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桁架機器人直線產品選型

  • 更新時間:2019/2/18 13:10:18
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  • 摘要:桁架機器人,作為一種成本低廉、係統結構簡單的自動化機器人係統解決方案,廣泛的用於碼垛、分揀、包裝、焊接、金屬加工、搬運、上下料、裝配等常見的工業生產領域,在替代人工,提高生產效率,穩定產品質量等方麵都具備顯著的應用價值。本文就典型的桁架機器人為例,對已知要求的桁架機器人進行直線產品選型計算,希望對廣大桁架機器人設計及應用廠家有所幫助。


     
    關鍵詞:桁架機器人、齒輪齒條、伺服電機、行星減速機、滾珠絲杠、滾珠絲杠支撐座。
    一、 機器人基本要求:
    桁架機器人用於物料搬運機構,動作包括Z軸垂直提升機構和X軸水平移動機構,各軸的參數如下。
    1、 Z軸:垂直提升機構
    負載重量:40kg;
    動作行程:800mm;
    最大速度:400mm/s
    由於Z軸本體需要上下移動,本體重量會變為負載,重量:80kg
    定位精度:0.1mm
    加速時間:0.2s
    2、 X軸:水平移動機構
    負載重量:180kg;
    動作行程:5.8m
    移動速度:1.3m/s
    加速時間:0.3s.
    定位精度:0.2mm
    二、 計算選型
    (一)Z軸:
    采用絲杠提升,直線導軌導向的結構,根據機械設計確認一些尺寸參數如下。機械結構采用中間絲杠,兩側導軌的結構,每根導軌上2個滑塊,滑塊上下方向的中心距為:200mm。Z軸總重量為M=120kg,重心距離導軌的安裝麵距離為300mm。
    說明:在導軌垂直安裝時,很多人認為導軌不受力,隻有絲杠受力,導軌隻是起導向作用。這個理解是不完整的。如果被提升負載的重心在絲杠的中心線上,這個理解是正確的,但是如果重心的位置和絲杠中心線存在一定的間距,那麽導軌就必然要受力。具體的計算方法是,絲杠解決力平衡,導軌解決力矩平衡。
    1、 導軌選型計算
    根據已知條件,重心偏心300mm,滑塊上下方向中心距400mm.則做力矩平衡計算。滑塊受力為:F,則公式如下:
    F*200=Mg*300=120*9.8*300
    F=1764N,  (這是滑塊的受力,上麵兩個滑塊受拉力,下麵兩個滑塊受壓力)。
    單個滑塊的受力為:F1=F/2=882N
    根據這個受力來進行滑軌的選型,如果知道設備的設計壽命,按照導軌的設計壽命公式進行計算(本網站其它文章有介紹),如果是簡單計算選型,建議滑塊的基本動額定負荷是實際載荷的5倍。則滑塊基本動額定負荷大於882*5=4410N,隻要滑塊的基本動額定負荷大於這個值就可以了。查詢資料選型導軌。
    HGH15CA2R1100ZAC   2根  (導軌長度以機械設計為準。)
    2、 絲杠選型計算
    導軌的安裝將力矩進行平衡以後是絲杠進行力平衡,考慮到實際使用中負載在加速向上運行時軸向力最大:
    F3=Mg+F*μ+Ma
    加速度:a=v/t1=0.4/0.2=2m/s^2
    考慮安裝平行度的誤差,係統摩擦係數:μ=0.1
    F3=120*9.8+1764*0.1+120*2=1592.4N
    預選絲杠的導程10mm,因為最大速度要求是400mm/s,則絲杠的轉速:400/10*60=2400rpm。伺服電機的額定轉速一般為3000rpm,所以選擇合理,如果選用5mm導程的絲杠,則絲杠轉速為4800rpm,超電機的額定轉速,顯然不合理。
    根據載荷,選則絲杠的基本動額定負荷是載荷的8倍以上,則絲杠型號:
    R25-10T4-FSI-X-Y-0.05   (X是絲杠的螺紋長度,Y是絲杠總長度)
    3、 電機的選型計算
    T電機*2000*3.14*0.8=F3*10=1592.4*10   (10為絲杠的導程)
    T電機=3.16Nm,考慮電機驅動的安全係數。
    推薦電機:ECMA-C11020SS(電機帶刹車,保證斷電時不下滑)
    (二)、X軸
    采用上下方向水平安裝導軌,中間齒輪齒條的結構。根據結構尺寸,滑軌的上下方向中心距200mm。采用雙軌4滑塊的機構。重心距離導軌安裝麵距離:500mm。
    1、 導軌的選型計算:
    力平衡:4個滑塊分擔重力:F4=180/4=45kgf=450N
    力矩平衡:180*9.8*500=F5*200;F5=4410N=441kgf。這是由兩個滑塊承擔力,上麵塊受拉力,下麵受壓力。單個滑塊受力:221kgf.
    滑塊的合力:直接兩個力的標量和:F6=45+221=266kgf;
    根據這個合力,放大5倍以上選擇滑塊的型號:
    HGW25CA2R6300ZAC   2根  (導軌長度以機械設計為準。)
    2、 齒輪齒條及電機選型計算:
    試選齒輪:m=2,Z=30,節圓直徑:d0=63.66mm=6.366cm
    計算負載的轉動慣量:
    J=M*d0^2/4=180*6.366^2/4=1824kg.cm^2
    計算齒輪轉速:1300*60/3.14/63.66=390rpm
    預估電機會用到中慣量的電機,額定轉速為:2000rpm.
    則可選擇的減速比:i=2000/390=5.12。推薦行星的標準減速比為:i=5
    則等效慣量:J1=J/i^2=1824/5^2=72.96(kg.cm^2)
    查詢電機參數選型:ECMA-E11315RS,電機慣量:11.18(kg.cm^2);慣量比:72.96/11.18=6.5倍,小於10倍.能夠滿足要求.
    計算加速度:1.3/0.3=4.3m/s^2
    計算水平推力:F7=Mg*μ+Ma=180*9.8*0.1+180*4.3=950.4N
    計算齒輪扭矩:T齒輪=F7*d0/2000=950*63.66/2000=30.23nm,校核齒輪齒條的傳遞扭矩:184nm。計算安全係數184/30.23=6。安全係數大於5足夠。
    計算所需電機扭矩:T1=30.23/5/0.9=6.7NM,  (0.9為減速機的效率)
    此案前選擇的電機額定扭矩:7.16Nm,大於T1,電機扭矩足夠。
    推薦電機:ECMA-E11315RS  台達電機
    推薦減速機:AF090-5-K3-22  卓藍減速機
    推薦齒輪:CHMH020 30 22  YYC齒輪 (安裝孔22,和減速機的輸出軸配合)
    推薦齒條:CHTMH020 10  YYC齒條
    成都百家樂必勝玩法技術部
    2018/12/20

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