传动系统选型与配置：精度、效率与成本的综合博弈

传动系统是将动力源的旋转或直线运动，精确、可靠地传递到执行末端的桥梁。选型不当，轻则精度不达标、能耗高，重则频繁故障。选型决策需在精度、刚性、效率、速度、负载与成本之间取得最佳平衡。

主流传动形式对比与选型逻辑

1. 同步带传动：

   • 优点：成本低、传动平稳、噪音小、无需润滑、适合长距离中心距传递。

   • 缺点：刚性低、有弹性伸长、定位精度相对较差、负载能力有限。

   • 适用场景：轻负载、中低速、对绝对精度要求不高的直线运动或同步传动。

2. 齿轮齿条传动：

   • 优点：高刚性、高负载、高速度、长行程无限制、理论精度高。

   • 缺点：成本高、有反向间隙、需润滑、噪音较大、安装精度要求苛刻。

   • 适用场景：大负载、长行程、高速度的龙门式结构，如激光切割机、大型桁架机械手。

3. 滚珠丝杠传动：

   • 优点：高精度（通过预紧消除间隙）、高刚性、高传动效率（>90%）、运动平稳。

   • 缺点：行程受丝杠长度和临界转速限制、成本高、需防尘。

   • 适用场景：中小行程、高精度、高负载的直线定位场合，如精密测量机、数控机床进给轴。

4. 直线电机驱动：

   • 优点：无接触传动、无反向间隙、极高加速度和速度、超高精度、免维护。

   • 缺点：成本极高、发热严重、需强冷却、对磁污染敏感、需高防护。

   • 适用场景：超高速、超高精度、超高加速度的尖端设备，如半导体封装设备、高端检测设备。

选型计算的四个关键步骤

1. 工况分析：确定执行端的负载质量、所需的加速度、最高速度、定位精度和行程。

2. 受力计算：根据运动曲线（梯形或S型），计算加速力、摩擦力、切削力等，确定最大轴向负载和连续工作负载。

3. 初步选型与校核：依据负载、速度、精度要求，初选传动类型和规格。对丝杠需校核压杆稳定性和临界转速；对导轨需计算额定寿命；对电机需验算转矩与惯量匹配。

4. 与驱动单元的匹配：传动系统的惯量与电机的转子惯量之比（惯量比）应控制在推荐值内（通常伺服电机<10，步进电机更小），以确保响应快速、不振荡。

系统集成考量
传动系统不是孤立的。需同步设计支撑轴承座的刚性、导轨的精度与布局、联轴器的补偿能力，以及润滑与密封方案。一个高精度的丝杠，若安装在变形的支撑座上，其性能将无从谈起。选型的终极目标，是让传动系统与机械结构、电控驱动融为一体，和谐稳定地工作。