擺線針輪減速器傳動輪系的動態(tài)測試技術(shù)

摘要：介紹了擺線針輪行星減速器傳動輪系動態(tài)測試技術(shù)的原理及其過程，并通過動態(tài)與靜態(tài)測試情況的對比，論證了動態(tài)測試方法的使用意義和應用價值。實踐證明，此方法簡單有效。

         在制造某精密儀器方位減速箱的過程中， 對該減速箱傳動輪系中的傳動誤差和傳動空程差進行了動態(tài)測試， 測出的誤差數(shù)值直接由記錄儀繪制成誤差曲線圖。通過對誤差曲線圖的分析，可以分離出傳動輪系中誤差的種類、數(shù)量以及產(chǎn)生誤差的原因，從而可以指導傳動零件的加工和傳動輪系的裝配工藝等。
        經(jīng)多次反復性的測試，重復精度可達98%左右，測試速度從調(diào)整到測試完畢所需時間為10～15 min，相對于靜態(tài)單項測試提高工效100 倍左右。因此，動態(tài)測試方法具有很好的使用價值。
        
1   測試原理
       減速箱傳動輪系（見圖1）的輸入軸上固連一齒輪Z1，輸出軸上空套一齒輪Z4（配合間隙＜5 μm），另外再加上一根軸，軸兩端固連有齒輪Z2、Z3，分別與Z1、Z4輪相嚙合， 并確保其兩軸間的平行度， 即Z1、Z2、Z3、Z4齒輪構(gòu)成一組傳動鏈。由于傳動鏈最短， 且齒輪制造精度較高， 因此將這組傳動鏈作為被測減速箱傳動輪系的相對測試基準，其傳動比是依據(jù)被測傳動輪系的傳動比計算而決定的。
                     
         由于減速輪系存在著一定的誤差， 所以在傳動時輸出軸與Z4齒輪角速度是不一致的（即二者達不到瞬時同步），因此會產(chǎn)生相位差。可以通過傳感器和記錄系統(tǒng)，將其相位差直接繪制成雙向誤差曲線圖（見圖2）。
       
2   測試方法
      2.1 擺線減速箱的簡單傳動原理
      被測減速箱采用的是二級短幅外擺線齒輪傳動，其傳動原理是利用行星齒輪傳動來減速， 即針輪固定不動，而擺輪在針輪里面作行星運動。也就是說，擺輪的中心O1繞針輪中心O2公轉(zhuǎn)，同時，擺輪還繞自身的中心O1在反向自轉(zhuǎn)一個齒，若O2是主動軸，O1是被動軸，則減速比為：
                         1∶1Z= Z∶1
       當Z1為17 齒時，則減速比為17∶1，故該減速輪系的行星輪系是“一齒差”嚙合傳動。
                           級傳動比按下式確定：
       i1 =Z1/（Z2-Z1） =17/（18-17）= 17
                        式中：Z1為擺輪齒數(shù)；Z2為針輪齒數(shù)。
                          第二級傳動比為：
          i2 = Z3/（Z4-Z3） =11/（12-11）= 11
           式中：Z3為擺輪齒數(shù)；Z4為針輪齒數(shù)。
                被測減速箱的總嚙合傳動比為：
                 i = i1i2 = 17×11 = 187
     2.2 高精度齒輪傳動輪系的參數(shù)和結(jié)構(gòu)
        作為相對基準的高精度齒輪傳動輪系的傳動比必須滿足被測減速箱的總傳動比的要求：
             i 相= i = i1i2 = 17×11 = 187
        設(shè)： Z1 = 17（齒）,m1 = 1 mm，得：Z2 = Z1i1 =17×17= 289（齒）
       又設(shè)：Z3 = 17 （齒）， m2 = 1.5 mm ， 得：Z4 = Z3i2 =17×11 = 187（齒）
         在傳動比一致情況下， 高精度齒輪傳動輪系處于正常嚙合狀態(tài)時，兩對嚙合齒輪Z1
     與Z2、Z3與Z4的中心距必須相等。又因：A1 =m1（Z1+Z2）/2 = 153 mm；A2=m2（Z3+Z4）/2= 153 mm。
                 得：A1= A2 = 153 mm    

         為了確保相對基準傳動輪系的精度， 相嚙合的兩對齒輪必須符合相應的齒輪精度等級，并且Z4齒輪孔與輸出軸配合間隙須嚴格控制在5 μm 以內(nèi)（參見圖3）。圖3 的A 向視圖中，電感器固定在Z4齒輪的一個端面上，傳感器的定位桿固定在輸出軸上，形成相對位移的測試基準， 并且在Z4齒輪上固定電子換向器，與傳感器之間的位置互為180°，使用電子換向器能正確無誤地控制Z4齒輪的正反一周的轉(zhuǎn)動。
       2.3 測試過程
       圖3 中，接通電源，驅(qū)動電機通過聯(lián)軸器帶動減速箱傳動輪系輸入軸轉(zhuǎn)動， 由于減速輪系內(nèi)各傳動件相互嚙合傳動， 固連在輸入軸上的Z1齒輪同步轉(zhuǎn)動，且無間隙地嚙合傳遞到Z2齒輪， 又因Z2與Z3齒輪是同軸，所以Z3齒輪同步轉(zhuǎn)動，最后傳遞至空套在輸出軸上的Z4齒輪，帶動輸出軸轉(zhuǎn)動。
         由于減速傳動輪系中各傳動件都存在著原始誤差以及裝配誤差，因而輸出軸與Z4齒輪間的相對位置產(chǎn)生了變化，這種變化量通過傳感器和記錄系統(tǒng)，將二者間轉(zhuǎn)動時的相位差變化直接記錄成一條瞬時相位差變化的傳動誤差曲線圖。
       當Z4齒輪轉(zhuǎn)過一周時， 電子換向器瞬間換向，Z1齒輪跟著立即換向，Z4齒輪也同時換向（因Z1與Z2齒輪都是無間隙地嚙合傳動）。由于被測減速輪系內(nèi)各傳動件存在著大小不一的間隙， 當輸入軸換向后減速輪系內(nèi)各傳動件間的間隙逐漸縮小， 到輸出軸瞬時換向時，間隙全部消除。而輸出軸上的定位桿相對于Z4齒輪上的傳感器產(chǎn)生了相位差， 傳感器的電感量以電壓形式送入記錄系統(tǒng)， 記錄儀根據(jù)電壓值大小使記錄筆作相應的偏移。而后，再對傳動輪系進行瞬間相位比較，記錄儀記錄另一條換向后的傳動誤差曲線，記錄筆的偏移量即為該點上的空程差， 正反向兩條傳動誤差曲線間的對應距離就是傳動空程差， 這可由記錄紙上明顯地看出，圖2 中的曲線清楚地反映了一組完整的雙向動態(tài)傳動誤差和傳動空程差。通過對誤差曲線的分析， 可得到雙向傳動誤差和傳動空程差的與最小值，以及誤差的分布情況和產(chǎn)生的原因，這是靜態(tài)測試無法做到的。

  3 誤差分析
        傳動輪系中的傳動誤差和傳動空程差， 是評定傳動輪系傳動精度的動態(tài)性能指標。傳動誤差是傳動機構(gòu)中瞬時速比對理論速比的偏差， 它反映在末級傳動件的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角的相誤差。而傳動空程差是當主動輪（輸入件）固定不動時，從動輪（輸出件）所具有的回轉(zhuǎn)量，即主動輪無輸入時，從動輪可能給出的輸出量，這兩大誤差決定了減速箱的優(yōu)劣。
      在測試過程中， 通過對雙向誤差曲線的分析和探討， 找出了產(chǎn)生傳動誤差的來源及其影響傳動誤差的因素。
        1） 齒輪原始位置誤差，是表明齒輪傳動正確程度的動態(tài)指標。在輪系中，齒輪原始位置誤差在輪系傳動誤差中占相當大的比例， 大部分是由擺線齒輪的齒形誤差引起的，因此傳動輪系的精度取決于齒輪的精度。
       2） 裝配誤差，由于裝配誤差所造成的跳動，是引起傳動輪系傳動誤差的主要因素。裝配的跳動誤差來源于齒輪實際回轉(zhuǎn)中心對理論中心的偏移， 實質(zhì)上就是齒輪的幾何偏心。造成裝配誤差的原因有：
（1） 齒輪孔與軸之間的間隙， 由于齒輪孔與軸之間的配合間隙的存在， 齒輪無論以什么方式固定在軸上，都會引起齒輪與軸的偏心。這是由于裝配誤差引起的齒輪的幾何偏心，它可產(chǎn)生輪系的傳動誤差。
（2） 齒輪安裝處軸頸跳動， 當齒輪原始安裝位置*時，齒輪在軸頸跳動范圍內(nèi)作偏心運動，從而造成了輪系的傳動誤差。
（3） 滾珠軸承動環(huán)偏心，對于外環(huán)固定的軸承，齒輪軸安裝在內(nèi)環(huán)中，當內(nèi)環(huán)偏心時，齒輪同樣在作偏心運動，這樣也會引起傳動輪系的傳動誤差。
3） 傳動空程差， 在擺線減速箱齒輪傳動輪系中，傳動空程差也影響著傳動輪系的傳動精度。產(chǎn)生傳動空程誤差的原因有：
（1） 齒輪嚙合時， 非工作面間的齒側(cè)間隙是產(chǎn)生空程差的直接原因，為了補償制造、安裝誤差和溫度引起的變形以及提供潤滑空間，保證齒輪的正常運轉(zhuǎn)，不致于卡死， 嚙合齒輪的非工作面間必須留有一定的側(cè)隙。
（2） 其它原因，傳動輪系的空程差，不僅取決于齒輪本身的側(cè)隙， 還取決于傳動輪系各組成部分的加工和裝配誤差，如中心距偏差、裝置的可變側(cè)隙等。另外，還有溫度、材料彈性變形、振動、沖擊等因素，它們也會引起傳動輪系的空程差。

4     結(jié)束語
         本文所敘述的測試方法，是動態(tài)的、連續(xù)的測試技術(shù)。經(jīng)過多年來、多批量的測試，也證明了這種技術(shù)性能穩(wěn)定、測試速度快、重復精度高、誤差反映直觀。因此， 用動態(tài)測試技術(shù)來檢驗擺線針輪行星減速器傳動輪系的質(zhì)量，確實是一種比較理想的檢測手段。