总传动比为各级传动比i1、i2的乘积，即

i?i1?i2

分配总传动比，即各级传动如何取值，是设计中的重要问题。传动比分配得合理，可使传动装置得到较小的外廓尺寸或较轻的重量，以实现降低成本和结构紧凑的目的；也可以使传动零件获得较低的圆周速度以减小动载荷或降低传动精度等级；还可以得到较好的润滑条件。要同时达到这几方面的要求比较困难，因此应按设计要求考虑传动比分配方案，以满足某些主要要求。

为了保证工作台分度精度，传动比需要很大，同时为了保证结构尺寸，将蜗杆传动比设定在120，齿轮传动比设定为3，即传动系统的总传动比为360。

3.2.2 最大回转速度

工作台最大回转速度为20度/秒；即：

??n??蜗轮工作台?20rad/s

蜗轮蜗轮360??201?r/s 360181?360?20r/s 18根据系统总传动比为360，可得

n3.2.3 分度精度

电机?n蜗轮?360?工作台的分度精度保证主要靠步进电机的转速和系统的总传动比来确定，工作台分度精度为0.25度，既蜗轮最小的转动单位为0.25度，系统的总传动比为360，即

可得步进电机最小分度精度为90度，即步进电机每次回转的度数为90度的倍数。

3.3 步进电机选择

步进电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要选出具体型号以购置。选择步进电动机包括确定型号、结构、步距角、功率和转速，并在产品目录中查出其尺寸和型号。

步进电动机又称脉冲电动机或为阶跃电动机，步进电机有三大部分组成：步进电动机本体，步进电动机控制器及步进电动机驱动器。如图3-4所示。

选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲

线的范围内。应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到工作台所需的脉冲当量。

图3-4 步进电机

3.3.1 步进电机启动力矩计算

步进电机选用三相步进电动机，初选步进电机步距角θb=3°。

设步进电机等效负载力矩为T，负载力为P，根据能量守恒原理，电机做的功与负载力做的功有如式（3.1）关系：

T??式中 φ — 电机转角；

S — 转动部件的相应位移； η — 机械传动效率。

若取φ=θb，则S=δb，且P= Pz +μ（G+ W2），所以

?PS 式（3.1）

]? T?[Pz??（G?W）式中 G——转动部件负载，N； W——转动部件重量，N；

?b?b?? 式（3.2）

Pz——与中立方向一致的作用在转动部件上的负载力，N； μ——摩擦系数；

θb——步进电机步距角，rad； T——电机轴负载力矩，N2cm。 取μ=0.03，η=0.96，Pz=500N。

W??R?30?10?7.8?10?325N G可求得

2-3-2??R2?70?10-3?7.8?10-2?1075N

10.99T?（500?42）??4963.81N?cm?5N?m

3?不考虑启动时运动部件的惯性影响，启动力矩为

Tm=T/（0.3~0.5）=10N2m（取安全系数0.5） 步进电机为三相六拍的电机

Tmax?Tm?11.6N?m 0.8663.3.2步进电机最大转速

根据工作台最大转速n工作台?1r/s与系统总传动比i=360，可得 18nn3.2.3步进电机最大频率

电机?20r/s?1200r/min

所以，步进电机的选择的最大转速

max电机?n电机?1200r/min

根据步进电机的步距角b?3?与步进电机最大转速?n电机?20r/s，可得

f电机?20?120?2400step/s

所以步进电机选择最高的频率

f3.3.4 步进电机型号

max电机?f电机?2400step/s

高频率

f由于步进电机步距角?b?3?，步进电机最高转速

max电机nmax电机?1200r/min，步进电机最

?2400step/s，步进电机最大转矩Tmax?11.6N?m，选择的步进电机型号

表3-1步进电机参数 参数如表3-1所示。

型号 主要技术参数 步距角/(°) 保持转矩/ 相数 电压N2cm /V 12 3 27 电流/A 3 外形尺寸/mm 重量外径 长度 轴径 /(KN) 100 168 22 10 130BC3100 3

3.4 齿轮传动设计

齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相

对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。齿轮传动是指用主、从动轮轮齿直接、传递运动和动力的装置。在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递相对位置不远的两轴之间的运动和动力。

齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。

根据两轴的相对位置和轮齿的方向，可分为以下类型：圆柱齿轮传动；锥齿轮传动和交错轴斜齿轮传动。根据齿轮的工作条件，可分为：开式齿轮传动式齿轮传动，齿轮暴露在外，不能保证良好的润滑；半开式齿轮传动，齿轮浸入油池，有护罩，但不封闭；闭式齿轮传动，齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内，润滑条件良好，灰沙不易进入，安装精确，齿轮传动有良好的工作条件，是应用最广泛的齿轮传动。

3.4.1 齿轮的材料及类型

由于前述所选电机可知:T=5N2m，齿轮传动比设定为i=3，效率η=0.97工作日安排每年300工作日计，寿命为10年。

根据整体传动的要求，传动效率不大、速度中等和使用寿命长，需要在封闭条件下工作，因此设计为闭式齿轮传动，采用圆柱直齿轮传动的形式。

齿轮材料应具备下列条件：1）齿面具有举个的硬度，以获得较高的抗点蚀、抗磨粒磨损、抗胶合和抗塑性流动的能力；2）在变载荷和冲击载荷下有足够的弯曲疲劳强度；3）具有良好的加工和热处理工艺性；4）价格较低。

考虑到齿轮传动效率不大，速度只是中等，故齿轮用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，进行整体淬火后再低温回火，使齿轮面硬度达到45-55HRC。

3.4.2 按齿面接触疲劳强度设计尺寸

先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。按齿面接触疲劳强度设计公式如式（3.3）。

d1?3式中 d1——小齿轮直径；

K ——载荷系数 T1——小齿轮转矩；

2KT1u?1ZEZHZ?2??() 式（3.3） ?du[?H]