簡析自動化設備應用中的回轉驅動齒間隙

我們一直在追求靈活、高性能和更加經濟的傳動系統

齒輪齒隙是指機械傳動系統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、系統復雜性和安全性，因此我們一直在努力將回轉驅動中齒輪系統的間隙降至最低。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驅動的時候，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

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

效率和滯后

扭轉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，這種現象被稱為滯后。一般來說，滯后是指系統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來評估齒輪箱的滯后現象。

振蕩和振動

回轉驅動的反向間隙會導致自動化生產線設備系統出現振蕩和振動，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的整體穩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驅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驅動的成本。

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偏差。在許多自動化設備應用中，精確定位對于成功執行任務至關重要。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行錯誤。

根據運動方向的不同，齒輪的反向間隙可能會導致輸出側的負載位置不同，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。控制器首先關閉內環，即速度控制環，然后關閉第二個負載位置環，速度控制環路接收來自電機編碼器的反饋，該反饋決定適當的速度反饋增益，從而對系統產生阻尼效應，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定的工作空間內運行，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成安全風險。因此，反向驅動能力（即低阻抗系統）對于從負載側驅動機械遵從性、管理與人的接觸至關重要。

結論

回轉驅動中的齒輪反向間隙會導致位置控制環節中出現誤差，從而影響自動化設備的機械阻抗、產生噪音、降低效率并引起振動。由于材料、潤滑劑和環境條件的磨損，反向間隙范圍會隨著時間的推移而變化。