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                        機器人齒條選型案例

                        2022-02-11|admin

                        齒輪齒條傳動具有高速高剛性的特點,因此被廣泛應用于現代機械設備中。常見的運用齒輪齒條傳動的設備有:機器人第七軸、桁架機械手、激光切割機、木工雕刻機等等。

                        接下來便以機器人第七軸為例來看一下齒輪齒條傳動如何計算選型。

                        機器人第七軸俗稱地軌,是一種用來讓一臺機器人在多個工位之間來回移動的行走機構,如下圖所示:


                        機器人齒條應用.png



                        通常地軌上的負載較重并且需要高速長距離移動,因此常采用齒輪齒條傳動

                        應用案例如下:

                        首先需要確定設備的相關參數:

                        驅動方式

                        負載重量

                        最大速度

                        加速度

                        定位誤差

                        摩擦系數

                        單驅

                        500KG

                        60/分鐘

                        0.2

                        ±0.1

                        0.02

                        根據以上參數可以計算出負載加速時所需要的推力:

                        6378018555188519519728323.png

                         

                        算上安全系數(Ka=1.2)和效率(96%),得出實際所需要的推力:

                        6378018555189202216499077.png

                        這里選擇模數3齒數20斜齒輪,分度圓直徑為63.66,計算出負載加速所需最大扭矩:

                        6378018555190178813269832.png

                        負載達到最大速度時齒輪的轉速:

                        6378018555191937314742415.png

                        負載運動時的慣量:

                        6378018555192522484742415.png

                        得到以上參數后便可以開始選擇電機和減速機,這里選擇西門子1FL60672kw),該電機參數如下:

                        額定扭矩

                        最大扭矩

                        額定轉速

                        最高轉速

                        轉動慣量

                        9.55Nm

                        28.7Nm

                        2000rpm

                        3000rpm

                        30.7kg·cm2

                        為了保證電機工作時不會超過最高轉速3000轉,因此減速比必須小于10,所以我們需要選擇一級減速比的減速機。

                        同時還需要考慮負載和電機的慣量比,為了達到良好的動態性能,建議慣量比小于5(最大不能超過7),根據負載和電機慣量比公式:

                        6378018555193694381513170.png

                        可以計算出減速比要大于5,所以我們最終選擇減速比為7。

                        校核:

                        電機工作時最高轉速:

                        6378018555194573731513170.png

                        電機工作時最大扭矩:

                        6378018555195647537283924.png

                        負載和電機慣量比:

                        6378018555196526358756507.png

                        綜上,該電機、減速比與齒輪的組合能夠滿足設備運行要求。

                        在使用齒輪齒條傳動時,需要注意以下幾點:

                        1. 盡量使用小齒輪,這樣可以減小齒輪分度圓直徑,提高精度,降低負載所需扭矩,減小轉動慣量。

                        2. 需要注意齒輪受力點離減速機輸出端軸承的距離,如果力臂太長可能會造成減速機輸出軸的損壞。

                        3. 為了降低噪音以及提高設備運行時的平穩性,有限選擇斜齒。

                        4. 齒輪端面需要加蓋板,以防止運行時發生軸向竄動。

                         

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