CN112324862B - 一种蜗轮蜗杆传动机构、转台和消除蜗轮蜗杆背隙的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蜗轮蜗杆传动机构、转台和消除蜗轮蜗杆背隙的方法，包括：蜗轮蜗杆机构，包括蜗轮和蜗杆，所述蜗轮与所述蜗杆啮合传动，所述蜗杆安装于蜗杆支撑组件；传感器，包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器用于检测蜗轮的转动信息，所述第二传感器用于检测蜗杆的旋转角度信息；驱动组件，根据所述第一传感器和第二传感器的信息，驱动所述蜗杆沿所述蜗轮切向运动以补偿所述蜗轮蜗杆机构的背隙。其能够消除蜗轮蜗杆正向或反向“背隙”，实现无背隙传动，提高蜗轮蜗杆的传动精度。

Description

一种蜗轮蜗杆传动机构、转台和消除蜗轮蜗杆背隙的方法

技术领域

本发明用于机械传动领域，特别是涉及一种蜗轮蜗杆传动机构、转台和消除蜗轮蜗杆背隙的方法。

背景技术

蜗轮蜗杆转台在制造业使用广泛，尤其在立式加工中心，配合顶尖尾座，加工回转类零件；但由于蜗轮蜗杆客观存在的“背隙”，造成此类转台的定位、重复精度不理想，多用在中端市场上，不能满足高精度加工需求。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种蜗轮蜗杆传动机构、转台和消除蜗轮蜗杆背隙的方法，消除蜗轮蜗杆正向或反向“背隙”，实现无背隙传动，提高蜗轮蜗杆的传动精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种蜗轮蜗杆传动机构，包括：

蜗轮蜗杆机构，包括蜗轮和蜗杆，所述蜗轮与所述蜗杆啮合传动，所述蜗杆安装于蜗杆支撑组件；

传感器，包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器用于检测蜗轮的转动信息，所述第二传感器用于检测蜗杆的旋转角度信息；

驱动组件，根据所述第一传感器和第二传感器的信息，驱动所述蜗杆沿所述蜗轮切向运动以补偿所述蜗轮蜗杆机构的背隙。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述蜗杆支撑组件包括支撑座，所述支撑座设有轴孔，所述蜗杆通过第一轴承和第二轴承支承于所述轴孔，所述第一轴承的内圈、第二轴承的内圈与蜗杆之间存在间隙，所述蜗杆能够沿所述轴孔轴向实现位移。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述驱动组件包括油缸、换向阀和油泵，所述油缸的输出端通过旋转接头与所述蜗杆连接。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述旋转接头包括接头内圈和接头外圈，所述接头内圈与蜗杆连接，所述接头外圈通过连接块与所述油缸的输出端连接。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，还包括控制单元，所述传感器、驱动组件均与所述控制单元连接。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第一传感器包括矢量位置检测器，所述蜗轮连接与所述矢量位置检测器配合的位置检测部件。

第二方面，一种转台，包括：

旋转台；

电机；

第一方面中任一实现方式所述的蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮与所述旋转台连接，所述电机的输出端与所述蜗杆连接。

第三方面，一种消除蜗轮蜗杆背隙的方法，包括以下步骤：

获取蜗轮开始转动的转动信息；

获取蜗杆开始转动至蜗轮开始转动期间所述蜗杆的旋转角度信息；

根据所述旋转角度信息计算第一蜗杆轴向位移补偿值；

驱动所述蜗杆沿所述蜗轮切向运动，运动行程为所述第一蜗杆轴向位移补偿值。

结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，所述旋转角度信息为A，所述蜗轮蜗杆减速比为k，所述蜗轮蜗杆啮合半径为r，所述第一蜗杆轴向位移补偿值为

结合第三方面和上述实现方式，在第三方面的某些实现方式中，还包括以下步骤：

监测所述蜗轮的实际运动角度值；

比较蜗轮的实际运动角度值与理论运动角度值，根据所述实际运动角度值与理论运动角度值的差值计算第二蜗杆轴向位移补偿值；

驱动所述蜗杆沿所述蜗轮切向运动，运动行程为所述第二蜗杆轴向位移补偿值。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：通过结合第一传感器和第二传感器获得的信息，驱动组件驱动蜗杆沿特定方向运动特定距离以补偿蜗轮蜗杆机构的背隙，可以起到消隙效果，达到很高的定位精度。上述方案消除蜗轮蜗杆正向或反向“背隙”，实现无背隙传动，提高蜗轮蜗杆的传动精度，满足“高精度、高刚度、大承载”等多种使用工况。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明蜗轮蜗杆传动机构的一个实施例结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

蜗轮蜗杆传动机构在定位时候，电机带动蜗杆进行转动；蜗杆运动存在两种情况，继续延续上一次定位的方向旋转，或者进行反转；可知，蜗杆继续延续上次定位方向旋转，蜗轮蜗杆之间不会存在间隙，不影响定位精度，而蜗杆进行反转，因为蜗轮蜗杆机械背隙的关系，就会存在一端空行程，表现为：蜗杆会存在一段空转而蜗轮不旋转的过程，这个间隙不进行消除，会对蜗轮蜗杆传动机构的传动精度产生影响，并进一步反映到转台、机床等设备上。

本发明的实施例提供了一种蜗轮蜗杆传动机构，包括蜗轮蜗杆机构、传感器和驱动组件，结合图1，蜗轮蜗杆机构包括蜗轮1和蜗杆2，蜗杆2安装于蜗杆支撑组件，蜗轮1与蜗杆2啮合传动，实现蜗杆2至蜗轮1的动力传递。

传感器包括第一传感器和第二传感器，第一传感器用于检测蜗轮1的转动信息，第二传感器用于检测蜗杆2的旋转角度信息。可以理解的是，转动信息包括蜗轮1开始转动的信息和/或蜗轮1转动角度信息和/或蜗轮1转动方向信息等。

驱动组件可采用油缸、气缸、电机等驱动方式，驱动组件根据第一传感器和第二传感器的信息，驱动蜗杆2沿蜗轮1切向运动以补偿蜗轮蜗杆机构的背隙。

结合图1所示的实施例，对蜗轮蜗杆传动机构的工作原理进行说明，当蜗轮1当前运动处于逆时针运转，下一个动作蜗杆2改变旋转方向，第二传感器可检测蜗杆2的反转情况，当蜗杆2进行反转动作时候，第一传感器进行监测，这时候蜗杆2会先有一段空行程(表现为蜗杆2旋转而蜗轮1不转)，当第一传感器检测到蜗轮1进行旋转时候，第一传感器可以快速判断及检测并发送信号，第二传感器通过读取蜗杆2这起始点时间段的旋转角度，此角度即为蜗轮1蜗杆2背隙的相关值，根据该相关值，驱动组件右移一个适当小的位移(如0.05mm)，此位移能补偿蜗轮1蜗杆2啮合的“背隙”，保持始终接触，输出高精度；通过实时保证蜗杆2与蜗轮1的正确齿面接触，即蜗轮1顺时针运转，蜗杆2与蜗轮1的左齿面接触；蜗轮1逆时针运转，蜗杆2与蜗轮1右齿面接触。

通过结合第一传感器和第二传感器获得的信息，驱动组件驱动蜗杆2沿特定方向运动特定距离以补偿蜗轮蜗杆机构的背隙，可以起到消隙效果，达到很高的定位精度。上述方案消除蜗轮蜗杆正向或反向“背隙”，实现无背隙传动，提高蜗轮蜗杆的传动精度，满足“高精度、高刚度、大承载”等多种使用工况。

其中，参见图1，蜗杆支撑组件包括支撑座4，支撑座4设有轴孔，轴孔中根据需要可以设置轴承，轴承通过端部的轴承压盖14限定于支撑座4。例如在图1所示的实施例中，蜗杆2通过第一轴承11和第二轴承12支承于轴孔，蜗杆2的螺旋齿位于第一轴承11和第二轴承12之间。其中，第一轴承11和第二轴承12可分别设置一个或多个轴承。第一轴承11的内圈、第二轴承12的内圈与蜗杆2之间存在间隙，蜗杆2能够沿轴孔轴向实现位移，以满足蜗杆2在位移过程中消除背隙。

在一些实施例中，参见图1，驱动组件包括油缸5、节流阀6、换向阀7和油泵8，换向阀7用于控制油缸5的换向，换向阀7可采用2位4通电磁换向阀7，例如当需要将蜗杆2向左移动一定位移时，2位4通电磁换向阀7的右侧位导通，液压油注入油缸5右侧，推动活塞杆左移一个适当小的位移(如0.05mm)，此位移能补偿蜗轮蜗杆啮合的“背隙”，保持始终接触，输出高精度。

进一步的，参见图1，油缸5的输出端通过旋转接头3与蜗杆2连接。旋转接头3包括接头内圈和接头外圈，接头内圈和接头外圈能够绕轴线相对旋转，接头内圈与蜗杆2连接，接头外圈通过连接块13与油缸5的输出端连接，油缸5通过旋转接头3实现向旋转中的蜗杆2的驱动力传递，避免蜗杆2的扭矩作用于油缸5，导致油缸5受损。

在一些实施例中，为了实现自动控制、调节，蜗轮蜗杆传动机构还包括控制单元，传感器、驱动组件均与控制单元连接，第一传感器和第二传感器实时将监测的相关信息发送至控制单元，控制单元根据相关信息计算第一蜗杆2轴向位移补偿值，并进一步控制驱动组件驱动所述蜗杆2沿蜗轮1切向运动，运动行程为第一蜗杆2轴向位移补偿值。该实施例可自动消除正向或反向“背隙”，实现无背隙传动。可以根据实际啮合情况，补偿顺时针或逆时针背隙，理论上可以做到“0背隙”，重复精度可以极大提高，极大提高加工产品尺寸一致性。不需人工调背隙值，且控制单元不用做精度补偿的动作，实时自动调整，能极大提高了蜗轮蜗杆转台的调试和加工效率。

在一些实施例中，参见图1，第一传感器包括矢量位置检测器9，蜗轮1连接与矢量位置检测器9配合的位置检测部件10，位置检测部件10随蜗轮同步转动，位置检测部件10的数量与矢量位置检测器9的数量对应。矢量位置检测器9和位置检测部件10设置一个或多个，矢量位置检测器9可以实现360°监控和检测，用于检测蜗轮1的旋转方向、旋转角度等，特别的为判断旋转方向的改变。

本发明的实施例还提供了一种转台，包括旋转台、电机和以上任一实施中的蜗轮蜗杆传动机构，其中，蜗轮1与旋转台连接，电机的输出端与蜗杆2连接。电机根据需要可采用伺服电机，利用伺服电机自身的编码器可直接获取蜗杆2的旋转角度信息。

本发明的实施例还提供了一种消除蜗轮蜗杆背隙的方法，包括以下步骤：

获取蜗轮1开始转动的转动信息；

获取蜗杆2开始转动至蜗轮1开始转动期间蜗杆2的旋转角度信息；

根据旋转角度信息计算第一蜗杆2轴向位移补偿值；

驱动蜗杆2沿蜗轮1切向运动，运动行程为第一蜗杆2轴向位移补偿值。

结合图1所示的实施例，具体过程如下：伺服电机带动蜗杆2进行旋转，控制单元可检测伺服电机的反转情况，当伺服电机进行反转动作时候，位置矢量传感器进行监测，这时候蜗杆2会先有一段空行程(表现为蜗杆2旋转而蜗轮1不转)，当位置矢量传感器检测到蜗轮1进行旋转时候，给到信号给控制单元，控制单元通过读取伺服电机(蜗杆2)这起始点时间段的旋转角度A，此角度即为蜗轮蜗杆背隙的相关值。控制单元根据旋转角度信息计算第一蜗杆2轴向位移补偿值，控制单元进一步控制驱动组件驱动蜗杆2沿蜗轮1切向运动，运动行程为第一蜗杆2轴向位移补偿值。蜗杆2轴向补偿完成之后，完成一个背隙补偿动作。

其中，第一蜗杆2轴向位移补偿值可通过以下方式计算得出，旋转角度信息为A，蜗轮蜗杆减速比为k，蜗轮蜗杆啮合半径为r，第一蜗杆2轴向位移补偿值为

在一些实施例中，消除蜗轮蜗杆背隙的方法还包括以下步骤：

监测蜗轮1的实际运动角度值；

比较蜗轮1的实际运动角度值与理论运动角度值，根据实际运动角度值与理论运动角度值的差值计算第二蜗杆2轴向位移补偿值；

驱动蜗杆2沿蜗轮1切向运动，运动行程为第二蜗杆2轴向位移补偿值。

结合图1的实施例，具体的，位置矢量检测器可以实时监测蜗轮1实际运动角度值，并实时与控制单元的理论角度对比，相应地进行补偿；例如当控制单元要求蜗轮1顺时针运转角度B，矢量控制器监测到实际角度值为C(假定B＞C)，则控制电磁换向阀7，电磁换向阀7右侧位导通，液压油注入油缸5右侧，推动活塞杆左移一个适当小的位移f×(B-C)，其中f为设计系数。换言之，通过上述步骤可实现实际运动角度值的系统补偿，提高蜗轮蜗杆的传动精度。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种蜗轮蜗杆传动机构，其特征在于，包括：

蜗轮蜗杆机构，包括蜗轮和蜗杆，所述蜗轮与所述蜗杆啮合传动，所述蜗杆安装于蜗杆支撑组件；

传感器，包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器用于检测蜗轮的转动信息，所述第二传感器用于检测蜗杆的旋转角度信息；

驱动组件，根据所述第一传感器和第二传感器的信息，驱动所述蜗杆沿所述蜗轮切向运动以补偿所述蜗轮蜗杆机构的背隙；

控制单元，所述传感器、驱动组件均与所述控制单元连接，所述控制单元获取蜗轮开始转动的转动信息；所述控制单元获取蜗杆开始转动至蜗轮开始转动期间蜗杆的旋转角度信息；所述控制单元根据旋转角度信息计算第一蜗杆轴向位移补偿值；所述控制单元控制所述驱动组件驱动蜗杆沿蜗轮切向运动，运动行程为第一蜗杆轴向位移补偿值，所述旋转角度信息为A，所述蜗轮蜗杆减速比为k，所述蜗轮蜗杆啮合半径为r，所述第一蜗杆轴向位移补偿值为

2.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆传动机构，其特征在于，所述蜗杆支撑组件包括支撑座，所述支撑座设有轴孔，所述蜗杆通过第一轴承和第二轴承支承于所述轴孔，所述第一轴承的内圈、第二轴承的内圈与蜗杆之间存在间隙，所述蜗杆能够沿所述轴孔轴向实现位移。

3.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆传动机构，其特征在于，所述驱动组件包括油缸、换向阀和油泵，所述油缸的输出端通过旋转接头与所述蜗杆连接。

4.根据权利要求3所述的蜗轮蜗杆传动机构，其特征在于，所述旋转接头包括接头内圈和接头外圈，所述接头内圈与蜗杆连接，所述接头外圈通过连接块与所述油缸的输出端连接。

5.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆传动机构，其特征在于，所述第一传感器包括矢量位置检测器，所述蜗轮连接与所述矢量位置检测器配合的位置检测部件。

6.一种转台，其特征在于，包括：

旋转台；

电机；

权利要求1～5中任一项所述的蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮与所述旋转台连接，所述电机的输出端与所述蜗杆连接。

7.一种消除蜗轮蜗杆背隙的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取蜗轮开始转动的转动信息；

获取蜗杆开始转动至蜗轮开始转动期间所述蜗杆的旋转角度信息；

根据所述旋转角度信息计算第一蜗杆轴向位移补偿值；

驱动所述蜗杆沿所述蜗轮切向运动，运动行程为所述第一蜗杆轴向位移补偿值，所述旋转角度信息为A，所述蜗轮蜗杆减速比为k，所述蜗轮蜗杆啮合半径为r，所述第一蜗杆轴向位移补偿值为

8.根据权利要求7所述的消除蜗轮蜗杆背隙的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

监测所述蜗轮的实际运动角度值；

比较蜗轮的实际运动角度值与理论运动角度值，根据所述实际运动角度值与理论运动角度值的差值计算第二蜗杆轴向位移补偿值；

驱动所述蜗杆沿所述蜗轮切向运动，运动行程为所述第二蜗杆轴向位移补偿值。

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