齿轮齿条传动副及其故障分析

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：2台减速箱通过机械连接形成张力，使主、从动齿轮与同一根齿条啮合，且粗加工或快进时，主、从动齿轮朝同一方向工作；而精加工时主从动齿轮承受相反方向的转矩，以达到零间隙目的。

通常，受滚珠丝杠副制造工艺、弯曲变形、热伸长和转动惯量及高速旋转时抖动等多种因素的制约，滚珠丝杠副的行程不超过6m。当其行程在4m以下时，采用滚珠丝杠旋转结构；当4m≤行程≤6m时，采用滚珠丝杠不转而丝杠螺母旋转的结构。目前，滚珠丝杠副的大行程加工与应用已突破了上述长度的限制，但弯曲变形、热伸长、转动惯量及高速旋转时抖动等问题仍不可避免，使用时需做繁杂的计算和综合性考虑。为此，在行程大于6m的数控切割机纵向导轨、地轨式或横梁结构的CLOOS机器人等大跨度、重载切削数控机床的加长型移动导轨上，常常采用单齿轮驱动式（见图5-70，用于低精度场合）或双齿轮消隙式（见图5-71）的齿轮齿条传动副结构。

图5-70 单齿轮驱动式齿轮齿条传动副

图5-71 CLOOS焊接机器人的双齿轮消隙式齿轮齿条传动副

齿轮齿条传动副结构与齿轮减速机构同样存在齿侧间隙，易引起非线性误差，使伺服进给系统出现振荡过冲现象，严重时损坏机床的结构，直接影响机床定位精度和重复定位精度。因此，高精度、高速度数控机床上的齿轮齿条传动副必须采取合理措施以消除齿侧间隙。目前常用的是双齿轮消隙式结构。

1.双齿轮机械式消隙结构（见图5-72）

用1台减速机带动2个输出齿轮（1个驱动用，另1个提供反向力），通过其相对转角使两齿轮齿面分别与齿条槽的相反两侧面啮合，从而消除齿条和输出齿轮之间的背隙，使换向时无间隙。

图5-72 双齿轮机械式消隙结构

2.双齿轮电气式消隙结构（见图5-73）

该结构为2台伺服电动机单独驱动2个行星减速器的双入双出形式，其中1个齿轮主动驱动，另1个齿轮从动并根据主动驱动设定的速度旋转，各阶段的预载均通过电气设置实现。2台减速箱通过机械连接形成张力，使主、从动齿轮与同一根齿条啮合，且粗加工或快进时，主、从动齿轮朝同一方向工作；而精加工时主从动齿轮承受相反方向的转矩，以达到零间隙目的。

图5-73 双齿轮电气式消隙结构

齿轮齿条传动副及其故障分析

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