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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(shí)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(shí)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(jì)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(jìn)行測量,結(jié)果如表1所示。

試驗(yàn)中,小30的軸從20℃升高到40℃時(shí),尺寸變化量平均為0.013mm:從20℃升高到60℃時(shí),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(jì)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(jìn)行測量,結(jié)果如表2所示。

試驗(yàn)中,小30的大齒輪孔從20c升高到40℃時(shí),尺寸變化量平均為0.003mm:從20℃升高到60℃時(shí),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(yàn)結(jié)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(jì)算相符。

對29只已裝配的軸孔尺寸進(jìn)行測量統(tǒng)計(jì),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(gè)別配合間隙較小的情況。

常溫下軸孔配合間隙較小時(shí),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(yùn)動,此時(shí)溫度進(jìn)一步升高,由于減速機(jī)構(gòu)中各個(gè)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(dāng)振蕩幅值對應(yīng)的角度不超過規(guī)定的自振靜態(tài)誤差的指標(biāo)要求時(shí),自持振蕩是伺服系統(tǒng)允許的,但長時(shí)間大幅度的振蕩會造成機(jī)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(jìn)行控制。

3改進(jìn)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(jìn)行控制,防止由于間隙較小、表面損傷或多余物的引入導(dǎo)致配合面在高溫下不能正常相對運(yùn)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(jìn)一步剔除表面缺陷:(3)根據(jù)軸孔尺寸實(shí)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(yàn)結(jié)果驗(yàn)證,改進(jìn)措施實(shí)施后尚未出現(xiàn)類似問題。

4結(jié)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(dāng)配合面間隙較小或存在缺陷時(shí),易導(dǎo)致消隙齒輪與軸無法相對運(yùn)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(yán)格控制配合面裝配過程,根據(jù)計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果制定配合間隙范圍,對裝配件進(jìn)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。