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行星反向背隙及其背隙的测量方法
2015-05-14 09:31:31

行星反向背隙及其背隙的测量方法
 

行星反向背隙及其背隙的测量方法

 

在减速机产品系列中,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。

    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。

 

1、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,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。

 

2、反向间隙产生的原因分析

2.1 行星减速机的内部结构及运动机理

随着人们对减速机体积、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下图所示: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。

行星减速机

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截的关系。

当伺服电机通过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。 

   

2.2 行星减速机反向间隙的产生

    行星减速机内部齿轮传动如下图所示,一般为一个太阳轮,带动3个行星轮进行动力传动。

行星减速机

影响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。

行星减速机

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2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。

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,从而影响了减速机输出的精度。

 

3、反向间隙的测试方法

3.1反向间隙的实际测量方法

实际检测中,要根据背隙的定义反向来进行测量:固定减速机的输入端,以减速机额定输出扭矩的±2%按正、逆时针方向旋转减速机的输出端,这时在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背隙。

因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。

 

3.2 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。

行星减速机

F[N]—减速机输出端受力

TN[Nm]—减速机额定输出扭矩

r[mm]—输出端摆杆半径

α[°]—减速机实际背隙

β[°]—减速机标称背隙

x[mm]—摆杆实际偏摆距离

Xzul[mm]—理论偏摆距离

各参数之间的关系如下:

F=          (公式1)

α=arcsin()       (公式2)

Xzul=sinβ×r       (公式3)

 

3.3 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2个参数来判断减速机精度是否超标:

   1、偏摆距离比对

   如x≤Xzul,则减速机精度不存在问题。

   2、偏摆角度比对

如α≤β,则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服务人员快速判断减速机精度是否存在问题。

 

4、结论

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,并给出了实用的测量方法。通过比对减速机输出端的偏摆距离,我们在客户现场能比较直观快速的判定减速机的精度是否存在问题,从而提高我们客互现场服务的专业性和工作效率。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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