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齒輪基礎知識:反沖與空轉

劉敏 ? 2023-03-09 15:16 ? 次閱讀

電機位置控制精度的重要性因應用而異。對于帶有直流電機驅動輪的農場中的 AGV,位置控制精度可能不像手術機器人那樣重要,手術機器人的切口由伺服電機步進電機控制。

我們自己建立了一個,現(xiàn)在我們知道了解每個制造商的所有不同規(guī)格和術語是多么困難。重要的是要有一個清晰的理解,以避免以后發(fā)生潛在的災難。 < >7軸機械

在電機和齒輪箱組裝產品中,“背隙”被列為標準規(guī)格,用于表示電機和負載之間的傳動部件(即:齒輪、導程/滾珠絲杠)的機械精度。然而,某些類型的齒輪沒有齒隙,因此使用另一個術語“空轉”來描述機械精度。

什么是反彈?

齒隙是指電機齒輪箱內嚙合齒輪之間的游隙或間隙。當大約 2% 的負載扭矩施加到齒輪軸上時,會測量扭轉齒隙。出于多種原因,強烈反對是必要的。首先,齒輪制造并非 100% 完美。制造公差、軸承尺寸、熱考慮因素和其他實際考慮因素導致了這種不準確性。其他原因是為潤滑劑留出空間、減少齒輪中的摩擦和/或允許金屬膨脹。

減速機或齒輪箱用于增加電機的扭矩(和慣性負載)并降低速度。它包含外殼、齒輪、軸和軸承。當齒輪嚙合在一起時,齒輪之間實際上有一個微小的間隙。這在精度很重要的應用中引入了不準確性,因為負載軸可能會移動間隙的距離。看下圖會更容易理解。

poYBAGQIWA6AKwknAABQONPmtlA734.jpg

反彈的差異

根據(jù)其設計不同,會表現(xiàn)出不同程度的反沖。例如,正齒輪的齒隙最大,行星齒輪箱的齒隙小,諧波齒輪箱沒有齒隙。市場上還提供混合諧波行星齒輪箱。 < >齒輪技術

這是一個行星齒輪設計如何最大限度地減少齒隙的示例。

pYYBAGQIWBKALa3cAAFNSmmBw5I049.jpg

齒輪類型與齒隙

下表按齒輪類型、特性、扭矩、齒隙、基本分辨率和輸出軸速度列出了我們的大部分減速電機。

pYYBAGQIWBaAOdGZAAHhcb_Lsu0766.jpg

為什么反彈很重要?

齒隙以度或弧分或弧秒為單位測量。雖然這在電機上看起來可能是一個非常小的值,但在某些應用(例如機械臂)中,此誤差會隨著距離的增加而增加。下圖顯示了從手臂的一端到另一端的偏差有何不同。

poYBAGQIWBiAbL-uAABU2YWnE14292.jpg

什么是丟步?

當應用約 5% 的最大扭矩時,空轉是系統(tǒng)中從相反方向反復接近某個位置時的最大偏差。由于施加的扭矩,工程師經常將空轉與扭轉反沖混淆。空轉是一個更廣泛的術語。導致空轉的因素有齒隙、齒隙、傳動機構的強度和材料變形(機械滯后損失)。由于諧波齒輪沒有背隙,空轉被用作齒輪精度的參考。

pYYBAGQIWBuAFBOSAAB-e8dy-SE791.jpg

有什么方法可以消除反彈?

這取決于。簡單的方法是購買諧波齒輪步進電機(無反沖)。

提示:一個老把戲
再看看右圖。
你會如何消除紅色的反彈?

poYBAGQIWA6AKwknAABQONPmtlA734.jpg

假設頂部齒輪由電機驅動,底部齒輪驅動負載。為了避免上圖中的紅色部分,訣竅是保持最上面的齒輪(和電機)順時針旋轉(與藍色箭頭相反)。只要頂部齒輪和底部齒輪始終保持接觸,就可以避免出現(xiàn)紅色區(qū)域,從而消除齒隙。但是,這僅適用于單向應用程序。
對于雙向應用,訣竅是每次都從同一個方向接近目標位置。
讓我們以一個簡單的應用程序為例。您的電機正在 0 到 90 度之間來回運動。但是,當您返回原位(0 度)時,雙向運動的反沖會導致負載在精度公差之外停止。
下一次,執(zhí)行相同的兩個動作,但是當你回到起始位置時,有意稍微超過起始位置,停下來,然后再次接近它(從與 90 度移動相同的方向)。這樣,電機始終沿相同方向接近目標位置。反彈被消除。但是,這僅適用于移動之間有額外停留時間的應用程序。
概括

齒隙是齒輪箱中齒輪齒之間的游隙或間隙。換句話說,齒隙是齒輪軸的運動,而電機軸是固定的。用數(shù)學術語來說,它是嚙合齒輪之間的空間寬度減去一個齒輪齒的寬度。

空轉是指在減速機輸出軸上施加相當于容許扭矩 5% 左右的負載扭矩時,在兩個方向上發(fā)生的總位移。 換句話說,空轉是電機軸運動時齒輪軸的運動損失,包括齒隙和齒輪滯后損失。

反沖是空轉的一個組成部分。

對于需要最高位置控制精度的應用,建議使用諧波減速機。如果應用可以接受一點反沖,則建議使用諧波行星或行星齒輪箱。對于通用應用或單向應用,直齒或錐形滾齒可能就足夠了。當然,更高的精度成本更高,因此請考慮您的預算。

請記住,運動控制的不準確性是系統(tǒng)中所有單獨組件的組合。除了電機和減速機之外,還必須考慮其他組件的精度。

< >白皮書:步進電機減速機

謝謝閱讀。你如何消除反彈?請給出意見!

審核編輯黃宇

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