现在都在讲一个概念，工业4.0，对于一个机械设计工程师而言，我们眼里的工业4.0可以直接和制造智能化、自动化对等，所以现在整个中国大地，从南至北，由东到西，各制造行业的自动化、智能化升级转型无不风生水起，风起云涌，一发而不可停止，只要你是个制造企业，你不上马点自动化升级项目，你都不好意和别的同行们吃饭。

对于一个机械设计工程师而言，这就是最好的时代，随着智能化、自动化项目的上马，因其针对不同行业，不同项目，不同工序的具体要求，对自动线的打造也提出了更高的个性化定制需求，这不但考验一个设计工程师的设计水准，也非常的考验一个项目团队的协调与创新能力，每一个项目几乎都是唯一的，不可以重复的。这在很大程度上极大的锻炼了设计工程师的个人设计能力和提升了知识面广度。

在这篇文章中，我主要介绍一下自动生成线设计过程中，机械手驱动装置里的齿轮齿条是如何选择的，我们在前面的文章里介绍过机械手的几种驱动方式，其中很重要的一种就是齿轮齿条配合直线导轨使用的驱动方式，这种驱动方式因其结构简单，驱动可靠，运行平稳而灵魂，运行速度快速而可控，尤其是在机械手高速运行的时候，具有非常广泛的应用。

我们先来看一个案例，这个案例的机械手的个两运行方向都是采用齿轮齿条驱动方式来驱动机械手的。

上图是一个方案图，具体的齿轮齿条位置我们可以看一下下面的详细结构，然后根据详细的结构我们来做一个更为详细风说明与分享。

上图就是一个比较详细的机械手驱动系统，针对这个驱动系统我们来做一些介绍：

1、伺服电机，伺服电机的作用就是为机械手的运动提供动力，至于什么叫伺服电机，大家可以自己去百度一下，之所以选择伺服电机是因为这种电机传递位置更为精确，加减速时间可控，且电机特性非常好，当然也相对较贵一点。但在这一篇文章里我不做专门的介绍，以后会有相应的文章来分享伺服电机系统的特点。

2、减速机，在这里的减速机有两个作用，第一个是增大扭矩，但我们也要注意一个特别重要的事情，虽然减速机可以增大扭矩，但是在增大扭矩的同时，它也降低了伺服电机的最终输出转速，这个是会最终影响机械手的运行速度的，所以在扭矩和转速之间，我们要旋转一个很好的平衡，既可以通过减速获得足够的扭矩，有不至于牺牲太多的速度，因为机械毕竟还是有运行速度要求的。在自动线行业里，减速机的减速比选择是有经验比值的，这个我会在后面的文章中分享，很有用的哦。第二个作用是降低机械手在刹车过程中产生的惯性对电机的冲击和伤害，因为减速机采用的是行星齿轮结构，在机械手刹车过程中，高速的运行会产生一定的惯性，虽然伺服电机已经做了刹车延时处理，但是始终会产生一定的惯性，而通过减速机的使用就可以适当的降低这种惯性，从而很好的保护电机。

3、齿轮，我的建议是在你的结构能够满足的情况下，这个齿轮要尽可能的选择小一点。因为齿轮太大也会产生一定的惯性，当然这个也要考虑机械手的运行速度和电机的最终输出扭矩，最重要的就是找到一个最佳的平衡点。

4、齿条，这个是我们今天着重要讲的零件，对于自动化行业的你来说，你没有必要自己去设计一根齿条，虽然这对你来说也许没有什么难度，因为有专业的齿条供应商已经将这个零件标准化了，你只需要按既定的参数来选择就可以了，让专业的人做专业的事，这是时代发展的必然分工，也是科技发展的必然结果。

我个人常用的齿条产品是一个来自台湾的品牌，至于叫什么，在这里就不说了，免得有做广告的嫌疑，如果有人需要知道这个信息，可以私信我，我会提供相应的联系方式。

我们来看一下如何选择一根齿条，首先还是要计算受力。

通过齿条的受力分析和计算，确认你所需要选择的齿条的模数，模数对应的扭矩有如下的参考。

我们可以根据上面的表格和你计算的齿条载荷以及设计的齿轮的大小来确认齿条的受力，从而确认齿条的模数，然后根据齿条的模数我们在选择其它的重要参数。

画红线的这个类型的齿条是我使用比较多的，除了模数的旋转，还有几个参数也是非常重要的。

1）精度等级：选择什么样的精度等级就意味着机械手的运行有多精确，特别是定位精度和重复定位精度上有很大的提现。

2）材料：材料的选择跟齿条的受力有很大的关系，当然也跟齿条的使用寿命有很的关系，我的建议是尽量选择得保守一点，在一些参数上浪费一点总比最后不足的要好，尤其是自动线的设计，因为都是定制化设计，很少有批量的说法，所以为了将售后成本将到最低，我们要尽量把安全系统提高一点，否则后续的维护和维修费用会让你生不如死。

3）齿形：通常有两种齿形选择，一种是直齿，一种是斜齿，在这里说一下这两种齿形的区别。

（1）直齿，其设计简单、制造方便、检验容易操作、装配也相对容易，因为这种类型的齿条啮合度小，噪音大，传递的载荷小，所以一般用于传递中、低载荷的高、中、低速运行场合。

（2）斜齿，其设计、制造、检验和装配都较直齿相对复杂，因其啮合的重合度较大，噪音小，且传递的载荷大，所以更多实用在中低速大扭矩传动的场合。如果选用这种类型的齿条一定要注意一个事项，与之相配的齿轮在运行过程中会产生轴向力，所以在设计时齿轮的轴向固定一定要有相应的设计预案。

4）齿面处理：通常有精铣和精磨两种，具体的差别也体现在精度上。

5）硬度处理：可以根据你的使用环境、载荷和使用寿命要求来确认齿条的硬度，对应着来选择就可以了。

其它的参数可以根据设计者的选择自行决定，没有太多的注意事项，很多东西只有在设计过程中才会有更深的体会。所谓纸上得来终觉浅，预知此事需躬行。

在这里也提供一个与之配对的齿轮的选择参数来给大家参考一下。希望对大家的设计有一定帮助作用。

最后我还要分享一个齿条的规格表述样式，以及其对应的不同参数和形式，而这些参数就是在选择一根齿条时最主要的参数。

只有通过这些参数的选择和对应设计才能真正的使用好一根齿条，一个好的设计不是看产品一时的运行效果，而是要看三五年后的运行效果和运行稳定性。

如果你觉得分享的知识对你有一定的参考意义，请顶个赞，因为写这些东西真的是件很枯燥的事情，虽然我骨子里很喜欢，但是你们的顶赞将是我继续做下去的更大动力。

来源：知乎 www.zhihu.com

作者：蒋小坏

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