引言
平臺穩(wěn)定系統(tǒng)是精密的控制系統(tǒng),本文研究的穩(wěn)定平臺齒輪傳動機構中采用常見的雙齒輪消隙方式消除系統(tǒng)傳動空回。
由于消隙齒輪與其相配合軸的材料不一致,因材料的熱脹冷縮現(xiàn)象,在高溫下外環(huán)軸與消隙齒輪孔間隙減小,雙齒輪消隙作用消失,傳動機構回差變化,出現(xiàn)了穩(wěn)定平臺振蕩現(xiàn)象。
1溫度變化對軸孔尺寸影響
溫度變化AT時軸孔的尺寸變化規(guī)律如下:
1.1外環(huán)軸直徑d軸的膨脹(收縮)量Ad軸
軸隨溫度變化時外徑尺寸變化的理論值為:
式中,a軸為鋁制外環(huán)軸的線膨脹系數(shù),約為2.2×10-5/℃。
計算得小30的鋁制外環(huán)軸從20℃到40℃膨脹量為0.0132mm,從20℃到60℃膨脹量為0.0264mm。
對4只小30的軸在20℃、40℃和60℃溫度下小30外徑尺寸進行測量,結果如表1所示。
試驗中,小30的軸從20℃升高到40℃時,尺寸變化量平均為0.013mm:從20℃升高到60℃時,尺寸變化量平均為0.028mm。與理論軸膨脹量相符。
1.2齒輪孔直徑d孔的膨脹(收縮)量Ad孔理論值:
式中,a孔為鋼制齒輪孔的線膨脹系數(shù),約為1.05×10-5/℃:D為鋼制齒輪外徑。
計算得小30的鋼制大齒輪孔從20c到40c膨脹量為0.003mm,從20c到60c膨脹量為0.006mm。
對5只小30的大齒輪孔在20c、40c和60c溫度下小30內(nèi)徑尺寸進行測量,結果如表2所示。
試驗中,小30的大齒輪孔從20c升高到40℃時,尺寸變化量平均為0.003mm:從20℃升高到60℃時,尺寸變化量平均為0.008mm。與理論孔膨脹量基本相符。
2配合間隙對穩(wěn)定系統(tǒng)的影響
外環(huán)軸規(guī)定尺寸為小300EQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(0.013mm,齒輪內(nèi)環(huán)孔規(guī)定尺寸為小30EQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(.012mm,屬于小30H7/h6的小間隙配合(該配合的最大間隙為0.034mm,最小間隙為0),軸孔表面輕微損傷或內(nèi)壁附著物等不良因素都會影響到齒輪消隙功能。
由以上試驗結果可見,從20℃常溫到60℃高溫下齒輪內(nèi)環(huán)小30孔與外環(huán)小30軸尺寸變化均值分別為0.008mm和0.028mm,配合間隙減少0.02mm:從20℃常溫到40℃高溫下大齒輪小30孔與外環(huán)組合件小30軸尺寸變化均值分別為0.003mm和0.013mm,配合間隙減少0.01mm。與理論計算相符。
對29只已裝配的軸孔尺寸進行測量統(tǒng)計,配合間隙如圖1所示。
如圖1所示,原裝配方式軸孔的配合間隙主要集中在0.012~0.017mm,但是存在個別配合間隙較小的情況。
常溫下軸孔配合間隙較小時,在溫度升高過程中,配合間隙逐漸減小為0mm,齒輪和軸無法相對運動,此時溫度進一步升高,由于減速機構中各個齒輪組合中心距變大,形成了齒隙。對于平臺穩(wěn)定系統(tǒng),只要有傳動空回,就必然產(chǎn)生自持振蕩。
當振蕩幅值對應的角度不超過規(guī)定的自振靜態(tài)誤差的指標要求時,自持振蕩是伺服系統(tǒng)允許的,但長時間大幅度的振蕩會造成機械磨損,增加控制誤差,因此必須對穩(wěn)定系統(tǒng)的自持振蕩進行控制。
3改進措施
為了防止穩(wěn)定系統(tǒng)在高溫下產(chǎn)生自持振蕩現(xiàn)象,對大齒輪孔和軸外環(huán)配合面進行控制,防止由于間隙較小、表面損傷或多余物的引入導致配合面在高溫下不能正常相對運動而卡滯:(1)裝配前用20倍以上顯微鏡檢查零件外觀,確保表面無明顯缺陷:(2)配前用600#或800#金相砂紙打磨配合面,進一步剔除表面缺陷:(3)根據(jù)軸孔尺寸實行選配,保證常溫下配合間隙在0.015mm以上。
根據(jù)后續(xù)大量的裝配試驗結果驗證,改進措施實施后尚未出現(xiàn)類似問題。
4結語
平臺穩(wěn)定系統(tǒng)出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象主要受軸孔配合間隙的影響,當配合面間隙較小或存在缺陷時,易導致消隙齒輪與軸無法相對運動而無法正常消隙,主要原因在于軸孔材料不一致,隨著溫度變化,配合間隙減小。通過嚴格控制配合面裝配過程,根據(jù)計算和試驗結果制定配合間隙范圍,對裝配件進行選配,打磨并在顯微鏡下檢查裝配面,該振蕩問題得到了有效控制。
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