机械传动方案创新设计指导书

1、机械传动方案创新设计1 实验目的 理论与实验并不是同步教学，造成两者之间的脱节。为了解决这一问题，本实验增加相关的机械理论基础支撑。使学生将实验中的零件实物，与其对应理论特性关联起来，以深化理论教学。 借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，学生可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。 通过实验测试,深化理论知识，验证仿真结果。将实验-理论-仿真三者有机结合，形成一套相互印证的理论虚拟现实一体化机械基础实验课程，从而使学生形成科学的工程问题解决思路。实验课程关系

2、及具体路线见图1，2。图1实验课程关系图图2机械传动方案创新设计实验具体路线2 实验设备1) 基础平板：其上布置由纵横交错的长槽，主要为了适应不同拼装组合时的中心距变化要求。 2) 电机:含齿轮减速电机、永磁直流电机部件、交流电机。3）磁粉负载：根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的。磁粉制动器具有激磁电流和传递转矩基本成线性关系。在该实验台中作为功率测试加载（负载）使用。 4）直齿圆柱齿轮：含8级精度直齿圆柱齿轮和10级精度直齿圆柱齿轮。5）轴类零件：含阶梯轴、键（光）轴、销轴。6）皮带轮 ：含小带轮和大带轮。7）链轮 ：含小链轮和大链轮。8）联轴器 ：含挠性爪型联轴器和套筒联轴器。9）支座类：含

3、曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构的支座、轴承座及轴承座支座。10）平面机构用零件：曲柄、滑块和连杆。11）特殊标准件 ：槽用螺栓；槽用螺栓；槽钢用方斜垫圈3 仿真软件Adams/MachineryAdams/Machinery通过几何形状创建、子系统连接等自动化动作来引导用户进行预处理，使用户能够更加高效地创建一些通用的机械部件。同时还为通常所需的输出通道提供自动绘制和报告，从而帮助用户进行后处理。1）齿轮模块通过选择正齿轮（内部/外部）、螺旋齿轮（内部/外部）、伞形齿轮（直线和螺旋）、双曲线齿轮、蜗轮齿轮及齿条齿轮来选择齿轮类型，见图3； 根据实际工作中心距和齿厚，采用接触建模方法来研究齿间隙；

4、通过行星齿轮向导创建行星齿轮组； 在后处理器中生成与齿轮有关的输出； 采用自动模型参数化作为参考来进行设计探查。 图3 齿轮传动模拟 图4 带传动模拟2）皮带模块通过选择PolyV型槽皮带、梯形带齿皮带及平滑带来选择皮带类型，见图4；采用二维联结建模方法来计算当旋转轴与球形轴之一平行时段节与皮带轮之间的接触力；采用几何形状设置值来定义皮带轮的位置和几何参数；将张紧滑轮应用到皮带系统上，以便张紧额外的松弛度并控制皮带的走行；使用作用向导将作用力或者运动施加到皮带系统的任意皮带轮上。3）链模块通过选择滚子链和无声链来选择链类型，见图5；采用二维联结建模方法来计算当旋转轴与球形轴之一平行时链节与链轮

5、之间的接触力；将线性、非线性或高级合规性应用到滚子链上；将枢轴、平移或固定导板应用到链系统上；使用作用向导将作用力或者运动施加到链系统的任意链轮上。图5 链传动模拟4）轴承模块从14种不同的滚动元件轴承类型中进行选择；从24,000多种成品轴承和/或输入值的库中直接查找轴承参数值；计算轴承反作用力，可选择采用由MSC软件合作伙伴KISSsoft提供的非线性刚性响应嵌入式技术；从超过120种油基和油脂基轴承润滑剂中进行选择；根据对加载、润滑、速度及轴承几何形状敏感的行业标准来预测轴承使用寿命（在指定的仿真条件下）。4实验原理从实现系统功能角度来看，机械系统主要包括下列一些子系统：动力系统、传动系

6、统、执行系统、操纵系统及测试、控制系统，如图6所示。动力系统传动系统执行系统操纵系统与控制系统图6 机械系统构成图5 实验内容5.1多轴传动包含计算传动比、转速、转矩；旋向的判定；多轴传动的安装及调整；在相同传动比的情况下，不同传动类型的对比；多轴传动结构尺寸的测量；针对具体的多轴传动作对比测试；噪声测量。 5.1.1理论部分机械传动系统方案设计1 合理选择传动形式选择传动形式常根据一些指标来进行如：传动效率、输入输出轴的布置、外廓尺寸、质量、工作寿命、可靠性、价格以及结构工艺性。1） 对于小功率的传动，在满足工作性能的前提下，选用结构简单、初始费用低的传动，如带传动、链传动、普通精度的齿轮传

7、动。2） 对于大功率的传动，尤其是需要长期连续运行的传动，应优先选用传动效率高的传动形式如 高精度齿轮传动3 ）要求传动尺寸紧凑时，应优先选用齿轮传动、蜗杆传动、行星齿轮传动。蜗杆传动结构紧凑的优点只有在大传动比时显著。硬齿面齿轮减速器，承载能力大的新型蜗杆减速器和谐波传动都具有传动比大、结构紧凑等特点。4） 当传动的噪音受到严格限制时，应优先选用带传动、蜗杆传动、摩擦传动或螺旋传动。5 ）当运动有同步要求和精确的传动比要求时，只能采用齿轮传动、蜗杆传动、同步带传动、链传动。2 安排好各级传动或机构的先后顺序带传动：一般安排在运动链的高速级斜齿直齿圆柱齿轮：斜齿圆柱齿轮在高速级 直齿圆柱齿轮在

8、低速级圆锥圆柱齿轮传动：圆锥齿轮在高速级（尺寸较小易于制造） 圆柱齿轮在低速级闭式开式齿轮传动：闭式齿轮在高速级 开式齿轮在低速级 对转变运动形式的传动或机构，如螺旋传动、连杆机构和凸轮机构，通常安排在运动链的末端，靠近执行构件，这样安排运动链最为简单。3 合理分配传动比1）各种传动均有一个合理使用的传动比范围2）一级传动的传动比如果过大，其外廓尺寸将会很大，宜分成两级或多级传动3）对于减速的多级传动，按照“前小后大”的原则分配传动比。5.1.2实验内容1.带传动与齿轮传动组合1）实验内容首先搭接带传动（高速）+齿轮传动(低 )的传动方案。分析系统能够传递的最大扭矩。测量观察系统的运转情况，并

9、给出初步的结论。 然后搭接齿轮传动（高速）+带传动（低速）的传动方案。分析系统能够传递的最大扭矩。测量观察系统的运转情况，并给出初步的结论。 2.实验过程与步骤 首先搭接带传动（高速）+齿轮传动(低速)的传动方案。确保系统安装好后，手动运转良好后，调整制动器的制动力，记录系统能够稳定传动的最大扭矩时，制动器上施加的制动带的张力。 然后搭接齿轮传动（高速）+带传动（低速）的传动方案。确保系统安装好后，手动运转良好后，调整制动器的制动力，记录系统能够稳定传动的最大扭矩时，制动器上施加的制动带的张力，见图7。图7 带传动与齿轮传动组合系统实物图2.链传动与齿轮传动组合1）实验内容 首先搭接链传动（高

10、速）+齿轮传动（低速）的传动方案。观察测量系统在不同转速下的噪声情况，并给出初步的结论。 然后搭接齿轮传动（高速）+链传动（低速）的传动方案。观察测量系统在不同转速下的噪声情况，并给出初步的结论。 2）实验过程与步骤 首先搭接链传动（高速）+齿轮传动（低速）的传动方案。确保系统安装好后，手动运转良好后，通电运行，测量不同转速下的噪声（噪声测量位置需根据系统特点，确定出几个测量点），记录系统在电机转速为 50rpm、100rpm、200rpm、300rpm 下的噪声。然后搭接齿轮传动（高速）+链传动（低速）的传动方案。确保系统安装好后，手动运转良好后，通电运行，测量不同转速下的噪声（噪声测量位置

11、需根据系统特点，确定出几个测量点），记录系统在电机转速为 50rpm、100rpm、200rpm、300rpm 下的噪声，见图8。图8 链传动与齿轮传动组合系统实物图5.1.3齿轮、带、链仿真1计算机仿真1）打开计算机，在桌面上找到相应软件，双击鼠标左键打开软件，出现仿真教学软件界面。在文件菜单中选择新建，建立一个新文件图9所示；图9 仿真软件界面2）在machinery工具栏点齿轮模型，输入大小齿轮参数并生成模型,建立完成的大小齿轮,添加并修改驱动,然后仿真。如图10所示；图10 齿轮传动仿真3）在machinery工具栏点带传动模型，输入大小带轮轮参数并生成模型，建立完成的大小带轮，输入参

12、数建立皮带模型，添加并修改驱动，仿真，查看计算结果。如图11所示；图11 带轮传动仿真3）在machinery工具栏点链传动模型，输入大小链轮轮参数并生成模型，输入参数建立链条模型，添加并修改驱动，仿真，查看计算结果，见图12。图12 链轮传动仿真5.1.4 实验要求1）对机械传动方案的特点，及各零件在传动中的特点；2）简述所搭建传动方案的作用、功能、特点及所能完成的运动；3）仿真齿轮、带、链传动；4）将理论、实验、仿真相结合，深化理解传动零件的特点。5.1.5 思考题1）带传动的特点，及应用场合？2）链传动的特点，及应用场合？3）带链传动的运动比较？4）直齿轮的特点，及应用场合？5）斜齿轮的

13、特点，及应用场合？5.2机构传动包含曲柄滑块、曲柄摇杆和凸轮机构。5.2.1理论部分机构理论急回特性：两个连架杆中，一为曲柄，一为摇杆。通常曲柄主动，摇杆从动，但也有摇杆主动的情况。应用例：牛头刨床进给机构、雷达调整机构、缝纫机脚踏机构、复摆式腭式破碎机、钢材输送机等。图13 急回特性当曲柄匀速转动时，摇杆作变速摆动，而且往复摆动的平均速度是不同的。若将平均速度小的行程作为工作行程（正行程），将平均速度大的行程作为非工作行程（反行程），那么，我们把曲柄摇杆机构这种正、反行程平均速度不等的特性称为急回特性。急回特性很有用，牛头刨床、往复式运输机等机械就常常利用急回特性来缩短非生产时间，提高生产率

14、。急回特性常用行程速比系数K（摇杆反、正行程平均速度之比）来度量。死点：摇杆为主动件的曲柄摇杆机构，当曲柄与连杆两次共线时，忽略连杆质量的情况下，连杆是二力杆，因此连杆对曲柄的作用力通过曲柄铰链中心A，给曲柄的驱动力矩为，机构就会出现卡死或运动不确定的现象。这种机构出现卡死或运动不确定的位置点称为死点。死点通常有害，应设法消除。消除方法有： 对从动曲柄施加附加力矩。 利用构件自身或飞轮的惯性。 多组相同机构错开一定角度布置。图14 死点5.2.2实验内容1.曲柄滑块机构1）实验内容 通过安装理解安装过程如何保证精度满足设计要求。 通过测量运动副中的间隙，体会间隙的存在对于系统的振动影响。并初步

15、设计运动副的间隙测量方法。 观察不同系统在不同速度下的运动情况，分析振动产生的主要原因，提出消除振动的解决方案。 2）实验过程与步骤： 首先安装好电机，然后安装一对直齿轮减速器，小齿轮轴通过十字滑块联轴器和电机相联结，大齿轮轴通过的输出端上安装曲柄，注意各个轴的平行度。然后按照计算值，选择好滑块导轨的位置与高度（教师根据学生的班级分组，并给定偏心量e值 ），注意导轨的放向与曲柄回转轴线是有垂直度要求的，否则会导致系统卡死或者由于轴承中径向力的轴向分部不均匀，导致系统过早损坏。 使用直角尺进行测量与调整。然后安装连杆。手动试运转系统，确保安装好后系统通电，依靠电机缓慢驱动曲柄摇杆机构转动。看安装

16、的机构运转是否正常。试运转时，首先从低速开始，输入轴的最高转速不能超过300rpm。2.曲柄摇杆机构1）实验内容： 首先按照要求搭接好电机和一级齿轮减速器或一级链轮减速器，减速器的低速轴作为输出轴，其上安装曲柄，通过计算确定出机架的长度，初步安装摇杆的支撑座，摇杆的回转中心高度和曲柄的回转中心高度一致。安装好连杆，作微量调整确保曲柄摇杆机构的四个回转副的轴线平行。安装好机械系统后，将驱动电机调整到 50rpm、100rpm、200rpm、300rpm 下，测量摇杆的最大转速，将测量值与理论计算值进行比较，分析产生误差的原因。2）实验过程与步骤： 首先安装好电机，然后安装一对直齿轮（减速器），小

17、齿轮轴通过十字滑块联轴器和电机相联结，大齿轮轴通过的输出端上安装曲柄，注意各个轴的平行度。 然后按照计算值，选择好摇杆的回转支撑位置，并测量其回转轴线与曲柄回转轴线的平行度，安装好连杆。手动试运转系统，确保安装好后系统通电，依靠电机驱动曲柄摇杆机构转动。看安装的机构运转是否正常。试运转时，首先从低速开始，输入轴的最高转速不能超过300rpm。3.凸轮机构1）实验内容： 首先按照要求搭接好电机和一级齿轮减速器或一级链轮减速器，减速器的低速轴作为输出轴，其上安装凸轮，顶杆的回转中心高度和凸轮的回转中心高度一致。安装好机械系统后，将驱动电机调整到 50rpm、100rpm、200rpm、300rpm

18、 下，测量顶杆的位移、速度和加速度，将测量值与理论计算值进行比较，分析产生误差的原因。2）实验过程与步骤： 首先安装好电机，然后安装一对直齿轮（减速器），小齿轮轴通过十字滑块联轴器和电机相联结，大齿轮轴通过的输出端上安装曲柄，注意各个轴的平行度。 减速器的低速轴作为输出轴，其上安装凸轮，顶杆的回转中心高度和凸轮的回转中心高度一致。手动试运转系统，确保安装好后系统通电，依靠电机驱动凸轮机构转动。看安装的机构运转是否正常。试运转时，首先从低速开始，输入轴的最高转速不能超过300rpm。5.2.3机构仿真1计算机回路仿真1）打开计算机，在桌面上找到相应软件，双击鼠标左键打开软件，出现仿真教学软件界面

19、。在文件菜单中选择新建，建立一个新文件图15所示；图15仿真软件界面2）曲柄滑块：输入点坐标建立几何点，参数化建立连杆、滑块的几何模型，添加各部件之间的运动关系，添加并修改驱动，仿真，查看计算结果如图16所示；图16曲柄滑块仿真3）曲柄摇杆：输入点坐标建立几何点，参数化建立连杆、滑块的几何模型，添加各部件之间的运动关系，添加并修改驱动，仿真，查看计算结果如图17所示； 图17 曲柄摇杆仿真4）凸轮机构：建立凸轮与推杆的几何模型，添加各部件之间的运动关系，添加并修改驱动，仿真，查看计算结果，查看计算结果如图18所示； 图18 凸轮仿真5.2.4 实验要求1）掌握机械机构的特点；5.2.5 思考题

20、1）什么是急回特性，用实验数据描述？2）什么是死点？5.3牛头刨机构传动5.3.1理论部分滑枕带着刨刀，作直线往复运动的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。中小型牛头刨床的主运动（见机床）大多采用曲柄摇杆机构（见曲柄滑块机构）传动，故滑枕的移动速度是不均匀的。大型牛头刨床多采用液压传动，滑枕基本上是匀速运动。滑枕的返回行程速度大于工作行程速度。由于采用单刃刨刀加工，且在滑枕回程时不切削，牛头刨床的生产率较低。机床的主参数是最大刨削长度。牛头刨床主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床和移动式牛头刨床等。普通牛头刨床（见图）由滑枕带着

21、刨刀作水平直线往复运动，刀架可在垂直面内回转一个角度，并可手动进给，工作台带着工件作间歇的横向或垂直进给运动，常用于加工平面、沟槽和燕尾面等。仿形牛头刨床是在普通牛头刨床上增加一仿形机构，用于加工成形表面，如透平叶片。移动式牛头刨床的滑枕与滑座还能在床身（卧式）或立柱（立式）上移动，适用于刨削特大型工件的局部平面，见图19。图19 牛头刨床机构5.3.2实验内容1）实验内容 通过安装理解牛头刨机构的急回特性。 通过变换机构尺寸，观察机构变化对系统运动的影响。 观察牛头刨机构在不同速度下的运动情况。 2）实验过程与步骤： 首先安装好电机，然后安装一对直齿轮减速器，小齿轮轴通过十字滑块联轴器和电机

22、相联结，大齿轮轴通过的输出端上安装曲柄，注意各个轴的平行度。先安装曲柄摇杆机构，曲柄安装在大齿轮轴上。然后在安装连杆滑块机构。 安装完毕后，手动试运转系统，确保安装好后系统通电，依靠电机缓慢驱动曲柄摇杆机构转动。看安装的机构运转是否正常。试运转时，首先从低速开始，输入轴的最高转速不能超过300rpm。5.3.3机构仿真1计算机回路仿真1）打开计算机，在桌面上找到相应软件，双击鼠标左键打开软件，出现仿真教学软件界面。在文件菜单中选择新建，建立一个新文件图20所示；图20 仿真软件界面2） 输入点坐标建立几何点，参数化建立连杆、滑块及刨刀的几何模型，添加各部件之间的运动关系，添加并修改驱动，仿真，

23、查看计算结果；图21 牛头刨床机构仿真5.3.4 思考题 1)试阐述牛头刨床的工作原理？永磁交流伺服电机位置反馈传感器检测相位与电机磁极相位的对齐方式2008-11-07来源：internet浏览：504 主流的伺服电机位置反馈元件包括增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等。为支持永磁交流伺服驱动的矢量控制，这些位置反馈元件就必须能够为伺服驱动器提供永磁交流伺服电机的永磁体磁极相位，或曰电机电角度信息，为此当位置反馈元件与电机完成定位安装时，就有必要调整好位置反馈元件的角度检测相位与电机电角度相位之间的相互关系，这种调整可以称作电角度相位初始化，也可以称作编码器零位调整或对齐。

24、下面列出了采用增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等位置反馈元件的永磁交流伺服电机的传感器检测相位与电机电角度相位的对齐方式。增量式编码器的相位对齐方式 在此讨论中，增量式编码器的输出信号为方波信号，又可以分为带换相信号的增量式编码器和普通的增量式编码器，普通的增量式编码器具备两相正交方波脉冲输出信号A和B，以及零位信号Z；带换相信号的增量式编码器除具备ABZ输出信号外，还具备互差120度的电子换相信号UVW，UVW各自的每转周期数与电机转子的磁极对数一致。带换相信号的增量式编码器的UVW电子换相信号的相位与转子磁极相位，或曰电角度相位之间的对齐方法如下： 1.用一个直流电源给

25、电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.用示波器观察编码器的U相信号和Z信号； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.一边调整，一边观察编码器U相信号跳变沿，和Z信号，直到Z信号稳定在高电平上（在此默认Z信号的常态为低电平），锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，Z信号都能稳定在高电平上，则对齐有效。 撤掉直流电源后，验证如下： 1.用示波器观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，编码器的U相信号上升沿与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合，编码器的Z信号

26、也出现在这个过零点上。 上述验证方法，也可以用作对齐方法。 需要注意的是，此时增量式编码器的U相信号的相位零点即与电机UV线反电势的相位零点对齐，由于电机的U相反电势，与UV线反电势之间相差30度，因而这样对齐后，增量式编码器的U相信号的相位零点与电机U相反电势的-30度相位点对齐，而电机电角度相位与U相反电势波形的相位一致，所以此时增量式编码器的U相信号的相位零点与电机电角度相位的-30度点对齐。 有些伺服企业习惯于将编码器的U相信号零点与电机电角度的零点直接对齐，为达到此目的，可以： 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 2.以示波器

27、观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察编码器的U相信号上升沿和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使上升沿和过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 由于普通增量式编码器不具备UVW相位信息，而Z信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而不作为本讨论的话题。 绝对式编码器的相位对齐方式 绝对式编码器的相位对齐对于单圈和多圈而言，差别不大，其实都是在一圈内对齐编码器的检测相位与电机电角度的相位。早期的绝对式编

28、码器会以单独的引脚给出单圈相位的最高位的电平，利用此电平的0和1的翻转，也可以实现编码器和电机的相位对齐，方法如下： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.用示波器观察绝对编码器的最高计数位电平信号； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.一边调整，一边观察最高计数位信号的跳变沿，直到跳变沿准确出现在电机轴的定向平衡位置处，锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，跳变沿都能准确复现，则对齐有效。 这类绝对式编码器目前已经被采用EnDAT，BiSS，Hyperface

29、等串行协议，以及日系专用串行协议的新型绝对式编码器广泛取代，因而最高位信号就不符存在了，此时对齐编码器和电机相位的方法也有所变化，其中一种非常实用的方法是利用编码器内部的EEPROM，存储编码器随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下： 1.将编码器随机安装在电机上，即固结编码器转轴与电机轴，以及编码器外壳与电机外壳； 2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 3.用伺服驱动器读取绝对编码器的单圈位置值，并存入编码器内部记录电机电角度初始相位的EEPROM中； 4.对齐过程结束。 由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因

30、此存入的编码器内部EEPROM中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻的单圈位置检测数据与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。这种对齐方式需要编码器和伺服驱动器的支持和配合方能实现，日系伺服的编码器相位之所以不便于最终用户直接调整的根本原因就在于不肯向用户提供这种对齐方式的功能界面和操作方法。这种对齐方法的一大好处是，只需向电机绕组提供确定相序和方向的转子定向电流，无需调整编码器和电机轴之间的角度关系，因而编码器可以以任意初始角度直接安装在电机上，且无需精细，甚至简单的调整过程，操作简单，工艺性好。 如果

31、绝对式编码器既没有可供使用的EEPROM，又没有可供检测的最高计数位引脚，则对齐方法会相对复杂。如果驱动器支持单圈绝对位置信息的读出和显示，则可以考虑： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.利用伺服驱动器读取并显示绝对编码器的单圈位置值； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.经过上述调整，使显示的单圈绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的单圈绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算位置点都能准确复现，则对齐有

32、效。 如果用户连绝对值信息都无法获得，那么就只能借助原厂的专用工装，一边检测绝对位置检测值，一边检测电机电角度相位，利用工装，调整编码器和电机的相对角位置关系，将编码器相位与电机电角度相位相互对齐，然后再锁定。这样一来，用户就更加无从自行解决编码器的相位对齐问题了。 个人推荐采用在EEPROM中存储初始安装位置的方法，简单，实用，适应性好，便于向用户开放，以便用户自行安装编码器，并完成电机电角度的相位整定。 正余弦编码器的相位对齐方式 普通的正余弦编码器具备一对正交的sin，cos 1Vp-p信号，相当于方波信号的增量式编码器的AB正交信号，每圈会重复许许多多个信号周期，比如2048等；以及一

33、个窄幅的对称三角波Index信号，相当于增量式编码器的Z信号，一圈一般出现一个；这种正余弦编码器实质上也是一种增量式编码器。另一种正余弦编码器除了具备上述正交的sin、cos信号外，还具备一对一圈只出现一个信号周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信号，如果以C信号为sin，则D信号为cos，通过sin、cos信号的高倍率细分技术，不仅可以使正余弦编码器获得比原始信号周期更为细密的名义检测分辨率，比如2048线的正余弦编码器经2048细分后，就可以达到每转400多万线的名义检测分辨率，当前很多欧美伺服厂家都提供这类高分辨率的伺服系统，而国内厂家尚不多见；此外带C、D信号的正余弦编码器的C、D

34、信号经过细分后，还可以提供较高的每转绝对位置信息，比如每转2048个绝对位置，因此带C、D信号的正余弦编码器可以视作一种模拟式的单圈绝对编码器。 采用这种编码器的伺服电机的初始电角度相位对齐方式如下： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.用示波器观察正余弦编码器的C信号波形； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.一边调整，一边观察C信号波形，直到由低到高的过零点准确出现在电机轴的定向平衡位置处，锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，过零点都能准确复现，则对齐有

35、效。 撤掉直流电源后，验证如下： 1.用示波器观察编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 这种验证方法，也可以用作对齐方法。 此时C信号的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑： 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.一边调整，一边观察编码器的C相信号由低到高的过零点和

36、电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 由于普通正余弦编码器不具备一圈之内的相位信息，而Index信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而在此也不作为讨论的话题。 如果可接入正余弦编码器的伺服驱动器能够为用户提供从C、D中获取的单圈绝对位置信息，则可以考虑： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.利用伺服驱动器读取并显示从C、D信号中获取的单圈绝对位置信息； 3.调整旋变轴与电机轴的相对位置； 4.经过上述调整，使显示的绝对位置值充分接近根据电

37、机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算绝对位置点都能准确复现，则对齐有效。 此后可以在撤掉直流电源后，得到与前面基本相同的对齐验证效果： 1.用示波器观察正余弦编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，验证编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器，也可以存储正余弦编码器随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下： 1.将正余弦随机安装在电机上，即固结编码器转轴与电

38、机轴，以及编码器外壳与电机外壳； 2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 3.用伺服驱动器读取由C、D信号解析出来的单圈绝对位置值，并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性存储器中； 4.对齐过程结束。 由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的驱动器内部EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻由编码器解析出来的与电角度相关的单圈绝对位置值与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位

39、。 这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实现，而且由于记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性存储器位于伺服驱动器中，因此一旦对齐后，电机就和驱动器事实上绑定了，如果需要更换电机、正余弦编码器、或者驱动器，都需要重新进行初始安装相位的对齐操作，并重新绑定电机和驱动器的配套关系。 旋转变压器的相位对齐方式 旋转变压器简称旋变，是由经过特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成的，相比于采用光电技术的编码器而言，具有耐热，耐振。耐冲击，耐油污，甚至耐腐蚀等恶劣工作环境的适应能力，因而为武器系统等工况恶劣的应用广泛采用，一对极（单速）的旋变可以视作一种单圈绝对式反馈系统，

40、应用也最为广泛，因而在此仅以单速旋变为讨论对象，多速旋变与伺服电机配套，个人认为其极对数最好采用电机极对数的约数，一便于电机度的对应和极对数分解。 旋变的信号引线一般为6根，分为3组，分别对应一个激励线圈，和2个正交的感应线圈，激励线圈接受输入的正弦型激励信号，感应线圈依据旋变转定子的相互角位置关系，感应出来具有SIN和COS包络的检测信号。旋变SIN和COS输出信号是根据转定子之间的角度对激励正弦信号的调制结果，如果激励信号是sint，转定子之间的角度为，则SIN信号为sintsin，则COS信号为sintcos，根据SIN，COS信号和原始的激励信号，通过必要的检测电路，就可以获得较高分辨

41、率的位置检测结果，目前商用旋变系统的检测分辨率可以达到每圈2的12次方，即4096，而科学研究和航空航天系统甚至可以达到2的20次方以上，不过体积和成本也都非常可观。 商用旋变与伺服电机电角度相位的对齐方法如下： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出； 2.然后用示波器观察旋变的SIN线圈的信号引线输出； 3.依据操作的方便程度，调整电机轴上的旋变转子与电机轴的相对位置，或者旋变定子与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察旋变SIN信号的包络，一直调整到信号包络的幅值完全归零，锁定旋变； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，信号

42、包络的幅值过零点都能准确复现，则对齐有效 。 撤掉直流电源，进行对齐验证： 1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 这个验证方法，也可以用作对齐方法。 此时SIN信号包络的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑： 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的

43、相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察旋变的SIN信号包络的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使这2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 需要指出的是，在上述操作中需有效区分旋变的SIN包络信号中的正半周和负半周。由于SIN信号是以转定子之间的角度为的sin值对激励信号的调制结果，因而与sin的正半周对应的SIN信号包络中，被调制的激励信号与原始激励信号同相，而与sin的负半周对应的SIN信号包络中，被调制的激励信号与原始激励信号反相，据此可以区别和判断旋变输出的SIN包络信号波形中的正半周和负半周。对齐时，需要取sin由负半周向正半周过渡点对应的SIN包络信号的过零点，如果取反了，或者未加准确判断的话，对齐后的电角度有可能错位180度，从而造成速度外环进入正反馈。如果可接入旋变的伺服驱动器能够为用户提供从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对位置信息，则可以考虑： 1