西安工程大学本科毕业设计（论文）
第4章 传动装置的选择
4．1 电机
电机是最常见的原动机，根据电动机的不同工作原理、性能、用途，一般分为交流异步、交流同步和直流电动机三类。
4．1．l 电动机的种类及选用
1）控制电动机的种类
控制用电动机是电气伺服系统中的动力部件，要求有很宽的调速范围，并在负载范围内能进行精确和连续的控制。
表4一l 控制用电动机种类及比较
类别 步进电机
特性 原理
转角与控制脉冲
数成正比，有定
位转矩，直接数字控制 开环 小 小 较低 宽 容易 高 高 快 简单 小 低
计算机外围设备，办公室设备、数控设备
直流伺服电机
交流伺服电 机
有整流子和电永磁同步式 通过对频率和刷，电枢控制电流的控制，或磁场控制，实现对电流相改变电流大小位的控制 及方向控制电机的转速和转向
闭环∕半闭环 闭环∕半闭环 闭环 大 大 大 大 大 大 高 高 高 宽 窄 宽 稍难 容易 难 较高 低 高 低 低 高 快 快 快 稍复杂 简单 简单 中 大 中 较高 中 高
机器人、计算办公设备、音机器人、精密机 象 机械 设备、测试机械
控制
输出功率 输出力矩 转速
调速范围 驱动电源 定位精度 重复精度 响应速度 结构 体积 成本 应用例
2）选择控制用电动机的一般要求
a．高精度对精度的要求应体现在两方面：一是控制电机应满足定位准确的要
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求，定位精度和重复精度均应满足控制需要：二是跟随精度高，也就是在运动过程中，位置的实际值与给定值的差值应小。
b．快速响应、无超调对控制电动机的动态响应也应满足两方面的要求，一是快速响应，二是无振荡，以满足可能出现的频繁启动、加速、减速和制动。 c．调速范围宽控制电动机应有足够宽的调速范围，在该范围内电动机运转稳定、无爬行，低速时输出力矩和转速稳定。一般希望控制电机在零速时能自锁，保持当前位置。
d．快速的应变能力和过载能力控制电机应有一定的超载能力，以满足启动时的低速大扭矩要求或超载要求。 4．1．2本设计中电动机的选用 1）选择电动机的类型
本铺放头机构的机械手控制电机应满足定位准确的要求，即机械手夹持和牵引至芯模表面的位置，定位精度和重复精度均应满足控制需要，控制电机在零速时能自锁，保持当前位置，保证零点位置。在设计调速范围内电动机运转稳定、无爬行，低速时输出力矩和转速稳定。
本铺放头机构选用直流伺服控制电机[12]。 2）选择电动机的型号 (1)工作轴上的输出功率
预浸胶纤维带按工艺要求制成后，缠绕在卷筒上备用。当铺放开始进料时，由电动机带动旋转臂(长L)，夹持预浸带旋转进料。卷筒(半径R)由静止状态开始旋转。作用在纤维带上的力为F。
图4—1滚筒上力的计算 1一电动机 2一旋转臂 3-预浸带
旋转臂在0．3s内由静止到工作转速W电机=30rpm ，卷筒m=200kg 设旋转臂L=0．2m。
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纤维带的线速度V=w电机 ×L=牵引力F=ma=200×
30?0.2?0.1(ms）（4-1） 600.1?66.（7N)（4-2） 0.3其中w电机—电机的工作转速，rpm
a—加速度，m／s2
旋转臂端部的阻力矩T阻 = FL=66.7 ×0.2=13.3(Nm)（4-3）
工作轴输出功率P0 =T阻w电机／9550=13.3×30／9550=0.0418KW=41.8W（4-4） (2)传动装置的总效率 查表，联轴器的效率л1=0.995 蜗轮蜗杆减速装置的效率л2=0.75
总效率л总=л1л2=0.995×0.75=0.746（4-5） (3)电机所需的功率P
P= P0／л总=41.8／0.746=56W（4-6） (4)选择电机
根据所需功率，选择北京市徽电机总厂的90LY型电机[13]，配光电编码器组成组合单元，并提供伺服驱动器，形成高精度宽调速伺服系统。 功率：62W， 转速：750rpm， 转矩：0．686Nm，电压：27～48V
4．2 传动装置
4．2．1传动装置[14]的传动比
设计旋转臂的转速w=30rpm，电机转速W电机=750rpm 近似传动比的计算 i=750÷30=25 4．2．2 选择减速器[15]
根据输出轴功率，及参考工作转速、传动比，选择浙江午马变速机械有限公司的蜗轮蜗秆减速器NRV25，该减速器结构小巧、适于本方案紧凑的布局。NRV25减速器的参数如下： i=20, Mmax=12Nm w输出=750／20=37.5rpm
4．3 气压传动
气压传动[16]是以压缩空气为工作介质传递动力和控制信号的系统。目前，我国气动元件、辅件已逐步标准化，它和液压、机、电等技术一样样，已成为实现
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生产过程自动化的一个重要手段。 4．3．1 气压传动的优点
1．以空气工作介质，工作压力较低，工作介质来的比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收油的油箱和管道。
2．因空气的粘度很小，其损失也很小(一般必仅为油路的千分之一)，所以便于集中供应、距离输送。外泄漏不会像液压传动，使压力降低明显、污染严重。
3．相对液压传动来说，气动动作迅速，反应快、维护简单、工作介质清洁、管道不易堵塞、不存在介质变质及补充等问题。
4．工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电器控制优越。
5．成本低、过载能自动保护。 4．3．2气压传动的缺点：
1．由于空气具有可压缩性，因此工作速度的稳定性稍差。
2. 因工作压力低，又结构尺寸不宜过大，因此气动装置总输出力不会很大。 3．气动装置中的气信号传递速度比电子及光速慢，因此，气信号传递不适用于高速传递复杂的回路。
本方案中，机械手的夹持部分、剪切装置和施压机构等几个部分，实际工作推力不会很大，而且工作介质(压缩空气)可利用空压机方便提供，用后的空气排到大气中，处理方便。气动回路的辅助元件少，在市场可方便购得。气动回路通过电磁换向阀可实现生产过程的自动控制。
所以，本文方案的执行机构采用气缸作为原动机。
4.4磁粉离合器
磁粉离合器[17]是电磁离合器的一个重要分支，是近十几年来发展起来的一种新型机电产品，它不仅是一种传动用的基础零部件，而且也是一种非常理想多用途的自动控制元件。它具有传递转矩与控制激磁电流成线性关系而与滑差转速基本无关，控制功率小，快速响应好等优异特性，还具有结构简单、调节方便、运行可靠等优点。它广泛应用于机械、电子、化工、纺织、家电，如机械的快速离合、制动；试验装置的加载器，如发电机、电动机、减速机、液压元件转矩测量时的加载；尤其适用于恒张力控制系统，如印刷机、造纸机、拉丝机、染布机、绕线机、金属板材带材加工设备，可进行启动、制动过程控制，速度调节，过载保护，使设备实行匀速加载。
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4.4.1磁粉离合器的原理
磁粉离合器[15]是超脱了常规离合器的摩擦实质，而实现了磁粒子设计。就其传递转矩的特征来讲，它属于摩擦离合器，就其联结力形成的方法来讲， 则属于电磁离合器。其工作原理如图1所示，它是在主动件(转子)6和件3、7、8组成的从动件外壳之间的气隙内，填有磁粒子5，磁粒子是一些体积微小(大约40“m)、导磁率高、矫顽力低、耐磨损的磁粉。作为磁粉原材料的有FeCoNi粉、FeALCr粉、Crl3粉等。将原料粉加入润滑剂加以跑合制成马铃薯状磁粒。线圈未通电时，磁粒子处于松散状态，靠离心力作用甩在外壳的内壁，主动件、从动件处于脱离状态，如图l所示。安装在磁轭2中的励磁线圈1通电后，在磁场作用下磁粒子 形成“磁粉链”L2J，连接转子与外壳，如图1所示。当主动转子向某一方向旋转时，靠磁粉间的电磁力造成的摩擦力把转矩从主动转子传递到从动转子。磁粉离台器所能传递的转矩由磁粉链的剪切强度决定，而剪切强度又随磁场强度的增加而增大，直到饱和为止。
图4-2 磁粉离合器工作原理
1-线圈 2-磁轭 3-从动件外壳 4-隔磁环 5-磁粉离子 6-主动件 7、8-从动件辐板
4.4.2磁粉离合器的特性
（1）磁粉离合器的静特性
磁粉离台器的静特性[19]是指其传递的转矩与激磁电流之间存在着线性关系，改变激磁电流数值，可对传递转矩进行线性调节。其特性曲线如图所示。
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