng)鏈
3. 輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則
以圖2-10所示四級(jí)齒輪減速傳動(dòng)鏈為例。四級(jí)傳動(dòng)比分別為 i1、 i2、 i3、 i4,齒輪1~8 的轉(zhuǎn)角誤差依次為：δφ1~δφ8。
圖 2-10四級(jí)減速齒輪傳動(dòng)鏈
4. 三種原則的選擇
在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí),上述三條原則應(yīng)根據(jù)具體工作條件綜合考慮。
（1） 對(duì)于傳動(dòng)精度要求高的降速齒輪傳動(dòng)鏈,可按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)。若為增速傳動(dòng),則應(yīng)在開始幾級(jí)就增速。
（2） 對(duì)于要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟停頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的降速傳動(dòng)鏈,可按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)。
（3） 對(duì)于要求質(zhì)量盡可能小的降速傳動(dòng)鏈,可按質(zhì)量最小原則設(shè)計(jì)。