齿轮消隙与双电机消隙的应用
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同步性。通过应 用双 电机 消隙技术解决 了这个问题。 关键词 ： 同步 性 ； 齿轮 消隙； 双 电机 消 隙 中图分类号 ： Ｔ Ｈ １ ３ ２ ． ４ １ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ － ０ １ ４ ４ － ０ ２
间隙。
齿轮要求出力大 ； 另一个为副驱动电机 ， 右齿轮要求 出力小 ， 如表 ｌ 所列。
表 １ 主、 副电机驱动 力矩示意
动作
静止
左齿轮
＋ ２ Ｎ ｍ
右齿轮 预加力矩 合 力矩
一 ２ Ｎ ｍ ４ Ｎ ｍ Ｏ Ｎ ｍ
间轴上 的垫片厚度使蝶形弹簧压缩时 ， 中间轴向下移 条的右 向齿面施加方向一致的驱动力 ，以提 高负载 动， 此时， 两个大齿轮就转过 了一定角度。 这样就保证 驱动能力。即当右齿轮力矩减至 Ｏ 直至开始加大时 ， 了无论正反转始终有一对齿轮齿条 啮合是零间隙。 通 力矩方向变反 向， 便与左齿轮一起驱动机床移动 ， 达
同理 ， 在开始切削时也和开始加速时隋况一致。
避 篷
图 ４ 双 电机 驱 动 图 示
具体做法如下 ：本数控动柱式 龙门铣床采用西 门子 ８ ４ ０ Ｄ数控系统。给每个电机预设一个 ２ ０ ％额 定扭矩 的预加应力 ， 设定一个 电机为主驱动 电机 ， 左
改 了设计方案 ， 决定采用双 电机消隙的结构。
过查资料得该减速器 的背隙为 － ＜６ ’ ， 这样反映到直线 到加速度最大（ 如图 ４所示 ） 。在减速时则反之 。
进 给的间隙为 ６ ／（ ６ ０ × ３ ６ ０ ） Ｘ（ １ ／ ２ ． ５ ） （ 传动箱变速 比） × （ 啊× ８ × ２ ５ ） （ 输 出齿轮的周长） ＝ ０ ． ０ ７ ａ ｒ ｉ ｎ ，加上加 工装配误差等影响 ， 与实测比较吻合 。 从上式看出， 可 通过修改齿轮箱设计来降低背隙 ， 但实际重切削时反 向间隙的大小还在不断地发生变化 ， 呈现不规则 的现 象， 我 们分析是弹簧力在影响这一结果 ， 在反复调整 检测后 ， 仍未能很好的解决稳定性问题。对此我们修
式龙门铣床如图 １ 所示。该铣床工作台固定 、 立柱横 梁等部件通过 ｘ ｌ 轴和 Ｘ ２ 轴带动在床身上运动。此
时就要求 ｘ１ 轴和 ｘ ２ 轴的同步性 ，否则会造成横梁 的扭曲而影响机床精度。在完成同步轴的装配后 ， 我
图 ２ 齿轮箱展 开图
当电机 由减速器减速后 ， 经联轴器进入 １ ： ２ ． ５的
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． １ ， ２ ０ １ ３
齿轮消 隙与双 电机 消隙的应用
罗 华。 梁世伟
（ 桂林机床股份有限公司 ， 广西 桂林 ５ ４ １ ０ ０ １ ）
摘 要： 大型数控 龙 门铣床移动轴 的同步性是 一大难点 ， 在 用 自制 消隙齿轮 箱传动 时， 同步轴 的反 向 间隙较 大 ， 影响 了
齿 条传 动 。
１ 消隙结构 的分类
在齿轮齿条传动可 以依靠双齿轮反向预紧的方 式消除反向间隙， 如果两个齿轮与齿条 ， 齿圈的反向 预紧力 由机械装配和调整关系来实现源自文库，则称之为机
图１ 数控动柱式龙 门铣床
械消隙 ，机械消隙属于单电机输入两个齿轮输 出的 问题 的 分 析 与 处 理 形式 ； 如果 两个 齿 轮 与齿条 ／ 齿 圈 间 的反 向预 紧力 分 ３
作者 简介 ： 罗 华（ １ ９ ７ ８ 一） ， 男， 广 西南宁人 ， 工 程师 ， 本科 ， 学士， 研究方 向 ： 数控龙 门铣床 ； 梁 世伟 （ １ ９ ８ ｏ ＿ ＿ ） ， 男， 广 西南 宁人 ， 工程师 ， 本科 ， 学士 ， 研究方 向： 数控龙 门铣床 。
１ ４ ４
齿条固定在床身上 ， 输 出齿轮模 们就进行 了联机调试 ，结果发现 ｘ ｌ 轴和 ｘ ２ 轴的反 传动箱与齿条啮合 ， 向间隙分别为 ０ ． １ ０ ａ ｉ ｍ和 Ｏ ． １ ２ ｍ ｍ， 情况非常不理想。 数８ ｍ ｍ ， 齿数 ２ ５ 齿。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ０ — ０ ４
别 由驱 动 这 两 个齿 轮 的两 台 （ 伺服） 电机 间 的力 矩 协 调 关 系来 保 证 ， 则 称 之 为双 电机 电气 消 隙 ， 双 电机 电 在 设计 时采 用如 图 ２所示 结 构 。
气消隙属于双电机输入两个齿轮输出的形式。
２ 问题 的提 出原 因
之 前 我 公 司 为某 客 户 开发 设 计 的一 台数 控 动柱
《 装备制造技术） ２ ｏ １ ３ 年第 １ 期
齿 轮 箱 中 间 轴 上 安 装 有 一 对 旋 向 相 反 的 斜 齿 大 而右 齿 轮 的力 矩 逐 渐减 小 ，此时 由左 齿 轮无 间 隙
轮， 与两个输出轴上的大斜齿轮分别 啮合 。当调整中 驱动机床开始移动。在负载足够大时 ， 两个齿轮对齿
众所周知 ， 在（ 滚珠 ） 丝杠传动中， 可 以采用双螺 母反向预紧的方法 ，以机械方式消除单螺母传动面
临的反向间隙问题 ，以降低频繁反向过程中因反 向 间隙引入的传动误差和刚度损失 。但 由于丝杠传动 存 在 不 可 避免 的长 度 限制 ，而且 超 长行 程 的重 载 滚
珠丝杆 由于销量有 限 ， 售价也极高 ， 因而大型机床 ， 尤其是重型机床 的直线进给轴普遍采用高精度齿轮
４ 修 改设计 方案
双 电机消隙的工作原理 ， 如图 ３ 所示 。 （ １ ） 两 电机分别驱动各 自的齿轮齿条啮合 。 （ ２ ） 在静态下 ， 左齿轮与齿条的右齿面啮合并适 度保 持向右 的驱动力矩 ，右齿轮与齿条的左齿 面啮 合并适度保持 向左的驱动力矩 ， 两力矩相等 ， 此时无
间隙。
齿轮要求出力大 ； 另一个为副驱动电机 ， 右齿轮要求 出力小 ， 如表 ｌ 所列。
表 １ 主、 副电机驱动 力矩示意
动作
静止
左齿轮
＋ ２ Ｎ ｍ
右齿轮 预加力矩 合 力矩
一 ２ Ｎ ｍ ４ Ｎ ｍ Ｏ Ｎ ｍ
间轴上 的垫片厚度使蝶形弹簧压缩时 ， 中间轴向下移 条的右 向齿面施加方向一致的驱动力 ，以提 高负载 动， 此时， 两个大齿轮就转过 了一定角度。 这样就保证 驱动能力。即当右齿轮力矩减至 Ｏ 直至开始加大时 ， 了无论正反转始终有一对齿轮齿条 啮合是零间隙。 通 力矩方向变反 向， 便与左齿轮一起驱动机床移动 ， 达
同理 ， 在开始切削时也和开始加速时隋况一致。
避 篷
图 ４ 双 电机 驱 动 图 示
具体做法如下 ：本数控动柱式 龙门铣床采用西 门子 ８ ４ ０ Ｄ数控系统。给每个电机预设一个 ２ ０ ％额 定扭矩 的预加应力 ， 设定一个 电机为主驱动 电机 ， 左
改 了设计方案 ， 决定采用双 电机消隙的结构。
过查资料得该减速器 的背隙为 － ＜６ ’ ， 这样反映到直线 到加速度最大（ 如图 ４所示 ） 。在减速时则反之 。
进 给的间隙为 ６ ／（ ６ ０ × ３ ６ ０ ） Ｘ（ １ ／ ２ ． ５ ） （ 传动箱变速 比） × （ 啊× ８ × ２ ５ ） （ 输 出齿轮的周长） ＝ ０ ． ０ ７ ａ ｒ ｉ ｎ ，加上加 工装配误差等影响 ， 与实测比较吻合 。 从上式看出， 可 通过修改齿轮箱设计来降低背隙 ， 但实际重切削时反 向间隙的大小还在不断地发生变化 ， 呈现不规则 的现 象， 我 们分析是弹簧力在影响这一结果 ， 在反复调整 检测后 ， 仍未能很好的解决稳定性问题。对此我们修
式龙门铣床如图 １ 所示。该铣床工作台固定 、 立柱横 梁等部件通过 ｘ ｌ 轴和 Ｘ ２ 轴带动在床身上运动。此
时就要求 ｘ１ 轴和 ｘ ２ 轴的同步性 ，否则会造成横梁 的扭曲而影响机床精度。在完成同步轴的装配后 ， 我
图 ２ 齿轮箱展 开图
当电机 由减速器减速后 ， 经联轴器进入 １ ： ２ ． ５的
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． １ ， ２ ０ １ ３
齿轮消 隙与双 电机 消隙的应用
罗 华。 梁世伟
（ 桂林机床股份有限公司 ， 广西 桂林 ５ ４ １ ０ ０ １ ）
摘 要： 大型数控 龙 门铣床移动轴 的同步性是 一大难点 ， 在 用 自制 消隙齿轮 箱传动 时， 同步轴 的反 向 间隙较 大 ， 影响 了
齿 条传 动 。
１ 消隙结构 的分类
在齿轮齿条传动可 以依靠双齿轮反向预紧的方 式消除反向间隙， 如果两个齿轮与齿条 ， 齿圈的反向 预紧力 由机械装配和调整关系来实现源自文库，则称之为机
图１ 数控动柱式龙 门铣床
械消隙 ，机械消隙属于单电机输入两个齿轮输 出的 问题 的 分 析 与 处 理 形式 ； 如果 两个 齿 轮 与齿条 ／ 齿 圈 间 的反 向预 紧力 分 ３
作者 简介 ： 罗 华（ １ ９ ７ ８ 一） ， 男， 广 西南宁人 ， 工 程师 ， 本科 ， 学士， 研究方 向 ： 数控龙 门铣床 ； 梁 世伟 （ １ ９ ８ ｏ ＿ ＿ ） ， 男， 广 西南 宁人 ， 工程师 ， 本科 ， 学士 ， 研究方 向： 数控龙 门铣床 。
１ ４ ４
齿条固定在床身上 ， 输 出齿轮模 们就进行 了联机调试 ，结果发现 ｘ ｌ 轴和 ｘ ２ 轴的反 传动箱与齿条啮合 ， 向间隙分别为 ０ ． １ ０ ａ ｉ ｍ和 Ｏ ． １ ２ ｍ ｍ， 情况非常不理想。 数８ ｍ ｍ ， 齿数 ２ ５ 齿。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ０ — ０ ４
别 由驱 动 这 两 个齿 轮 的两 台 （ 伺服） 电机 间 的力 矩 协 调 关 系来 保 证 ， 则 称 之 为双 电机 电气 消 隙 ， 双 电机 电 在 设计 时采 用如 图 ２所示 结 构 。
气消隙属于双电机输入两个齿轮输出的形式。
２ 问题 的提 出原 因
之 前 我 公 司 为某 客 户 开发 设 计 的一 台数 控 动柱
《 装备制造技术） ２ ｏ １ ３ 年第 １ 期
齿 轮 箱 中 间 轴 上 安 装 有 一 对 旋 向 相 反 的 斜 齿 大 而右 齿 轮 的力 矩 逐 渐减 小 ，此时 由左 齿 轮无 间 隙
轮， 与两个输出轴上的大斜齿轮分别 啮合 。当调整中 驱动机床开始移动。在负载足够大时 ， 两个齿轮对齿
众所周知 ， 在（ 滚珠 ） 丝杠传动中， 可 以采用双螺 母反向预紧的方法 ，以机械方式消除单螺母传动面
临的反向间隙问题 ，以降低频繁反向过程中因反 向 间隙引入的传动误差和刚度损失 。但 由于丝杠传动 存 在 不 可 避免 的长 度 限制 ，而且 超 长行 程 的重 载 滚
珠丝杆 由于销量有 限 ， 售价也极高 ， 因而大型机床 ， 尤其是重型机床 的直线进给轴普遍采用高精度齿轮
４ 修 改设计 方案
双 电机消隙的工作原理 ， 如图 ３ 所示 。 （ １ ） 两 电机分别驱动各 自的齿轮齿条啮合 。 （ ２ ） 在静态下 ， 左齿轮与齿条的右齿面啮合并适 度保 持向右 的驱动力矩 ，右齿轮与齿条的左齿 面啮 合并适度保持 向左的驱动力矩 ， 两力矩相等 ， 此时无