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零背隙减速机是如何做到的

发布时间:2019-07-17发布:

最早听说市面上有这么一款零背隙减速机时,我是完全无法相信的,居然有人能消除减速机输出的回程间隙?

不过,在查阅了一些技术资料、并和厂家的产品团队进行了一番交流之后,我总算能够对这款神奇的产品其内部工作原理略知一二了。

本期,咱们就来简单的聊聊,这款 Galaxie 的零背隙到底是怎么做到的。

有关 Galaxie 减速机的传动机理,还是得先从其特殊的内部结构说起。

Galaxie 的输入轴外缘轮廓是由多条相互对称的对数螺旋线组成的封闭曲线。

在输入轴的这个轮廓面上,连续排布附着着一圈共 24 支金属滑块(亦称滑靴);并且每一支滑靴都向外支撑着两根垂直于轴外缘表面的金属柱。

金属柱的末端呈针型齿状,称为齿针或齿柱,伸向减速机外壳内壁上的环形内齿圈。尽管每根齿针的长度都是相同的,但因为底部支撑面(也就是输入轴的外缘面)并非是一个圆周,所以每一根齿针插入齿圈上齿槽的深度都会有所不同;同时,由于齿圈上的齿数( 50 )与齿针数量(24 对)并非是整数比关系,因此,每根齿针在圆周方向上与齿圈中齿槽的相对位置也是不一样的。

而 Galaxie 的巧妙之处就在于,通过内部的机械胀紧结构将这些齿针和输入轴紧紧的锁在了减速机的内齿圈中,每根齿针的顶端都与齿圈中的内齿面有不同程度的接触,并且这个接触面会随着输入轴的旋转而逐渐变化,构成一个动态的旋转联锁机构。

以上图中 11~12 点钟方向的齿针为例,当输入轴向顺时针方向旋转时,这些齿针会被输入轴外圈推动沿右侧齿面滑入齿圈内齿槽中,在齿针与内齿槽接触面逐渐增大的过程中,齿针会同时逐渐向逆时针方向旋转,从而推动整个齿柱保持架旋转作为 Galaxie 减速机的输出;与此同时,那些已经滑过齿槽底部的齿针,则会在齿柱保持架的旋转推动下,紧贴着齿圈内齿槽左侧接触面滑出齿槽,至完全滑出后,就会再次被旋转的输入轴推入齿槽......周而复始......

可以看到,Galaxie 减速机内部的齿针其实是紧贴在环形内齿圈表面滑行的,而输出轴的旋转正是由这些齿针在旋转滑行的过程中交替推进完成的。并且在任何时候,沿着齿圈内齿槽一侧(如:顺时针侧)表面滑向底部的齿针,总是会通过保持架将正在从齿槽底部滑出的齿针紧紧的压在内齿槽表面的另一侧(如:逆时针侧)。

也就是说,Galaxie 减速机工作时,其传动齿始终是紧紧的啮合在一起并一直处于受力状态的,这是传统的齿轮传动减速机完全无法做到的。而在这种情况下,无论是朝哪个方向旋转,减速机的输出轴都是几乎没有任何机会产生回程运动的;即使是在停止换向时,亦是如此。产品性能(精度、效率...)将基本上只可能受到其自身传动刚性的影响。

而说到传动刚性,在这里我们就不得不再次将 Galaxie 和传统的齿轮减速机做个对比。

我们知道,传统的减速机是依靠渐开线齿轮啮合传动的,其受力传动齿的接触面基本上就是一条直线。并且只有通过这样一个很小的接触面,才能完成从输入端到输出侧的扭矩传输。

而 Galaxie 在这一点上与以往的减速机却有着根本的不同,它的传递扭矩完全是通过传动齿之间的面接触实现的。

按照 WITTENSTEIN 官方的说法,Galaxie 的传动齿接触面积要比一般渐开线齿轮减速机高出 6 倍之多。这不仅让它具备了极高的扭矩动力输出能力,同时也为其带来了非常出色的传动刚性。

从目前已经发布的资料看,Galaxie 在输出扭矩和传动刚性的指标上要比市面上相同尺寸级别的空心轴减速机高出 3~5 倍。例如:外径仅为 156mm 的 RG110,其额定扭矩输出可达 276 Nm,扭转刚度达到 400Nm/arcmin。 而这完全得益于本文前面提到的 - 其内部极为巧妙的齿针传动结构。

所以,简而言之:

Galaxie 在减速机内部去掉了齿轮,以数个齿针替代了传统的渐开线齿轮;

以针齿在齿圈表面的滑行,替代了传统减速机内部齿轮间的啮合;

齿柱之间通过内部的机械胀紧结构,消除了背隙;

输入端外缘是对数螺旋封闭曲线,旋转时通过滑靴驱动径向分布的齿柱在齿圈上滑行,最终推动齿柱的保持架旋转,产生刚性极强的动力输出。

由于具备极高的输出功率密度,像 Galaxie 这种级别的零背隙减速机,其对于生产设备的应用价值是非常明显的。它与高性能伺服电机的组合,能够以更小的尺寸体积,为运控系统提供一种高精度、高动态、高刚性的机电动力解决方案,从而帮助制造企业进一步提升其产品加工质量。

比如一台 CNC 数控设备,如果其产品加工精度因为铣头摆动、ac 转台。。。等工位上使用的减速机/电机本身存在的传动刚性和背隙而受到了影响,那么就非常有必要考虑在这些工位使用 Galaxie 级别的减速机了。

从目前已经公布的产品信息看,Galaxie 系列减速机共有 RG110 ~ RG215 四个级别的框架尺寸,外径从 156 ~ 314mm,额定输出扭矩从 276 ~ 2570Nm,最大扭转刚度可达 2700 Nm/arcmin。

⚠️ 需要注意的是,Galaxie 的传动速比只有 1:24 这一个选项,目测这也和其“别具一格”的减速机结构有关。

如果用户需要完整的高性能机电一体化动力解决方案,WITTENSTEIN 也能够为用户提供集成有 Galaxie 减速机的空心轴伺服电机,并且据说还集成了 Wi-Fi。不过貌似只有 RGM110 和 RGM135 两个框架尺寸的产品可供选择,额定输出扭矩分别是 276 Nm 和 500 Nm。

说到这,相信大伙应该都已经感觉到了,这款 Galaxie 减速机的内部结构肯定是相当复杂的。光靠一篇短文是根本没法把它彻底说清楚的。

另外,要将这么多的零件集中组装在一个直径仅为几十厘米的圆柱体中,并且还要确保它们相互之间的连接配合恰到好处,目测这样一款减速机产品的售价必定是不菲的吧...

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