行星减速机传动的测量研究

石伟朝，赵 望

（河北远东通信系统工程有限公司，河北 石家庄 050081）

减速机是机械传动设备的典型部件，常用在动力机和工作机之间，是机械设备的关键部件。行星减速机由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，故在现代机器中应用广泛［1］。但是行星减速机一旦发生故障将会影响整个系统的运行，尤其对于像射电天文望远镜等传动要求精度很高的设备。

在传统的行星减速机空载力矩测试时，采用在常温下，减速器输入端安装力矩扳手，逐渐增加扭矩，输出轴由静止到转动，记录扭矩值。扭矩值将呈现由小到大，再减小的过程。测试时输出轴转动大于10转，扭矩值的最大值为行星减速器空载转动扭矩。但是这种测试方法人为因素占很大比重，转动力矩扳手的速度很难控制好，由于输入转速会直接影响减速机的输出力矩波动，因此对于减速机存在微小力矩变换很难观察出来。下面介绍一种用一套伺服系统测试减速机传递效率的方法，无需准备专用测试平台，只需要减速机与一套现有伺服驱动装置连接，通过测量分析力矩波动值来对行星减速机进行检验测试。此方法能够快速直观的定位减速机的故障位置和原因。

1 实验系统与仪器

本方法采用计算机与控制器、驱动器连接，驱动器与电机连接然后电机直接与行星减速机连接，见图1。

图1 测试框图

2 实验材料与方法

伺服系统的构成：计算机、力士乐L65型控制器、HCS02型驱动器、MSK050C型交流电机、伺服驱动软件Indraworks、TS20－300行星减速机A、TS20－300行星减速机B等。

2.1 测试原理

效率是行星减速机的一个重要性能指标，但是效率需要在减速机运行状态下测量，一般情况下不易测量。本文采用一套伺服驱动系统来动态测量减速机的机械效率。MSK050C型交流电机额定转速4700n／min，转矩1.77N·m。设减速机的输入为Pi，其输出功率为Po，则减速机的机械效率η＝Po／Pi，由功率转矩关系可知：T＝9550P／n

式中P——功率（KW）；T——转矩（N·m）；n——转速（r／min）

机械传动轴的输入功率为：Pi＝Tini／9550

输出功率为：Po＝ Tono／9550

减速机的传动比i＝ni／no是恒定的，既只要测出输入、输出轴的转矩，就可以测出行星减速机在传递力矩时就产生变形，而在小变形范围内，其输入（输出）轴横截面的相对扭转角与扭矩成正比，因此只要测出输入轴（或输出轴）两截面的相对扭转角，就可以测出该轴的扭矩T。

2.2 实验方法及结果

（1）输入转速分别为6r／min和675r／min，查看低转速和高转速对输出力矩会有较大影响，其中低速数值及波动较小。如图2、图3所示。

图2 力矩及波动（转速为6r／min）

图3 力矩及波动（转速为675r／min）

（2）对不同两台减速机进行测试，分析减速机转动力矩的变化，其中行星减速机A的数值及波动较小。如图4、图5所示。

图4 力矩及波动（TS20－300行星减速机A）

图5 力矩及波动（TS20－300行星减速机B）

（3）减速机进行跑合试验，每30min进行测试，润滑脂温度对转动力矩的影响，跑合后数值及波动明显降低。如图6、图7所示。

图6 力矩及波动（转动60min）

图7 力矩及波动（转动120min）

3 数据分析

通过电机转动减速机可以直观通过伺服驱动系统输出信号进行处理，主要通过滤波、整形等处理得到反映转矩转速的波形图，置于计算机中，编制相应处理软件，通过计算即可得到减速机输入输出力矩、波动值及相应效率。

4 结论

通过对数据的分析，对于多级传动减速机传动效率往往与理论计算有较大误差，可以进一步查找原因消除误差影响，通过进一步检查分析减速机得出影响减速机效率的因素有以下几个方面：

（1）对于多级减速机减速部分零件加工误差对传动效率的影响；

（2）齿轮间装配误差对传动效率的影响；

（3）轴承间隙对传动效率的影响；

（4）润滑脂温度对传动效率的影响等。

在承担的某平方公里阵探路者（ASKAP）射电望远镜天线的项目中，要求天线的静态跟踪和动态跟踪的精度优于10s，由于采用了是双电机消隙的传动方式，这就要求行星减速机本身的传递运动准确，传动效率及输出力矩不能有大的波动。通过使用此方法测量达到了有针对性维修的目的，可以尽快找到问题的来源，提高了行星减速机的传动效率使其达到合格应用的范围。

［1］ 邱宣怀.机械设计［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［2］ 吴凤高.天线座结构设计［M］.西安：西北电讯工程学院出版社，1986.