摘要：介紹了擺線針輪行星減速器傳動(dòng)輪系動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)的原理及其過程，并通過動(dòng)態(tài)與靜態(tài)測(cè)試情況的對(duì)比，論證了動(dòng)態(tài)測(cè)試方法的使用意義和應(yīng)用價(jià)值。實(shí)踐證明，此方法簡(jiǎn)單有效。

         在制造某精密儀器方位減速箱的過程中， 對(duì)該減速箱傳動(dòng)輪系中的傳動(dòng)誤差和傳動(dòng)空程差進(jìn)行了動(dòng)態(tài)測(cè)試， 測(cè)出的誤差數(shù)值直接由記錄儀繪制成誤差曲線圖。通過對(duì)誤差曲線圖的分析，可以分離出傳動(dòng)輪系中誤差的種類、數(shù)量以及產(chǎn)生誤差的原因，從而可以指導(dǎo)傳動(dòng)零件的加工和傳動(dòng)輪系的裝配工藝等。
        經(jīng)多次反復(fù)性的測(cè)試，重復(fù)精度可達(dá)98%左右，測(cè)試速度從調(diào)整到測(cè)試完畢所需時(shí)間為10～15 min，相對(duì)于靜態(tài)單項(xiàng)測(cè)試提高工效100 倍左右。因此，動(dòng)態(tài)測(cè)試方法具有很好的使用價(jià)值。
        
1   測(cè)試原理
       減速箱傳動(dòng)輪系（見圖1）的輸入軸上固連一齒輪Z1，輸出軸上空套一齒輪Z4（配合間隙＜5 μm），另外再加上一根軸，軸兩端固連有齒輪Z2、Z3，分別與Z1、Z4輪相嚙合， 并確保其兩軸間的平行度， 即Z1、Z2、Z3、Z4齒輪構(gòu)成一組傳動(dòng)鏈。由于傳動(dòng)鏈最短， 且齒輪制造精度較高， 因此將這組傳動(dòng)鏈作為被測(cè)減速箱傳動(dòng)輪系的相對(duì)測(cè)試基準(zhǔn)，其傳動(dòng)比是依據(jù)被測(cè)傳動(dòng)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算而決定的。
                     
         由于減速輪系存在著一定的誤差， 所以在傳動(dòng)時(shí)輸出軸與Z4齒輪角速度是不一致的（即二者達(dá)不到瞬時(shí)同步），因此會(huì)產(chǎn)生相位差?？梢酝ㄟ^傳感器和記錄系統(tǒng)，將其相位差直接繪制成雙向誤差曲線圖（見圖2）。
       
2   測(cè)試方法
      2.1 擺線減速箱的簡(jiǎn)單傳動(dòng)原理
      被測(cè)減速箱采用的是二級(jí)短幅外擺線齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)原理是利用行星齒輪傳動(dòng)來減速， 即針輪固定不動(dòng)，而擺輪在針輪里面作行星運(yùn)動(dòng)。也就是說，擺輪的中心O1繞針輪中心O2公轉(zhuǎn)，同時(shí)，擺輪還繞自身的中心O1在反向自轉(zhuǎn)一個(gè)齒，若O2是主動(dòng)軸，O1是被動(dòng)軸，則減速比為：
                         1∶1Z= Z∶1
       當(dāng)Z1為17 齒時(shí)，則減速比為17∶1，故該減速輪系的行星輪系是“一齒差”嚙合傳動(dòng)。
                           第一級(jí)傳動(dòng)比按下式確定：
       i1 =Z1/（Z2-Z1） =17/（18-17）= 17
                        式中：Z1為擺輪齒數(shù)；Z2為針輪齒數(shù)。
                          第二級(jí)傳動(dòng)比為：
          i2 = Z3/（Z4-Z3） =11/（12-11）= 11
           式中：Z3為擺輪齒數(shù)；Z4為針輪齒數(shù)。
                被測(cè)減速箱的總嚙合傳動(dòng)比為：
                 i = i1i2 = 17×11 = 187
     2.2 高精度齒輪傳動(dòng)輪系的參數(shù)和結(jié)構(gòu)
        作為相對(duì)基準(zhǔn)的高精度齒輪傳動(dòng)輪系的傳動(dòng)比必須滿足被測(cè)減速箱的總傳動(dòng)比的要求：
             i 相= i = i1i2 = 17×11 = 187
        設(shè)： Z1 = 17（齒）,m1 = 1 mm，得：Z2 = Z1i1 =17×17= 289（齒）
       又設(shè)：Z3 = 17 （齒）， m2 = 1.5 mm ， 得：Z4 = Z3i2 =17×11 = 187（齒）
         在傳動(dòng)比一致情況下， 高精度齒輪傳動(dòng)輪系處于正常嚙合狀態(tài)時(shí)，兩對(duì)嚙合齒輪Z1
     與Z2、Z3與Z4的中心距必須相等。又因：A1 =m1（Z1+Z2）/2 = 153 mm；A2=m2（Z3+Z4）/2= 153 mm。
                 得：A1= A2 = 153 mm    

         為了確保相對(duì)基準(zhǔn)傳動(dòng)輪系的精度， 相嚙合的兩對(duì)齒輪必須符合相應(yīng)的齒輪精度等級(jí)，并且Z4齒輪孔與輸出軸配合間隙須嚴(yán)格控制在5 μm 以內(nèi)（參見圖3）。圖3 的A 向視圖中，電感器固定在Z4齒輪的一個(gè)端面上，傳感器的定位桿固定在輸出軸上，形成相對(duì)位移的測(cè)試基準(zhǔn)， 并且在Z4齒輪上固定電子換向器，與傳感器之間的位置互為180°，使用電子換向器能正確無誤地控制Z4齒輪的正反一周的轉(zhuǎn)動(dòng)。
       2.3 測(cè)試過程
       圖3 中，接通電源，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)減速箱傳動(dòng)輪系輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 由于減速輪系內(nèi)各傳動(dòng)件相互嚙合傳動(dòng)， 固連在輸入軸上的Z1齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，且無間隙地嚙合傳遞到Z2齒輪， 又因Z2與Z3齒輪是同軸，所以Z3齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，最后傳遞至空套在輸出軸上的Z4齒輪，帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
         由于減速傳動(dòng)輪系中各傳動(dòng)件都存在著原始誤差以及裝配誤差，因而輸出軸與Z4齒輪間的相對(duì)位置產(chǎn)生了變化，這種變化量通過傳感器和記錄系統(tǒng)，將二者間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的相位差變化直接記錄成一條瞬時(shí)相位差變化的傳動(dòng)誤差曲線圖。
       當(dāng)Z4齒輪轉(zhuǎn)過一周時(shí)， 電子換向器瞬間換向，Z1齒輪跟著立即換向，Z4齒輪也同時(shí)換向（因Z1與Z2齒輪都是無間隙地嚙合傳動(dòng)）。由于被測(cè)減速輪系內(nèi)各傳動(dòng)件存在著大小不一的間隙， 當(dāng)輸入軸換向后減速輪系內(nèi)各傳動(dòng)件間的間隙逐漸縮小， 到輸出軸瞬時(shí)換向時(shí)，間隙全部消除。而輸出軸上的定位桿相對(duì)于Z4齒輪上的傳感器產(chǎn)生了最大相位差， 傳感器的電感量以電壓形式送入記錄系統(tǒng)， 記錄儀根據(jù)電壓值大小使記錄筆作相應(yīng)的偏移。而后，再對(duì)傳動(dòng)輪系進(jìn)行瞬間相位比較，記錄儀記錄另一條換向后的傳動(dòng)誤差曲線，記錄筆的偏移量即為該點(diǎn)上的空程差， 正反向兩條傳動(dòng)誤差曲線間的對(duì)應(yīng)距離就是傳動(dòng)空程差， 這可由記錄紙上明顯地看出，圖2 中的曲線清楚地反映了一組完整的雙向動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差和傳動(dòng)空程差。通過對(duì)誤差曲線的分析， 可得到雙向傳動(dòng)誤差和傳動(dòng)空程差的最大與最小值，以及誤差的分布情況和產(chǎn)生的原因，這是靜態(tài)測(cè)試無法做到的。

  3 誤差分析
        傳動(dòng)輪系中的傳動(dòng)誤差和傳動(dòng)空程差， 是評(píng)定傳動(dòng)輪系傳動(dòng)精度的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。傳動(dòng)誤差是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中瞬時(shí)速比對(duì)理論速比的偏差， 它反映在末級(jí)傳動(dòng)件的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角的相誤差。而傳動(dòng)空程差是當(dāng)主動(dòng)輪（輸入件）固定不動(dòng)時(shí)，從動(dòng)輪（輸出件）所具有的回轉(zhuǎn)量，即主動(dòng)輪無輸入時(shí)，從動(dòng)輪可能給出的輸出量，這兩大誤差決定了減速箱的優(yōu)劣。
      在測(cè)試過程中， 通過對(duì)雙向誤差曲線的分析和探討， 找出了產(chǎn)生傳動(dòng)誤差的來源及其影響傳動(dòng)誤差的因素。
        1） 齒輪原始位置誤差，是表明齒輪傳動(dòng)正確程度的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。在輪系中，齒輪原始位置誤差在輪系傳動(dòng)誤差中占相當(dāng)大的比例， 大部分是由擺線齒輪的齒形誤差引起的，因此傳動(dòng)輪系的精度取決于齒輪的精度。
       2） 裝配誤差，由于裝配誤差所造成的跳動(dòng)，是引起傳動(dòng)輪系傳動(dòng)誤差的主要因素。裝配的跳動(dòng)誤差來源于齒輪實(shí)際回轉(zhuǎn)中心對(duì)理論中心的偏移， 實(shí)質(zhì)上就是齒輪的幾何偏心。造成裝配誤差的原因有：
（1） 齒輪孔與軸之間的間隙， 由于齒輪孔與軸之間的配合間隙的存在， 齒輪無論以什么方式固定在軸上，都會(huì)引起齒輪與軸的偏心。這是由于裝配誤差引起的齒輪的幾何偏心，它可產(chǎn)生輪系的傳動(dòng)誤差。
（2） 齒輪安裝處軸頸跳動(dòng)， 當(dāng)齒輪原始安裝位置無誤差時(shí)，齒輪在軸頸跳動(dòng)范圍內(nèi)作偏心運(yùn)動(dòng)，從而造成了輪系的傳動(dòng)誤差。
（3） 滾珠軸承動(dòng)環(huán)偏心，對(duì)于外環(huán)固定的軸承，齒輪軸安裝在內(nèi)環(huán)中，當(dāng)內(nèi)環(huán)偏心時(shí)，齒輪同樣在作偏心運(yùn)動(dòng)，這樣也會(huì)引起傳動(dòng)輪系的傳動(dòng)誤差。
3） 傳動(dòng)空程差， 在擺線減速箱齒輪傳動(dòng)輪系中，傳動(dòng)空程差也影響著傳動(dòng)輪系的傳動(dòng)精度。產(chǎn)生傳動(dòng)空程誤差的原因有：
（1） 齒輪嚙合時(shí)， 非工作面間的齒側(cè)間隙是產(chǎn)生空程差的直接原因，為了補(bǔ)償制造、安裝誤差和溫度引起的變形以及提供潤(rùn)滑空間，保證齒輪的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不致于卡死， 嚙合齒輪的非工作面間必須留有一定的側(cè)隙。
（2） 其它原因，傳動(dòng)輪系的空程差，不僅取決于齒輪本身的側(cè)隙， 還取決于傳動(dòng)輪系各組成部分的加工和裝配誤差，如中心距偏差、裝置的可變側(cè)隙等。另外，還有溫度、材料彈性變形、振動(dòng)、沖擊等因素，它們也會(huì)引起傳動(dòng)輪系的空程差。

4     結(jié)束語
         本文所敘述的測(cè)試方法，是動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的測(cè)試技術(shù)。經(jīng)過多年來、多批量的測(cè)試，也證明了這種技術(shù)性能穩(wěn)定、測(cè)試速度快、重復(fù)精度高、誤差反映直觀。因此， 用動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)來檢驗(yàn)擺線針輪行星減速器傳動(dòng)輪系的質(zhì)量，確實(shí)是一種比較理想的檢測(cè)手段。