簡析自動化設備應用中的回轉(zhuǎn)驅(qū)動齒間隙

我們一直在追求靈活、高性能和更加經(jīng)濟的傳動系統(tǒng)

齒輪齒隙是指機械傳動系統(tǒng)中齒輪的齒之間存在的間隙，如圖 1 所示。由于齒輪間隙會影響精度、效率、噪音、振動、磨損、運動控制、系統(tǒng)復雜性和安全性，因此我們一直在努力將回轉(zhuǎn)驅(qū)動中齒輪系統(tǒng)的間隙降至最低。盡管齒間隙的重要性因具體應用場所而異，但我們在設計齒輪式回轉(zhuǎn)驅(qū)動的時候，仍需仔細考慮這些因素，確保它們達到所需的性能和安全標準。

圖1：齒間隙示意

圖2：實際應用中的齒間隙

精度和準確性

在工業(yè)機器人、數(shù)控機床以及自動化生產(chǎn)線設備等高精度應用中，最大限度地減少回轉(zhuǎn)驅(qū)動的齒隙至關重要。過大的齒隙會產(chǎn)生定位不準確、重復性的準確度降低等問題，這可能會導致無法生產(chǎn)出公差要求嚴格的產(chǎn)品。

效率和滯后

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

振蕩和振動

回轉(zhuǎn)驅(qū)動的反向間隙會導致自動化生產(chǎn)線設備系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩和振動，尤其是當設備突然改變方向或停止和啟動時，這些振動會影響系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性及其處理精細任務的能力。

磨損

隨著時間的推移，齒輪間隙會導致回轉(zhuǎn)驅(qū)動的齒輪部件磨損加劇，縮短設備的使用壽命，并可能導致維護問題。

控制和制造復雜性

控制算法中的反向間隙補償很復雜，可能需要額外的傳感器和軟件來考慮機械間隙。這增加了控制系統(tǒng)的復雜性。此外，追求接近零的反向間隙也增加了設計的復雜性和齒輪式回轉(zhuǎn)驅(qū)動的成本。

位置控制

位置控制是一些自動化設備的基本需求，它涉及準確可靠地控制自動化設備某些部件的位置。反向間隙會導致部件應在的位置與實際位置之間出現(xiàn)偏差。在許多自動化設備應用中，精確定位對于成功執(zhí)行任務至關重要。比如抓取拾放操作、焊接、裝配等任務，位置控制不佳會導致任務執(zhí)行錯誤。

根據(jù)運動方向的不同，齒輪的反向間隙可能會導致輸出側(cè)的負載位置不同，從而在運動開始或停止時造成延遲和振蕩。首先想到的解決方案是在齒輪輸出軸上安裝第二個編碼器，并將控制建立在雙反饋回路的基礎上，從而增加復雜性和誤差補償?？刂破魇紫汝P閉內(nèi)環(huán)，即速度控制環(huán)，然后關閉第二個負載位置環(huán)，速度控制環(huán)路接收來自電機編碼器的反饋，該反饋決定適當?shù)乃俣确答佋鲆?，從而對系統(tǒng)產(chǎn)生阻尼效應，減少振蕩。

安全性

安全性是自動化設備的首要問題，準確的位置控制可確保自動化設備在規(guī)定的工作空間內(nèi)運行，避免碰撞或事故。比如，與人一起工作的機器人就需要靈活的位置控制，確保不會對操作員構(gòu)成安全風險。因此，反向驅(qū)動能力（即低阻抗系統(tǒng)）對于從負載側(cè)驅(qū)動機械遵從性、管理與人的接觸至關重要。

結(jié)論

回轉(zhuǎn)驅(qū)動中的齒輪反向間隙會導致位置控制環(huán)節(jié)中出現(xiàn)誤差，從而影響自動化設備的機械阻抗、產(chǎn)生噪音、降低效率并引起振動。由于材料、潤滑劑和環(huán)境條件的磨損，反向間隙范圍會隨著時間的推移而變化。