齿轮基础知识：反冲与空转

电机位置控制精度的重要性因应用而异。对于带有直流电机驱动轮的农场中的 AGV，位置控制精度可能不像手术机器人那样重要，手术机器人的切口由伺服电机或步进电机控制。

我们自己建立了一个，现在我们知道了解每个制造商的所有不同规格和术语是多么困难。重要的是要有一个清晰的理解，以避免以后发生潜在的灾难。 < >7轴机械臂

在电机和齿轮箱组装产品中，“背隙”被列为标准规格，用于表示电机和负载之间的传动部件（即：齿轮、导程/滚珠丝杠）的机械精度。然而，某些类型的齿轮没有齿隙，因此使用另一个术语“空转”来描述机械精度。

 

什么是反弹？

 

齿隙是指电机齿轮箱内啮合齿轮之间的游隙或间隙。当大约 2% 的负载扭矩施加到齿轮轴上时，会测量扭转齿隙。出于多种原因，强烈反对是必要的。首先，齿轮制造并非 100% 完美。制造公差、轴承尺寸、热考虑因素和其他实际考虑因素导致了这种不准确性。其他原因是为润滑剂留出空间、减少齿轮中的摩擦和/或允许金属膨胀。

减速机或齿轮箱用于增加电机的扭矩（和惯性负载）并降低速度。它包含外壳、齿轮、轴和轴承。当齿轮啮合在一起时，齿轮之间实际上有一个微小的间隙。这在精度很重要的应用中引入了不准确性，因为负载轴可能会移动间隙的距离。看下图会更容易理解。

 

反弹的差异

 

根据其设计不同，会表现出不同程度的反冲。例如，正齿轮的齿隙最大，行星齿轮箱的齿隙小，谐波齿轮箱没有齿隙。市场上还提供混合谐波行星齿轮箱。 < >齿轮技术

这是一个行星齿轮设计如何最大限度地减少齿隙的示例。

 

齿轮类型与齿隙

 

下表按齿轮类型、特性、扭矩、齿隙、基本分辨率和输出轴速度列出了我们的大部分减速电机。

 

为什么反弹很重要？

 

齿隙以度或弧分或弧秒为单位测量。虽然这在电机上看起来可能是一个非常小的值，但在某些应用（例如机械臂）中，此误差会随着距离的增加而增加。下图显示了从手臂的一端到另一端的偏差有何不同。

 

什么是丢步？

 

当应用约 5% 的最大扭矩时，空转是系统中从相反方向反复接近某个位置时的最大偏差。由于施加的扭矩，工程师经常将空转与扭转反冲混淆。空转是一个更广泛的术语。导致空转的因素有齿隙、齿隙、传动机构的强度和材料变形（机械滞后损失）。由于谐波齿轮没有背隙，空转被用作齿轮精度的参考。  

 

有什么方法可以消除反弹？

 

这取决于。简单的方法是购买谐波齿轮步进电机（无反冲）。

 

提示：一个老把戏

再看看右图。  你会如何消除红色的反弹？

 

 

假设顶部齿轮由电机驱动，底部齿轮驱动负载。为了避免上图中的红色部分，诀窍是保持最上面的齿轮（和电机）顺时针旋转（与蓝色箭头相反）。只要顶部齿轮和底部齿轮始终保持接触，就可以避免出现红色区域，从而消除齿隙。但是，这仅适用于单向应用程序。 对于双向应用，诀窍是每次都从同一个方向接近目标位置。   让我们以一个简单的应用程序为例。您的电机正在 0 到 90 度之间来回运动。但是，当您返回原位（0 度）时，双向运动的反冲会导致负载在精度公差之外停止。     下一次，执行相同的两个动作，但是当你回到起始位置时，有意稍微超过起始位置，停下来，然后再次接近它（从与 90 度移动相同的方向）。这样，电机始终沿相同方向接近目标位置。反弹被消除。但是，这仅适用于移动之间有额外停留时间的应用程序。

概括

 

齿隙是齿轮箱中齿轮齿之间的游隙或间隙。换句话说，齿隙是齿轮轴的运动，而电机轴是固定的。用数学术语来说，它是啮合齿轮之间的空间宽度减去一个齿轮齿的宽度。 

空转是指在减速机输出轴上施加相当于容许扭矩 5% 左右的负载扭矩时，在两个方向上发生的总位移。  换句话说，空转是电机轴运动时齿轮轴的运动损失，包括齿隙和齿轮滞后损失。

反冲是空转的一个组成部分。

对于需要最高位置控制精度的应用，建议使用谐波减速机。如果应用可以接受一点反冲，则建议使用谐波行星或行星齿轮箱。对于通用应用或单向应用，直齿或锥形滚齿可能就足够了。当然，更高的精度成本更高，因此请考虑您的预算。

请记住，运动控制的不准确性是系统中所有单独组件的组合。除了电机和减速机之外，还必须考虑其他组件的精度。  

< >白皮书：步进电机减速机

谢谢阅读。你如何消除反弹？请给出意见！

审核编辑 黄宇