CN111076692A - 一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，属于空间驱动机构集成装配与测试领域；步骤一、建立多级行星减速机构轴系；步骤二、采用三坐标测量机对多级行星减速机构轴系测量获得L1、L2、L3、L4和L5；步骤三、建立多级行星减速机构轴系方程组；步骤四、计算第一组轴承宽度平均值H1和第二组轴承宽度平均值H2；步骤五、将H1和H2代入多级行星减速机构轴系方程组，计算得出第二隔离环的厚度d1和轴承压紧垫片厚度d2；本发明实现空间驱动机构轴系轴向间隙的精确、量化控制；提高轴系轴向间隙的控制精度及效率。
Description
技术领域
本发明属于空间驱动机构集成装配与测试领域，涉及一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法。
背景技术
机械臂关节是空间机械臂的核心部件，是机械臂灵活运动，实现各项运动功能的基础，是保证机械臂运动精度、连接刚度、输出力矩等各项功能和性能指标的关键。关节为机械臂提供机械和电气同步快速连接、电缆传输等辅助功能。
关节具有输出力矩大、输出精度高和机电热等特点，为典型的多级行星减速机构，结构上主要由电机组件、关节驱动传动系统、旋转变压器、控制器、电源模块、快速连接装置、热控组件、电缆组件等组成。
关节整机结构复杂、紧凑，装配过程涵盖大量轴系装调环节。关节内部轴系相对作用关系复杂且常常存在耦合现象。产品使用的轴承类型为深沟球轴承，为保证轴系支撑刚度、旋转精度、使用寿命、可靠性及输出精度，需要在产品装配过程中对轴系的轴向间隙实施量化控制。
目前，空间驱动机构轴系轴向间隙控制主要采用装配—测量—拆卸—调整—装配—测量反复迭代的方式进行，控制过程常常依靠技术人员及操作人员的经验进行，控制效率低下且无有效的量化控制手段。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，实现空间驱动机构轴系轴向间隙的精确、量化控制；提高轴系轴向间隙的控制精度及效率。
本发明解决技术的方案是：
一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，包括如下步骤：
步骤一、建立多级行星减速机构轴系；包括左支架、第一轴承、第一隔离环、第二轴承、双齿轮、第三轴承、第二隔离环、第四轴承、轴承压紧垫片、轴承端盖、右支架、保持架、轴肩和轴承端壁；
步骤二、测量第一轴承轴向外端面距左支架轴向内端面的距离L1；测量左支架轴向内端面距第四轴承轴向外端面的距离L2；测量第一轴承轴向外端面距轴承压紧垫片轴向外端面的距离L3；测量轴承压紧垫片轴向内端面距轴承端盖轴向外端面距离L4；测量第二轴承外端面距第三轴承外端面距离L5；
步骤三、建立多级行星减速机构轴系方程组；
步骤四、计算第一组轴承宽度平均值H1和第二组轴承宽度平均值H2；
步骤五、将H1和H2代入多级行星减速机构轴系方程组，计算得出第二隔离环的厚度d1和轴承压紧垫片厚度d2。
在上述的一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，所述步骤一中，多级行星减速机构轴系的建立过程为：
双齿轮轴向水平放置；第二轴承固定设置在双齿轮的轴向一端；第三轴承固定设置在双齿轮的轴向另一端；第一隔离环固定设置在第三轴承的轴向外端；第二隔离环固定设置在第三轴承的轴向外端；第一轴承和左支架均固定设置在第一隔离环的轴向外端；且第一轴承设置在左支架的顶部；轴承端壁设置在第一轴承的轴向外端，实现对第一轴承的轴向限位；第四轴承固定设置在第二隔离环的轴向外端；右支架设置在双齿轮的轴向另一端；且第三轴承、第二隔离环和第四轴承均设置在右支架顶部；轴承端盖设置在第四轴承的轴向外端，实现对第四轴承的轴向限位；保持架水平放置在双齿轮的顶部；轴肩设置在第四轴承的顶部，且轴肩伸入轴承端盖；轴承压紧垫片设置在轴肩的顶部；通过保持架轴向端壁和轴承端盖内壁实现卡死限位。
在上述的一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，所述步骤二中，L1、L2、L3、L4和L5由三坐标测量机对多级行星减速机构轴系测量获得。
在上述的一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，步骤三中，多级行星减速机构轴系方程组为：
L1+L2＝D+d1+L5+H1+h5+h8+0.015
L4-d2＝L3-(D+d1+H1+H2+L5)
式中，D为第一隔离环的厚度；测量获得；
d1为第二隔离环的厚度；为第一待求参数；
h5为第一轴承内环宽度；测量获得；
h8为第四轴承外环宽度；测量获得；
d2为轴承压紧垫片厚度；为第一待求参数；
H1为第一组轴承宽度平均值；
H2为第二组轴承宽度平均值。
在上述的一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，步骤四中，第一组轴承宽度平均值H1的计算方法为：
H1＝(h1+h2+h3+h4)/2
第二组轴承宽度平均值H2的计算方法为：
H2＝(h5+h6+h7+h8)/2
式中，h1为第二轴承内环宽度；
h2为第三轴承内环宽度；
h3为第二轴承外环宽度；
h4为第三轴承外环宽度；
h5为第一轴承内环宽度；
h6为第四轴承内环宽度；
h7为第一轴承外环宽度；
h8为第四轴承外环宽度。
在上述的一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，其特征在于：所述多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙控制精度优于0.01mm。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明解决了多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙控制的难题，通过建立关节轴系轴向间隙控制模型并对轴系轴向间隙特征影响参数进行检测，得出轴向间隙调整环节的理论值，从而实现对关节轴系轴向间隙的量化控制，同时对关节轴承轴向间隙及轴系轴向间隙实施在线监测，有效保证轴系旋转精度、支撑刚度及运转可靠性；
(2)本发明提供的轴系轴向间隙控制精度优于0.01mm，可以适用于任何单级及多级行星减速机构以及谐波减速机构中高精度轴系的轴向间隙控制，产品轴向间隙控制模型的建立方法及轴承参数的测试方法均不受轴系结构、轴承类型、预紧方式等因素限制。
附图说明
图1为本发明轴向间隙控制计算流程图；
图2多级行星减速机构轴系示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提供一种基于多级行星减速机构的高精度轴系轴向间隙控制方法，实现空间驱动机构轴系轴向间隙的精确、量化控制。旨在将空间驱动机构轴系轴向间隙控制方法从定性经验控制向定量控制转变，提高轴系轴向间隙的控制精度及效率。
如图1所示，高精度轴系轴向间隙计算方法，主要包括如下步骤：
步骤一、建立多级行星减速机构轴系；如图2所示，包括左支架1、第一轴承2、第一隔离环3、第二轴承4、双齿轮5、第三轴承6、第二隔离环7、第四轴承8、轴承压紧垫片9、轴承端盖10、右支架11、保持架12、轴肩13和轴承端壁14；其中，双齿轮5轴向水平放置；第二轴承4固定设置在双齿轮5的轴向一端；第三轴承6固定设置在双齿轮5的轴向另一端；第一隔离环3固定设置在第三轴承6的轴向外端；第二隔离环7固定设置在第三轴承6的轴向外端；第一轴承2和左支架1均固定设置在第一隔离环3的轴向外端；且第一轴承2设置在左支架1的顶部；轴承端壁14设置在第一轴承2的轴向外端，实现对第一轴承2的轴向限位；第四轴承8固定设置在第二隔离环7的轴向外端；右支架11设置在双齿轮5的轴向另一端；且第三轴承6、第二隔离环7和第四轴承8均设置在右支架11顶部；轴承端盖10设置在第四轴承8的轴向外端，实现对第四轴承8的轴向限位；保持架12水平放置在双齿轮5的顶部；轴肩13设置在第四轴承8的顶部，且轴肩13伸入轴承端盖10；轴承压紧垫片9设置在轴肩13的顶部；通过保持架12轴向端壁和轴承端盖10内壁实现卡死限位。
步骤二、测量第一轴承2轴向外端面距左支架1轴向内端面的距离L1；测量左支架1轴向内端面距第四轴承8轴向外端面的距离L2；测量第一轴承2轴向外端面距轴承压紧垫片9轴向外端面的距离L3；测量轴承压紧垫片9轴向内端面距轴承端盖10轴向外端面距离L4；测量第二轴承4外端面距第三轴承6外端面距离L5；L1、L2、L3、L4和L5由三坐标测量机对多级行星减速机构轴系测量获得。
步骤三、建立多级行星减速机构轴系方程组；多级行星减速机构轴系方程组为：
L1+L2＝D+d1+L5+H1+h5+h8+0.015
L4-d2＝L3-(D+d1+H1+H2+L5)
式中，D为第一隔离环3的厚度；测量获得；
d1为第二隔离环7的厚度；为第一待求参数；
h5为第一轴承2内环宽度；测量获得；
h8为第四轴承8外环宽度；测量获得；
d2为轴承压紧垫片9厚度；为第一待求参数；
H1为第一组轴承宽度平均值；
H2为第二组轴承宽度平均值。
步骤四、计算第一组轴承宽度平均值H1和第二组轴承宽度平均值H2；第一组轴承宽度平均值H1的计算方法为：
H1＝(h1+h2+h3+h4)/2
第二组轴承宽度平均值H2的计算方法为：
H2＝(h5+h6+h7+h8)/2
式中，h1为第二轴承4内环宽度；
h2为第三轴承6内环宽度；
h3为第二轴承4外环宽度；
h4为第三轴承6外环宽度；
h5为第一轴承2内环宽度；
h6为第四轴承8内环宽度；
h7为第一轴承2外环宽度；
h8为第四轴承8外环宽度。
步骤五、将H1和H2代入多级行星减速机构轴系方程组，计算得出第二隔离环7的厚度d1和轴承压紧垫片9厚度d2。
本发明中第二轴承4、第三轴承6、第一轴承2和第四轴承8均采用深沟球轴承；且关节内部深沟球轴承均采用配对的方式使用。针对每对深沟球轴承分别测量其单个轴承的轴向间隙，采用专用工装测量单个轴承轴向间隙，测量工装由测试底座及测试砝码组成。测试底座对轴承进行支撑，测试砝码对轴承施加轴向预紧力，使用千分表检测可以得出轴承施加预紧力前后的轴承端面凸出量即为单个轴承的轴向间隙。
针对关节内部每组轴系结构，在保证一对深沟球轴承理论中心对正的前提下，针对不同的轴系结构建立轴向间隙控制模型，识别出影响轴系轴向间隙的特征影响参数。轴向间隙特征影响参数主要包括两部分，一部分为深沟球轴承内、外圈宽度，一部分为轴系连接结构件的轴向结构尺寸，具体包含轴承安装轴向尺寸、轴承端盖10轴向尺寸、轴承压紧垫片9厚度等。在不考虑单个轴承轴向间隙的前提下，应保证轴承端面与轴承端盖之间存在0-0.03mm间隙。
使用千分尺对每个轴系内部的一对深沟球轴承内、外圈宽度进行检测，测量精度精确到0.002mm。
根据轴向间隙控制模型中识别的轴向间隙特征影响参数，使用三坐标测量机检测轴系连接结构中影响轴系轴向间隙的特征影响尺寸。
将轴系轴向间隙特征影响参数检测数据代入轴向间隙控制模型，得出各轴系轴向间隙调整环节(轴承压紧垫片9、第二轴承隔离环7等)理论尺寸，根据轴向间隙调整环节理论尺寸，使用数控磨床对调整垫片、轴承隔离环进行双面修磨，修磨尺寸精度不低于0.002mm。
关节内部轴系轴向间隙理论值为0.015mm(0-0.03mm的中间值)+一对深沟球轴承中轴向间隙较小值/2,轴向间隙调整环节修磨完成后，复装各轴系结构，实测其轴向窜动(轴向间隙)，考虑装配误差及测量误差，如果实测值与理论值偏差不大于0.01mm，则认为轴向间隙控制有效，即轴系轴向间隙得到了量化控制。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、建立多级行星减速机构轴系；包括左支架(1)、第一轴承(2)、第一隔离环(3)、第二轴承(4)、双齿轮(5)、第三轴承(6)、第二隔离环(7)、第四轴承(8)、轴承压紧垫片(9)、轴承端盖(10)、右支架(11)、保持架(12)、轴肩(13)和轴承端壁(14)；
步骤二、测量第一轴承(2)轴向外端面距左支架(1)轴向内端面的距离L1；测量左支架(1)轴向内端面距第四轴承(8)轴向外端面的距离L2；测量第一轴承(2)轴向外端面距轴承压紧垫片(9)轴向外端面的距离L3；测量轴承压紧垫片(9)轴向内端面距轴承端盖(10)轴向外端面距离L4；测量第二轴承(4)外端面距第三轴承(6)外端面距离L5；
步骤三、建立多级行星减速机构轴系方程组；
步骤四、计算第一组轴承宽度平均值H1和第二组轴承宽度平均值H2；
步骤五、将H1和H2代入多级行星减速机构轴系方程组，计算得出第二隔离环(7)的厚度d1和轴承压紧垫片(9)厚度d2。
2.根据权利要求1所述的一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，其特征在于：所述步骤一中，多级行星减速机构轴系的建立过程为：
双齿轮(5)轴向水平放置；第二轴承(4)固定设置在双齿轮(5)的轴向一端；第三轴承(6)固定设置在双齿轮(5)的轴向另一端；第一隔离环(3)固定设置在第三轴承(6)的轴向外端；第二隔离环(7)固定设置在第三轴承(6)的轴向外端；第一轴承(2)和左支架(1)均固定设置在第一隔离环(3)的轴向外端；且第一轴承(2)设置在左支架(1)的顶部；轴承端壁(14)设置在第一轴承(2)的轴向外端，实现对第一轴承(2)的轴向限位；第四轴承(8)固定设置在第二隔离环(7)的轴向外端；右支架(11)设置在双齿轮(5)的轴向另一端；且第三轴承(6)、第二隔离环(7)和第四轴承(8)均设置在右支架(11)顶部；轴承端盖(10)设置在第四轴承(8)的轴向外端，实现对第四轴承(8)的轴向限位；保持架(12)水平放置在双齿轮(5)的顶部；轴肩(13)设置在第四轴承(8)的顶部，且轴肩(13)伸入轴承端盖(10)；轴承压紧垫片(9)设置在轴肩(13)的顶部；通过保持架(12)轴向端壁和轴承端盖(10)内壁实现卡死限位。
3.根据权利要求2所述的一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，其特征在于：所述步骤二中，L1、L2、L3、L4和L5由三坐标测量机对多级行星减速机构轴系测量获得。
4.根据权利要求3所述的一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，其特征在于：步骤三中，多级行星减速机构轴系方程组为：
L1+L2＝D+d1+L5+H1+h5+h8+0.015
L4-d2＝L3-(D+d1+H1+H2+L5)
式中，D为第一隔离环(3)的厚度；测量获得；
d1为第二隔离环(7)的厚度；为第一待求参数；
h5为第一轴承(2)内环宽度；测量获得；
h8为第四轴承(8)外环宽度；测量获得；
d2为轴承压紧垫片(9)厚度；为第一待求参数；
H1为第一组轴承宽度平均值；
H2为第二组轴承宽度平均值。
5.根据权利要求4所述的一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，其特征在于：步骤四中，第一组轴承宽度平均值H1的计算方法为：
H1＝(h1+h2+h3+h4)/2
第二组轴承宽度平均值H2的计算方法为：
H2＝(h5+h6+h7+h8)/2
式中，h1为第二轴承(4)内环宽度；
h2为第三轴承(6)内环宽度；
h3为第二轴承(4)外环宽度；
h4为第三轴承(6)外环宽度；
h5为第一轴承(2)内环宽度；
h6为第四轴承(8)内环宽度；
h7为第一轴承(2)外环宽度；
h8为第四轴承(8)外环宽度。
6.根据权利要求5所述的一种多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙计算方法，其特征在于：所述多级行星减速机构高精度轴系轴向间隙控制精度优于0.01mm。
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