電子設備機械傳動

電子設備中處於執行元件（電動機、液壓馬達、手動控制器等）與負載（天線、真空可變電容器、磁性或非磁性載體等）之間，並使負載根據使用要求，以受控方式運動的機械裝置。

基本介紹

• 中文名：電子設備機械傳動
• 功能：保證機械磁性等部件的協調運
• 分類：一般驅動和直接驅動
• 測量傳動誤差：可以分為靜態和動態兩大類

基本簡介

電子設備中處於執行元件（電動機、液壓馬達、手動控制器等）與負載（天線、真空可變電容器、磁性或非磁性載體等）之間，並使負載根據使用要求，以受控方式運動的機械裝置。電子設備中的機械傳動往往是伺服系統的一個組成部分,其作用是傳遞動力和運動,使執行元件與負載相互匹配和耦合，並保證機械、電氣、光學、磁性等零件、元件、部件的協調運轉。

機械種類

電子設備中的機械傳動一般分為動力傳動和數據傳遞裝置兩大類。

動力傳動傳遞動力和傳遞精確運動的機械傳動。動力傳動按驅動型式分為一般驅動和直接驅動兩類。

一般驅動由電動機或液壓馬達通過傳統的機械傳動裝置驅動負載。早期電子設備中的動力傳動幾乎全是機電型的（電動機→傳統的機械傳動裝置→負載）。隨著液壓技術和電機技術的發展，逐步出現了電液型驅動（液壓馬達→傳統的機械傳動裝置→負載）和直接驅動。機電型驅動的特點是結構可靠、工藝成熟、使用和維修方便。電液型驅動的優點是回響快；液壓馬達的尺寸小，適宜於大功率傳動；靜剛度大；能承受相當大的超載而不致損壞(峰值功率可高達額定功率的兩倍以上)。缺點是液壓伺服元件和液壓系統的製造、安裝、維護等技術要求比較高。一般驅動均須藉助於傳統的機械傳動裝置，其缺點是體積和重量都比較重、嚙合傳動有噪聲、機械結構因素影響也比較多。

直接驅動由特殊電機(如力矩電機、音圈電機等)或液壓缸直接驅動負載。由於省去機械傳動裝置，傳動精度和結構諧振頻率都比較高，因而伺服頻寬可做得比較寬，有利於提高系統的穩定性和精度。力矩電機的轉動慣量僅占總慣量的很小一部分（約小於1/10），電機產生的轉矩幾乎全部可以用於驅動負載；結構簡單，傳動效率高。這種驅動的缺點是成本高於一般驅動，工藝要求高，須安裝大規格制動器。直接驅動在計算機外部設備中已獲得較多的套用。例如，力矩電機直接驅動磁碟主軸，音圈電機直接驅動磁碟存儲器安裝磁頭臂的小車。

數據傳遞裝置以精確傳遞運動為主要目的的機械傳動。其負載一般比較小，需要精度較高的機械傳動裝置傳遞運動數據。數據傳遞裝置常用直齒圓柱齒輪傳動。

傳動誤差與空程誤差傳動誤差是指在工作狀態下，傳動鏈輸入軸單向迴轉時，輸出軸轉角的實際值相對於理論值的變動量（或傳動鏈傳動比的實際值相對於理論值的瞬時變動量）。它使輸出軸的運動時而超前、時而滯後於理論值。空程誤差是指在工作狀態下傳動鏈輸入軸由正向變為反向（反之也如此）迴轉時，輸出軸在轉角上的滯後量。它使輸出軸在輸入軸反向迴轉時不會立即隨著輸入軸反向迴轉，即在輸入軸反向迴轉時，輸出軸產生滯後運動。

測量傳動誤差和空程誤差的方法，可以分為靜態和動態兩大類。光學式靜態測量多使用自準直光管和光學多面體，或經緯儀和自準直光管，或讀數顯微鏡和光學度盤等。靜態測量空程誤差的方法還有機械式（使用薄片規,或度盤和指針,或千分表及其附屬檔案）和電氣式（使用微電機、電氣元件和度盤、指針等）。動態測量傳動誤差套用電磁分度、光柵等方法。

機械結構因素及其影響電子設備中廣泛採用機電型伺服系統。機械傳動的結構因素與伺服系統的性能以及電子設備整機的機械、電氣等性能的關係極為密切。機械傳動的主要結構因素有齒隙、傳動誤差、摩擦和機械傳動剛度。①齒隙：嚙合傳動零件非工作齒面之間的間隙。它是空程誤差的主要組成部分。齒隙影響系統的穩定性和精度以及傳動精度。減小齒隙的辦法是按傳動精度高的原則合理分配各級傳動比和採用消隙結構等。②傳動誤差：影響系統精度或傳動精度，合理分配各級傳動比和適當提高傳動零件的運動精度，可以減小傳動誤差。③摩擦：在機電型伺服系統中，摩擦影響系統的低速運行的平穩性和工作精度。改進方法是改善摩擦條件（如在大型電子設備中採用靜壓軸承）和採用高速電動機等。但適當的摩擦仍屬必要。④轉動慣量：對系統的穩定性、暫態和穩態性能有較大影響，大的轉動慣量會降低系統的固有頻率,從而限制系統的頻寬,降低系統的回響速度。採用小慣量電動機，按當量轉動慣量最小的原則確定傳動級數和分配各級傳動比、減小轉動零件本身的轉動慣量等，可以減小傳動系統的轉動慣量。⑤機械傳動剛度：機械傳動的各個零件在工作時都存在一定的彈性變形。在相同外力（或力矩）作用下，零件的彈性變形越大，剛度就越小。機械傳動的剛度不足直接影響系統固有頻率的提高和限制伺服系統的頻寬。改進方法是在結構設計中避免出現任何剛度薄弱的環節（對末級傳動的連線剛度尤應注意），按轉動慣量最小的原則確定傳動級數和分配各級傳動比，採用粘性聯軸節等。

設計特點在確定風載荷、慣性載荷、摩擦載荷、微電機載荷等各類載荷的基礎上，根據電子設備的工作情況（如連續運轉、間歇運轉、是否經常反向等）進行載荷的綜合。綜合的方法有兩種。①峰值綜合法：取各種載荷的峰值直接相加，以反映最嚴重的工作情況；②均方根值綜合法：取各種載荷均方根值平方之和的方根值,以反映巨觀的工作情況。然後,根據負載的轉矩、轉速和系統性能等方面的要求，選取合適的電動機，並按照有關原則（如要求當量負載峰值力矩最小、當量負載均方根力矩最小、轉矩儲備量最大、慣量匹配等）確定某一個最佳總傳動比。在選取適當的傳動型式之後，根據不同的需要（如要求當量轉動慣量最小、傳動精度高、重量輕、體積小等），合理確定傳動級數和分配各級傳動比。最後進行具體的結構設計，從系統性能的角度出發，恰當處理好各個機械結構因素。設計大功率傳動裝置時，除必須進行強度計算外，還應保證足夠的剛度和傳動精度，對慣量和摩擦也應作必要的考慮。設計小功率傳動裝置時，主要的考慮方面是傳動精度、慣量、摩擦和剛度等結構因素。設計數據傳遞裝置時，主要應保證高的傳動精度，除不必考慮強度問題外，其餘方面基本上與小功率傳動裝置相仿。

典型傳動機構和控制機構電子設備中常用的傳動機構和控制機構有天線驅動系統的傳動機構、錄音機走帶機構、遙控機構、調諧機構、示數機構和計算機外部設備的傳動機構等。

天線驅動系統傳動機構驅動雷達、射電望遠鏡、衛星地面站等電子設備的天線，保證其按預定的工作狀態工作，通常採用機電型驅動。傳動機構可採用各種齒輪傳動（包括行星傳動、諧波傳動等）或其他傳動型式(如同步齒形帶傳動)。天線驅動系統屬於動力傳動，必須滿足強度、壽命和可靠性方面的要求。為了保持天線驅動系統的穩定性，必須限制傳動機構的齒隙。如果箱體和傳動零件是由不同材料製成的，還應保證在規定的環境溫度範圍內工作而不致發生卡死現象。

錄音（像）機走帶機構將驅動電機的運動傳送到主導軸和卷帶部件,保證傳動比和轉矩變動量最小,沒有彈性元件的殘餘變形和振動，而且工作可靠。錄音(像)機的工作特性不僅取決於磁頭的製造和安裝精度，而且與機械部件的加工、裝配質量有十分密切的關係，因為機械部件的質量直接決定著錄音（像）帶運動的平穩性和拖帶力的恆定性。在走帶機構中常採用撓性傳動，其優點是一對撓性傳動的傳動比可以大至15,結構緊湊,工作時噪聲很低；缺點是傳動時存在滑動，應加張緊輪增大包角，並採用合適的撓性件，以提高摩擦係數。

遙控機構用於遠距離傳送相應於任一物理量（如直線位移、角位移、迴轉頻率等）的信號，在輸出軸上需要有相當大轉矩的機電型驅動系統；在接收、發射設備中將信道轉換至所需頻率；指示天線角度位置；溝通儀錶板上的指示式儀表與飛機上的設備的聯繫。這種機構往往是同步伺服系統的一個組成部分。遙控傳動有機電型的、帶步進電機的、帶電磁選擇器的、自動同步的遙控傳動和電位器遙控傳動等。它們對傳動精度都有較高要求。

同步伺服機構角度遙控傳動的一種變型，採用放大器以保證電動機克服負載軸上的大負載力矩。輸入軸轉角為給定量，輸出軸轉角為被調量。同步伺服傳動主要要求工作穩定性和精度。電動機灶定轉速下，應能保證輸出軸達到最大轉速，即同步傳動減速器的傳動比應為兩轉速之比。

調諧機構調諧振盪系統用的有關元件（如振盪迴路中的電感線圈、變感器、電容等），藉以獲得所需要的工作頻率，有時則是為了改變信號的相位、振幅或其他參數。為了保證調諧元件所必需的位移精度,一般以減速器與電動機或手動調諧部分相耦合。通過示數裝置實現與調諧過程中所得效果相適應的變化參量的指示（可以是調諧機構的一個組成部分，也可以是獨立組件）。手控調諧機構用於接收機、發射機和測量儀表的調諧。遙控機構中通過電動機驅動，可以實現平穩調諧。調諧機構應保證必需的精度和靈活性，必要時可採用粗調、精調相結合的調諧機構。機構的空程誤差要小，旋轉阻力矩應適中。為了實現平穩調諧，可採用滾輪摩擦傳動、撓性摩擦傳動（繩傳動）、行星摩擦傳動和嚙合傳動等機構。定位調諧則採用各種定位器精確定位的轉換開關。

示數機構在作位移運動的調諧元件和指示器之間，建立確定的運動聯繫，以規定的精度指示電子設備的變化參量。例如，指示接收機或發射機的工作頻率。一般採用撓性傳動或嚙合傳動。常用的結構有度盤指針式、游標式和數字式等。它往往是調諧機構的一個組成部分。

外部設備的傳動機構用於輸入、輸出和儲存計算機信息，如各種磁性和非磁性載體輸送機構、字元或針打傳動機構以及各種輔助傳動機構。這種機構的特點是定位精確和組成零件精密度高。