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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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