申请(专利)号： CN202511715874.X

申请日： 2025.11.21

申请公布号： CN121547097A

公开公告日： 2026.02.17

主分类号： H04B7/185(2006.01)

分类号： H04B7/185(2006.01); H04B1/44(2006.01);

申请权利人： 凯睿星通信息科技（南京）股份有限公司;

发明设计人： 吴跃波; 杨星; 宫标标; 胡方旭; 李文兵; 李江华;

地址： 210000 江苏省南京市雨花台区宁双路19号11幢10楼

国省代码： 江苏;32

代理机构： 南京中擎科智知识产权代理事务所(普通合伙) 32549

代理人： 周权

 

摘要：

本发明涉及卫星通信设备技术领域，公开了一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，其技术方案要点是用于实现多卫星波束信号传输的发射端信号切换系统和接收端信号切换系统，采用以同步带与低速伺服电机构建信号发射、接收路线双传动系统，搭配内置弧形波导路径及限位块‑限位槽限位机构的发射端、接收端波导路径切换结构，并结合电机内置编码器实现半闭环控制的方式，以实现波导精准切换，同时满足结构紧凑、制造成本低及安装难度小的需求。

 

主权项：

1.一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，其特征在于，包括：用于实现多卫星波束信号传输的发射端信号切换系统和接收端信号切换系统；所述发射端信号切换系统包括：第一伺服电机（1）、第一同步带传动组件及发射端波导路径切换组件（5），所述第一伺服电机（1）通过第一同步带传动组件驱动发射端波导路径切换组件（5）动作；所述接收端信号切换系统包括：第二伺服电机（6）、第二同步带传动组件及接收端波导路径切换组件（10），所述第二伺服电机（6）通过第二同步带传动组件驱动接收端波导路径切换组件（10）动作；所述发射端波导路径切换组件（5）和接收端波导路径切换组件（10）均配置有限位机构，用于限制波导路径的切换角度；所述第一伺服电机（1）和第二伺服电机（6）均具备角度控制功能，配合同步带传动组件的无滑差传动特性，实现发射/接收信号路径的精准切换。

1.一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，其特征在于，包括：用于实现多卫星波束信号传输的发射端信号切换系统和接收端信号切换系统；

 

所述发射端信号切换系统包括：第一伺服电机（1）、第一同步带传动组件及发射端波导路径切换组件（5），所述第一伺服电机（1）通过第一同步带传动组件驱动发射端波导路径切换组件（5）动作；

 

所述接收端信号切换系统包括：第二伺服电机（6）、第二同步带传动组件及接收端波导路径切换组件（10），所述第二伺服电机（6）通过第二同步带传动组件驱动接收端波导路径切换组件（10）动作；

 

所述发射端波导路径切换组件（5）和接收端波导路径切换组件（10）均配置有限位机构，用于限制波导路径的切换角度；所述第一伺服电机（1）和第二伺服电机（6）均具备角度控制功能，配合同步带传动组件的无滑差传动特性，实现发射/接收信号路径的精准切换。

 

2.根据权利要求1所述的一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，其特征在于，所述第一同步带传动组件包括：第一主动同步轮（2）、第一同步带（3）及第一从动同步轮（4）；

 

所述第二同步带传动组件包括：第二主动同步轮（7）、第二同步带（8）及第二从动同步轮（9）；

 

所述第一主动同步轮（2）与第一伺服电机（1）的输出轴固定连接，且通过第一同步带（3）与第一从动同步轮（4）啮合；所述第二主动同步轮（7）与第二伺服电机（6）的输出轴固定连接，且通过第二同步带（8）与第二从动同步轮（9）啮合；

 

所述第一同步带（3）和第二同步带（8）的材质均为聚氨酯+玻璃纤维绳，且断裂强度≥1500N。

 

3.根据权利要求1所述的一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，其特征在于，所述第一伺服电机（1）和第二伺服电机（6）均为12V直流伺服电机，额定扭矩为0.08Nm，最大转速为120r/min，且均内置16位编码器，采用半闭环位置控制方式，角度定位精度≤±0.1°。

 

4.根据权利要求1所述的一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，其特征在于，所述发射端波导路径切换组件（5）适配安装于第一壳体（26）内，所述第一壳体（26）左右两侧分别设有天线左旋信号发射口（14）和天线右旋信号发射口（15），上下两侧分别设有发射信号自由释放端（16）和BUC信号发射端（17）；

 

所述发射端波导路径切换组件（5）还包括：发射波导发射路径（18）和发射波导释放路径（19），二者均呈弧形设置且与第一壳体（26）内部转动连接，所述BUC信号发射端（17）与BUC信号发射模块（12）连接。

 

5.根据权利要求1所述的一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，其特征在于，所述接收端波导路径切换组件（10）适配安装于第二壳体（27）内，所述第二壳体（27）左右两侧分别设有天线左旋信号接收口（20）和天线右旋信号接收口（21），上下两侧分别设有接收信号自由释放端（22）和LNB信号接收端（23）；

 

所述接收端波导路径切换组件（10）还包括：接收波导接收路径（25）和接收波导释放路径（24），二者均呈弧形设置且与第二壳体（27）内部转动连接，所述LNB信号接收端（23）与LNB信号接收模块（11）连接。

 

6.根据权利要求1所述的一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，其特征在于，所述限位机构包括：限位槽（30）和限位块（31）；所述限位槽（30）分别开设于第一壳体（26）和第二壳体（27）的内部上下表面，所述限位块（31）分别安装于第一圆盘（28）、第二圆盘（29）的上表面，以及发射波导发射路径（18）、接收波导释放路径（24）的外部下表面；

 

所述限位块（31）与对应限位槽（30）滑动连接，且通过二者配合将波导路径的切换角度限定为±90°。

 

7.根据权利要求2所述的一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，其特征在于，所述第一主动同步轮（2）和第二主动同步轮（7）均为11齿，节圆直径为17.50mm；所述第一从动同步轮（4）和第二从动同步轮（9）均为23齿，节圆直径为36.30mm；所述第一主动同步轮（2）与第一从动同步轮（4）的传动比、第二主动同步轮（7）与第二从动同步轮（9）的传动比均为1:2.09。

 

8.根据权利要求4或5所述的一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，其特征在于，所述发射波导发射路径（18）用于连通BUC信号发射模块（12）与天线左旋信号发射口（14）或天线右旋信号发射口（15），输出卫星通信发射信号；所述发射波导释放路径（19）用于连通天线左旋信号发射口（14）或天线右旋信号发射口（15）与发射信号自由释放端（16），释放闲置发射信号；

 

所述接收波导接收路径（25）用于连通LNB信号接收模块（11）与天线左旋信号接收口（20）或天线右旋信号接收口（21），接收卫星波束信号；所述接收波导释放路径（24）用于连通天线左旋信号接收口（20）或天线右旋信号接收口（21）与接收信号自由释放端（22），释放闲置接收信号。

 

9.根据权利要求4或5所述的一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，其特征在于，所述第一壳体（26）、第二壳体（27）、第一圆盘（28）、第二圆盘（29），以及第一主动同步轮（2）、第一从动同步轮（4）、第二主动同步轮（7）、第二从动同步轮（9）的材质均为铝合金6061，且表面热处理等级为T6。

一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构

技术领域

 

本发明涉及卫星通信设备技术领域，更具体地说，它涉及一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构。

 

背景技术

 

随着无线通信技术的快速发展，卫星通信需实现连接多个卫星波束的场景，波导切换装置作为卫星天线终端中的重要结构模块，不仅需具备精准切换功能，还需满足结构紧凑、制造成本低、安装难度小的要求，且民用与军用卫星通信设备对波导相关器件的各方面参数要求更为严苛，因此研究采用不同传动模式实现波导切换的结构设计，在该领域具有重要的指导意义和工业应用价值；

 

当前市场上的波导切换系统主要分为手动切换和自动切换两种，其中自动切换结构一般采用齿轮传动实现，具体通过控制伺服电机或步进电机带动齿轮组转动，进而驱动波导线路在圆腔内转动以完成波导线路切换，此类齿轮传动结构虽在精确计算和良好润滑条件下可实现高效率传动，但存在齿轮工业定制成本较高、齿轮系统各零件安装要求极高，且传动失效原因较多、失效后难以排查的问题。

 

由此，本发明提供了一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，改善了上述技术问题。

 

发明内容

 

本公开实施例旨在针对现有波导自动切换结构中齿轮传动成本高、安装要求严苛且传动失效后难排查的不足，提供一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，本发明采用以同步带与低速伺服电机构建信号发射、接收路线双传动系统，搭配内置弧形波导路径及限位块-限位槽限位机构的发射端、接收端波导路径切换结构，并结合电机内置编码器实现半闭环控制的方式，以实现波导精准切换，同时满足结构紧凑、制造成本低及安装难度小的需求。

 

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构，包括：用于实现多卫星波束信号传输的发射端信号切换系统和接收端信号切换系统；

 

所述发射端信号切换系统包括：第一伺服电机、第一同步带传动组件及发射端波导路径切换组件，所述第一伺服电机通过第一同步带传动组件驱动发射端波导路径切换组件动作；

 

所述接收端信号切换系统包括：第二伺服电机、第二同步带传动组件及接收端波导路径切换组件，所述第二伺服电机通过第二同步带传动组件驱动接收端波导路径切换组件动作；

 

所述发射端波导路径切换组件和接收端波导路径切换组件均配置有限位机构，用于限制波导路径的切换角度；所述第一伺服电机和第二伺服电机均具备角度控制功能，配合同步带传动组件的无滑差传动特性，实现发射/接收信号路径的精准切换。

 

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一同步带传动组件包括：第一主动同步轮、第一同步带及第一从动同步轮；

 

所述第二同步带传动组件包括：第二主动同步轮、第二同步带及第二从动同步轮；

 

所述第一主动同步轮与第一伺服电机的输出轴固定连接，且通过第一同步带与第一从动同步轮啮合；所述第二主动同步轮与第二伺服电机的输出轴固定连接，且通过第二同步带与第二从动同步轮啮合；

 

所述第一同步带和第二同步带的材质均为聚氨酯+玻璃纤维绳，且断裂强度≥1500N。

 

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一伺服电机和第二伺服电机均为12V直流伺服电机，额定扭矩为0.08Nm，最大转速为120r/min，且均内置16位编码器，采用半闭环位置控制方式，角度定位精度≤±0.1°。

 

作为本发明的一种优选技术方案，所述发射端波导路径切换组件适配安装于第一壳体内，所述第一壳体左右两侧分别设有天线左旋信号发射口和天线右旋信号发射口，上下两侧分别设有发射信号自由释放端和BUC信号发射端；

 

所述发射端波导路径切换组件还包括：发射波导发射路径和发射波导释放路径，二者均呈弧形设置且与第一壳体内部转动连接，所述BUC信号发射端与BUC信号发射模块连接。

 

作为本发明的一种优选技术方案，所述接收端波导路径切换组件适配安装于第二壳体内，所述第二壳体左右两侧分别设有天线左旋信号接收口和天线右旋信号接收口，上下两侧分别设有接收信号自由释放端和LNB信号接收端；

 

所述接收端波导路径切换组件还包括：接收波导接收路径和接收波导释放路径，二者均呈弧形设置且与第二壳体内部转动连接，所述LNB信号接收端与LNB信号接收模块连接。

 

作为本发明的一种优选技术方案，所述限位机构包括：限位槽和限位块；所述限位槽分别开设于第一壳体和第二壳体的内部上下表面，所述限位块分别安装于第一圆盘、第二圆盘的上表面，以及发射波导发射路径、接收波导释放路径的外部下表面；

 

所述限位块与对应限位槽滑动连接，且通过二者配合将波导路径的切换角度限定为±90°。

 

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一主动同步轮和第二主动同步轮均为11齿，节圆直径为17.50mm；所述第一从动同步轮和第二从动同步轮均为23齿，节圆直径为36.30mm；所述第一主动同步轮与第一从动同步轮的传动比、第二主动同步轮与第二从动同步轮的传动比均为1:2.09。

 

作为本发明的一种优选技术方案，所述发射波导发射路径用于连通BUC信号发射模块与天线左旋信号发射口或天线右旋信号发射口，输出卫星通信发射信号；所述发射波导释放路径用于连通天线左旋信号发射口或天线右旋信号发射口与发射信号自由释放端，释放闲置发射信号；

 

所述接收波导接收路径用于连通LNB信号接收模块与天线左旋信号接收口或天线右旋信号接收口，接收卫星波束信号；所述接收波导释放路径用于连通天线左旋信号接收口或天线右旋信号接收口与接收信号自由释放端，释放闲置接收信号。

 

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一壳体、第二壳体、第一圆盘、第二圆盘，以及第一主动同步轮、第一从动同步轮、第二主动同步轮、第二从动同步轮的材质均为铝合金6061，且表面热处理等级为T6。

 

综上所述，本发明具有以下有益效果：

 

其一、采用同步带传动替代传统齿轮传动，同步带工业定制难度低、制造成本显著低于齿轮组，且传动系统装配时无需严苛的啮合间隙调整，安装要求更宽松，有效解决了现有齿轮传动结构成本高、安装难度大的问题，适配规模化生产需求。

 

其二、通过低速伺服电机搭配内置编码器实现半闭环控制，结合限位块与限位槽的机械限位设计，可精准控制波导路径的旋转角度（如±90°切换），避免路径偏移；同步带传动具有无滑差、传动比恒定的特点，相较于齿轮传动减少了啮合磨损、卡滞等失效风险，且失效原因更易排查，同时抗振动性能满足严苛使用场景要求，提升了卫星通信信号传输的稳定性。

 

其三、发射端与接收端波导路径均采用弧形设计，且集成于独立壳体内部，双传动系统布局紧凑，占用空间小，可灵活适配卫星天线终端的安装空间限制；同时适配多卫星波束连接场景，能实现发射信号与接收信号的高效切换，满足民用、军用卫星通信设备对波导器件的严苛参数要求。

 

其四、同步带传动无需复杂润滑处理，减少了后期维护成本；其柔性传动特性可缓冲冲击载荷，相较于刚性齿轮传动更能适应复杂工况，且同步带与同步轮的啮合传动效率高，配合低速伺服电机的平稳输出，确保波导切换动作快速响应，进一步提升卫星通信的信号切换效率。

 

附图说明

 

图1为本发明实施例提供的一种利用同步带和低速伺服电机传动的自动波导切换结构的立体图；

 

图2为本发明实施例提供的信号发射路线切换系统和信号接收路线切换系统的立体图；

 

图3为本发明实施例提供的发射端波导路径切换结构的结构示意图；

 

图4为本发明实施例提供的发射端波导路径切换结构的结构示意图；

 

图5为本发明实施例提供的初始状态示意图；

 

图6为本发明实施例提供的目标状态示意图；

 

图中：第一伺服电机1、第一主动同步轮2、第一同步带3、第一从动同步轮4、发射端波导路径切换结构5、第二伺服电机6、第二主动同步轮7、第二同步带8、第二从动同步轮9、接收端波导路径切换结构10、LNB信号接收模块11、BUC信号发射模块12、Ka频段天线13、天线左旋信号发射口14、天线右旋信号发射口15、发射信号自由释放端16、BUC信号发射端17、发射波导发射路径18、发射波导释放路径19、天线左旋信号接收口20、天线右旋信号接收口21、接收信号自由释放端22、LNB信号接收端23、接收波导释放路径24、接收波导接收路径25、第一壳体26、第二壳体27、第一圆盘28、第二圆盘29、限位槽30、限位块31。

 

具体实施方式

 

下面结合具体实施例对本申请进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本申请，但不以任何形式限制本申请。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本申请的保护范围。

 

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

 

需要说明的是，如果不冲突，本申请实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。此外，本文所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

 

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

 

此外，下面所描述的本申请各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

 

请参考图1-2，所有组件及零部件均以Ka频段天线13为统一安装基准，Ka频段天线13右侧安装有BUC信号发射模块12（上变频模块/功率放大器）；左侧安装有LNB信号接收模块11（下变频放大模块）。BUC信号发射模块12和LNB信号接收模块11之间设有信号发射路线切换系统和信号接收路线切换系统。

 

信号发射路线切换系统包括：第一伺服电机1、第一主动同步轮2、第一同步带3、第一从动同步轮4、发射端波导路径切换结构5；

 

第一伺服电机1垂直固定于Ka频段天线13一侧，其输出轴与第一主动同步轮2固定连接，第一主动同步轮2通过第一同步带3与第一从动同步轮4啮合连接，啮合深度≥齿高的2/3。

 

信号接收路线切换系统包括：第二伺服电机6、第二主动同步轮7、第二同步带8、第二从动同步轮9、接收端波导路径切换结构10；

 

第二伺服电机6垂直固定于Ka频段天线13一侧，其输出轴与第二主动同步轮7固定连接；第二主动同步轮7通过第二同步带8与第二从动同步轮9啮合连接，啮合深度≥齿高的2/3。

 

请参考图3，发射端波导路径切换结构5包括：第一壳体26、天线左旋信号发射口14、天线右旋信号发射口15、发射信号自由释放端16、BUC信号发射端17、发射波导发射路径18、发射波导释放路径19；

 

请参考图4，接收端波导路径切换结构10包括：第二壳体27、天线左旋信号接收口20、天线右旋信号接收口21、接收信号自由释放端22、LNB信号接收端23、接收波导释放路径24、接收波导接收路径25。

 

请参考图3-6，第一壳体26和第二壳体27均位于第一伺服电机1与BUC信号发射模块12之间并与Ka频段天线13固定连接；第一壳体26左右两侧设有天线左旋信号发射口14和天线右旋信号发射口15；第一壳体26上下两侧设有发射信号自由释放端16和BUC信号发射端17，BUC信号发射端17与BUC信号发射模块12连接；第一壳体26内部对称设有发射波导发射路径18和发射波导释放路径19。

 

第二壳体27左右两侧设有天线左旋信号接收口20和天线右旋信号接收口21；第二壳体27上下两侧设有接收信号自由释放端22和LNB信号接收端23，LNB信号接收端23与LNB信号接收模块11连接；第二壳体27内部对称设有接收波导释放路径24和接收波导接收路径25。

 

发射波导发射路径18和发射波导释放路径19均呈弧形设置且与第一壳体26内部转动连接。接收波导释放路径24和接收波导接收路径25均呈弧形设置且与第二壳体27内部转动连接。

 

第一从动同步轮4下表面固定安装有传动轴，传动轴另一端穿过第一壳体26上表面安装有第一圆盘28，第一圆盘28与第一壳体26内部转动连接且另一侧与发射波导发射路径18和发射波导释放路径19固定连接；

 

第二从动同步轮9下表面固定安装有传动轴，传动轴另一端穿过第二壳体27上表面安装有第二圆盘29，第二圆盘29与第二壳体27内部转动连接且另一侧与接收波导释放路径24和接收波导接收路径25固定连接。

 

第一壳体26和第二壳体27内部上下表面均开设有限位槽30；第一圆盘28和第二圆盘29上表面安装有限位块31；发射波导发射路径18和接收波导释放路径24外部下表面安装有限位块31；多个限位块31位于对应的限位槽30内。

 

发射波导发射路径18、发射波导释放路径19、接收波导释放路径24、接收波导接收路径25的转动限位是由限位块31在限位槽30内的角度行程构成，当转到限位处时，由电机内置编码器(16位分辨率)检测，形成半闭环控制。

 

以“右旋接收/左旋发射”切换至“左旋接收/右旋发射”为例，具体流程如下：

 

初始状态，如图5所示：

 

接收端：LNB信号接收模块11通过接收波导接收路径25与天线右旋信号接收口21连接，天线处于右旋接收状态；左旋接收信号废波从天线左旋信号接收口20进入，经接收波导释放路径24导至接收信号自由释放端22，让其自由释放，以免影响左旋发射性能；

 

发射端：BUC信号发射模块12通过发射波导发射路径18与天线左旋信号发射口14连接，天线处于左旋发射状态；右旋发射信号废波从天线右旋信号发射口15进入，经发射波导释放路径19导至发射信号自由释放端16。

 

切换过程：

 

系统发送切换指令，接收路线切换系统的伺服电机6启动，驱动主动同步轮7逆时针旋转，通过同步带8带动从动同步轮9旋转，使接收波导释放路径24和接收波导接收路径25沿限位槽30逆时针旋转90°；

 

同时，发射路线切换系统的伺服电机1启动，驱动主动同步轮2顺时针旋转，通过同步带3带动从动同步轮4旋转，使发射波导发射路径18和发射波导释放路径19沿限位槽30顺时针旋转90°；

 

当切换结构到达目标位置时，限位块触发电机编码器，电机停止运行。

 

目标状态，如图6所示：

 

接收端：LNB信号接收模块11通过接收波导接收路径25与天线左旋信号接收口20连接，天线切换为左旋接收状态；右旋接收信号废波经接收波导释放路径24导至接收信号自由释放端22；

 

发射端：BUC信号发射模块12通过发射波导发射路径18与天线右旋信号发射口15连接，天线切换为右旋发射状态；左旋发射信号废波经发射波导释放路径19导至发射信号自由释放端16。

 

实施例：第一伺服电机1和第二伺服电机6均采用12V直流伺服电机，其中额定扭矩为0.08Nm，最大转速为120r/min，内置16位编码器，支持半闭环位置控制；

 

第一主动同步轮2和第二主动同步轮7为11齿，节圆直径17.50mm；第一从动同步轮4和第二从动同步轮9为23齿，节圆直径36.30mm；第一同步带3和第二同步带8为5M型闭口环形带，长度192mm，宽度15mm，

 

4个同步轮的材质为铝合金6061，表面热处理等级T6；两个同步带的材质为聚氨酯+玻璃纤维绳（抗拉强度≥1500N），其他固定安装的结构件均为铝合金6061。

 

第一同步带3和第二同步带8的运动行程30mm，限位块的角度行程±90°，最大速度0.11m/s，重复定位精度±0.02mm，相邻端口切换时间≤1.2s。射频特性保证在26.5-40GHz全频段内电压驻波比≤1.20，插入损耗≤0.3dB，端口隔离度≥70dB。机械寿命设计指标为50万次切换操作，在此期间定位精度衰减不超过初始值的20%。环境适应性符合工业设备标准，工作温度-10℃~+50℃，相对湿度≤95%无凝露，抗振动性能满足MIL-STD-202G方法。

 

同步轮-同步带啮合齿数验证评估传动可靠性计算如下：

 

主动同步轮(第一主动同步轮2和第二主动同步轮7)啮合齿数齿。通常要求，满足设计要求。传动比。电机（第一伺服电机1和第二伺服电机6）转速100r/min时，从动同步轮（第一从动同步轮4和第二从动同步轮9）转速。同步带（第一同步带3和第二同步带8）速度(其中，L_1=55mm为电机每转位移)。速度波动主要来源于同步带节距误差(5M带典型±0.03mm)，理论速度波动率Δv/v=0.03/5=0.6%，实际通过张力控制可降至0.3%以下。

 

同步轮运行速度参数校验计算如下：

 

主动同步轮11齿(5M节距)，节圆直径。电机每转对应同步带直线位移L=11齿×5mm=55mm。因此，同步带速度v(m/s)与电机转速n(r/min)的关系为v=n×55/1000/60=n×0.000917。在最大转速120r/min时，v-max=120×0.000917≈0.11m/s。加速度设定为0.5m/s²(考虑低速平稳性)，则加速时间，加速距离。对于30mm行程，匀速段时间，总切换时间，满足≤0.8s要求。

 

同步带拉力强度验算如下：

 

电机额定扭矩T=0.08Nm，转换为同步带有效拉力。考虑工况系数Ka=1.2(平稳负载，每天工作12小时)，设计拉力Fd=Fu×Ka=9.14×1.2≈10.97N。5M-15型同步带(聚氨酯+玻璃纤维绳)的断裂强度≥1500N，安全系数S=Fbr/Fd=1500/10.97≈137，绝对强度充足。

 

同步带弯曲疲劳强度验算如下：

 

同步带弯曲疲劳是主要失效模式，5M同步带的弯曲疲劳寿命基于Miner累积损伤理论计算。根据计算公式：弯曲应力σ_b=E×y/R=1000×0.75/8.75≈85.7MPa(中性层距齿根0.75mm)。根据制造商S-N曲线，在σ_b=85.7MPa、频率<1Hz(120r/min)条件下，寿命>次循环。考虑安全系数6.87，设计更换周期为次或5年(先到为准)。

 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。