簡(jiǎn)析自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用中的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒間隙

我們一直在追求靈活、高性能和更加經(jīng)濟(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)

齒輪齒隙是指機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪的齒之間存在的間隙，如圖 1 所示。由于齒輪間隙會(huì)影響精度、效率、噪音、振動(dòng)、磨損、運(yùn)動(dòng)控制、系統(tǒng)復(fù)雜性和安全性，因此我們一直在努力將回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)中齒輪系統(tǒng)的間隙降至最低。盡管齒間隙的重要性因具體應(yīng)用場(chǎng)所而異，但我們?cè)谠O(shè)計(jì)齒輪式回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，仍需仔細(xì)考慮這些因素，確保它們達(dá)到所需的性能和安全標(biāo)準(zhǔn)。

圖1：齒間隙示意

圖2：實(shí)際應(yīng)用中的齒間隙

精度和準(zhǔn)確性

在工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床以及自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備等高精度應(yīng)用中，最大限度地減少回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的齒隙至關(guān)重要。過(guò)大的齒隙會(huì)產(chǎn)生定位不準(zhǔn)確、重復(fù)性的準(zhǔn)確度降低等問(wèn)題，這可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法生產(chǎn)出公差要求嚴(yán)格的產(chǎn)品。

效率和滯后

扭轉(zhuǎn)剛度和齒隙決定了齒輪在負(fù)載和不負(fù)載之間的表面接觸面積，這種現(xiàn)象被稱為滯后。一般來(lái)說(shuō)，滯后是指系統(tǒng)在改變方向時(shí)輸入和輸出之間的滯后。如果制造商無(wú)法提供這些滯后曲線，則可使用損失運(yùn)動(dòng)和剛度變化作為替代參數(shù)來(lái)評(píng)估齒輪箱的滯后現(xiàn)象。

振蕩和振動(dòng)

回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的反向間隙會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩和振動(dòng)，尤其是當(dāng)設(shè)備突然改變方向或停止和啟動(dòng)時(shí)，這些振動(dòng)會(huì)影響系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性及其處理精細(xì)任務(wù)的能力。

磨損

隨著時(shí)間的推移，齒輪間隙會(huì)導(dǎo)致回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的齒輪部件磨損加劇，縮短設(shè)備的使用壽命，并可能導(dǎo)致維護(hù)問(wèn)題。

控制和制造復(fù)雜性

控制算法中的反向間隙補(bǔ)償很復(fù)雜，可能需要額外的傳感器和軟件來(lái)考慮機(jī)械間隙。這增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。此外，追求接近零的反向間隙也增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和齒輪式回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的成本。

位置控制

位置控制是一些自動(dòng)化設(shè)備的基本需求，它涉及準(zhǔn)確可靠地控制自動(dòng)化設(shè)備某些部件的位置。反向間隙會(huì)導(dǎo)致部件應(yīng)在的位置與實(shí)際位置之間出現(xiàn)偏差。在許多自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用中，精確定位對(duì)于成功執(zhí)行任務(wù)至關(guān)重要。比如抓取拾放操作、焊接、裝配等任務(wù)，位置控制不佳會(huì)導(dǎo)致任務(wù)執(zhí)行錯(cuò)誤。

根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向的不同，齒輪的反向間隙可能會(huì)導(dǎo)致輸出側(cè)的負(fù)載位置不同，從而在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始或停止時(shí)造成延遲和振蕩。首先想到的解決方案是在齒輪輸出軸上安裝第二個(gè)編碼器，并將控制建立在雙反饋回路的基礎(chǔ)上，從而增加復(fù)雜性和誤差補(bǔ)償。控制器首先關(guān)閉內(nèi)環(huán)，即速度控制環(huán)，然后關(guān)閉第二個(gè)負(fù)載位置環(huán)，速度控制環(huán)路接收來(lái)自電機(jī)編碼器的反饋，該反饋決定適當(dāng)?shù)乃俣确答佋鲆?，從而?duì)系統(tǒng)產(chǎn)生阻尼效應(yīng)，減少振蕩。

安全性

安全性是自動(dòng)化設(shè)備的首要問(wèn)題，準(zhǔn)確的位置控制可確保自動(dòng)化設(shè)備在規(guī)定的工作空間內(nèi)運(yùn)行，避免碰撞或事故。比如，與人一起工作的機(jī)器人就需要靈活的位置控制，確保不會(huì)對(duì)操作員構(gòu)成安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，反向驅(qū)動(dòng)能力（即低阻抗系統(tǒng)）對(duì)于從負(fù)載側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)械遵從性、管理與人的接觸至關(guān)重要。

結(jié)論

回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)中的齒輪反向間隙會(huì)導(dǎo)致位置控制環(huán)節(jié)中出現(xiàn)誤差，從而影響自動(dòng)化設(shè)備的機(jī)械阻抗、產(chǎn)生噪音、降低效率并引起振動(dòng)。由于材料、潤(rùn)滑劑和環(huán)境條件的磨損，反向間隙范圍會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化。