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:

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)：

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：

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：

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：

負(fù)載達(dá)到最大速度時(shí)齒輪的轉(zhuǎn)速：

負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣量：

得到以上參數(shù)后便可以開(kāi)始選擇電機(jī)和減速機(jī)，這里選擇西門子1FL6067（2kw），該電機(jī)參數(shù)如下：

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：

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：

電機(jī)工作時(shí)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(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)。