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零背隙減速機是怎樣做到的

最早聽說市面上有這么一款零背隙減速機時,我是完全無法相信的,居然有人能消除減速機輸出的回程間隙?
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不過,在查閱了一些技術資料、并和廠家的產品團隊進行了一番交流之后,我總算能夠對這款神奇的產品其內部工作原理略知一二了。
本期,咱們就來簡單的聊聊,這款 Galaxie 的零背隙到底是怎么做到的。
有關 Galaxie 減速機的傳動機理,還是得先從其特殊的內部結構說起。
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Galaxie 的輸入軸外緣輪廓是由多條相互對稱的對數螺旋線組成的封閉曲線。
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在輸入軸的這個輪廓面上,連續排布附著著一圈共 24 支金屬滑塊(亦稱滑靴);并且每一支滑靴都向外支撐著兩根垂直于軸外緣表面的金屬柱。
 
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金屬柱的末端呈針型齒狀,稱為齒針或齒柱,伸向減速機外殼內壁上的環形內齒圈。盡管每根齒針的長度都是相同的,但因為底部支撐面(也就是輸入軸的外緣面)并非是一個圓周,所以每一根齒針插入齒圈上齒槽的深度都會有所不同;同時,由于齒圈上的齒數( 50 )與齒針數量(24 對)并非是整數比關系,因此,每根齒針在圓周方向上與齒圈中齒槽的相對位置也是不一樣的。
 
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而 Galaxie 的巧妙之處就在于,通過內部的機械脹緊結構將這些齒針和輸入軸緊緊的鎖在了減速機的內齒圈中,每根齒針的頂端都與齒圈中的內齒面有不同程度的接觸,并且這個接觸面會隨著輸入軸的旋轉而逐漸變化,構成一個動態的旋轉聯鎖機構。
 
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以上圖中 11~12 點鐘方向的齒針為例,當輸入軸向順時針方向旋轉時,這些齒針會被輸入軸外圈推動沿右側齒面滑入齒圈內齒槽中,在齒針與內齒槽接觸面逐漸增大的過程中,齒針會同時逐漸向逆時針方向旋轉,從而推動整個齒柱保持架旋轉作為 Galaxie 減速機的輸出;與此同時,那些已經滑過齒槽底部的齒針,則會在齒柱保持架的旋轉推動下,緊貼著齒圈內齒槽左側接觸面滑出齒槽,至完全滑出后,就會再次被旋轉的輸入軸推入齒槽......周而復始......
 
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可以看到,Galaxie 減速機內部的齒針其實是緊貼在環形內齒圈表面滑行的,而輸出軸的旋轉正是由這些齒針在旋轉滑行的過程中交替推進完成的。并且在任何時候,沿著齒圈內齒槽一側(如:順時針側)表面滑向底部的齒針,總是會通過保持架將正在從齒槽底部滑出的齒針緊緊的壓在內齒槽表面的另一側(如:逆時針側)。
 
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也就是說,Galaxie 減速機工作時,其傳動齒始終是緊緊的嚙合在一起并一直處于受力狀態的,這是傳統的齒輪傳動減速機完全無法做到的。而在這種情況下,無論是朝哪個方向旋轉,減速機的輸出軸都是幾乎沒有任何機會產生回程運動的;即使是在停止換向時,亦是如此。產品性能(精度、效率...)將基本上只可能受到其自身傳動剛性的影響。
 
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而說到傳動剛性,在這里我們就不得不再次將 Galaxie 和傳統的齒輪減速機做個對比。
我們知道,傳統的減速機是依靠漸開線齒輪嚙合傳動的,其受力傳動齒的接觸面基本上就是一條直線。并且只有通過這樣一個很小的接觸面,才能完成從輸入端到輸出側的扭矩傳輸。
而 Galaxie 在這一點上與以往的減速機卻有著根本的不同,它的傳遞扭矩完全是通過傳動齒之間的面接觸實現的。
 
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按照 WITTENSTEIN 官方的說法,Galaxie 的傳動齒接觸面積要比一般漸開線齒輪減速機高出 6 倍之多。這不僅讓它具備了極高的扭矩動力輸出能力,同時也為其帶來了非常出色的傳動剛性。
 
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從目前已經發布的資料看,Galaxie 在輸出扭矩和傳動剛性的指標上要比市面上相同尺寸級別的空心軸減速機高出 3~5 倍。例如:外徑僅為 156mm 的 RG110,其額定扭矩輸出可達 276 Nm,扭轉剛度達到 400Nm/arcmin。 而這完全得益于本文前面提到的 - 其內部極為巧妙的齒針傳動結構。
所以,簡而言之:
Galaxie 在減速機內部去掉了齒輪,以數個齒針替代了傳統的漸開線齒輪;
以針齒在齒圈表面的滑行,替代了傳統減速機內部齒輪間的嚙合;
齒柱之間通過內部的機械脹緊結構,消除了背隙;
輸入端外緣是對數螺旋封閉曲線,旋轉時通過滑靴驅動徑向分布的齒柱在齒圈上滑行,最終推動齒柱的保持架旋轉,產生剛性極強的動力輸出。
 
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由于具備極高的輸出功率密度,像 Galaxie 這種級別的零背隙減速機,其對于生產設備的應用價值是非常明顯的。它與高性能伺服電機的組合,能夠以更小的尺寸體積,為運控系統提供一種高精度、高動態、高剛性的機電動力解決方案,從而幫助制造企業進一步提升其產品加工質量。
 
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比如一臺 CNC 數控設備,如果其產品加工精度因為銑頭擺動、ac 轉臺...等工位上使用的減速機/電機本身存在的傳動剛性和背隙而受到了影響,那么就非常有必要考慮在這些工位使用 Galaxie 級別的減速機了。
 
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從目前已經公布的產品信息看,Galaxie 系列減速機共有 RG110 ~ RG215 四個級別的框架尺寸,外徑從 156 ~ 314mm,額定輸出扭矩從 276 ~ 2570Nm,最大扭轉剛度可達 2700 Nm/arcmin。
??  需要注意的是,Galaxie 的傳動速比只有 1:24 這一個選項,目測這也和其“別具一格”的減速機結構有關。
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如果用戶需要完整的高性能機電一體化動力解決方案,WITTENSTEIN 也能夠為用戶提供集成有 Galaxie 減速機的空心軸伺服電機,并且據說還集成了 Wi-Fi。不過貌似只有 RGM110 和 RGM135 兩個框架尺寸的產品可供選擇,額定輸出扭矩分別是 276 Nm 和 500 Nm。
說到這,相信大伙應該都已經感覺到了,這款 Galaxie 減速機的內部結構肯定是相當復雜的。光靠一篇短文是根本沒法把它徹底說清楚的。
 
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另外,要將這么多的零件集中組裝在一個直徑僅為幾十厘米的圓柱體中,并且還要確保它們相互之間的連接配合恰到好處,目測這樣一款減速機產品的售價必定是不菲的吧...
點擊次數:  更新時間:2018-02-24