什么是电子设备机械传动?

什么是电子设备机械传动?

[拼音]：dianzi shebei jixie chuandong

[外文]：mechanical drive in electronic equipment

电子设备中处于执行元件（电动机、液压马达、手动控制器等）与负载（天线、真空可变电容器、磁性或非磁性载体等）之间，并使负载根据使用要求，以受控方式运动的机械装置。电子设备中的机械传动往往是伺服系统的一个组成部分，其作用是传递动力和运动，使执行元件与负载相互匹配和耦合，并保证机械、电气、光学、磁性等零件、元件、部件的协调运转。

电子设备中的机械传动一般分为动力传动和数据传递装置两大类。

动力传动

传递动力和传递精确运动的机械传动。动力传动按驱动型式分为一般驱动和直接驱动两类。

一般驱动

由电动机或液压马达通过传统的机械传动装置驱动负载。早期电子设备中的动力传动几乎全是机电型的（电动机→传统的机械传动装置→负载）。随着液压技术和电机技术的发展，逐步出现了电液型驱动（液压马达→传统的机械传动装置→负载）和直接驱动。机电型驱动的特点是结构可靠、工艺成熟、使用和维修方便。电液型驱动的优点是响应快；液压马达的尺寸小，适宜于大功率传动；静刚度大；能承受相当大的超载而不致损坏(峰值功率可高达额定功率的两倍以上)。缺点是液压伺服元件和液压系统的制造、安装、维护等技术要求比较高。一般驱动均须借助于传统的机械传动装置，其缺点是体积和重量都比较重、啮合传动有噪声、机械结构因素影响也比较多。

直接驱动

由特殊电机(如力矩电机、音圈电机等)或液压缸直接驱动负载。由于省去机械传动装置，传动精度和结构谐振频率都比较高，因而伺服带宽可做得比较宽，有利于提高系统的稳定性和精度。力矩电机的转动惯量仅占总惯量的很小一部分（约小于1/10），电机产生的转矩几乎全部可以用于驱动负载；结构简单，传动效率高。这种驱动的缺点是成本高于一般驱动，工艺要求高，须安装大规格制动器。直接驱动在计算机外部设备中已获得较多的应用。例如，力矩电机直接驱动磁盘主轴，音圈电机直接驱动磁盘存储器安装磁头臂的小车。

数据传递装置

以精确传递运动为主要目的的机械传动。其负载一般比较小，需要精度较高的机械传动装置传递运动数据。数据传递装置常用直齿圆柱齿轮传动。

传动误差与空程误差

传动误差是指在工作状态下，传动链输入轴单向回转时，输出轴转角的实际值相对于理论值的变动量（或传动链传动比的实际值相对于理论值的瞬时变动量）。它使输出轴的运动时而超前、时而滞后于理论值。空程误差是指在工作状态下传动链输入轴由正向变为反向（反之也如此）回转时，输出轴在转角上的滞后量。它使输出轴在输入轴反向回转时不会立即随着输入轴反向回转，即在输入轴反向回转时，输出轴产生滞后运动。

测量传动误差和空程误差的方法，可以分为静态和动态两大类。光学式静态测量多使用自准直光管和光学多面体，或经纬仪和自准直光管，或读数显微镜和光学度盘等。静态测量空程误差的方法还有机械式（使用薄片规，或度盘和指针，或千分表及其附件）和电气式（使用微电机、电气元件和度盘、指针等）。动态测量传动误差应用电磁分度、光栅等方法。

机械结构因素及其影响

电子设备中广泛采用机电型伺服系统。机械传动的结构因素与伺服系统的性能以及电子设备整机的机械、电气等性能的关系极为密切。机械传动的主要结构因素有齿隙、传动误差、摩擦和机械传动刚度。

（1）齿隙：啮合传动零件非工作齿面之间的间隙。它是空程误差的主要组成部分。齿隙影响系统的稳定性和精度以及传动精度。减小齿隙的办法是按传动精度高的原则合理分配各级传动比和采用消隙结构等。

（2）传动误差：影响系统精度或传动精度，合理分配各级传动比和适当提高传动零件的运动精度，可以减小传动误差。

（3）摩擦：在机电型伺服系统中，摩擦影响系统的低速运行的平稳性和工作精度。改进方法是改善摩擦条件（如在大型电子设备中采用静压轴承）和采用高速电动机等。但适当的摩擦仍属必要。

（4）转动惯量：对系统的稳定性、暂态和稳态性能有较大影响，大的转动惯量会降低系统的固有频率，从而限制系统的带宽，降低系统的响应速度。采用小惯量电动机，按当量转动惯量最小的原则确定传动级数和分配各级传动比、减小转动零件本身的转动惯量等，可以减小传动系统的转动惯量。

（5）机械传动刚度：机械传动的各个零件在工作时都存在一定的d性变形。在相同外力（或力矩）作用下，零件的d性变形越大，刚度就越小。机械传动的刚度不足直接影响系统固有频率的提高和限制伺服系统的带宽。改进方法是在结构设计中避免出现任何刚度薄弱的环节（对末级传动的连接刚度尤应注意），按转动惯量最小的原则确定传动级数和分配各级传动比，采用粘性联轴节等。

设计特点

在确定风载荷、惯性载荷、摩擦载荷、微电机载荷等各类载荷的基础上，根据电子设备的工作情况（如连续运转、间歇运转、是否经常反向等）进行载荷的综合。综合的方法有两种。

（1）峰值综合法：取各种载荷的峰值直接相加，以反映最严重的工作情况；

（2）均方根值综合法：取各种载荷均方根值平方之和的方根值，以反映宏观的工作情况。然后，根据负载的转矩、转速和系统性能等方面的要求，选取合适的电动机，并按照有关原则（如要求当量负载峰值力矩最小、当量负载均方根力矩最小、转矩储备量最大、惯量匹配等）确定某一个最佳总传动比。在选取适当的传动型式之后，根据不同的需要（如要求当量转动惯量最小、传动精度高、重量轻、体积小等），合理确定传动级数和分配各级传动比。最后进行具体的结构设计，从系统性能的角度出发，恰当处理好各个机械结构因素。设计大功率传动装置时，除必须进行强度计算外，还应保证足够的刚度和传动精度，对惯量和摩擦也应作必要的考虑。设计小功率传动装置时，主要的考虑方面是传动精度、惯量、摩擦和刚度等结构因素。设计数据传递装置时，主要应保证高的传动精度，除不必考虑强度问题外，其余方面基本上与小功率传动装置相仿。

典型传动机构和控制机构

电子设备中常用的传动机构和控制机构有天线驱动系统的传动机构、录音机走带机构、遥控机构、调谐机构、示数机构和计算机外部设备的传动机构等。

天线驱动系统传动机构

驱动雷达、射电望远镜、卫星地面站等电子设备的天线，保证其按预定的工作状态工作，通常采用机电型驱动。传动机构可采用各种齿轮传动（包括行星传动、谐波传动等）或其他传动型式(如同步齿形带传动)。天线驱动系统属于动力传动，必须满足强度、寿命和可靠性方面的要求。为了保持天线驱动系统的稳定性，必须限制传动机构的齿隙。如果箱体和传动零件是由不同材料制成的，还应保证在规定的环境温度范围内工作而不致发生卡死现象。

录音（像）机走带机构

将驱动电机的运动传送到主导轴和卷带部件，保证传动比和转矩变动量最小，没有d性元件的残余变形和振动，而且工作可靠。录音(像)机的工作特性不仅取决于磁头的制造和安装精度，而且与机械部件的加工、装配质量有十分密切的关系，因为机械部件的质量直接决定着录音（像）带运动的平稳性和拖带力的恒定性。在走带机构中常采用挠性传动，其优点是一对挠性传动的传动比可以大至15，结构紧凑，工作时噪声很低；缺点是传动时存在滑动，应加张紧轮增大包角，并采用合适的挠性件，以提高摩擦系数。

遥控机构

用于远距离传送相应于任一物理量（如直线位移、角位移、回转频率等）的信号，在输出轴上需要有相当大转矩的机电型驱动系统；在接收、发射设备中将信道转换至所需频率；指示天线角度位置；沟通仪表板上的指示式仪表与飞机上的设备的联系。这种机构往往是同步伺服系统的一个组成部分。遥控传动有机电型的、带步进电机的、带电磁选择器的、自动同步的遥控传动和电位器遥控传动等。它们对传动精度都有较高要求。

同步伺服机构

角度遥控传动的一种变型，采用放大器以保证电动机克服负载轴上的大负载力矩。输入轴转角为给定量，输出轴转角为被调量。同步伺服传动主要要求工作稳定性和精度。电动机灶定转速下，应能保证输出轴达到最大转速，即同步传动减速器的传动比应为两转速之比。

调谐机构

调谐振荡系统用的有关元件（如振荡回路中的电感线圈、变感器、电容等），借以获得所需要的工作频率，有时则是为了改变信号的相位、振幅或其他参数。为了保证调谐元件所必需的位移精度，一般以减速器与电动机或手动调谐部分相耦合。通过示数装置实现与调谐过程中所得效果相适应的变化参量的指示（可以是调谐机构的一个组成部分，也可以是独立组件）。手控调谐机构用于接收机、发射机和测量仪表的调谐。遥控机构中通过电动机驱动，可以实现平稳调谐。调谐机构应保证必需的精度和灵活性，必要时可采用粗调、精调相结合的调谐机构。机构的空程误差要小，旋转阻力矩应适中。为了实现平稳调谐，可采用滚轮摩擦传动、挠性摩擦传动（绳传动）、行星摩擦传动和啮合传动等机构。定位调谐则采用各种定位器精确定位的转换开关。

示数机构

在作位移运动的调谐元件和指示器之间，建立确定的运动联系，以规定的精度指示电子设备的变化参量。例如，指示接收机或发射机的工作频率。一般采用挠性传动或啮合传动。常用的结构有度盘指针式、游标式和数字式等。它往往是调谐机构的一个组成部分。

外部设备的传动机构

用于输入、输出和储存计算机信息，如各种磁性和非磁性载体输送机构、字符或针打传动机构以及各种辅助传动机构。这种机构的特点是定位精确和组成零件精密度高。