2022-02-11|admin
齒輪齒條傳動具有高速高剛性的特點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中。常見的運(yùn)用齒輪齒條傳動的設(shè)備有:機(jī)器人第七軸、桁架機(jī)械手、激光切割機(jī)、木工雕刻機(jī)等等。
接下來便以機(jī)器人第七軸為例來看一下齒輪齒條傳動如何計算選型。
機(jī)器人第七軸俗稱地軌,是一種用來讓一臺機(jī)器人在多個工位之間來回移動的行走機(jī)構(gòu),如下圖所示:
通常地軌上的負(fù)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(yīng)用案例如下:
首先需要確定設(shè)備的相關(guān)參數(shù):
驅(qū)動方式 |
負(fù)載重量 |
最大速度 |
加速度 |
定位誤差 |
摩擦系數(shù) |
單驅(qū) |
500KG |
60米/分鐘 |
0.2秒 |
±0.1 |
0.02 |
根據(jù)以上參數(shù)可以計算出負(fù)載加速時所需要的推力:
算上安全系數(shù)(Ka=1.2)和效率(96%),得出實際所需要的推力:
這里選擇模數(shù)3齒數(shù)20斜齒輪,分度圓直徑為63.66,計算出負(fù)載加速所需最大扭矩:
負(fù)載達(dá)到最大速度時齒輪的轉(zhuǎn)速:
負(fù)載運(yùn)動時的慣量:
得到以上參數(shù)后便可以開始選擇電機(jī)和減速機(jī),這里選擇西門子1FL6067(2kw),該電機(jī)參數(shù)如下:
額定扭矩 |
最大扭矩 |
額定轉(zhuǎn)速 |
最高轉(zhuǎn)速 |
轉(zhuǎn)動慣量 |
9.55Nm |
28.7Nm |
2000rpm |
3000rpm |
30.7kg·cm2 |
為了保證電機(jī)工作時不會超過最高轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn),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(jī)。
同時還需要考慮負(fù)載和電機(jī)的慣量比,為了達(dá)到良好的動態(tài)性能,建議慣量比小于5(最大不能超過7),根據(jù)負(fù)載和電機(jī)慣量比公式:
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(jī)工作時最高轉(zhuǎn)速:
電機(jī)工作時最大扭矩:
負(fù)載和電機(jī)慣量比:
綜上,該電機(jī)、減速比與齒輪的組合能夠滿足設(shè)備運(yùn)行要求。
在使用齒輪齒條傳動時,需要注意以下幾點(diǎn):
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(fù)載所需扭矩,減小轉(zhuǎn)動慣量。
2. 需要注意齒輪受力點(diǎn)離減速機(jī)輸出端軸承的距離,如果力臂太長可能會造成減速機(jī)輸出軸的損壞。
3. 為了降低噪音以及提高設(shè)備運(yùn)行時的平穩(wěn)性,有限選擇斜齒。
4. 齒輪端面需要加蓋板,以防止運(yùn)行時發(fā)生軸向竄動。
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