一、傳動(dòng)精度的概念
傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度主要包括傳動(dòng)誤差和空程誤差兩部分。
1 傳動(dòng)誤差
傳動(dòng)誤差是指輸人軸單向回轉(zhuǎn)時(shí), 輸出軸轉(zhuǎn)角的實(shí)際值相對(duì)于理論值的變動(dòng)量。
由于傳動(dòng)誤差的存在, 使輸出軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)而超前, 時(shí)而滯后。若傳動(dòng)裝置各組成零部件齒輪、軸、軸承、箱體制造和裝配絕對(duì)準(zhǔn)確, 同時(shí)又忽略使用過(guò)程中的溫度變形和彈性變形, 那么, 在傳動(dòng)過(guò)程中, 輸出軸轉(zhuǎn)角Φ1 與輸人軸轉(zhuǎn)角電應(yīng)符合如下理想關(guān)系：
這時(shí), 輸人軸若均勻回轉(zhuǎn), 輸出軸亦均勻回轉(zhuǎn)；輸人軸若反向回轉(zhuǎn), 輸出軸亦無(wú)滯后地立即反向回轉(zhuǎn)。當(dāng)i=1 時(shí)Φ0與Φ1之間的關(guān)系曲線如圖1(a) 中的直線1。實(shí)際上, 各組成零部件不可能制造和裝配得絕對(duì)準(zhǔn)確, 而在使用過(guò)程中還會(huì)存在溫度變形和彈性變形。因此, 在傳動(dòng)過(guò)程中輸出軸的轉(zhuǎn)角總會(huì)存在誤差。圖1(b) 中的曲線2 表示單向回轉(zhuǎn)時(shí), 由于存在傳動(dòng)誤差△Φ 甲, 輸出軸的Φ0與輸人軸的電之間的關(guān)系。
2空程誤差
空程誤差是與傳動(dòng)誤差既有聯(lián)系又有區(qū)別的另一類(lèi)誤差。空程誤差可以定義為輸人軸由正向回轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蚧剞D(zhuǎn)時(shí), 輸出軸在轉(zhuǎn)角上的滯后量。也可以把它理解成輸人軸固定時(shí), 輸出軸可以任意轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角量。空程誤差使輸出軸不能立即隨著輸人軸反向回轉(zhuǎn)。即反向回轉(zhuǎn)時(shí), 輸出軸產(chǎn)生滯后運(yùn)動(dòng)。輸人軸轉(zhuǎn)角與輸出軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線與磁滯回線相似, 如圖1(b)中的曲線3 所示。
當(dāng)主動(dòng)輪從電Φ=0 開(kāi)始正轉(zhuǎn)時(shí), Φ0無(wú)輸出; 過(guò)a點(diǎn)后, 兩輪嚙合, 從動(dòng)輪按速比正向轉(zhuǎn)動(dòng)b從b 點(diǎn)開(kāi)始Φ反向時(shí), 吼無(wú)輸出, 主動(dòng)輪轉(zhuǎn)過(guò)齒間(從b到c ); 從c 點(diǎn)開(kāi)始兩輪在齒的另一側(cè)接觸, 從動(dòng)輪才開(kāi)始按速比反向轉(zhuǎn)動(dòng); Φ1 回到0 時(shí), Φ不是0 , 主動(dòng)輪繼續(xù)反轉(zhuǎn)到d ,吼達(dá)到零。這就是常說(shuō)的齒隙滯遲回回線。
需要注意;定義傳動(dòng)誤差和空程誤差時(shí), 均是對(duì)轉(zhuǎn)角而言的, 因此其單位均為角度單位角分(‘)或角秒(“)。當(dāng)在齒輪節(jié)圓上來(lái)討論時(shí), 傳動(dòng)誤差和空程誤差具有線值的形式, 單位常為微米(μm)。對(duì)一個(gè)齒輪來(lái)講,轉(zhuǎn)角誤差的角值△Φ及其在節(jié)圓上的線值△ 之間有下列關(guān)系;
(2) 空程誤差并不一定只在反向時(shí)才有意義, 即使是單向回轉(zhuǎn), 空程誤差對(duì)傳動(dòng)精度亦可能有影響。例如在單向回轉(zhuǎn)中, 當(dāng)輸出軸上受到一個(gè)與其回轉(zhuǎn)方向一致的足夠大的外力矩作用時(shí), 由于空程誤差的存在, 其轉(zhuǎn)角可能產(chǎn)生一個(gè)超前量;又如在單向回轉(zhuǎn)過(guò)程中, 當(dāng)輸人軸突然減速時(shí), 若輸出軸上的慣性力矩足夠大, 由于空程誤差的存在, 輸出軸的轉(zhuǎn)角亦有可能產(chǎn)生一個(gè)超前量。
傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差和空程誤差對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)性能的影響, 隨其在系統(tǒng)中所處的位置不同而不同。
二、提高傳動(dòng)精度的結(jié)構(gòu)措施
提高傳動(dòng)精度的結(jié)構(gòu)措施有;
(1)適當(dāng)提高零部件本身的精度;
(2) 合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈, 減少零部件制造、裝配誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響;
(3) 采用消隙機(jī)構(gòu), 以減少或消除空程。
1適當(dāng)提高零部件本身的精度
這是指提高各傳動(dòng)零部件本身的制造、裝配精度。例如, 為了減小傳動(dòng)誤差, 一般可采用6 級(jí)精度的齒輪, 甚至采用5級(jí)或4級(jí)精度。為了減小空程, 一般可選用較小的側(cè)隙或零側(cè)隙, 甚至“負(fù)側(cè)隙” 。負(fù)側(cè)隙是在加工齒輪時(shí), 使實(shí)際齒厚比理論齒厚有稍許增加。這樣, 傳動(dòng)時(shí)在輪齒發(fā)生干涉的部位, 借助微量的彈性變形來(lái)補(bǔ)償。采用負(fù)側(cè)隙后, 傳動(dòng)效率將顯著下降。選用較小的中心距偏差, 亦可減小空程。
對(duì)減速傳動(dòng)鏈來(lái)說(shuō), 提高末級(jí)的精度, 效果最為顯著。例如, 有的動(dòng)力傳動(dòng)裝置, 前幾級(jí)均采用7級(jí)精度的齒輪, 而末級(jí)選用了6 級(jí)精度的齒輪。
此外, 傳動(dòng)裝置的輸出軸與負(fù)載軸之間的聯(lián)軸器本身的精度, 對(duì)傳動(dòng)精度的影響也很顯著, 要予以足夠的重視。
2 合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈
這里介紹三種方法:
(1)合理選擇傳動(dòng)型式
在傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)中, 各種不同型式的傳動(dòng), 達(dá)到的精度是不同的。一般說(shuō)來(lái), 圓柱直齒輪與斜齒輪機(jī)構(gòu)的精度較高, 蝸桿、蝸輪機(jī)構(gòu)次之, 圓錐齒輪則更次之。在行星齒輪機(jī)構(gòu)中, 諧波齒輪精度最高, 漸開(kāi)線行星齒輪機(jī)構(gòu)、少齒差行星齒輪機(jī)構(gòu)次之, 擺線針齒輪行星齒輪機(jī)構(gòu)更次之。
(2)合理確定級(jí)數(shù)和分配各級(jí)傳動(dòng)比減少傳動(dòng)級(jí)數(shù), 就可減少零件數(shù)量, 也就減少了產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)。對(duì)減速傳動(dòng)鏈, 各級(jí)傳動(dòng)比宜從高速級(jí)開(kāi)始, 逐級(jí)遞增, 且在結(jié)構(gòu)空間允許的前提下,盡量提高末級(jí)傳動(dòng)比。一般來(lái)說(shuō), 減速傳動(dòng)采用大的傳動(dòng)比, 可使從動(dòng)輪半徑增大, 從而提高了角值精度。
(3) 合理布置傳動(dòng)鏈
在減速傳動(dòng)中, 精度較低的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如圓錐齒輪機(jī)構(gòu)、蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu))應(yīng)布置在高速軸上, 這樣可減小低速軸上的誤差。
如圖2 所示, 精度較低的圓錐齒輪副對(duì)精自整角機(jī)軸的傳動(dòng)精度的影響, 圖(a) 要比圖(b)小。
圖4 是兩個(gè)傳動(dòng)鏈方案的比較。在(a) 方案中,A 為主動(dòng), D為從動(dòng); 在(b) 方案中, C 為主動(dòng),B 為從動(dòng)。
設(shè)齒輪副在小齒輪軸上的角值誤差為△ AB, 蝸輪副在蝸輪軸上的角值誤差為△CD 。, 并令△AB= △CD= △ ,則(a)方案中, 從動(dòng)軸D 的總誤差為:
顯然, (a)方案要比(b) 方案好。一般來(lái)說(shuō), 當(dāng)要求減小由于傳動(dòng)零件的制造、裝配誤差所引起從動(dòng)軸的角值誤差時(shí), 應(yīng)在從動(dòng)軸之前選用減速鏈, 因?yàn)檫@樣可以使各項(xiàng)誤差對(duì)從動(dòng)輪的影響, 經(jīng)過(guò)減速的作用而減小。
3 采用消隙機(jī)構(gòu)
消隙機(jī)構(gòu)的型式很多, 下面結(jié)合實(shí)際舉出幾個(gè)例子。
(1) 中心距可調(diào)消隙
這是一種常用的消隙方法, 它是在裝配時(shí)根據(jù)嚙合情況調(diào)整中心距, 以達(dá)到減小齒隙的目的。中心距可調(diào)消隙機(jī)構(gòu)如圖5 所示。其中圖(a) 中有一個(gè)留有調(diào)整間隙(一般為0.01~0.03mm) 的軸承套, 它與齒輪基本同心; 圖(b) 使用了一個(gè)偏心軸承套; 圖(c) 使用了雙偏心軸承套。在一個(gè)輪系中, 可調(diào)齒輪常與固定齒輪交替排列。一般將調(diào)整部分設(shè)計(jì)成整個(gè)可動(dòng)的, 或者齒輪裝在外伸懸臂軸上, 調(diào)整時(shí)就便于保持軸的平行度。
對(duì)于減速輪系, 最后一級(jí)齒輪副對(duì)空程的影響最大,因此將最后一級(jí)齒輪副設(shè)計(jì)成中心距可調(diào), 最為有利。這種消隙機(jī)構(gòu)即可用于數(shù)據(jù)傳動(dòng), 亦可用于動(dòng)力傳動(dòng)。
(2)彈簧加載雙片齒輪消隙這是一種常用的消隙方法。圖6所示為一種拉簧加載雙片齒輪。圖中1為與軸固定的固定齒輪片,2為空套在軸上的浮動(dòng)齒輪片, 又稱(chēng)加載齒輪。兩片齒輪用拉簧拉緊。裝配時(shí), 使兩片齒輪叉開(kāi)1~3個(gè)齒, 保證彈簧有一個(gè)預(yù)緊力。螺釘是在安裝調(diào)整時(shí)用作固緊.
(3) 螺旋傳動(dòng)的消隙
圖7(a) 所示為一種軸向消隙機(jī)構(gòu), 螺母分兩部分, 擰動(dòng)小螺母, 可使左邊部分螺母變形, 從而調(diào)整軸向間隙。圖7（b）為另一種軸向消隙機(jī)構(gòu), 圖中螺距S1不等于S , 但是S1≈S。圖7(c) 為徑向消隙機(jī)構(gòu)。圖8所示為彈簧加載消隙原理圖, 由于螺母在彈簧作用下,始終與絲桿螺紋單面接觸, 從而達(dá)到消隙目的。
消隙方法很多, 在此僅就常用的方法加以例舉。此外, 傳動(dòng)鏈的消隙方法也有很多種類(lèi)。例如輔助輪系消隙； 輔助力矩電動(dòng)機(jī)加載消隙； 雙傳動(dòng)鏈預(yù)緊齒輪消隙； 雙傳動(dòng)鏈摩擦阻尼消隙；雙傳動(dòng)鏈彈簧加載消隙； 雙傳動(dòng)鏈電消隙等。
三、結(jié)束語(yǔ)
本文從傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度出發(fā), 闡述了傳動(dòng)誤差和空程誤差的概念, 進(jìn)而提出了提高傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度的結(jié)構(gòu)措施。
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