使用伺服電機(jī)和減速機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的設(shè)計(jì)工程師必須考慮熱問(wèn)題。機(jī)器性能要求變得更加苛刻,使溫度變化的影響成為設(shè)計(jì)師的首要關(guān)注點(diǎn)。由于伺服電機(jī)和減速機(jī)都是熱源,因此了解過(guò)熱和溫度變化的影響非常重要。
正如人們所預(yù)料的那樣,當(dāng)伺服電機(jī)和齒輪箱連接在一起時(shí),可能無(wú)法確定哪個(gè)部件產(chǎn)生的熱量 - 以及傳遞到其他部件的熱耗散百分比。
隨著技術(shù)進(jìn)步集中在齒輪箱的熱量減少,人們不能再認(rèn)為機(jī)械結(jié)構(gòu)是主要的熱源。此外,必須考慮應(yīng)用要求,這可能對(duì)伺服電機(jī)和齒輪箱的溫升產(chǎn)生重大影響,特別是當(dāng)放大器/控制器處理不同的峰值電流時(shí)。
在考慮齒輪箱的基本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),有幾個(gè)因素直接與發(fā)熱有關(guān):
牙齒幾何形狀
熱處理/表面處理
潤(rùn)滑
軸承選擇
1.牙齒幾何形狀
這里有許多圍繞選定的牙齒形狀,它可能對(duì)熱效應(yīng)的考慮。首先,是開(kāi)發(fā)一種優(yōu)化滾動(dòng)接觸并最小化滑動(dòng)摩擦的輪廓的基本問(wèn)題。齒輪齒之間發(fā)生的滑動(dòng)量將顯著影響產(chǎn)生的熱量。一個(gè)漸開(kāi)線齒形是減速機(jī)生產(chǎn)廠家誰(shuí)正在尋找以這種方式來(lái)優(yōu)化性能中最常見(jiàn)的選擇。
此外,齒輪齒尖釋放(也稱為凸起)減少了當(dāng)一個(gè)齒輪齒嚙合另一個(gè)齒輪齒時(shí)發(fā)生的沖擊量。優(yōu)化齒輪的進(jìn)入和退出點(diǎn)可減少振動(dòng)和噪音,并進(jìn)一步減少可能導(dǎo)致滑動(dòng)摩擦和發(fā)熱的材料。
2.熱處理/表面處理
由于所有齒輪都有齒接觸,有一定比例的滾動(dòng)和一定比例的滑動(dòng),因此了解熱處理方法的影響和由此產(chǎn)生的表面光潔度非常重要。類似于與齒幾何形狀相關(guān)的問(wèn)題,由滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量與齒輪的表面光潔度和保持良好潤(rùn)滑的表面的能力直接相關(guān)。
用于熱處理齒輪的常用方法包括滲碳和感應(yīng)加熱。由于這兩種方法都涉及非常高的溫度和淬火,因此必須在熱處理后研磨齒輪。后處理研磨的目的是產(chǎn)生表面光潔度,這將降低牙齒之間的摩擦系數(shù)。該方法的主要缺點(diǎn)是,當(dāng)工業(yè)努力增加表面光潔度時(shí),隨著金屬孔閉合,保持潤(rùn)滑的能力變得更加困難。
相反,等離子體氮化的過(guò)程提供了獲得硬表面而不使用過(guò)高溫度來(lái)硬化的能力。它是一種計(jì)算機(jī)控制的過(guò)程,其中可以精確地控制齒硬度的表面深度。表面硬度通常保持在63 Rc,具有出色的耐磨特性,而芯材保持在37 Rc,具有出色的剪切強(qiáng)度特性(圖1)?;旧?,它允許牙齒在負(fù)載下彎曲而脆弱的牙齒可能會(huì)斷裂,同時(shí)保持堅(jiān)硬的表面以最小化磨損。
(圖1)
等離子氮化在比滲碳或感應(yīng)加熱更低的溫度下進(jìn)行。不會(huì)發(fā)生材料變形,因此不需要后處理研磨。結(jié)果是表面光潔度,支持潤(rùn)滑保持和嚙合齒輪的平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。齒輪嚙合之間的摩擦減小也減少了操作期間產(chǎn)生的熱量。
潤(rùn)滑
潤(rùn)滑是齒輪箱性能的關(guān)鍵。它減少了齒輪箱內(nèi)發(fā)生的配合部件之間發(fā)生的摩擦力,從而減少了隨時(shí)間發(fā)生的磨損量。它還減少了操作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。
通?;谄淠芰啃室嫣巵?lái)選擇合成潤(rùn)滑劑。它們?cè)诠ぷ鳒囟认绿峁┍鹊V物油更厚的潤(rùn)滑膜,這減少了金屬與金屬接觸的程度以及由摩擦引起的相關(guān)能量損失。合成潤(rùn)滑劑的其他好處包括:
更好的低溫和高溫粘度性能;
減少蒸發(fā)損失;
抗氧化,熱分解和污泥問(wèn)題。
也可以選擇油或潤(rùn)滑脂來(lái)潤(rùn)滑齒輪箱。表1列出了一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
- | 油 | 潤(rùn)滑脂 |
優(yōu)點(diǎn) | 自由流動(dòng):更好的潤(rùn)滑和耐磨性 | 減少對(duì)齒輪箱運(yùn)行扭矩的影響 |
壞處 | 更高的運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩 | 部件磨損增加 |
密封保養(yǎng) | 關(guān)鍵是要避免漏油 | 不太重要; 可能根本不需要 |
潤(rùn)滑劑的選擇取決于您的其他設(shè)計(jì)性能要求和約束。
3.軸承選擇
在齒輪箱設(shè)計(jì)中選擇軸承將決定可應(yīng)用于齒輪箱輸出軸的徑向載荷,軸向推力和力矩載荷的量。它還將確定齒輪在齒輪箱內(nèi)旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)程度,并確定齒輪系在它們需要支撐的側(cè)向載荷下可以產(chǎn)生多少扭矩。
齒輪箱制造商可以選擇不同的軸承。深溝球軸承很受歡迎,還有角接觸和圓錐滾子軸承。選擇通常取決于制造商希望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
例如,圓錐滾子軸承具有出色的承載能力,因?yàn)樗鼈兪菆A柱形的,并且它們支撐的重量通過(guò)線接觸分配。同樣的接觸線導(dǎo)致更大的表面積,產(chǎn)生額外的摩擦和熱量。
深溝球軸承通過(guò)點(diǎn)接觸支撐其負(fù)載。它不能承載與圓錐滾子軸承相同的重量,但它也可以在更高的速度下運(yùn)行,同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生太多的熱量。