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現(xiàn)在都在講一個概念，工業(yè)4.0，對于一個機(jī)械設(shè)計工程師而言，我們眼里的工業(yè)4.0可以直接和制造智能化、自動化對等，所以現(xiàn)在整個中國大地，從南到北，由東到西，各制造行業(yè)的自動化、智能化升級轉(zhuǎn)型無不風(fēng)生水起，風(fēng)起云涌，一發(fā)而不可停止，只要你是個制造企業(yè)，你不上馬點(diǎn)自動化升級項目，你都不好意和別的同行們吃飯。
對于一個機(jī)械設(shè)計工程師而言，這就是*好的時代，隨著智能化、自動化項目的上馬，因其針對不同行業(yè)，不同項目，不同工序的具體要求，對自動線的打造也提出了更高的個性化定制需求，這不但考驗一個設(shè)計工程師的設(shè)計水準(zhǔn)，也非常的考驗一個項目團(tuán)隊的協(xié)調(diào)與創(chuàng)新能力，每一個項目幾乎都是**的，不可以重復(fù)的。這在很大程度上極大的鍛煉了設(shè)計工程師的個人設(shè)計能力和提升了知識面廣度。
在這篇文章中，我主要介紹一下自動生成線設(shè)計過程中，機(jī)械手驅(qū)動裝置里的齒輪齒條是如何選擇的，機(jī)械手的驅(qū)動方式有多種，其中很重要的一種就是齒輪齒條配合直線導(dǎo)軌使用的驅(qū)動方式，這種驅(qū)動方式因其結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動可靠，運(yùn)行平穩(wěn)而靈魂，運(yùn)行速度快速而可控，尤其是在機(jī)械手高速運(yùn)行的時候，具有非常廣泛的應(yīng)用。
我們先來看一個案例，這個案例的機(jī)械手的個兩運(yùn)行方向都是采用齒輪齒條驅(qū)動方式來驅(qū)動機(jī)械手的。
上圖是一個方案圖，具體的齒輪齒條位置我們可以看一下下面的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)詳細(xì)的結(jié)構(gòu)我們來做一個更為詳細(xì)風(fēng)說明與分享。
上圖就是一個比較詳細(xì)的機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)，針對這個驅(qū)動系統(tǒng)我們來做一些介紹：
1、伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的作用就是為機(jī)械手的運(yùn)動提供動力，至于什么叫伺服電機(jī)，大家可以自己去百度一下，之所以選擇伺服電機(jī)是因為這種電機(jī)傳遞位置更為精確，加減速時間可控，且電機(jī)特性非常好，當(dāng)然也相對較貴一點(diǎn)。但在這一篇文章里我不做專門的介紹，以后會有相應(yīng)的文章來分享伺服電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)。
2、減速機(jī)，在這里的減速機(jī)有兩個作用，第一個是增大扭矩，但我們也要注意一個特別重要的事情，雖然減速機(jī)可以增大扭矩，但是在增大扭矩的同時，它也降低了伺服電機(jī)的*終輸出轉(zhuǎn)速，這個是會*終影響機(jī)械手的運(yùn)行速度的，所以在扭矩和轉(zhuǎn)速之間，我們要旋轉(zhuǎn)一個很好的平衡，既可以通過減速獲得足夠的扭矩，有不至于犧牲太多的速度，因為機(jī)械畢竟還是有運(yùn)行速度要求的。在自動線行業(yè)里，減速機(jī)的減速比選擇是有經(jīng)驗比值的，這個我會在后面的文章中分享，很有用的哦。第二個作用是降低機(jī)械手在剎車過程中產(chǎn)生的慣性對電機(jī)的沖擊和傷害，因為減速機(jī)采用的是行星齒輪結(jié)構(gòu)，在機(jī)械手剎車過程中，高速的運(yùn)行會產(chǎn)生一定的慣性，雖然伺服電機(jī)已經(jīng)做了剎車延時處理，但是始終會產(chǎn)生一定的慣性，而通過減速機(jī)的使用就可以適當(dāng)?shù)慕档瓦@種慣性，從而很好的保護(hù)電機(jī)。
3、齒輪，我的建議是在你的結(jié)構(gòu)能夠滿足的情況下，這個齒輪要盡可能的選擇小一點(diǎn)。因為齒輪太大也會產(chǎn)生一定的慣性，當(dāng)然這個也要考慮機(jī)械手的運(yùn)行速度和電機(jī)的*終輸出扭矩，*重要的就是找到一個*佳的平衡點(diǎn)。
4、齒條，這個是我們今天著重要講的零件，對于自動化行業(yè)的你來說，你沒有必要自己去設(shè)計一根齒條，雖然這對你來說也許沒有什么難度，因為有專業(yè)的齒條供應(yīng)商已經(jīng)將這個零件標(biāo)準(zhǔn)化了，你只需要按既定的參數(shù)來選擇就可以了，讓專業(yè)的人做專業(yè)的事，這是時代發(fā)展的必然分工，也是科技發(fā)展的必然結(jié)果。
我們來看一下如何選擇一根齒條，首先還是要計算受力。
通過齒條的受力分析和計算，確認(rèn)你所需要選擇的齒條的模數(shù)，模數(shù)對應(yīng)的扭矩有如下的參考。
我們可以根據(jù)上面的表格和你計算的齒條載荷以及設(shè)計的齒輪的大小來確認(rèn)齒條的受力，從而確認(rèn)齒條的模數(shù)，然后根據(jù)齒條的模數(shù)我們在選擇其它的重要參數(shù)。
畫紅線的這個類型的齒條是我們使用比較多的，除了模數(shù)的旋轉(zhuǎn)，還有幾個參數(shù)也是非常重要的。
1）精度等級：選擇什么樣的精度等級就意味著機(jī)械手的運(yùn)行有多精確，特別是定位精度和重復(fù)定位精度上有很大的提現(xiàn)。
2）材料：材料的選擇跟齒條的受力有很大的關(guān)系，當(dāng)然也跟齒條的使用壽命有很的關(guān)系，我的建議是盡量選擇得保守一點(diǎn)，在一些參數(shù)上浪費(fèi)一點(diǎn)總比*后不足的要好，尤其是自動線的設(shè)計，因為都是定制化設(shè)計，很少有批量的說法，所以為了將售后成本將到*低，我們要盡量把安全系統(tǒng)提高一點(diǎn)，否則后續(xù)的維護(hù)和維修費(fèi)用會讓你生不如死。
3）齒形：通常有兩種齒形選擇，一種是直齒，一種是斜齒，在這里說一下這兩種齒形的區(qū)別。
（1）直齒，其設(shè)計簡單、制造方便、檢驗容易操作、裝配也相對容易，因為這種類型的齒條嚙合度小，噪音大，傳遞的載荷小，所以一般用于傳遞中、低載荷的高、中、低速運(yùn)行場合。
（2）斜齒，其設(shè)計、制造、檢驗和裝配都較直齒相對復(fù)雜，因其嚙合的重合度較大，噪音小，且傳遞的載荷大，所以更多實用在中低速大扭矩傳動的場合。如果選用這種類型的齒條一定要注意一個事項，與之相配的齒輪在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生軸向力，所以在設(shè)計時齒輪的軸向固定一定要有相應(yīng)的設(shè)計預(yù)案。
4）齒面處理：通常有精銑和精磨兩種，具體的差別也體現(xiàn)在精度上。
5）硬度處理：可以根據(jù)你的使用環(huán)境、載荷和使用壽命要求來確認(rèn)齒條的硬度，對應(yīng)著來選擇就可以了。
其它的參數(shù)可以根據(jù)設(shè)計者的選擇自行決定，沒有太多的注意事項，很多東西只有在設(shè)計過程中才會有更深的體會。所謂紙上得來終覺淺，預(yù)知此事需躬行。
在這里也提供一個與之配對的齒輪的選擇參數(shù)來給大家參考一下。希望對大家的設(shè)計有一定幫助作用。
