淺談進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

時(shí)間:2010-05-04

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導(dǎo)語(yǔ):由于進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用伺服電機(jī)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)元件,有伺服系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度的自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)速,無(wú)須機(jī)械變速,所以,進(jìn)給傳動(dòng)鏈大大縮短。

      由于進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用伺服電機(jī)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)元件,有伺服系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度的自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)速,無(wú)須機(jī)械變速,所以,進(jìn)給傳動(dòng)鏈大大縮短。對(duì)直線移動(dòng)的執(zhí)行部件,伺服電機(jī)通常只經(jīng)一對(duì)傳動(dòng)副(齒輪、齒形同步皮帶輪)或直接于絲杠(直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換元件)連接??s短傳動(dòng)鏈極大的提高了傳動(dòng)精度和剛度。盡管如此,為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)性能要求,在機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),除選較高精度的傳動(dòng)元件外,還必須在結(jié)構(gòu)上減少和消除傳動(dòng)間隙。

      一、電機(jī)與絲杠的連接結(jié)構(gòu)
      (1)齒輪傳動(dòng)
      齒輪傳動(dòng)的作用:改變運(yùn)動(dòng)方向、降速、增大扭矩、適應(yīng)不同絲杠螺距和不同脈沖當(dāng)量的匹配。

齒輪傳動(dòng)有側(cè)隙,造成反向運(yùn)動(dòng)死區(qū),必須設(shè)法消除。
雙齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu):
對(duì)直齒輪:將一對(duì)齒輪中的大齒輪,分成兩個(gè)齒輪,套裝在一起,兩個(gè)齒輪的同側(cè)單面上分別均布安裝四個(gè)帶凸耳的螺釘,用彈簧(拉簧)將兩螺釘連接起來(lái),通過(guò)彈簧的拉力使兩齒輪自然錯(cuò)開(kāi),這樣,兩個(gè)大齒輪在傳動(dòng)時(shí)分別與小齒輪的齒槽的兩個(gè)側(cè)面始終保持嚙合,從而達(dá)到消除側(cè)隙的目的。通過(guò)調(diào)整彈簧的拉力來(lái)滿足傳動(dòng)扭矩的要求。
對(duì)斜齒輪:將一個(gè)斜齒輪分成兩個(gè)薄齒輪,在兩個(gè)薄齒輪之間加墊片,改變墊片的厚度,使兩薄斜齒輪的螺旋線錯(cuò)位,分別與寬齒輪齒槽的兩個(gè)側(cè)面嚙合,從而消除側(cè)隙。側(cè)隙消除量Δ與墊片增減量Δt的關(guān)系??捎上率接?jì)算:
Δt=Δctgβ

      (2)同步(齒形)帶傳動(dòng)
      同步帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)圓周表面設(shè)有等間距齒的封閉膠帶和相應(yīng)的帶輪所組成的傳動(dòng)。傳動(dòng)時(shí),同步帶和帶輪多齒嚙合,具有齒輪傳動(dòng),鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)相對(duì)滑動(dòng),傳動(dòng)平穩(wěn),均勻,無(wú)嚙合間隙。由于膠帶中間有金屬骨架,彈性伸長(zhǎng)很小,具有較好的傳動(dòng)剛度。是一種好的無(wú)隙傳動(dòng),所以,在伺服進(jìn)給傳動(dòng)中得到應(yīng)用。

      (3)齒輪或帶輪與軸的連接
當(dāng)齒輪或帶輪與軸的連接時(shí),也需要消除傳動(dòng)間隙。
采用雙鍵消除間隙:用緊定螺釘在鍵的側(cè)面頂緊鍵,使鍵緊靠鍵槽,消除間隙,兩個(gè)鍵分別傳動(dòng)不同旋轉(zhuǎn)方向。
采用錐環(huán)副連接:錐環(huán)副由一個(gè)帶內(nèi)錐的圓環(huán)和一個(gè)帶外錐的圓環(huán)配對(duì)組成。連接時(shí),將若干(一般位2)副錐環(huán)副安放在軸和輪孔之間,外錐環(huán)的孔與軸、內(nèi)錐環(huán)的外圓與輪孔小間隙配合。擰緊端蓋螺釘,使端蓋靠近輪的端面,端蓋端面推動(dòng)內(nèi)錐環(huán),使內(nèi)、外錐環(huán)相互擠壓,這時(shí),外錐環(huán)內(nèi)孔縮小,抱緊軸,內(nèi)錐環(huán)外徑脹大,脹緊孔,實(shí)現(xiàn)軸與輪的無(wú)鍵聯(lián)結(jié)。

      (4)聯(lián)軸節(jié)
電機(jī)與絲杠直接聯(lián)結(jié)時(shí),使用聯(lián)軸節(jié)。
套筒加錐銷聯(lián)結(jié)。彈性聯(lián)軸節(jié)。

      二、滾珠絲杠螺母副
      (一)滾珠的循環(huán)方式
外循環(huán):滾珠在循環(huán)過(guò)程中有時(shí)與絲杠脫離。制造工藝簡(jiǎn)單;徑向尺寸大,剛度低,易磨損,噪音大。
內(nèi)循環(huán):滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與絲杠接觸。結(jié)構(gòu)緊湊,剛性好,定位可靠,不易磨損,摩擦損失小。結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難。

 

      (二)滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊
      滾珠絲杠螺母副必須預(yù)緊才能正常工作。預(yù)緊:消除滾珠與滾道的間隙,保證傳動(dòng)精度;使?jié)L珠與滾道有點(diǎn)接觸變成微小面接觸,提高傳動(dòng)剛度。常采用雙螺母,使兩個(gè)螺母產(chǎn)生軸向位移,以消除間隙和施加預(yù)緊力。預(yù)緊常有三種結(jié)構(gòu):
      1.螺紋消隙結(jié)構(gòu)
      一個(gè)螺母外斷為法蘭,另以螺母外端為螺紋,上裝兩個(gè)圓螺母,兩螺母以平鍵與螺母座相聯(lián),限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)。擰緊圓螺母,就能使兩螺母在軸向產(chǎn)生位移,消除間隙和施加預(yù)緊力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,調(diào)整方便;調(diào)整精度差。
      2.墊片消隙結(jié)構(gòu)
      兩螺母外端都為法蘭結(jié)構(gòu),通過(guò)修磨墊片的厚度,使兩螺母產(chǎn)生軸向位移,消除間隙和施加預(yù)緊力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,剛性好,裝拆方便;調(diào)整麻煩。

      3.齒差調(diào)隙結(jié)構(gòu)
      兩個(gè)螺母的外端制成圓柱外齒輪,其齒數(shù)差為一。兩個(gè)內(nèi)齒圈用螺釘和銷釘固定在螺母座上。預(yù)緊時(shí),先取出內(nèi)齒圈,使兩個(gè)螺母分別在相同方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)齒,這時(shí),兩螺母在軸向產(chǎn)生相應(yīng)的位移,其消隙位移距離s可用下式計(jì)算:

n----轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù),t----絲杠導(dǎo)程。Z1,Z2----齒數(shù)。

      (三)絲杠的預(yù)拉伸
      滾珠絲杠工作時(shí)會(huì)發(fā)熱。發(fā)熱使絲杠熱膨脹,從而加大導(dǎo)程,影響傳動(dòng)和定位精度。對(duì)要求很精密傳動(dòng)的絲杠,需要補(bǔ)償熱膨脹。絲杠預(yù)拉伸就使常用的補(bǔ)償方法。
      在制造時(shí),使絲杠螺紋部分的長(zhǎng)度小于公稱長(zhǎng)度(導(dǎo)程乘螺紋圈數(shù))一個(gè)預(yù)拉伸量。預(yù)拉伸量略大于熱膨脹量。裝配時(shí),通過(guò)一定拉伸結(jié)構(gòu),將絲杠拉長(zhǎng)一個(gè)預(yù)拉伸量,使絲杠螺紋部分到公稱長(zhǎng)度。工作時(shí),熱膨脹量抵消部分預(yù)拉伸量,絲杠拉應(yīng)力下降,但長(zhǎng)度不變。從而保證螺距精度不受熱膨脹的影響。

 

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