行星齿轮箱即行星减速器又叫行星减速机,其结构都是多个行星齿轮围绕一个太阳齿转动的机构,也是将传动速比降低,同时又将电机扭力成比例增大的机构。行星齿轮箱的优点:
1、体积小、质量小,结构紧凑,承载能力大;在一般承受相同的载荷条件下,行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的1/2~1/5。
2、传动效率高;由于行星齿轮传动结构的对称性,使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能互相平衡,从而有利于达到提高传动效率的作用。一般其效率值可达0.97~0.99。
3、传动比较大;在仅作为传递运动的行星齿轮传动中,其传动比可达到几千。而且行星齿轮传动在其传动比很大时,仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。
4、运动平稳、抗冲击和振动的能力较强;由于采用了数个结构相同的行星轮,均匀地分布于中心轮的周围,从而可使行星轮与转臂的受力平衡。同时,也使参与啮合的齿数增多,故行星齿轮传动的运动平稳,抵抗冲击和振动的能力较强,工作较可靠。
齿轮箱是通过大小齿轮的啮合来实现变速效果的一种变速装置,在工业机械的变速方面有很多的应用。齿轮箱中的低速轴上安装有大齿轮,高速轴上安装有小齿轮,通过齿轮间的啮合和传动作用,就可以完成加速或减速的过程。齿轮箱的特点如下:
a、齿轮箱的运行稳定;齿轮箱的运行稳定可靠,传动功率较高。齿轮箱的外部箱体结构可以使用吸音材质制造,降低齿轮箱工作过程中产生的噪音。齿轮箱本身具备的箱体结构配合大风扇能有效降低齿轮箱的工作温度。
b、齿轮箱的产品选择面广;齿轮箱通常是采用通用的设计方案,但是在特殊情况下齿轮箱的设计方案可以根据使用者的需求而进行变化,变型为行业专用的齿轮箱。齿轮箱的设计方案中,平行轴、直立轴、通用箱体和各种零部件都能按照使用者要求更改。
c、齿轮箱的功能齐全;齿轮箱除了减速功能之外,还具有改变传动方向和传动力矩的功能,例如齿轮箱在采用两个扇形齿轮后可以将力垂直传递到另一个转动轴来实现传动方向的改变,而齿轮箱改变传动力矩的原理是,同等功率条件下,速度转的越快的齿轮,轴所受的力矩越小,反之越大。
齿轮箱在运行过程中还能实现离合的功能,只要将两个原本啮合的传动齿轮分离,就可以将原动机和工作机之间的联系切断,达到动力和负载分开的效果。另外,齿轮箱可以通过一个主动轴带动多个从动轴的方式,来完成动力的分配工作。
伺服用减速机背隙概念
1. 背隙(backlash)
摩擦轮只有在理想中是没有相对滑动,实际上为了保证没有相对滑动,人们使用了齿轮,在圆周面上均匀排列着一定数量的齿形以确保没有相对滑动,同时为了避免回转时啮合的轮齿互相干涉,而设置一定量的公差,这个便是背隙的由来。
良好的齿轮传动系统,需要在传动部件之间有一定的“间隙”。间隙可以避免干涉,磨损,过热,确保一定的润滑,补偿制造公差等。齿轮啮合间隙就意味着齿轮的齿间空隙要比齿宽稍微大点。同样,我们在滚动轴承上也会发现有一定的间隙,即在轴承的内圈,滚动体(球形,滚柱),外圈之间的微小空隙。通常,轴或孔的键和键槽也会有间隙的。齿轮箱主要零件的间隙(主要来自齿侧间隙)会导致在负载反转时,即使输入轴锁定(不转),输出轴也会转一个小的角度。轴的“空载转角”就称为齿轮箱的转动背
理论上,产生背隙并不需要任何扭矩,然而在实际的应用中,需要一定的扭矩来克服零件的摩擦。当间隙已消除,随着扭矩的增加,零件呈弹性变形,从输出轴来看,似乎转动的角度取决于扭矩,并且其大小就是齿轮箱的刚度。
在没有负载反转或反转后的位置不是很关键的应用场合,齿轮箱的背隙并不是个重要的问题。
在负载频繁反向的精确定位应用中(如机器人,一些自动控制设备等),背隙直接影响了定位精度。因此,针对这些应用设计的伺服齿轮箱都会被做成具有非常低的、严格控制的间隙和高刚度。
2.背隙定义与测量
如何定义和测量背隙
从输出端来定义背隙,这是一个不成文的工业标准。输出端测量的背隙对输入端的影响基本上取决于减速比。
输出端背隙 = i × 输入端空转
注意!上面的公式是理论的。在实际测量中有偏差,尤其是多级齿轮箱,因为每一级间隙的影响取决于这个间隙在整个齿轮动链所处的位置,并且在每个啮合环节,间隙并不是完全相同的。
伺服齿轮箱的背隙通常以角分为单位,1角分=1度/60。不幸的是,经常称背隙为“弧分”,这是个数学或物理上的无稽之谈,因为角度的弧度定义中并没有分的概念。
减速机的效率一般因减速比、输入转数、负载转矩、温度、润滑条件而异。通常样本里提供的效率是指在输入转速为3000rpm,温度为25℃时的效率,需要注意的是,当低温使用时,这个寿命需要修正。
大多数厂家在样本里标明的使用寿命是指轴承的寿命L10,也就是说,当齿轮箱在合乎规范的情况下使用,最先坏的应该是轴承。所以,在力矩指标的规定中,都会提及使用寿命。这些指标是相互关联的。使用寿命是基础参数,样本里的很多数据是基于使用寿命来计算和试验验证后确定下来的,举例说,当你把输入转速从额定转速提高到允许转速,如果保持输出力矩不变,结果一定是减少寿命,同样,如果你提高输入转速30%,但相应减小输出力矩,可能可以保持原来的使用寿命。
在一些存活寿命很短的应用中,是允许超指标应用的,但以实验结果为准。
如果输出端的径向力或轴向力太大,会减短寿命。另外,当使用在固定角度往返频繁摆动的情况下,也需要注意核算寿命。
有一个影响寿命的因素很容易被忽视,当输出轴的转速长时间处于极低运转(0.02r/min以下)区间使用时,轴承的润滑不足,可导致轴承的老化和驱动侧的负载上升等。这在如单晶硅拉升炉的应用中要特别注意。
当减速机为垂直于水平面使用,尤其是输出轴在上部使用时,部分品牌减速机在输入端没有油封,需要特别注意,因为这种情况长期运转,会导致减速机齿轮表面由于缺少足够的润滑油而导致齿轮表面损坏。
噪声是指在隔音环境下,距以输入转速3000rpm运行的齿轮箱1米远处的测量结果。
一般情况下,涡轮蜗杆减速机的噪声较小,今天,人们普遍认为斜齿轮会比直齿噪声小。其实,这里有一个误区,伺服用减速机由于受精度限制,齿侧间隙相对较小,齿轮啮合比较紧,在相同背隙条件下,如果齿轮制造精度低,噪声相对就会大,这点,不论是直齿,还是斜齿,都存在上述问题,所不同点在于,在同样厚度的齿轮前提下,斜齿的捏合部分会比直齿更多。更多的啮合部位,可以弥补精度方面的不足。普通通用减速机可以通过所谓的磨合(如汽车新车通常噪声比较高,运转一段时间后,齿轮噪声会明显下降)来降低噪声,但这样带来的是结果是背隙增大,这在伺服用减速机中是不允许的,所以,人们通过强化齿轮齿面硬度来提高抗磨损能力。但即便如此,伺服用减速机仍然存在带载运行一段时间后,精度下降问题,台湾 庭龙减速机采用德国齿轮,不论在精度,齿面硬度,抗弯,抗冲击等多方面综合性能都达到了相当高的水平,另外,通过加大齿轮厚度,增加啮合部分。所以,即便采用直齿齿轮,同样可以达到普通减速机斜齿轮的效果。
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