微小型行星减速器的空程控制研究

余光辉，程 荣

(中国电子科技集团公司第二十一研究所，上海 200233)

0 引 言

随着科学技术的发展和制造工业的发展，微小型行星减速器在制造装备、医疗机械和国防工业中应用越来越广泛。行星减速器的一个重要指标是空程，按照《小模数圆柱齿轮减速器通用技术条件》(GB/T12473-1990)，普通级的空程要求不大于16′，较高级的空程要求不大于8′，精密级的空程要求不大于4′。微小型行星减速器的尺寸均很小，尤其对机座号小于10 mm的行星减速器，空程的控制更为困难。

1 微小型行星减速器的空程分析

减速器空程的定义是在空载情况下，减速器正向转动时，改变输入轴的转向，输出轴跟着反向回转时的滞后量。空程的存在使得减速器中的输入轴反转时，输出轴和输入轴短时间内失去运动联系，造成输出的中断，从而使运动传动关系成为非线性[1]。

以某款φ8 mm行星减速器为例，对于微小型精密行星减速器，因行星轮本身尺寸小，没有合适的滚动轴承用以支撑行星轮，故行星轮和行星销轴一般采用滑动轴承形式，整体结构形式如图1所示。结合行星减速器的传动分析，影响微小型行星减速器空程的主要因素有：齿轮精度等级，齿轮副之间的齿侧间隙，行星轮和行星销轴之间的配合间隙，轴承和行星架上行星销轴的位置度等。齿轮精度等级主要根据实际加工能力进行选择，通常齿轮精度等级越高，减速器空程越小；该减速器中输出轴上的轴承是支撑输出轴，对空程的影响较小；行星架上行星销轴的位置度主要靠加工设备和加工工艺来保证。由于微小型行星减速器的中心距很小，因此齿侧间隙，以及行星轮与行星销轴之间的配合间隙，对减速器空程的影响较大，需要在进行减速器设计时加以控制。

图1 示意图

2 空程的控制

以某款φ8mm行星减速器为例，确定模数0.15 mm，太阳轮齿数Z1=15，行星轮齿数Z2=14，内齿轮齿数Z3=45，为了控制该减速器的空程，主要从以下几方面进行分析控制。

2.1 齿轮侧隙设计

直径为φ8 mm的行星减速器，其零件尺寸均较小，如太阳轮齿顶圆直径约为2.68 mm，行星轮齿顶圆直径约为2.53 mm，行星销轴直径约为1 mm等。齿轮参数设计方面，根据设备加工能力，太阳轮、行星轮的齿轮精度等级选取6级精度，内齿轮的齿轮精度等级选取7级精度。为了控制减速器的空程，需要选择合适的齿侧间隙的侧隙档，按照DIN58405，每个齿轮精度等级的侧隙档有6种，如6级精度有DIN58405 6c，DIN58405 6d，DIN58405 6e，DIN58405 6f，DIN58405 6g和DIN58405 6h，6c侧隙档的侧隙最大，6h侧隙档的侧隙最小。以φ8 mm的行星减速器的太阳轮和行星轮的啮合情况作为参考，如图2所示，图2(a)中的太阳轮和行星轮均选用6c侧隙档，图2(b)中的太阳轮和行星轮均选用6h侧隙档。

(a) 6c侧隙档

(b) 6h侧隙档

选取侧隙档时，需要根据齿轮的齿轮参数进行选择。齿轮在进行啮合时，需要留有足够的侧隙，若侧隙太小，不利于润滑油膜的形成，严重的会导致齿轮卡死。以KISSsoft齿轮计算软件进行校核计算得出，太阳轮和行星轮均选取6e侧隙档，内齿轮选取7g侧隙档，可以保证齿轮啮合留有足够的齿轮侧隙，同时齿轮侧隙也较小。

2.2 行星轮和行星销轴之间的配合间隙控制

该减速器的齿轮中心距为2.32 mm，行星轮和行星销轴之间的配合间隙对减速器空程影响较大。

一般来说，行星销轴可以用定制的圆柱销加工而成，外圆尺寸公差可以控制到很小，专业圆柱销厂家可以将公差控制到IT5级或以上精度。对于直径在1 mm左右的孔，加工存在不小的难度。为了控制行星轮内孔和行星销轴之间的配合间隙，需要将小孔的尽寸精度和形位精度均设定在IT6级或以上精度，通常的加工方法难以保证。

行星轮的内孔采用粗钻，线切割基孔，旋挤，最终精确孔的加工方法，通过定制的旋挤刀，对内孔进行旋挤加工，可以较好地保证行星轮内孔尺寸的一致性。通过对行星轮内孔和行星销轴外径尺寸公差的控制，将两者之间的配合间隙控制在直径方向上小于0.01 mm，尽量减小配合间隙对空程的影响。

2.3 齿轮分级装配

太阳轮和行星轮在滚齿加工时，会存在公差的差异。在进行减速器装配时，首先对加工完成的太阳轮和行星轮进行公差标定，通过测量公法线尺寸，并按公法线公差大小进行分类放置，分为公法线长度偏上差(即小齿侧间隙公差)和公法线长度偏下差(即大齿侧间隙公差)，再在太阳轮和行星轮之间进行齿侧间隙配对装配，即太阳轮小齿侧间隙公差与行星轮大齿侧间隙公差装配，太阳轮大齿侧间隙公差与行星轮小齿侧间隙公差装配。这样，可以进一步减小减速器的齿侧对空程的影响，提高减速器的空程精度。

内齿轮尺寸小，使用三坐标投影仪，对内齿轮的尺寸公差进行标定，将行星轮小齿侧间隙公差与内齿轮大齿侧间隙公差装配，而行星轮大齿侧间隙公差与内齿轮小齿侧间隙公差装配，也能进一步提高减速器空程精度。

此外，需要保证减速器的润滑，减缓零件的磨损，若润滑不充分，齿轮和行星轮内孔磨损后，减速器的空程也会增大。

3 结 语

本文分析了微小型行星减速器空程产生的主要原因。对微小型行星减速器的空程影响较大的齿轮侧隙，以及行星轮内孔与行星销轴之间的配合间隙两个因素进行了控制，并且提出了在装配时进行分级装配的措施，对控制微小型行星减速器的空程提供参考。