一種全新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)空回檢測(cè)系統(tǒng)

王 中，武立根

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024;2.國(guó)營(yíng)大眾機(jī)械廠軍品一所，山西 太原 030024)

在各種傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于傳動(dòng)鏈上的各級(jí)齒輪之間存在加工誤差和嚙合間隙，就會(huì)出現(xiàn)空回現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)顯得尤為明顯，所以我們所說(shuō)的空回通常指的是傳動(dòng)系統(tǒng)在改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)產(chǎn)生的角度誤差。

空回現(xiàn)象會(huì)對(duì)基于旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行的分析計(jì)算的隨動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響，并造成系統(tǒng)誤差，所以空回量的分析和測(cè)量是十分重要的。有了比較精確的空回量數(shù)據(jù)以后，才能在計(jì)算中對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正，消除空回對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的影響。

1 目前空回檢測(cè)方法

1.1 空回產(chǎn)生的原因

下面用圖1 簡(jiǎn)單表示傳動(dòng)鏈中某一級(jí)的空回產(chǎn)生過(guò)程。

從圖中可以看出，當(dāng)主動(dòng)輪逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，主齒輪在左邊與從齒輪的右邊相嚙合，帶動(dòng)從齒輪順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn);由于齒輪加工與安裝必然會(huì)造成主從齒輪存在間隙，當(dāng)主齒輪從逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)改為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，主齒輪必然空轉(zhuǎn)一定的角度才能與從齒輪相嚙合，才能帶動(dòng)從齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。主齒輪空轉(zhuǎn)的角度即為空回量。

圖1 空回產(chǎn)生的原因示意圖

1.2 目前空回的測(cè)試方法

系統(tǒng)的空回通常是比較小的，通過(guò)肉眼不易觀測(cè)。目前主要采用平行光管法對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行空回測(cè)量。其檢測(cè)方法如下:

1)在主動(dòng)軸上和從動(dòng)軸上分別選定一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。

2)使用兩個(gè)平行光管中的分劃板十字中心瞄準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)。

3)手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)軸，經(jīng)過(guò)一定角度后停止。反向旋轉(zhuǎn)，觀察主動(dòng)軸基準(zhǔn)點(diǎn)，使其回到平行光管的十字中心。

4)由于存在空回，從動(dòng)軸基準(zhǔn)點(diǎn)不一定能回到分劃板的十字中心。通過(guò)平行光管觀察并記錄從動(dòng)軸基準(zhǔn)點(diǎn)在分劃板上的刻度偏移量Δ，即為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的空回量。

雖然平行光管法可以比較準(zhǔn)確的測(cè)量空回量的大小，但是由于受到其“視場(chǎng)狹窄”，“焦距距離有限”和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)限制，造成觀測(cè)困難和精度有限等問(wèn)題，因此，為適應(yīng)某產(chǎn)品的研制，我們研制成功了一種測(cè)量簡(jiǎn)便、精度較高的空回測(cè)量系統(tǒng)。

2 空回檢測(cè)系統(tǒng)的組成及檢測(cè)原理

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)空回檢測(cè)系統(tǒng)由減速器空回檢測(cè)和隨動(dòng)轉(zhuǎn)塔空回檢測(cè)組成。

2.1 減速器空回測(cè)試系統(tǒng)的組成

減速器空回檢測(cè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、專(zhuān)業(yè)測(cè)試軟件、交流電機(jī)及其交流驅(qū)動(dòng)器、高精度碼盤(pán)、電纜等組成。如圖2 所示。

圖2 減速器空回測(cè)試系統(tǒng)

2.2 減速器空回檢測(cè)原理

由計(jì)算機(jī)通過(guò)專(zhuān)用軟件，控制交流電機(jī)沿某一方向旋轉(zhuǎn)一定角度，采集并記錄此時(shí)高精度編碼器的初始位置數(shù)據(jù)A1。繼續(xù)沿同一方向控制電機(jī)慢速旋轉(zhuǎn)固定角度后，控制電機(jī)反向慢速旋轉(zhuǎn)同一角度，使減速器主動(dòng)軸回到初始位置，采集并記錄此時(shí)刻高精度編碼器的角度位置數(shù)據(jù)A2，兩次角度位置數(shù)據(jù)之差即為減速器在此測(cè)試位置的空回量。選擇不同的測(cè)試點(diǎn)，重復(fù)上述過(guò)程，可以得到不同測(cè)試點(diǎn)的空回量。

2.3 轉(zhuǎn)塔空回測(cè)試系統(tǒng)的組成

轉(zhuǎn)塔空回測(cè)試系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、專(zhuān)業(yè)測(cè)試軟件、全站儀、電纜等組成。如圖3 所示。

圖3 轉(zhuǎn)塔空回測(cè)試系統(tǒng)

2.4 轉(zhuǎn)塔空回檢測(cè)原理

隨動(dòng)轉(zhuǎn)塔是由交流驅(qū)動(dòng)器、交流電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、位置傳感器等組成。位置傳感器安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的次末級(jí)，與次末級(jí)齒輪同軸。在隨動(dòng)控制中精度控制與解算是以位置傳感器的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)的，因此，對(duì)于隨動(dòng)轉(zhuǎn)塔而言，空回是指末級(jí)齒圈與次末級(jí)齒輪之間的間隙。

旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的角度表示轉(zhuǎn)塔的實(shí)際角度位置，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)串口采集。

用全站儀對(duì)準(zhǔn)隨動(dòng)轉(zhuǎn)塔上的測(cè)試點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)控制電機(jī)正反向運(yùn)動(dòng)，記錄轉(zhuǎn)塔起始位角置數(shù)據(jù)B1，電機(jī)正向運(yùn)動(dòng)一定角度后反向運(yùn)動(dòng)，直至全站儀再次對(duì)準(zhǔn)測(cè)試點(diǎn)，記錄此時(shí)刻轉(zhuǎn)塔的角位置數(shù)據(jù)B2，兩次角度位置數(shù)據(jù)之差即為隨動(dòng)轉(zhuǎn)塔在此測(cè)試位置的空回量。選擇不同的測(cè)試點(diǎn)，重復(fù)上述過(guò)程，即可得到不同測(cè)試點(diǎn)的空回量。

3 軟件介紹

該軟件通過(guò)串口給交流驅(qū)動(dòng)器發(fā)送命令控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)串口采集高精度編碼器的數(shù)據(jù)作為減速器和轉(zhuǎn)塔輸出的實(shí)際角度。通過(guò)比較位置傳感器正反轉(zhuǎn)前后角度的差值計(jì)算空回量的大小。該軟件可以采集并記錄高精度編碼器的角度值，可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和方向。軟件界面如圖4 所示。

圖4 減速器空回測(cè)試系統(tǒng)軟件界面

4 結(jié)論

利用空回檢測(cè)系統(tǒng)可以完成減速器和隨動(dòng)轉(zhuǎn)塔空回量的大小的檢測(cè)，使用方便，效率高，相對(duì)平行光管的測(cè)量方法，其測(cè)試精度基本相同，但易用性和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的客觀性較高。

利用本檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)在研產(chǎn)品的減速器和隨動(dòng)轉(zhuǎn)塔空回進(jìn)行了檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了空回檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化、可視化，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單易行。

［1］李平，王英.基于數(shù)字式經(jīng)緯儀檢測(cè)的調(diào)炮精度測(cè)量裝置［J］.火力與指揮控制，2010，35(z) ：96－98.

［2］何渝.計(jì)算機(jī)常用數(shù)值算法與程序［M］.北京：人民郵電出版社，2003.