微小型行星減速器的空程控制研究

余光輝，程 榮

(中國電子科技集團公司第二十一研究所，上海 200233)

0 引 言

隨著科學技術的發展和制造工業的發展，微小型行星減速器在制造裝備、醫療機械和國防工業中應用越來越廣泛。行星減速器的一個重要指標是空程，按照《小模數圓柱齒輪減速器通用技術條件》(GB/T12473-1990)，普通級的空程要求不大于16′，較高級的空程要求不大于8′，精密級的空程要求不大于4′。微小型行星減速器的尺寸均很小，尤其對機座號小于10 mm的行星減速器，空程的控制更為困難。

1 微小型行星減速器的空程分析

減速器空程的定義是在空載情況下，減速器正向轉動時，改變輸入軸的轉向，輸出軸跟著反向回轉時的滯后量。空程的存在使得減速器中的輸入軸反轉時，輸出軸和輸入軸短時間內失去運動聯系，造成輸出的中斷，從而使運動傳動關系成為非線性[1]。

以某款φ8 mm行星減速器為例，對于微小型精密行星減速器，因行星輪本身尺寸小，沒有合適的滾動軸承用以支撐行星輪，故行星輪和行星銷軸一般采用滑動軸承形式，整體結構形式如圖1所示。結合行星減速器的傳動分析，影響微小型行星減速器空程的主要因素有：齒輪精度等級，齒輪副之間的齒側間隙，行星輪和行星銷軸之間的配合間隙，軸承和行星架上行星銷軸的位置度等。齒輪精度等級主要根據實際加工能力進行選擇，通常齒輪精度等級越高，減速器空程越小；該減速器中輸出軸上的軸承是支撐輸出軸，對空程的影響較小；行星架上行星銷軸的位置度主要靠加工設備和加工工藝來保證。由于微小型行星減速器的中心距很小，因此齒側間隙，以及行星輪與行星銷軸之間的配合間隙，對減速器空程的影響較大，需要在進行減速器設計時加以控制。

圖1 示意圖

2 空程的控制

以某款φ8mm行星減速器為例，確定模數0.15 mm，太陽輪齒數Z1=15，行星輪齒數Z2=14，內齒輪齒數Z3=45，為了控制該減速器的空程，主要從以下幾方面進行分析控制。

2.1 齒輪側隙設計

直徑為φ8 mm的行星減速器，其零件尺寸均較小，如太陽輪齒頂圓直徑約為2.68 mm，行星輪齒頂圓直徑約為2.53 mm，行星銷軸直徑約為1 mm等。齒輪參數設計方面，根據設備加工能力，太陽輪、行星輪的齒輪精度等級選取6級精度，內齒輪的齒輪精度等級選取7級精度。為了控制減速器的空程，需要選擇合適的齒側間隙的側隙檔，按照DIN58405，每個齒輪精度等級的側隙檔有6種，如6級精度有DIN58405 6c，DIN58405 6d，DIN58405 6e，DIN58405 6f，DIN58405 6g和DIN58405 6h，6c側隙檔的側隙最大，6h側隙檔的側隙最小。以φ8 mm的行星減速器的太陽輪和行星輪的嚙合情況作為參考，如圖2所示，圖2(a)中的太陽輪和行星輪均選用6c側隙檔，圖2(b)中的太陽輪和行星輪均選用6h側隙檔。

(a) 6c側隙檔

(b) 6h側隙檔

選取側隙檔時，需要根據齒輪的齒輪參數進行選擇。齒輪在進行嚙合時，需要留有足夠的側隙，若側隙太小，不利于潤滑油膜的形成，嚴重的會導致齒輪卡死。以KISSsoft齒輪計算軟件進行校核計算得出，太陽輪和行星輪均選取6e側隙檔，內齒輪選取7g側隙檔，可以保證齒輪嚙合留有足夠的齒輪側隙，同時齒輪側隙也較小。

2.2 行星輪和行星銷軸之間的配合間隙控制

該減速器的齒輪中心距為2.32 mm，行星輪和行星銷軸之間的配合間隙對減速器空程影響較大。

一般來說，行星銷軸可以用定制的圓柱銷加工而成，外圓尺寸公差可以控制到很小，專業圓柱銷廠家可以將公差控制到IT5級或以上精度。對于直徑在1 mm左右的孔，加工存在不小的難度。為了控制行星輪內孔和行星銷軸之間的配合間隙，需要將小孔的盡寸精度和形位精度均設定在IT6級或以上精度，通常的加工方法難以保證。

行星輪的內孔采用粗鉆，線切割基孔，旋擠，最終精確孔的加工方法，通過定制的旋擠刀，對內孔進行旋擠加工，可以較好地保證行星輪內孔尺寸的一致性。通過對行星輪內孔和行星銷軸外徑尺寸公差的控制，將兩者之間的配合間隙控制在直徑方向上小于0.01 mm，盡量減小配合間隙對空程的影響。

2.3 齒輪分級裝配

太陽輪和行星輪在滾齒加工時，會存在公差的差異。在進行減速器裝配時，首先對加工完成的太陽輪和行星輪進行公差標定，通過測量公法線尺寸，并按公法線公差大小進行分類放置，分為公法線長度偏上差(即小齒側間隙公差)和公法線長度偏下差(即大齒側間隙公差)，再在太陽輪和行星輪之間進行齒側間隙配對裝配，即太陽輪小齒側間隙公差與行星輪大齒側間隙公差裝配，太陽輪大齒側間隙公差與行星輪小齒側間隙公差裝配。這樣，可以進一步減小減速器的齒側對空程的影響，提高減速器的空程精度。

內齒輪尺寸小，使用三坐標投影儀，對內齒輪的尺寸公差進行標定，將行星輪小齒側間隙公差與內齒輪大齒側間隙公差裝配，而行星輪大齒側間隙公差與內齒輪小齒側間隙公差裝配，也能進一步提高減速器空程精度。

此外，需要保證減速器的潤滑，減緩零件的磨損，若潤滑不充分，齒輪和行星輪內孔磨損后，減速器的空程也會增大。

3 結 語

本文分析了微小型行星減速器空程產生的主要原因。對微小型行星減速器的空程影響較大的齒輪側隙，以及行星輪內孔與行星銷軸之間的配合間隙兩個因素進行了控制，并且提出了在裝配時進行分級裝配的措施，對控制微小型行星減速器的空程提供參考。