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                  技術探討
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                  伺服用減速機背隙概念

                  1. 背隙(backlash


                  摩擦輪只有在理想中是沒有相對滑動,實際上為了保證沒有相對滑動,人們使用了齒輪,在圓周面上均勻排列著一定數量的齒形以確保沒有相對滑動,同時為了避免回轉時嚙合的輪齒互相干涉,而設置一定量的公差,這個便是背隙的由來。

                  B-19

                  良好的齒輪傳動系統,需要在傳動部件之間有一定的“間隙”。間隙可以避免干涉,磨損,過熱,確保一定的潤滑,補償制造公差等。齒輪嚙合間隙就意味著齒輪的齒間空隙要比齒寬稍微大點。同樣,我們在滾動軸承上也會發現有一定的間隙,即在軸承的內圈,滾動體(球形,滾柱),外圈之間的微小空隙。通常,軸或孔的鍵和鍵槽也會有間隙的。齒輪箱主要零件的間隙(主要來自齒側間隙)會導致在負載反轉時,即使輸入軸鎖定(不轉),輸出軸也會轉一個小的角度。軸的“空載轉角”就稱為齒輪箱的轉動背

                  隙。如圖B-20所示。 B-20

                  理論上,產生背隙并不需要任何扭矩,然而在實際的應用中,需要一定的扭矩來克服零件的摩擦。當間隙已消除,隨著扭矩的增加,零件呈彈性變形,從輸出軸來看,似乎轉動的角度取決于扭矩,并且其大小就是齒輪箱的剛度。實際應用中的扭矩特性曲線如上圖B-21所示。曲線的斜率越高表示減速機的剛性越差。


                  在沒有負載反轉或反轉后的位置不是很關鍵的應用場合,齒輪箱的背隙并不是個重要的問題。 B-21


                  在負載頻繁反向的精確定位應用中(如機器人,一些自動控制設備等),背隙直接影響了定位精度。因此,針對這些應用設計的伺服齒輪箱都會被做成具有非常低的、嚴格控制的間隙和高剛度。


                  2.背隙定義與測量

                  如何定義和測量背隙

                  從輸出端來定義背隙,這是一個不成文的工業標準。輸出端測量的背隙對輸入端的影響基本上取決于減速比。


                  輸出端背隙 = i × 輸入端空轉

                  注意!上面的公式是理論的。在實際測量中有偏差,尤其是多級齒輪箱,因為每一級間隙的影響取決于這個間隙在整個齒輪動鏈所處的位置,并且在每個嚙合環節,間隙并不是完全相同的。

                  伺服齒輪箱的背隙通常以角分為單位,1角分=1/60。不幸的是,經常稱背隙為“弧分”,這是個數學或物理上的無稽之談,因為角度的弧度定義中并沒有分的概念。


                  比如說,500毫米直徑的齒輪與齒輪之間的空隙是0.4毫米,那么背隙就是:

                  [0.4mm/ ( 2 * 3.14 *500mm)] x 360度 x 60 = 2.75 角分

                  齒輪箱的樣本中背隙所標注的所有數值實際是“角分”。低背隙精密減速機的背隙應該小于5角分,標準背隙精密減速機背隙值在5角分至30角分之間不等。


                  3.背隙的測量方法:

                  盡管看上去微不足道,要正確的測量齒輪箱的背隙要求合適的測試工具和儀器。固定齒輪箱和輸入軸的夾具的剛度要盡可能的高。輸出軸轉動角度可以直接通過高精度編碼器或者間接方法來測量。間接方法是指在輸出軸上安裝一個比較長的剛性力臂,用千分表來測量一定距離的位移,并計算出相對應的轉動角度。

                  因為要求一定的扭矩來克服系統的所有間隙,最精確的方法是測量齒輪箱的一個完整的負載往復循環(從零到順時針方向的額定負載扭矩值,然后卸載,扭矩反向到逆時針額定扭矩值),見右圖B-21。通過這個方法,就可以得到齒輪箱完整的滯環曲線,不僅可以決定實際的回沖,且決定齒輪箱的抗扭剛度和任一負載下的loss motion。(loss motion我們在后面會解釋其含義。

                  有時也可以用一簡單的方法近似測量:確保輸出軸順時針預緊后卸載,反向施加額定負載扭矩值的2%扭矩。用千分表來測量安裝在輸出軸上的剛性力臂距回轉中心一定距離處的位移,并計算出相對應的轉動角度。


                  3.扭轉剛性(stiffness

                  剛性 (彈性值的倒數)描述的是由于齒輪部件的彈性變形引起帶載輸出軸存在的扭曲,剛度和彈性是由齒輪箱的測出扭轉偏差/負載的比值確定。如圖B-20和圖B-21所示。剛度的單位是指產生單位扭轉偏差需要的扭矩。一般使用的單位是:Nm/rad。


                  4.滯后損失(lost motion,Hysteresis loss

                  如圖B-20所示,在輸出端,當逐步施加力矩到額定力矩后,再逐步釋放力矩到0,這時,傳動角并沒有同樣回到0,而是存在一個很小的滯后值,這個數值就稱之為滯后損失。

                  由于harmonic,sejin,RV等齒輪箱沒有背隙,但存在這種因為彈性變形造成的誤差。

                  在行星減速機中,沒有使用loss motion這個概念,但從圖B-21中可以看出同樣存在,只是在這些相對低精度的齒輪箱中,背隙是主要因素,所以通常廠家不再提這種誤差,而是將其歸結到扭轉剛性中。 B-22

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