絕對(duì)式數(shù)字旋轉(zhuǎn)變壓器傳動(dòng)方式的分析

王淑紅

（國(guó)營(yíng)785廠第一研究所，山西 太原 030024）

絕對(duì)式數(shù)字旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角測(cè)量傳感器，廣泛的應(yīng)用于高精度數(shù)控系統(tǒng)中，如武器火力控制，以及隨動(dòng)系統(tǒng)等領(lǐng)域。隨著精度要求的提高，就有了粗精組合。由于控制系統(tǒng)采用了粗精組合，就必然存在一個(gè)速比N;這個(gè)N可以是1∶20;1∶30;1∶32 等。例如:速比為1∶32 的粗精組合，若粗軸轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，則精軸轉(zhuǎn)動(dòng)32圈，也就是說精軸轉(zhuǎn)1圈，只相當(dāng)于粗軸轉(zhuǎn)動(dòng)1/32圈，也就是11.25°=188密位，因此精軸的最高位為5.625°=94密位。

1 旋轉(zhuǎn)變壓器的傳動(dòng)方式

旋轉(zhuǎn)變壓器主要有以下幾種傳動(dòng)方式:諧波齒輪傳動(dòng)、諧波減速器傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)鏈、雙通道旋變。

1.1 諧波齒輪傳動(dòng)方式［1］

諧波齒輪傳動(dòng)是一種依靠彈性變形運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的新型傳動(dòng)，它突破了機(jī)械傳動(dòng)采用剛性構(gòu)件機(jī)構(gòu)的模式，使用了一個(gè)柔性機(jī)件機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)。

諧波齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn):

（1）傳動(dòng)比大，選擇范圍廣。單級(jí)諧波齒輪的傳動(dòng)比一般為60～320，其中以80～200為最常用。

（2）傳遞扭矩的同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，一般雙波傳動(dòng)嚙合齒數(shù)可占總齒數(shù)的30%左右，三波傳動(dòng)則更多。因此傳動(dòng)輪之間的接觸為面接觸，而齒面上的比壓小，因而承載能力高。

（3）由諧波齒輪構(gòu)成的減速器重量輕、體積小，傳動(dòng)裝置含有的零件少。

（4）傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。

（5）傳動(dòng)效率高。

（6）運(yùn)動(dòng)精度高，在起動(dòng)或反轉(zhuǎn)時(shí)，輸出軸瞬時(shí)跟動(dòng)，沒有空程，可實(shí)現(xiàn)零回差轉(zhuǎn)動(dòng)。

（7）可構(gòu)成密封傳動(dòng)，因此可在高溫、高壓、高真空、有害氣體或原子能輻射的環(huán)境中傳遞運(yùn)動(dòng)。

（8）輸出軸和輸入軸位于同一軸心線上。（9）維修方便，便于保養(yǎng)、檢查和更換零件。諧波齒輪傳動(dòng)方式傳動(dòng)原理如圖1所示。

圖1 傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖

粗精組合之間1∶20。

其中精軸直接接電機(jī)軸（即電機(jī)傳動(dòng)的負(fù)載），通過薄膜聯(lián)軸器將諧波減速器傳動(dòng)比為1∶50連接，再由一對(duì)齒輪1∶25經(jīng)過薄膜聯(lián)軸器傳到粗軸，即完成粗精變化。整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)要求回差小，精度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，耐沖擊振動(dòng)等特點(diǎn)。

1.2 諧波減速器傳動(dòng)方式

諧波減速器傳動(dòng)方式傳動(dòng)原理如圖2所示。

圖2 傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖

精粗之比為1∶30，由精軸直接接電機(jī)軸，再經(jīng)過薄膜聯(lián)軸傳到諧波減速器進(jìn)行變比，通過薄膜聯(lián)軸器轉(zhuǎn)到粗軸。特點(diǎn)是傳動(dòng)精度高，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。

1.3 齒輪傳動(dòng)鏈方式［2］

齒輪傳動(dòng)鏈方式傳動(dòng)原理如圖3所示。

圖3 傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖

粗精之比為1∶20，精軸粗軸都可接電機(jī)傳過來的動(dòng)力。它們之間采用薄膜聯(lián)軸器連接。整個(gè)系統(tǒng)傳動(dòng)平穩(wěn)，抗沖擊振動(dòng)性能強(qiáng)。精粗軸的旋變直接讀取數(shù)據(jù)，使它有一個(gè)穩(wěn)定的作用，類似濾波。

1.4 雙通道旋變方式

雙通道旋變?yōu)榇?、精磁路組合式高精度幅值控制信號(hào)元件，其原理與旋變類同在高精度傳動(dòng)系統(tǒng)和軸角數(shù)字變換系統(tǒng)中做信號(hào)的產(chǎn)生、變換或傳輸該元件是在兩極旋變的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它在傳動(dòng)系統(tǒng)中取代機(jī)械變速，能簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)成本，提高精度和可靠性，對(duì)提高系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展起到了舉足輕重的作用。

粗精組合之比1∶32。電機(jī)軸直接連接即可完成精粗測(cè)量。雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空回及傳動(dòng)誤差均可控制和有效消除，機(jī)電結(jié)合緊密，抗沖擊、振動(dòng)能力強(qiáng)，抗電磁屏蔽能力強(qiáng)，靜摩擦力矩小，環(huán)境適應(yīng)性好，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。制作周期短且直接與電機(jī)連接，并可以直接把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。

2 存在的問題

2.1 諧波傳動(dòng)問題

主要是精度問題，因?yàn)橹C波傳動(dòng)瞬時(shí)傳動(dòng)比不是常數(shù)，可能影響精度。同時(shí)速比為50，又要經(jīng)過一對(duì)齒輪增速，可能在高速情形下產(chǎn)生數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。精軸的旋轉(zhuǎn)變壓器須雙出軸的。最后一級(jí)齒輪，消除齒隙困難。諧波減速器的安裝方式需要預(yù)先知道:如豎裝，橫裝，豎裝的輸出軸是向上還是向下是不同的等一系列問題。動(dòng)力只能由精軸輸入，不能自鎖。同時(shí)要保證良好的潤(rùn)滑。輸入輸出在諧波器中是相反的。

采用諧波齒輪傳動(dòng)方式，具體數(shù)據(jù)都得從試驗(yàn)中驗(yàn)證和取得。這只是原理上可行，同時(shí)諧波齒輪傳動(dòng)計(jì)算較為復(fù)雜，需借助外界技術(shù)力量支持，對(duì)諧波齒輪減速器的認(rèn)識(shí)我們還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。屬于有一定的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 諧波減速器傳動(dòng)問題

主要是諧波減速器的變比為1∶30，稍有些大。其次是輸入與輸出是相反的。

諧波減速器傳動(dòng)的技術(shù)難點(diǎn)在于諧波減速器輸出軸為φ8，并有平鍵3×10，這在軸向方向上定位很困難，有一定的難度。同時(shí)一對(duì)為反向和減少速比齒輪中，最后的小齒輪不能消除齒隙，故空回量較大，精度難以把握。

2.3 齒輪傳動(dòng)問題

旋轉(zhuǎn)變壓器全都是雙出軸，最后一級(jí)都用消除齒隙的辦法來解決精度。中間軸需要調(diào)整環(huán)節(jié)。動(dòng)力可以接精軸也可以接粗軸。

難點(diǎn)就在于該結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要定位的地方較多，加工精度要求高。齒輪傳動(dòng)鏈中心距及齒輪的M值分配較為復(fù)雜。如圖4所示。

圖4 齒輪傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)圖

其中，主要參數(shù)按下面?。?］:

采用齒輪傳動(dòng)鏈方式，我們有以前幾輪樣機(jī)的加工基礎(chǔ)，完全可以制造裝配。

3 結(jié)論

綜合考慮絕對(duì)式數(shù)字旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng)鏈傳動(dòng)，而電器則采用雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器傳動(dòng)方式。

［1］司光晨.諧波齒輪傳動(dòng)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1978.

［2］朱孝錄.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［3］吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第3版.北京:高等教育出版社，2006.