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機(jī)器人齒條選型案例

2022-02-11|admin

齒輪齒條傳動(dòng)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(jiàn)的運(yùn)用齒輪齒條傳動(dòng)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(lái)便以機(jī)器人第七軸為例來(lái)看一下齒輪齒條傳動(dòng)如何計(jì)算選型。

機(jī)器人第七軸俗稱(chēng)地軌,是一種用來(lái)讓一臺(tái)機(jī)器人在多個(gè)工位之間來(lái)回移動(dòng)的行走機(jī)構(gòu),如下圖所示:


機(jī)器人齒條應(yīng)用.png



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

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(dòng)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/分鐘

0.2

±0.1

0.02

根據(jù)以上參數(shù)可以計(jì)算出負(fù)載加速時(shí)所需要的推力:

6378018555188519519728323.png

 

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

6378018555189202216499077.png

這里選擇模數(shù)3齒數(shù)20斜齒輪,分度圓直徑為63.66,計(jì)算出負(fù)載加速所需最大扭矩:

6378018555190178813269832.png

負(fù)載達(dá)到最大速度時(shí)齒輪的轉(zhuǎn)速:

6378018555191937314742415.png

負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣量:

6378018555192522484742415.png

得到以上參數(shù)后便可以開(kāi)始選擇電機(jī)和減速機(jī),這里選擇西門(mén)子1FL60672kw),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(dòng)慣量

9.55Nm

28.7Nm

2000rpm

3000rpm

30.7kg·cm2

為了保證電機(jī)工作時(shí)不會(huì)超過(guò)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(jí)減速比的減速機(jī)。

同時(shí)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(dòng)態(tài)性能,建議慣量比小于5(最大不能超過(guò)7),根據(jù)負(fù)載和電機(jī)慣量比公式:

6378018555193694381513170.png

可以計(jì)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(shí)最高轉(zhuǎn)速:

6378018555194573731513170.png

電機(jī)工作時(shí)最大扭矩:

6378018555195647537283924.png

負(fù)載和電機(jī)慣量比:

6378018555196526358756507.png

綜上,該電機(jī)、減速比與齒輪的組合能夠滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)行要求。

在使用齒輪齒條傳動(dòng)時(shí),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(dòng)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(zhǎng)可能會(huì)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(shí)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(shí)發(fā)生軸向竄動(dòng)。

 

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