07 方案对比与选型评估（丝杆螺母+连杆 vs 蜗轮摆动+摇臂）
重要修正（2026-10-13 用户第 3 条）：方案二传动链为
步进→蜗杆→65齿蜗轮→内52直齿→20直齿→双向丝杆(⌀8×86)→蜗轮(⌀20.7,z20)→摇臂(22.5)→叶片翻转
—— 两方案共用同一前段，差异只在末级。以下刚性、回差、响应全部按此重算。
7.1 两方案真实传动链
| 传动链 | 蜗杆→输出总减速 |
|---|
| 方案一 | 蜗杆 → 65蜗轮 → 内52 → 20齿 → 双向丝杆 → 螺母 → 连片(l=25) → 叶片杆(L=25) | 25 : 1（丝杆转速）→ 再经丝杆转直线（螺距 4） |
| 方案二 | 蜗杆 → 65蜗轮 → 内52 → 20齿 → 双向丝杆 → 蜗轮(z20) → 摇臂(22.5) → 叶片翻转 | 25 × 20 = 500 : 1 |
前端 6 个零件两方案完全共用；方案二只是在丝杆末端加了「z20 蜗轮 + 摇臂」，去掉了「螺母 + 连片 + 叶片杆」。
7.2 运动与分辨率（修正后）
| 项目 | 方案一 | 方案二 |
|---|
| 每脉冲转角（1600 细分） | 0.000222° | 0.000450° |
| 0→15° 脉冲数 | 67 413 | 33 333 |
| 0→15° 时间 @20 kHz | 3.37 s | 1.67 s |
| @30 kHz | 2.25 s | 1.11 s |
| 800 细分 @30 kHz | 1.12 s | 0.56 s |
| 电机侧需求扭矩（20 m/s） | 0.026 N·m → SF 46 | 0.036 N·m → SF 33 |
| 电机侧需求扭矩（30 m/s） | 0.059 N·m → SF 20 | 0.081 N·m → SF 15 |
修正结论：方案二响应只比方案一快 2~3 倍（不是此前误算的 48 倍）；两者电机侧余量都极大（SF 15~46）。
7.3 强度校核（决定性差异仍在末级）
| 环节 | 方案一 | 方案二 |
|---|
| 末级受力 | 丝杆转推力 → 连杆 175 N(20m/s) / 393 N(30m/s) | z20 蜗轮直接承扭 4.37 / 9.82 N·m |
| 蜗轮齿根校核 | 蜗轮 65 齿仅需承 0.32 N·m → SF 26.7 ✅ | z20 蜗轮（青铜 b11.3）容量 2.17 N·m → SF 0.50 ❌ |
| 补强后 | — | 45 钢调质 + 齿宽 18 ⇒ 8.64 N·m ⇒ SF 1.98（20 m/s） |
| 30 m/s | SF 11.9 ✅ | 0.22 → 0.88 ❌ 必须靠机械限位 |
补强 3 项（方案二专用）：① 蜗轮改 45 钢调质 + 齿宽 11.3→18；② 15° 顺桨位加机械限位/死点（让阵风载荷走结构不压齿面）；③ 顺桨阈值 20 m/s，顺桨后锁定。
图 07-a 三方案对比：末级蜗轮 SF（27.4 / 0.88 / 0.46）、补强后（27.4 / 6.44 / 2.90）、响应（3.37 / 1.67 / 1.25 s）
7.4 刚性 / 回差分析（本轮新增）
| 项目 | 方案一 | 方案二 |
|---|
| 输出侧主导刚度 | 丝杆轴向刚度（⌀8, L86）= 122 741 N/mm → 折算 ≈6.2×10⁴ N·m/rad | 摇臂弯曲（10×12, L22.5）= 3EI/L³ → 折算 ≈4.0×10⁴ N·m/rad；但蜗轮啮合刚度仅估 1~2×10³ N·m/rad（软） |
| 折算角变形（4.37 N·m） | < 0.01° | 估 0.1~0.5°（蜗轮啮合主导） |
| 输出侧回差来源 | 丝杆-螺母轴向间隙 + 连杆铰链 ⇒ 约 0.1~0.3° | 末级蜗轮啮合 ≈0.1° ＋ 摇臂销配合间隙（实测孔 ⌀4.5 / 销 ⌀4 = 0.5 mm ⇒ 折算 1.27° ❌ 必须改 H7/g6） |
| 前级回差折算 | 8 级串联，但每级折算要除以后续传动比 ⇒ 影响小 | 500:1 折算 ⇒ 前级回差几乎可忽略 ✅ |
| 自锁 | 蜗杆 + 丝杆（两级自锁） | 蜗杆 + 丝杆（同为两级自锁）✅ |
刚性结论：方案一的输出刚度由丝杆轴向刚度决定，比方案二高约 30 倍；方案二的输出刚度被末级蜗轮啮合"软化"，负载 4.4 N·m 下约 0.1~0.5° 弹性变形（若要求高精度调姿需注意）。
回差结论：方案二前级回差被 500:1 折掉，占优；但摇臂销必须改成配合件（H7/g6，间隙 ≤0.02 mm），否则 0.5 mm 间隙会带来 1.27° 空程，直接吃掉精度。
7.5 全维度对比（修正版）
| 维度 | 方案一（丝杆螺母+连杆） | 方案二（蜗轮摆动+摇臂） | 胜 |
|---|
| 前端零件 | 共用 6 类 | 共用 6 类 | 平 |
| 末级零件 | 螺母+连片+叶片杆（3 类） | z20 蜗轮+摇臂（2 类） | 二（略） |
| 输出强度 SF（20 m/s） | 26.7 | 0.50（补强 1.98） | 一 |
| 输出刚度 | ≈6.2×10⁴ N·m/rad | ≈1~2×10³ N·m/rad | 一 |
| 负载角变形 | <0.01° | 0.1~0.5° | 一 |
| 输出侧回差 | 0.1~0.3° | ≈0.1°（但销配合须改） | 二（需整改） |
| 分辨率 | 0.000222° | 0.00045° | 一（2×） |
| 0→15° 响应 | 3.37 s | 1.67 s | 二（2×） |
| 自锁 | 两级 | 两级 | 平 |
| 动态动作能力 | 弱 | 较强 | 二 |
| 体积/高度占用 | 需长丝杆行程（6.74 mm）+ 连杆 | 摆动式，占用小 | 二 |
| 制造/装配 | 连杆铰链需精配 | 摇臂销需精配（H7/g6） | 平 |
7.6 选型结论（修正后）
修正带来的变化
此前按「方案二 = 蜗杆:蜗轮 1:20」算，结论是"方案二快 48 倍但扭矩不足"。按正确传动链（500:1）重算后：
- 响应优势缩小到 2~3 倍（1.67 s vs 3.37 s）
- 电机侧余量两方案都极大（SF 15~46），不是选型瓶颈
- 真正的瓶颈是末级蜗轮的齿根强度（方案二 0.5 vs 方案一 26.7）
- 刚性：方案一高约 30 倍（方案一由丝杆轴向刚度主导，方案二由蜗轮啮合主导）
建议
| 场景 | 推荐 |
|---|
| 叶轴角以「调姿 + 顺桨保护」为主，追求安全与精度 | ⭐ 方案一 —— 输出环节几乎不受力（SF 26.7）、刚度高 30 倍、分辨率高 2 倍、两级自锁 |
| 必须做动态动作（舞蹈/拍打），要求 ≥2 倍响应 | 方案二 + 补齐 3 项补强（45 钢蜗轮 b18、机械限位、顺桨锁定），并把摇臂销改为 H7/g6 配合 |
| 想两全 | 前端共用 ⇒ 先按方案一出图，后续只需替换末级模块（螺母/连杆 → 蜗轮/摇臂）即可切换 |
本报告倾向：方案一为主选（安全性、刚度、精度全面占优，且两方案共用前端，末级可后续切换）；方案二只有在"动态动作是硬需求"时才值得承担末级强度与刚性的代价。
7.7 下一步
- 请确认选型倾向 → 我据此出末级模块加工图 + 3D 总成
- 若选方案二：先出机械限位块 + 45 钢蜗轮（b18）图纸
- 更新控制映射：方案一
0→15° = 67 413 脉冲；方案二 = 33 333 脉冲