伺服系統(tǒng)設(shè)計

第3章伺服系統(tǒng)3.1概述3.2伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件及控制3.3伺服系統(tǒng)設(shè)計3.1概述一、伺服系統(tǒng)概念二、伺服系統(tǒng)的類型三、伺服系統(tǒng)的基本要求伺服系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)的一類，它的輸出變量通常是機(jī)械或位置的運(yùn)動，它的根本任務(wù)是實現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對給定指令的準(zhǔn)確跟蹤，即實現(xiàn)輸出變量的某種狀態(tài)能夠自動、連續(xù)、精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令信號的變化規(guī)律。

一、伺服系統(tǒng)概念

從系統(tǒng)組成元件的性質(zhì)來看，有電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和電氣—液壓伺服系統(tǒng)、電氣—氣動伺服系統(tǒng)等；從系統(tǒng)輸出量的物理性質(zhì)來看，有速度或加速度伺服系統(tǒng)和位置伺服系統(tǒng)等；從系統(tǒng)中所包含的元件特性和信號作用特點來看，有模擬式伺服系統(tǒng)和數(shù)字式伺服系統(tǒng)；從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點來看，有單回路伺服系統(tǒng)、多回路伺服系統(tǒng)和開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。二、伺服系統(tǒng)類型例：數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)，由圖可以看出，它與一般的反饋控制系統(tǒng)一樣，也是由控制器、被控對象、反饋測量裝置等部分組成。

二、伺服系統(tǒng)類型

對伺服系統(tǒng)的基本要求有穩(wěn)定性、精度和快速響應(yīng)性。穩(wěn)定性是指作用在系統(tǒng)上的擾動消失后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行或者在輸入指令信號作用下，系統(tǒng)能夠達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。精度是伺服系統(tǒng)的一項重要的性能要求。它是指其輸出量復(fù)現(xiàn)輸入指令信號的精確程度。快速響應(yīng)性是衡量伺服系統(tǒng)動態(tài)性能的另一項重要指標(biāo)?？焖夙憫?yīng)性有兩方面含義，一是指動態(tài)響應(yīng)過程中，輸出量跟隨輸入指令信號變化的迅速程度，二是指動態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束的迅速程度。三、伺服系統(tǒng)的基本要求3.2伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件及控制一、執(zhí)行元件類型及特點二、伺服電機(jī)及其控制三、步進(jìn)電機(jī)及其控制

1.電氣執(zhí)行元件電氣執(zhí)行元件包括直流(DC)伺服電機(jī)、交流（AC）伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)以及電磁鐵等，是最常用的執(zhí)行元件。對伺服電機(jī)除了要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)以外，一般還要求動態(tài)性能好，適合于頻繁使用，便于維修等2．液壓式執(zhí)行元件液壓式執(zhí)行元件主要包括往復(fù)運(yùn)動油缸、回轉(zhuǎn)油缸、液壓馬達(dá)等，其中油缸最為常見。在同等輸出功率的情況下，液壓元件具有重量輕、快速性好等特點3．氣壓式執(zhí)行元件氣壓式執(zhí)行元件除了用壓縮空氣作工作介質(zhì)外，與液壓式執(zhí)行元件沒有區(qū)別。氣壓驅(qū)動雖可得到較大的驅(qū)動力、行程和速度，但由于空氣粘性差，具有可壓縮性，故不能在定位精度要求較高的場合使用。一、執(zhí)行元件類型及特點在自動控制系統(tǒng)中，伺服電動機(jī)將電壓信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動被控對象，當(dāng)信號電壓的大小和極性(或相位)發(fā)生變化時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向?qū)⒖焖?、?zhǔn)確地跟著變化。目前常用的伺服電動機(jī)有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。二、伺服電機(jī)及其控制1直流伺服電動機(jī)(1)調(diào)速方式直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性方程為：式中，一電樞控制電壓；一電樞回路電阻—每極磁通；、—分別為電動機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。二、伺服電機(jī)及其控制由上式知，直流伺服電機(jī)的控制方式如下：二、伺服電機(jī)及其控制（2）調(diào)磁調(diào)速（變勵磁電流，恒功率調(diào)速）（1）調(diào)壓調(diào)速（變電樞電壓，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）常用的是前面2種調(diào)速方式。（3）改變電樞回路電阻調(diào)速永磁直流電動機(jī)當(dāng)電樞在磁場中轉(zhuǎn)動時，線圈中也要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e，這個電動勢的方向與電流或外加電壓的方向總是相反，所以稱為反電勢，它與發(fā)電機(jī)中電動勢的作用是不同的。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、換向器三部分組成。(2)直流電機(jī)的功率驅(qū)動直流電機(jī)的調(diào)速電路目前以脈沖寬度調(diào)制電路應(yīng)用最為廣泛。二、伺服電機(jī)及其控制二、伺服電機(jī)及其控制PWM放大器的優(yōu)點是功率管工作在開關(guān)狀態(tài)，管耗小。它的基本原理是：利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率(例如2000HZ)的方波電壓，加在直流電動機(jī)的電樞上，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，作用在電機(jī)兩端的平均電壓為：二、伺服電機(jī)及其控制(3)直流伺服系統(tǒng)模型二、伺服電機(jī)及其控制二、伺服電機(jī)及其控制1)校正環(huán)節(jié)：一般速度環(huán)調(diào)節(jié)器為比例環(huán)節(jié)G1(S)=Kp

位置環(huán)為PI調(diào)節(jié)2)檢測環(huán)節(jié)：速度檢測：位置檢測：3)整流裝置（慣性環(huán)節(jié)）各種整流裝置的時間常數(shù)見下表二、伺服電機(jī)及其控制二、伺服電機(jī)及其控制5)直流電機(jī)直流電機(jī)原理見右圖二、伺服電機(jī)及其控制設(shè)輸入信號為Ud,輸出為電機(jī)轉(zhuǎn)角則其傳遞函數(shù)：拉式變換，消去id（s）后可得電機(jī)的傳遞函數(shù)G6(S)式中：——電磁時間常數(shù)和機(jī)電時間常數(shù)——電樞繞組的電感和電阻——反電動勢常數(shù)和力矩常數(shù)——阻尼和電機(jī)軸轉(zhuǎn)動慣量畫出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖，可得到系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。二、伺服電機(jī)及其控制2.交流伺服電動機(jī)二、伺服電機(jī)及其控制杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖1—勵磁繞組2—控制繞組3—內(nèi)定子4—外定子5—轉(zhuǎn)子交流伺服電動機(jī)的接線圖(1)原理:勵磁繞組WF接到電壓為交流電網(wǎng)上，控制繞組接到控制電壓上，當(dāng)有控制信號輸入時，兩相繞組便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。該磁場與轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場以一定的轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)動起來，其旋轉(zhuǎn)速度為式中，f為交流電源頻率(Hz)；p為磁極對數(shù)；n0為電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速(r/min)；s為轉(zhuǎn)差率。

二、伺服電機(jī)及其控制(2)控制:二、伺服電機(jī)及其控制幅值控制原理圖不同控制電壓下的機(jī)械特性曲線由右圖可知，在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，控制電壓越高，轉(zhuǎn)差率越小，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就越高，不同的控制電壓對應(yīng)著不同的轉(zhuǎn)速。這種維持與相位差為90o，利用改變控制電壓幅值大小來改變轉(zhuǎn)速的方法，稱為幅值控制方法。

1、工作原理：

當(dāng)?shù)谝粋€脈沖通入A相時，磁通企圖沿著磁阻最小的路徑閉合，在此磁場力的作用下，轉(zhuǎn)子的1、3齒要和A級對齊。當(dāng)下一個脈沖通入B相時，磁通同樣要按磁阻最小的路徑閉合，即2、4齒要和B級對齊，則轉(zhuǎn)子就順逆時針方向轉(zhuǎn)動一定的角度。三、步進(jìn)電動機(jī)及其控制若通電脈沖的次序為A、C、B、A…，則不難推出，轉(zhuǎn)子將以順時針方向一步步地旋轉(zhuǎn)。這樣，用不同的脈沖通入次序方式就可以實觀對步進(jìn)電動機(jī)的控制。脈沖的數(shù)量控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角；脈沖的頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速；脈沖的通入次序控制電機(jī)的方向。定子繞組每改變一次通電方式，稱為一拍。上述的通電方式稱為三相單三拍。所謂“單”是指每次只有一相繞組通電；所謂“三拍”是指經(jīng)過三次切換控制繞組的通電狀態(tài)為一個循環(huán)。三、步進(jìn)電動機(jī)及其控制2.性能參數(shù)(1)步距角步進(jìn)電動機(jī)走一步所轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角，可按下面公式計算 式中為步距角；為轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)；為步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行的拍數(shù)。同一臺步進(jìn)電動機(jī)，因通電方式不同，運(yùn)行時步距角也是不同的

三、步進(jìn)電動機(jī)及其控制3三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的三種運(yùn)行方式：單三拍時：A—B—C,—A—B—C…4雙三拍時：單雙拍（即六拍）時：AB—BC—CA,—AB—BC—CA…A—AB—B—BC—C—CA,--A—AB—B—BC—C—CA…五、步進(jìn)電機(jī)參數(shù)設(shè)計1、脈沖當(dāng)量δ：步進(jìn)電機(jī)每接受一個脈沖時，工作臺走過的位移單位為mm/pulseδ=0.001～0.0025精密機(jī)床0.005～0.01數(shù)控機(jī)床0.1～0.15一般機(jī)床角脈沖當(dāng)量δα：就是步距角α(°/pulse)當(dāng)通過中間傳動裝置時，角脈沖當(dāng)量δα為：M驅(qū)動器指令脈沖如下圖，步進(jìn)電機(jī)通過絲杠螺母副帶動工作臺運(yùn)動時，其脈沖當(dāng)量δ為：Z1Z2設(shè)計時，先根據(jù)運(yùn)動精度選定δ，再根據(jù)負(fù)載確定步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)α，并選定絲杠的導(dǎo)程p,計算出傳動比i后，最后設(shè)計傳動齒輪的各參數(shù)等。2、最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax與相數(shù)、拍數(shù)一般根據(jù)TL≤（30～50%）Tmax選擇Tmax其中TL為把負(fù)載折合到步進(jìn)電機(jī)軸的負(fù)載力矩，若相數(shù)、拍數(shù)較多，可選0.5，否則選0.3，考慮控制回路的復(fù)雜和經(jīng)濟(jì)程度，一般取相數(shù)較少的。3、最高運(yùn)行頻率與速度關(guān)系.根據(jù)工作臺的最高速度vmax選擇步進(jìn)電機(jī)最高運(yùn)行頻率fmax由得注意量綱：vmax(m/min)4、轉(zhuǎn)動慣量與加減速性能步進(jìn)電機(jī)的加減速性能與轉(zhuǎn)動慣量所產(chǎn)生的慣性力矩有關(guān)慣性力矩：轉(zhuǎn)動慣量和角加速度越大，步進(jìn)電機(jī)的啟動頻率越低，加減速性能越差，越容易失步。通過減小步距角和減小轉(zhuǎn)動慣量改善啟動、加減速性能5、電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算作用在步進(jìn)電機(jī)軸的總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩按下式計算：6、等效轉(zhuǎn)動慣量的計算其中：Jm是電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動慣量（Kg.m2）Jd是系統(tǒng)折算到電機(jī)軸的總的轉(zhuǎn)動慣量（Kg.m2）是電機(jī)啟動、制動時的角加速度（rad/s2）F作用在工作臺的摩擦力（N）FW作用在工作臺的外力（N）伺服系統(tǒng)傳動鏈的總效率（取0.7—0.85）絲杠螺母預(yù)緊時的傳動效率（取0.9）F0絲杠螺母預(yù)緊時的力（N）P是絲杠螺距（mm）i是總傳動比基本公式圓柱體其中：

Jd的計算對上圖所示的的系統(tǒng)，折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量Jd由幾部分組成：電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量Jm齒輪Z1的轉(zhuǎn)動慣量JZ1齒輪Z2的轉(zhuǎn)動慣量JZ2和絲杠的轉(zhuǎn)動慣量JS折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量工作臺折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量對于直線移動的工作臺，折算到絲杠軸的轉(zhuǎn)動慣量為：絲杠軸折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量為：因此，折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動慣量Jd為：對于齒輪齒條傳動的工作臺，折算到驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動慣量為：對于帶傳動的工作臺，折算到驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動慣量為：R為齒輪分度圓半徑為驅(qū)動軸的角速度v為工作臺的速度六、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制電路步進(jìn)電機(jī)使用脈沖電源工作，其驅(qū)動電路方式有多種：

單電壓驅(qū)動

雙電壓驅(qū)動（）

斬波恒流驅(qū)動（電流驅(qū)動）

細(xì)分驅(qū)動對控制繞組中的電流進(jìn)行細(xì)分，把步距角細(xì)分成若干步完成CLK六、步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機(jī)（或計算機(jī)）產(chǎn)生，其基本控制作用如下：控制換相順序（也稱脈沖分配）控制轉(zhuǎn)向（正反序通電）控制速度（由單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率的大小決定）脈沖分配脈沖分配軟件脈沖分配

軟件環(huán)形分配器的設(shè)計方法有很多，如查表法、比較法、移位寄存器法等，它們各有特點，其中常用的是查表法。步序?qū)щ娤喙ぷ鳡顟B(tài)數(shù)值（16進(jìn)制）程序的數(shù)據(jù)表正轉(zhuǎn)

反轉(zhuǎn)

CBATAB

A00101HTAB0DB01HAB01103HTAB1DB03HB01002HTAB2DB02HBC11006HTAB3DB06HC10004HTAB4DB04HCA10105HTAB5DB05H(2)啟動頻率和運(yùn)行頻率我們把不失步啟動的最高脈沖頻率稱為啟動頻率，也稱突跳頻率，是步進(jìn)電動機(jī)的一項重要性能指標(biāo)。運(yùn)行頻率是指步進(jìn)電動機(jī)起動后，當(dāng)控制脈沖頻率連續(xù)上升時，步進(jìn)電動機(jī)能不失步的最高頻率

三、步進(jìn)電動機(jī)及其控制(3)最大靜轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角當(dāng)轉(zhuǎn)子帶有負(fù)載力矩通電時，轉(zhuǎn)子就不再能和定子上的某極對齊，而是相差一定的角度，該角度所形成的電磁轉(zhuǎn)矩正好和負(fù)載力矩相平衡。這個角度稱為失調(diào)角。步進(jìn)電動機(jī)所能帶的靜轉(zhuǎn)矩是受到限制的，最大靜轉(zhuǎn)矩表示步進(jìn)電機(jī)的承受載荷的能力。三、步進(jìn)電動機(jī)及其控制10.3伺服系統(tǒng)設(shè)計一、方案設(shè)計二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計在進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計時，需要考慮以下方面的問題：1．系統(tǒng)閉環(huán)與否的確定

當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載不大，精度要求不高時，可考慮開環(huán)控制；反之，當(dāng)系統(tǒng)精度要求較高或負(fù)載較大時，開環(huán)系統(tǒng)往往滿足不了要求，這時要采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)。一般情況下，開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不會有問題，設(shè)計時僅考慮滿足精度方面的要求即可，并通過合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配，使系統(tǒng)具有盡可能好的動態(tài)響應(yīng)特性。一、方案設(shè)計典型的開環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)、數(shù)控x、y工作臺、機(jī)器人的關(guān)節(jié)移動等。其結(jié)構(gòu)原理如圖所示：PC機(jī)驅(qū)動器執(zhí)行元件傳動機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案確定實質(zhì)是對上述各構(gòu)成環(huán)節(jié)的選擇設(shè)計2．執(zhí)行元件的選擇選擇執(zhí)行元件時應(yīng)綜合考慮負(fù)載能力、調(diào)速范圍、運(yùn)行精度、可控性、可靠性以及體積、成本等多方面的要求。一般來講，對于開環(huán)系統(tǒng)可考慮采用步進(jìn)電動機(jī)、電液脈沖馬達(dá)和伺服閥控制的液壓缸和液壓馬達(dá)等，應(yīng)優(yōu)先選用步進(jìn)電動機(jī)。對于中小型的閉環(huán)系統(tǒng)可考慮采用直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)，對于負(fù)載較大的閉環(huán)伺服系統(tǒng)可考慮選用伺服閥控制的液壓馬達(dá)等。一、方案設(shè)計一、方案設(shè)計2．執(zhí)行元件的選擇液壓系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)的基本組成直線氣缸擺動氣缸氣馬達(dá)氣爪繼電器定時器電子元件計數(shù)器順序控制器氣動控制元件氣源氣源處理裝置壓力控制閥方向控制閥流量控制閥驅(qū)動裝置操作裝置指示裝置

檢測裝置控制(運(yùn)算)回路按扭開關(guān)選擇開關(guān)按扭閥指示器計數(shù)器蜂鳴器限位開關(guān)限位閥接近開關(guān)傳感器壓力開關(guān)真空開關(guān)速度控制閥緩沖閥快速排氣閥電磁閥氣控閥人工換向閥機(jī)控?fù)Q向閥減壓閥增壓閥安全閥空氣壓縮機(jī)過濾器油霧器油霧分離器驅(qū)動部分控制部分檢測部分3．傳動機(jī)構(gòu)方案的選擇傳動機(jī)構(gòu)是執(zhí)行元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的一個連接裝置，用來進(jìn)行運(yùn)動和力的變換與傳遞。在伺服系統(tǒng)中，執(zhí)行元件以輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)則多為直線運(yùn)動。用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動的傳動機(jī)構(gòu)主要有齒輪齒條和絲杠螺母等。前者可獲得較大的傳動比和較高的傳動效率，所能傳遞的力也較大，但高精度的齒輪齒條制造困難，且為消除傳動間隙而結(jié)構(gòu)復(fù)雜；后者因結(jié)構(gòu)簡單、制造容易而應(yīng)用廣泛。一、方案設(shè)計傳動機(jī)構(gòu)實質(zhì)上是執(zhí)行元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的一個機(jī)械接口，用于對運(yùn)動和力進(jìn)行變換和傳遞，伺服系統(tǒng)中執(zhí)行元件以輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)多為直線運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的傳動機(jī)構(gòu)有：絲杠螺母傳動同步齒型帶傳動齒輪齒條傳動直線電機(jī)傳動最常用步進(jìn)電機(jī)與絲杠螺母間的運(yùn)動傳遞可能有多種形式：采用同步齒型帶傳動絲杠：中心距較大通過減速器傳動絲杠：減速器作用是配湊脈沖當(dāng)量、轉(zhuǎn)矩放大、慣量匹配等通過聯(lián)軸器直接相連：結(jié)構(gòu)簡單，可獲得高速，對電機(jī)負(fù)載能力要求較高一、方案設(shè)計4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對象，是進(jìn)行實際操作的機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中一般含有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇主要是指導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇，即一、方案設(shè)計導(dǎo)軌的選擇：滾動導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌、液體導(dǎo)軌塑料貼面滑動導(dǎo)軌4．控制系統(tǒng)方案的選擇控制系統(tǒng)方案的選擇包括微型機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)控制方式、驅(qū)動電路等的選擇。常用的微型機(jī)有單片機(jī)、單板機(jī)、工業(yè)控制微型機(jī)等，其中單片機(jī)由于在體積、成本、可靠性和控制指令功能等許多方面的優(yōu)越性，在伺服系統(tǒng)的控制中得到了廣泛的應(yīng)用。一、方案設(shè)計系統(tǒng)方案確定后，應(yīng)進(jìn)行方案實施的具體化設(shè)計，即各環(huán)節(jié)設(shè)計，通常稱為穩(wěn)態(tài)設(shè)計。其內(nèi)容主要包括執(zhí)行元件規(guī)格的確定、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計、系統(tǒng)慣量參數(shù)的計算以及信號檢測、轉(zhuǎn)換、放大等環(huán)節(jié)的設(shè)計與計算。穩(wěn)態(tài)設(shè)計要滿足系統(tǒng)輸出能力指標(biāo)的要求。二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計1.負(fù)載的等效換算為了便于系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)的分析與計算，可將負(fù)載運(yùn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量等效地變換到執(zhí)行元件的輸出軸上，并計算輸出軸承受的轉(zhuǎn)矩(回轉(zhuǎn)運(yùn)動)或力(直線運(yùn)動)。例如：二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計

如圖所示系統(tǒng)中，由m個移動部件和n個轉(zhuǎn)動部件組成。mi、Vi和Fi分別為移動部件的質(zhì)量(kg)、運(yùn)動速度(m／s)和所承受的負(fù)載力(N)；Jj、nj和Tj分別為轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量(kg﹒m2)、轉(zhuǎn)速(r／min或rad／s)和所承受負(fù)載力矩(Nm)。(1)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算系統(tǒng)運(yùn)動部件動能的總和為二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計設(shè)等效到執(zhí)行元件輸出軸上的總動能為根據(jù)動能不變的原則，有，系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量為式中為執(zhí)行元件輸出軸的轉(zhuǎn)速(rad／s)

二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(2)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算設(shè)上述系統(tǒng)在時間內(nèi)克服負(fù)載所作的功的總和為執(zhí)行元件輸出軸在時間內(nèi)的轉(zhuǎn)角為，則執(zhí)行元件所作的功為由于，所以執(zhí)行元件輸出軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計2.執(zhí)行元件功率的匹配(1)．系統(tǒng)執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)矩匹配

設(shè)機(jī)床工作臺的伺服進(jìn)給運(yùn)動軸所采用電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速(r/min)是所需最大轉(zhuǎn)速，其額定轉(zhuǎn)矩(Nm)應(yīng)大于所需要的最大轉(zhuǎn)矩，即應(yīng)大于等效到電機(jī)輸出軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與克服慣性負(fù)載所需要的轉(zhuǎn)矩(為電機(jī)加減速時的角加速度，rad/s2)之和。即電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩為考慮機(jī)械傳動效率，則二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(2)系統(tǒng)執(zhí)行元件的功率匹配上述可知，在計算等效負(fù)載力矩和等效負(fù)載慣量時，需要知道電機(jī)的某些參數(shù)。在選擇電機(jī)時，常先進(jìn)行預(yù)選，然后再進(jìn)行必要的驗算。預(yù)選電機(jī)的估算功率P可由下式確定式中—電機(jī)的最高角速度(rad/s)；—電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速(r/min)；—考慮電機(jī)的功率富裕系數(shù)，一般?。?.2～2，對于小功率伺服系統(tǒng)可達(dá)2.5。二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計3.減速器傳動比的計算及分配減速器傳動比應(yīng)滿足驅(qū)動部件與負(fù)載之間的位移、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。不但要求傳動構(gòu)件要有足夠的強(qiáng)度，還要求其轉(zhuǎn)動慣量盡量小，以便在獲得同一加速度時所需轉(zhuǎn)矩小，即在同一驅(qū)動功率時，其加速度響應(yīng)為最大。以步進(jìn)電動機(jī)為例，其傳動比可按下式計算：式中為步進(jìn)電動機(jī)步距角(o)；為絲杠導(dǎo)程(mm)；為工作臺運(yùn)動的脈沖當(dāng)量(mm)。如計算出的值較小，可采用同步齒形帶或一級齒輪傳動，否則應(yīng)采用多級齒輪傳動。選擇齒輪傳動級數(shù)時，一方面應(yīng)使齒輪總轉(zhuǎn)動慣量與電動機(jī)軸上主動齒輪的轉(zhuǎn)動慣量的比值較小，另一方面還要避免因級數(shù)過多而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。傳動級數(shù)一般可按下圖來選擇。二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計齒輪傳動級數(shù)確定之后，為了緊湊傳動結(jié)構(gòu)以及提高傳動精度和動態(tài)特性，通常是根據(jù)重量最輕或等效轉(zhuǎn)動慣量最小或輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小的原則進(jìn)行各級傳動比的分配。一般可按下圖來分配各級傳動比，且應(yīng)使各級傳動比按傳動順序逐級增加。二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計4.信號檢測、轉(zhuǎn)換及放大和電源等裝置的選擇與設(shè)計執(zhí)行元件與傳動系統(tǒng)確定之后，要考慮信號檢測、轉(zhuǎn)換和放大裝置以及校正補(bǔ)償裝置的選擇與設(shè)計的問題，同時還要考慮相鄰環(huán)節(jié)的連接、信號的有效傳遞、輸入與輸出的阻抗匹配等，以保證各個環(huán)節(jié)在各種條件下協(xié)調(diào)工作，系統(tǒng)整體上達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。概括起來，主要考慮以下幾個方面的問題：二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計1.檢測傳感裝置的精度、靈敏度、反應(yīng)時間等性能參數(shù)要合適，這是保證系統(tǒng)整體精度的前提條件；2.信號轉(zhuǎn)換接口電路盡量選用商品化的產(chǎn)品，要有足夠的輸入／輸出通道，與傳感器輸出阻抗和放大器的輸入阻抗要匹配；3.放大器應(yīng)具有足夠的放大倍數(shù)和線性范圍，其特性應(yīng)穩(wěn)定可靠；4.功率輸出級的技術(shù)參數(shù)要滿足執(zhí)行元件的要求；5.電源的設(shè)計，一是要考慮到放大器各放大級的不同需要，二是要考慮到動力電源穩(wěn)定性能和抗干擾性能。二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計穩(wěn)態(tài)設(shè)計實例：

己知：拖板重量W=2000N，拖板與貼塑導(dǎo)軌之間的摩擦因數(shù)u=0.06車削時最大切削負(fù)載Fs=2150N(與運(yùn)動方向相反)，y向切削分力Fy=2Fz=300N(垂直于導(dǎo)軌）,要求刀具切削時的進(jìn)給速度：V=10~500mm/min，快速行程速度：V0=3000mm/min，滾珠絲杠名義直徑D0=32mm,導(dǎo)程：p=6mm，絲杠總長l=1400mm拖板最大行程1150mm，定位精度0.01mm，試選擇合適的步進(jìn)電機(jī)，并檢查其啟動特性和工作速度。(1)脈沖當(dāng)量的選擇:初步選擇三相步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.750/1.50，三相六拍控制時步距角為0.750，每轉(zhuǎn)其脈沖數(shù)為根據(jù)脈沖當(dāng)量的定義，可以得到中間齒輪傳動比i為：當(dāng)時，由公式：設(shè)計大小齒輪為：Z1=20Z2=25m=2mm(2)等效慣量的計算：1)滾珠絲杠的慣量：2)齒輪的慣量：求得：3)拖板的運(yùn)動慣量轉(zhuǎn)化動電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量：4)總的等效轉(zhuǎn)動慣量負(fù)載：(3)等效負(fù)載的計算：1)折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩2)空載時折算到電機(jī)軸上的最大附加轉(zhuǎn)矩3)空載時折算到電機(jī)軸上的最大加速度轉(zhuǎn)矩初步選擇電機(jī)為110BYG260B，其電機(jī)軸轉(zhuǎn)動慣量為：其矩頻特性曲線見下圖由圖可得電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax=9.5Nm連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為fm=1600Hz，求加速度轉(zhuǎn)矩為Mamax(按在0.03s之內(nèi)加速到最大空行程速度3000mm/min計算)(a)快速啟動時的啟動轉(zhuǎn)矩：(b)最大切削時所需轉(zhuǎn)矩Mc：(c)快速進(jìn)給時所需轉(zhuǎn)矩Mk：綜上，應(yīng)該以快速啟動時所需的轉(zhuǎn)矩作為選擇電機(jī)的依據(jù)(4)動態(tài)效核1)轉(zhuǎn)動慣量效核：合適2)最大帶慣量啟動頻率：3)最大空載啟動頻率：4)最大工作頻率：分析、設(shè)計伺服系統(tǒng)的方法主要包括時域法和頻域法，在時間領(lǐng)域中，利用解微分方程和根軌跡法來研究控制系統(tǒng)性能的方法，統(tǒng)稱為時域法。頻率響應(yīng)(頻率特性)是系統(tǒng)在受到不同頻率的正弦信號作用時，描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出和輸入間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，它即能反映系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，同時也包含了系統(tǒng)的動態(tài)性能。其優(yōu)點是不需要把輸出量變化全過程計算出來，就能分析系統(tǒng)中各個參量與系統(tǒng)性能的關(guān)系，在工程實踐中應(yīng)用廣泛。三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計令代入上式，可得到系統(tǒng)的頻率響應(yīng)為寫成實部與虛部的形式：三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計其中，幅頻特性相頻特性已知系統(tǒng)的頻率特性，當(dāng)系統(tǒng)的輸入為正弦信號時，容易求得輸出為：1.對數(shù)頻率特性曲線（Bode圖）Bode圖包括對數(shù)幅頻特性曲線和對數(shù)相頻特性曲線，兩者的橫坐標(biāo)即頻率坐標(biāo)是按頻率的對數(shù)（以10為底）進(jìn)行分度的，所以對頻率來講，橫坐標(biāo)是不均勻的。在橫坐標(biāo)上，角頻率變化倍數(shù)常用頻程表示。所謂頻程是指高頻與低頻頻率比的對數(shù)，因為lg10=1，因此角頻率變化10倍，在橫坐標(biāo)上的距離相差1個單位，即橫坐標(biāo)上的每等分格叫做一個10倍頻程，以dec(decade)表示。三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計

對數(shù)幅頻特性縱坐標(biāo)以值表示，其定義對數(shù)相頻特性曲線的縱坐標(biāo)是相角的度數(shù)，取不同得ω，求得L(ω),θ(ω),做出的圖即為BODE圖。三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計(dB)2.穩(wěn)定性判據(jù)與穩(wěn)定裕量

對數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)是用開環(huán)頻率特性曲線來判斷系統(tǒng)閉環(huán)的穩(wěn)定性，這在實際工程中是很有實用價值的。(1)對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)用開環(huán)頻率特性判別系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的條件為三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計或者三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計穩(wěn)定不穩(wěn)定(2)穩(wěn)定性裕量在系統(tǒng)開環(huán)頻率特性中引入一個穩(wěn)定性裕量來衡量系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。

相位裕量增益裕量三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計（工程中一般取300～600）（工程中一般取6db）4.系統(tǒng)的校正按照校正裝置在系統(tǒng)中的聯(lián)接方法，可把校正分為串聯(lián)校正和并聯(lián)校正。(1)串聯(lián)校正校正裝置串聯(lián)在前向通道中稱為串聯(lián)校正。如圖所示，串聯(lián)校正裝置一般都放在前向通道的前端，以減小功率消耗。三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計(2)并聯(lián)校正按校正環(huán)節(jié)的并聯(lián)方式，并聯(lián)校正可分為反饋校正和順饋校正。下圖所示反饋校正是從系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)的輸出中取出信號，經(jīng)過校正網(wǎng)絡(luò)加到該環(huán)節(jié)前面某一環(huán)節(jié)的輸入端，并與那里的輸入信號疊加，從而改變信號的變化規(guī)律，實現(xiàn)對系統(tǒng)校正的目的。應(yīng)用比較多的是對系統(tǒng)的部分環(huán)節(jié)建立局部負(fù)反饋。三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計下圖所示順饋校正是從輸入(包括干擾)測取信號，經(jīng)過校正網(wǎng)絡(luò)，再加給系統(tǒng)的回路，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)校正的目的。三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計四、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計計算

確定脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)根據(jù)系統(tǒng)精度要求確定，對于開環(huán)伺服系統(tǒng)，一般取=0.005-0.01mm/pulse初選步進(jìn)電機(jī)指：選擇步進(jìn)電機(jī)的類型和步矩角混合式：兼以上二者優(yōu)點，但價格高反應(yīng)式：小、f高、價格低，功耗大永磁式：大、f低，功耗小，斷電后仍有制動力矩

確定減速傳動比按產(chǎn)品樣本中給出的主要技術(shù)參數(shù)選用傳動比公式：計算出的傳動比較小時，采用一級齒輪傳動或同步帶傳動傳動比較大時，采用多級齒輪傳動齒輪傳動級數(shù)增加時，使齒隙和靜摩擦增加，傳動效率降低，故傳動級數(shù)一般不超過3級。傳動級數(shù)的分配原則：傳動比逐級增加（或前小后大原則），使輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小。(1)最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則利用該原則所設(shè)計的齒輪傳動系統(tǒng)，換算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為最小。如右圖，若不計軸和軸承的轉(zhuǎn)動慣量，則根據(jù)系統(tǒng)動能不變的原則，等效到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為：因為：所以：即：令可得(2)重量最輕原則

對于小功率傳動系統(tǒng)，使各級傳動比滿足，即可使傳動裝置的重量最輕。上述結(jié)論對于大功率傳動系統(tǒng)是不適用的，因其傳遞扭矩大，故要考慮齒輪模數(shù)、齒輪齒寬等參數(shù)要逐級增加的情況，此時應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗、類比方法以及結(jié)構(gòu)緊湊之要求進(jìn)行綜合考慮。各級傳動比一般應(yīng)以“先大后小”原則處理。(3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則為了提高機(jī)電一體化系統(tǒng)中齒輪傳動系統(tǒng)傳遞運(yùn)動的精度，各級傳動比應(yīng)按“先小后大”原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤差對輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。設(shè)齒輪傳動系統(tǒng)中各級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差換算到末級輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為，則式中：—第個齒輪所具有的轉(zhuǎn)角誤差；—第個齒輪的轉(zhuǎn)軸至第級輸出軸的傳動比。

計算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量目的：為選擇步進(jìn)電機(jī)動力參數(shù)及進(jìn)行系統(tǒng)動態(tài)分析做基礎(chǔ)圓柱體轉(zhuǎn)動慣量計算公式：折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動慣量Jd計算公式為：

確定步進(jìn)電機(jī)動力參數(shù)步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算：步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩確定：驗算慣量匹配步進(jìn)電機(jī)最大啟動頻率確定：步進(jìn)電機(jī)最大運(yùn)行頻率確定：根據(jù)啟動頻率特性曲線：Tq對應(yīng)的fqmax，實際運(yùn)行的fq<fqmax根據(jù)運(yùn)行頻率特性曲線：TL對應(yīng)的fmax，實際運(yùn)行的f

<fmax電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量與電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)控制在：小慣量電機(jī)（Jm=0.00005kgm2）大慣量電機(jī)（Jm=0.1--0.6kgm2）比值太大，系統(tǒng)動特性受負(fù)載變化干擾；比值太小，不經(jīng)濟(jì)，大馬拉小車。

計算傳動系統(tǒng)剛度通過減速傳動比i和絲杠導(dǎo)程p的合理搭配，使慣量匹配趨于合理。傳動系統(tǒng)的力學(xué)模型可以簡化成如下圖所示的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)圖示絲杠副傳動系統(tǒng)的力學(xué)模型m2KBKCminKBRKNKNR傳動系統(tǒng)的傳動剛度為：此公式計算的主要是拉壓剛度，而絲杠本身的扭轉(zhuǎn)剛度比拉壓剛度大的多，一般不予考慮扭轉(zhuǎn)剛度計算公式為：G為切變摸量

計算死區(qū)誤差

計算定位誤差死區(qū)誤差又稱之為失動量，指啟動或反向時，系統(tǒng)的輸入與輸出運(yùn)動間的差值產(chǎn)生死區(qū)誤差的原因電氣系統(tǒng)和執(zhí)行元件的啟動死區(qū)（不靈敏區(qū)）傳動機(jī)構(gòu)中的間隙導(dǎo)軌副間的摩擦力由綜合拉壓剛度而產(chǎn)生的死區(qū)誤差：F為軸向負(fù)載力由于傳動剛度變化引起定位誤差為：對于開環(huán)系統(tǒng)為系統(tǒng)允許的定位精度

驗算固有頻率固有頻率的計算公式為：m是工作臺質(zhì)量或工作臺絲杠五、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)誤差分析誤差來源誤差校正步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)的步距誤差，一般在左右，突然啟動時有滯后，停止時有超前，從整個系統(tǒng)的誤差看，這一誤差較小，通常忽略不計；齒輪傳動：齒輪副的傳動誤差和間隙會對系統(tǒng)造成誤差；滾珠絲杠副傳動：滾珠絲杠副的軸向間隙產(chǎn)生誤差，而且由于綜合拉壓剛度不足，會產(chǎn)生傳動誤差；其它傳動裝置：聯(lián)軸器、齒型帶傳動和諧波齒輪傳動等都會對系統(tǒng)造成傳動誤差。1、機(jī)械校正：提高機(jī)械裝置自身的精度，減少誤差，如消隙、減少等效轉(zhuǎn)動慣量、提高傳動剛度、提高固有頻率等；2、電子校正：反向死區(qū)補(bǔ)償：利用反向死區(qū)補(bǔ)償電路調(diào)整撥碼開關(guān)進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償電路1.齒輪傳動間隙的調(diào)整方法(1)圓柱齒輪傳動(a)偏心套(軸)調(diào)整法如右圖所示，將相互嚙合的一對齒輪中的一個齒輪4裝在電機(jī)輸出軸上，并將電機(jī)2安裝在偏心套1(或偏心軸)上，通過轉(zhuǎn)動偏心套(偏心軸)的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)間隙。特點是結(jié)構(gòu)簡單，但其側(cè)隙不能自動補(bǔ)償。(b)軸向墊片調(diào)整法如右圖所示，齒輪1和2相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以用軸向墊片3使齒輪2沿軸向移動，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。裝配時軸向墊片3的厚度應(yīng)使得齒輪1和2之間既齒側(cè)間隙小，運(yùn)轉(zhuǎn)又靈活。特點同偏心套(軸)調(diào)整法。(c)雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個做成寬齒輪，另一個用兩片薄齒輪組成。采取措施使一個薄齒輪的左齒側(cè)和另一個薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間隙，反向時不會出現(xiàn)死區(qū)。(2)斜齒輪傳動消除斜齒輪傳動齒輪側(cè)隙的方法與上述錯齒調(diào)整法基本相同，也是用兩個薄片齒輪與一個寬齒輪嚙合，只是在兩個薄片斜齒輪的中間隔開了一小段距離，這樣它的螺旋線便錯開了。(3)錐齒輪傳動(a)軸向壓簧調(diào)整法軸向壓簧調(diào)整法原理如圖6-15，在錐齒輪4的傳動軸7上裝有壓簧5，其軸向力大小由螺母6調(diào)節(jié)。錐齒輪4在壓簧5的作用下可軸向移動，從而消除了其與嚙合的錐齒輪l之間的齒側(cè)間隙。(b)周向彈簧調(diào)整法將與錐齒輪3嚙合的齒輪做成大小兩片(1、2)，在大片錐齒輪1上制有三個周向圓弧槽8，小片錐齒輪2的端面制有三個可伸入槽8的凸爪7。彈簧5裝在槽8中，一端頂在凸爪7上，另一端頂在鑲在槽8中的鑲塊4上。止動螺釘6裝配時用，安裝完畢將其卸下，則大小片錐齒輪1、2在彈簧力作用下錯齒，從而達(dá)到消除間隙的目的。

2.齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)當(dāng)傳動負(fù)載大時，可采用雙齒輪調(diào)整法。通過預(yù)載裝置4向齒輪3上圖6-17齒輪齒條的雙齒輪調(diào)隙機(jī)構(gòu)。預(yù)加負(fù)載，使大齒輪2、5同時向兩個相反方何轉(zhuǎn)動，從而帶動小齒輪1、6轉(zhuǎn)動，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，消除了齒側(cè)間隙。

(1)雙螺母預(yù)緊原理根據(jù)墊片厚度不同分成兩種形式，當(dāng)墊片厚度較厚時即產(chǎn)生“預(yù)拉應(yīng)力”，而當(dāng)墊片厚度較薄時即產(chǎn)生“預(yù)壓應(yīng)力”以消除軸向間隙。3.滾珠螺旋傳動(2)單螺母預(yù)緊原理（增大滾珠直徑法）