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行星减速机的反向间隙的测量方法
时间: 2019-08-28 09:06 浏览次数:
在 精密减速机 产品系列中, 行星减速机以其体积轻巧, 传动效率高, 减速比范围大, 传动精度高, 动态特性良好, 而被广泛应用于同步伺服电机、步进电机、直流电机等传动系统相匹配的

精密减速机产品系列中, 行星减速机以其体积轻巧, 传动效率高, 减速比范围大, 传动精度高, 动态特性良好, 而被广泛应用于同步伺服电机、步进电机、直流电机等传动系统相匹配的场合。在保证精密传动的前提下, 行星减速机主要用于降低转速、增加扭矩和降低负载惯量 (或电机) 的转动惯量比。

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衡量一款行星减速机性能是否优良, 有以下几个关键参数:反向间隙、传动效率、额定输出扭矩、使用寿命、减速比、运行噪音、径向受力大小、横向受力大小及工作温度等。其中反向间隙是比较关键的参数, 直截影响到精密行星减速机的输出精度。本文将就反向间隙进行分析并给出具体的测量方法。


2 反向间隙的定义

反向间隙又称回程间隙, 其定义为:将输出端固定, 输入端顺时针和逆时针方向旋转, 使输出端产生额定扭矩的±2%扭矩时, 精密减速机输入端有一个微小的角位移, 此角位移即为回程间隙, 单位是“分”, 也有人称之为背隙。


弧分与角度的关系:整圆的角度为360度, 1度为60弧分[1]。


3 反向间隙产生的原因分析

3.1 行星减速机的内部结构及运动机理

随着人们对精密行星减速机体积、工作效率和可靠性的要求越来越高, 精密的内部结构也就显得尤为重要。行星减速机内部结构如图1所示:中间的太阳轮与减速机的输入端为一体, 与周围的行星齿轮构成减速轮系;行星齿轮与输出轴相连, 并同减速机壳体的内齿轮相啮合, 构成整个传动系统[2]。


运动时, 动力由左端输入, 通过电机带动太阳轮, 太阳轮再与行星轮进行啮合, 带动行星轮运动, 行星轮的外侧与壳体上的内齿轮相啮合。整体运行中行星轮一边作旋转运动, 一边围绕太阳轮中心作公转运动, 类似于天文上的行星系运动, 故得名行星式减速机。行星轮安装在行星架上, 行星架与输出轴为一体。


行星轮与太阳轮的半径成一定的比例, 其中减速比与太阳轮的半径有直接的关系。


当伺服电机通过精密减速机输入端高速带动太阳轮旋转时, 行星轮通过齿轮的啮合按一定的速比随之运动, 并带动输出轴旋转完成减速的过程。这样经过减速后增加了定位分辨率和精度, 同时也增大了输出扭矩。


3.2 行星减速机反向间隙的产生

行星减速机内部齿轮传动如图2所示, 一般为一个太阳轮, 带动3个行星轮进行动力传动。影响精密减速机输出精度的主要因素是齿轮精度、系统装配精度。


(1) 齿轮自身精度


齿轮自身精度与齿轮的加工工艺、齿轮加工工作母机和原材料有直截关系。齿轮加工的精度等级越高, 减速机的整体精度就越高。


(2) 装配精度


装配精度跟装配人员的素质、装配工具、检测设备等有直截关系。


精密行星减速机的整体精度直接体现在减速机的反向间隙上:反向间隙越大, 精度就越差;反之, 精度就越高。


间隙大小的实际表现形式:相互啮合的齿轮, 当从一个旋转方向改变为相反旋转反向的时候, 相互啮合的齿轮接触面脱开, 主动轮啮合齿的另一面与从动轮的另一个相邻齿开始接触。脱开和接触这两个动作, 理论上应该同时进行, 实际传动运行中, 脱开和接触的过程中会有一个小的角度间隔, 如图3所示。


  齿轮啮合中的角度空行程

 齿轮啮合中的角度空行程     


因为有角度间隔的存在, 在行星减速机的传动上就表现为空行程的产生:同步伺服电机相连的输入端能及时响应伺服的动作, 而输出端则处于无动作状态, 导致输入端产生空行程, 从而影响了精密减速机输出的精度。


4 传统的反向间隙测量方法

4.1 采用塞规测量反向间隙

用塞规测量反向间隙的方法, 就是在一对相互啮合的齿轮中, 转动其中任意一个齿轮, 使其轮齿与另一齿轮的轮齿相互紧贴, 用塞规测量轮齿另一侧的非工作表面的反向间隙[3]。


优点:由于行星减速机的轮齿的表面很光滑, 易于塞规的插入与退出, 并且塞规作为一种普遍的测量工具, 操作很简单[4]。


缺点:在实际测量过程中, 由于一个反向间隙一般不能一次测量出结果, 需要使塞规在间隙内的松紧程度适当, 需要试探几次才行[5]。在一对齿轮从开始接触到相互离开的整个啮合期间, 非工作表面之间的间隙由于收到加工和安装的影响并不一致, 这就需要在整个啮合的范围内, 连续测量, 找出其中最小的间隙当作测量结果。由于受到行星减速机结构所限, 在操作测量中, 受到操作空间的影响, 增加了实际工作量[6]。


4.2 采用咬铅条法测量反向间隙

把铅条放在齿轮副的轮齿之间, 转动齿轮对其进行滚压后的铅条相邻两边最薄处的厚度之和, 就是所要测量的反向间隙。这种测量方法的特点是, 不直接得出结果, 而是要通过间接测量铅条的厚度得出[7]。


优点:对于反向间隙本身比较大的齿轮副来说, 可以使铅条在完整的情况下压制成形, 尤其是在操作空间受到限制的条件下测量, 更能突显出方便性, 因而必用塞规测量的方法在时间上相对节省一些[8]。


缺点:铅条的厚度与硬度会严重影响到反向间隙测量的精度, 在实际操作过程中不同的齿轮对铅条的厚度和硬度要求也不同。对于经验不足的工程师来讲, 增加的测量的难度。


5 基于摆杆偏摆的理论模型的背隙测量方法

5.1 摆杆偏摆的理论模型及各参数间的相互关系式

摆杆的偏摆计算模型如下图所示, 通过该模型, 可以比较直观的得到各参数间的相互关系[9]。


F[N]—减速机输出端受力


TN[N m]—减速机额定输出扭矩


r[m m]—输出端摆杆半径


α[°]—减速机实际反向间隙


β[°]—减速机标称反向间隙


x[m m]—摆杆实际偏摆距离


X zul[m m]—理论偏摆距离

各参数之间的关系如下:


  

5.2 反向间隙的实际测量方法

实际检测中, 要根据反向间隙的定义反向来进行测量:固定精密减速机的输入端, 以精密减速机额定输出扭矩的±2%按正、逆时针方向旋转精密减速机的输出端, 这时在精密减速机的输出端会产生一个小的角度偏差, 此角度偏差值即为我们所求的反向间隙。


精密减速机输出轴轴径尺寸有限, 此时测量到的变化不明显, 尤其是角度测量也没有很好的工具。通常我们采用放大测量的方法:在减速机输出轴上加一半径为r的摆杆, 在半径r处施加大小为F的力, 这时在摆杆上同一点会产生前后偏摆量x, 测得此偏摆量x反推角度变化α即可。


5.3 反向间隙是否超标的判断依据

根据以上计算结果, 可通过对比两个参数来判断减速机精度是否超标:


(1) 偏摆距离比对;


如x≤X zul, 则减速机精度不存在问题。


(2) 偏摆角度比对。


如α≤β, 则行星减速机精度不存在问题。


实际工作中, 通过对比偏摆距离的方法会比较直观, 推荐用第一种方法来进行判断。此方法比较适用于现场工程人员快速判断减速机精度是否存在问题。


6 结束语

本文介绍了行星减速机的传动结构及回程间隙产生的机理, 对塞规测量和咬铅条法这两种常见的测量反向间隙的方法进行比较。并根据摆杆偏摆的理论模型给出了新颖而实用的测量方法。通过比对减速机输出端的偏摆距离, 工程人员在现场能比较直观快速的判定精密减速机的精度是否存在问题。此法也可以应用于其它类似的测量场合, 尤其是角度测量。


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