一、傳動精度的概念
傳動鏈的傳動精度主要包括傳動誤差和空程誤差兩部分。
1 傳動誤差
傳動誤差是指輸人軸單向回轉時, 輸出軸轉角的實際值相對于理論值的變動量。
由于傳動誤差的存在, 使輸出軸的運動時而超前, 時而滯后。若傳動裝置各組成零部件齒輪、軸、軸承、箱體制造和裝配絕對準確, 同時又忽略使用過程中的溫度變形和彈性變形, 那么, 在傳動過程中, 輸出軸轉角Φ1 與輸人軸轉角電應符合如下理想關系：
這時, 輸人軸若均勻回轉, 輸出軸亦均勻回轉；輸人軸若反向回轉, 輸出軸亦無滯后地立即反向回轉。當i=1 時Φ0與Φ1之間的關系曲線如圖1(a) 中的直線1。實際上, 各組成零部件不可能制造和裝配得絕對準確, 而在使用過程中還會存在溫度變形和彈性變形。因此, 在傳動過程中輸出軸的轉角總會存在誤差。圖1(b) 中的曲線2 表示單向回轉時, 由于存在傳動誤差△Φ 甲, 輸出軸的Φ0與輸人軸的電之間的關系。
2空程誤差
空程誤差是與傳動誤差既有聯系又有區別的另一類誤差。空程誤差可以定義為輸人軸由正向回轉變為反向回轉時, 輸出軸在轉角上的滯后量。也可以把它理解成輸人軸固定時, 輸出軸可以任意轉動的轉角量。空程誤差使輸出軸不能立即隨著輸人軸反向回轉。即反向回轉時, 輸出軸產生滯后運動。輸人軸轉角與輸出軸轉角的關系曲線與磁滯回線相似, 如圖1(b)中的曲線3 所示。
當主動輪從電Φ=0 開始正轉時, Φ0無輸出; 過a點后, 兩輪嚙合, 從動輪按速比正向轉動b從b 點開始Φ反向時, 吼無輸出, 主動輪轉過齒間(從b到c ); 從c 點開始兩輪在齒的另一側接觸, 從動輪才開始按速比反向轉動; Φ1 回到0 時, Φ不是0 , 主動輪繼續反轉到d ,吼達到零。這就是常說的齒隙滯遲回回線。
需要注意;定義傳動誤差和空程誤差時, 均是對轉角而言的, 因此其單位均為角度單位角分(‘)或角秒(“)。當在齒輪節圓上來討論時, 傳動誤差和空程誤差具有線值的形式, 單位常為微米(μm)。對一個齒輪來講,轉角誤差的角值△Φ及其在節圓上的線值△ 之間有下列關系;
(2) 空程誤差并不一定只在反向時才有意義, 即使是單向回轉, 空程誤差對傳動精度亦可能有影響。例如在單向回轉中, 當輸出軸上受到一個與其回轉方向一致的足夠大的外力矩作用時, 由于空程誤差的存在, 其轉角可能產生一個超前量;又如在單向回轉過程中, 當輸人軸突然減速時, 若輸出軸上的慣性力矩足夠大, 由于空程誤差的存在, 輸出軸的轉角亦有可能產生一個超前量。
傳動鏈的傳動誤差和空程誤差對機電控制系統性能的影響, 隨其在系統中所處的位置不同而不同。
二、提高傳動精度的結構措施
提高傳動精度的結構措施有;
(1)適當提高零部件本身的精度;
(2) 合理設計傳動鏈, 減少零部件制造、裝配誤差對傳動精度的影響;
(3) 采用消隙機構, 以減少或消除空程。
1適當提高零部件本身的精度
這是指提高各傳動零部件本身的制造、裝配精度。例如, 為了減小傳動誤差, 一般可采用6 級精度的齒輪, 甚至采用5級或4級精度。為了減小空程, 一般可選用較小的側隙或零側隙, 甚至“負側隙” 。負側隙是在加工齒輪時, 使實際齒厚比理論齒厚有稍許增加。這樣, 傳動時在輪齒發生干涉的部位, 借助微量的彈性變形來補償。采用負側隙后, 傳動效率將顯著下降。選用較小的中心距偏差, 亦可減小空程。
對減速傳動鏈來說, 提高末級的精度, 效果最為顯著。例如, 有的動力傳動裝置, 前幾級均采用7級精度的齒輪, 而末級選用了6 級精度的齒輪。
此外, 傳動裝置的輸出軸與負載軸之間的聯軸器本身的精度, 對傳動精度的影響也很顯著, 要予以足夠的重視。
2 合理設計傳動鏈
這里介紹三種方法:
(1)合理選擇傳動型式
在傳動鏈的設計中, 各種不同型式的傳動, 達到的精度是不同的。一般說來, 圓柱直齒輪與斜齒輪機構的精度較高, 蝸桿、蝸輪機構次之, 圓錐齒輪則更次之。在行星齒輪機構中, 諧波齒輪精度最高, 漸開線行星齒輪機構、少齒差行星齒輪機構次之, 擺線針齒輪行星齒輪機構更次之。
(2)合理確定級數和分配各級傳動比減少傳動級數, 就可減少零件數量, 也就減少了產生誤差的環節。對減速傳動鏈, 各級傳動比宜從高速級開始, 逐級遞增, 且在結構空間允許的前提下,盡量提高末級傳動比。一般來說, 減速傳動采用大的傳動比, 可使從動輪半徑增大, 從而提高了角值精度。
(3) 合理布置傳動鏈
在減速傳動中, 精度較低的傳動機構(如圓錐齒輪機構、蝸桿蝸輪機構)應布置在高速軸上, 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精自整角機軸的傳動精度的影響, 圖(a) 要比圖(b)小。
圖4 是兩個傳動鏈方案的比較。在(a) 方案中,A 為主動, D為從動; 在(b) 方案中, C 為主動,B 為從動。
設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, 從動軸D 的總誤差為:
顯然, (a)方案要比(b) 方案好。一般來說, 當要求減小由于傳動零件的制造、裝配誤差所引起從動軸的角值誤差時, 應在從動軸之前選用減速鏈, 因為這樣可以使各項誤差對從動輪的影響, 經過減速的作用而減小。
3 采用消隙機構
消隙機構的型式很多, 下面結合實際舉出幾個例子。
(1) 中心距可調消隙
這是一種常用的消隙方法, 它是在裝配時根據嚙合情況調整中心距, 以達到減小齒隙的目的。中心距可調消隙機構如圖5 所示。其中圖(a) 中有一個留有調整間隙(一般為0.01~0.03mm) 的軸承套, 它與齒輪基本同心; 圖(b) 使用了一個偏心軸承套; 圖(c) 使用了雙偏心軸承套。在一個輪系中, 可調齒輪常與固定齒輪交替排列。一般將調整部分設計成整個可動的, 或者齒輪裝在外伸懸臂軸上, 調整時就便于保持軸的平行度。
對于減速輪系, 最后一級齒輪副對空程的影響最大,因此將最后一級齒輪副設計成中心距可調, 最為有利。這種消隙機構即可用于數據傳動, 亦可用于動力傳動。
(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齒輪片, 又稱加載齒輪。兩片齒輪用拉簧拉緊。裝配時, 使兩片齒輪叉開1~3個齒, 保證彈簧有一個預緊力。螺釘是在安裝調整時用作固緊.
(3) 螺旋傳動的消隙
圖7(a) 所示為一種軸向消隙機構, 螺母分兩部分, 擰動小螺母, 可使左邊部分螺母變形, 從而調整軸向間隙。圖7（b）為另一種軸向消隙機構, 圖中螺距S1不等于S , 但是S1≈S。圖7(c) 為徑向消隙機構。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, 傳動鏈的消隙方法也有很多種類。例如輔助輪系消隙； 輔助力矩電動機加載消隙； 雙傳動鏈預緊齒輪消隙； 雙傳動鏈摩擦阻尼消隙；雙傳動鏈彈簧加載消隙； 雙傳動鏈電消隙等。
三、結束語
本文從傳動鏈的傳動精度出發, 闡述了傳動誤差和空程誤差的概念, 進而提出了提高傳動鏈的傳動精度的結構措施。
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