精密减速器传动误差测量精度分析
2020-12-23袁景辉
袁景辉
摘要:随着时代的发展,科学技术不断进步。精密减速器传动精度的关键参数是传动误差,但目前针对机器人用精密减速器传动误差测量精度分析的问题仍处于空白。为此,以RV减速器为测量对象,利用现有的精密减速器性能试验机,采用测量不确定度评定的方法进行表征,对仪器轴系的回转精度、同轴度进行了实际测量;分析了各误差源对传动误差测量精度影响的程度,计算了各误差源的合成不确定度。
关键词:精密减速器;传动误差;测量精度
1、传动误差及测量原理
传动误差的定义为:当输入轴转动一定角度时,输出轴在实际上的转角与理论转角的角度差值,是传动装置的一种单向误差。用公式表示为ET(t)=θ2(t)-θ1(t)/i式中:θ1(t)为输入轴的角位移;θ2(t)为输出轴的角位移;i为传动比。用于精密减速器传动误差测量的试验机原理。被测精密减速器安装于试验机中部减速器支架上,输入轴和输入端圆光栅安装在测量主轴上,输出端圆光栅通过簧片结构与输出轴相连,两端光栅系统用于转角测量。右侧起为输入端的驱动伺服电机,依次驱动测量主轴(输入端圆光栅)、输入轴、被测精密减速器和输出轴(输出端圆光栅),负载伺服电机做加载使用。
2、精密减速器传动误差测量精度分析
2.1传动误差测量原理分析
RV精密减速器的传动误差为当输入轴转动一定角度时输出轴实际转角与理论转角的角度差值,简称传动误差。控制磁粉制动器给RV精密减速器输出端施加一定负载力矩,通过驱动电机控制RV精密减速器在给定速度下匀速正向运转,通过输入端和输出端安装的高精密圆光栅进行角度采样,当输出轴转过一定角度,控制驱动电机使RV精密减速器以相同转速逆向运转,重复上述步骤,将测得数据上传至上位机进行处理后得到传动误差值,这种方法能够动态实时测量RV精密减速器传动误差,具有较强的适应性,且测量精度高。
2.2滞回曲线测量原理分析
滞回特性普遍存在于精密传动系统中,目前,减速器生产厂家主要采用滞回曲线法测量减速器的回差。考虑到减速器内部摩擦以及油膜阻力等,将在施加±3%额定转矩,其他各部件接触良好的情况下,测得的输出轴转角值作为几何回差,并以此评价减速器的回差性能,其表达式为θ3%B=(θ3%out1-θ3%in1R)-(θ3%out2-θ3%in2R),θ3%B为几何回差;θ3%in1、θ3%out1分别为输入端转矩+3%时,输入端转角和输出端编码器的平均读数;θ3%in2、θ3%out2分别为输入端转矩-3%时,输入端转角和输出端编码器的平均读数;R为减速器传动比。
2.3基于双向传动误差的回差测量原理分析
双向传动误差测量法是以RV减速器传动误差检测为基础的,传动误差是指单向转动时,输出轴实际转角与理论转角之间的差值,传动误差θT的计算公式为θT=(θout-θinR),θout为输出端转角;θin为输入端转角。回差计算公式为θB=(θout1-θin1R)-(θout2-θin2R)(3)式中,θin1、θout1分别为正向转动时,输入端和输出端转角;θin2、θout2分别为反向转动时,输入端和输出端转角,且必须满足正转、反转时,输出端处于同一位置,即θout1=θout2将其代入回差计算公式中,记正向傳动误差为θT1,反向传动误差为θT2,则回差可表示为θB=θT1-θT2所以,减速器的回差可表示为输出端处于同一位置时正向传动误差和反向传动误差的差值。由于传动误差的测量不受载荷条件的限制,可以测量不同载荷下的回差变化曲线,因此,使用该方法可以满足不同工况下,RV减速器的回差的检测要求。
2.4减速器传动误差分析
影响减速器传动误差测量精度的因素主要包括仪器轴系回转误差和同轴度误差,主轴回转误差可分解为端面跳动误差、径向跳动误差及角运动误差3个分量。在本轴系中,端面跳动不产生测量误差,主要由径向跳动误差产生。使用千分表分别测量输入轴、输出轴回转径向跳动误差,实际测得被测减速器输入轴径向跳动为2μm,被测减速器输出轴径向跳动为4μm,该测得值在合理范围之内,轴系回转精度较高。轴系回转误差对传动误差的测量影响主要包括回转误差引起的垂直度误差以及对圆光栅产生一定的转角误差。①轴系回转误差引起的垂直度误差。因轴系想轴心线有一定的夹角。通过测得的输入轴、输出轴径向跳动值可对其垂直度误差进行计算。设垂直度误差引起的轴系偏心为e1,则e1=Δh1D14r式中,Δh1为轴系端面跳动;D1为轴系轴向长度;r为轴系径向半径。径向跳动,输入轴与输入法兰、输出轴与精密减速器输出端端面存在垂直度误差,其安装轴心线与理②轴系回转误差对圆光栅产生一定转角误差。输入光栅盘与输出光栅盘分别与测量主轴和输出轴相连,光栅盘采用了双读数头,光栅安装偏心的影响可被消除。,理想圆光栅的安装中心位置建立Oxy坐标系,圆光栅以虚线表示,O点为圆光栅的圆心;偏心状态圆光栅的安装中心位置建立O?x?y?,圆光栅以实线表示,O?点为圆光栅的圆心[6]。设p?点为偏心状态下圆光栅任意一点,此时,理想状态下光栅转过角度为∠xOy,偏心状态下转过的角度为∠x?O?p?,则p′点的转角测量误差为Δ,令Op'=b,OO'=a,圆光栅半径O?p?=r,Op'=OO'+O'p',即bej90°=aejβ+rejγ求解可得Δ=-arcsinacosβr当cosβ=±1时,光栅读数头测得的角度误差Δ最大。在本试验台中,输入端圆光栅半径r1=37.5mm,输出端圆光栅半径r2=75mm。
2.5不确定度分析
仪器的测量不确定度是指由所用测量仪器或测量系统引起的测量不确定度分量,通常仪器的不确定度按B类测量不确定度评定,通过对测量仪器或测量系统校准得到。影响仪器传动误差测量误差的因素主要包括以下3个方面:机械系统的误差因素,标准量的误差因素以及信号处理与算法的误差因素。机械系统的误差因素包括:输入端轴系跳动误差、垂直度误差、输出端轴系跳动误差、垂直度误差以及仪器轴系同轴度;标准量的误差因素主要包括输入端圆光栅系统以及输出端圆光栅系统引入的测量误差;信号处理与算法误差因素,包括光栅细分器、计数卡等部分所引入的误差、电气系统稳定性误差以及算法引入的误差。
结束语
针对精密减速器传动误差测量精度分析问题,对现有的精密减速器性能试验机测量轴系的回转误差、轴系同轴度误差进行了实际测量。通过对测量仪器或测量系统测量,按照测量不确定度中B类测量不确定度的方法分析了各误差源对传动误差的影响程度,其中,轴系跳动误差对仪器测量结果相对较大,其次是轴系的同轴度、圆光栅传感器系统精度、信号处理和算法误差等;通过对整机进行精度分析和测量试验,结果表明,该试验机精度符合要求,多次测量重复性小于2″,可以满足精密减速器传动误差测量需求。
参考文献
[1]张丰收,祝鹏,冯崇,等.RV精密减速器传动精度的研究[J].机械设计,2015,32(4):1-4.
[2]楠波,成电合译.精密齿轮传动装置———理论与实践[J].北京.国防工业出版社,1978.
[3]郭海军.2K-V型摆线针轮传动的精度分析与仿真研究[D].西安:西北工业大学,2005.