产品结构设计·智能扫地机器人蜗轮蜗杆、同步齿形带、行星轮系传动设计介绍

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在上一次的文章中详细的整理分享了在智能扫地机器人结构设计中齿轮传动的相关知识，本文着重分享蜗轮蜗杆、同步齿形带、行星轮系等在扫地机器人传动设计中的运用介绍

蜗轮蜗杆在扫地机器人上的设计介绍

扫地机蜗轮蜗杆使用位置：

涡轮蜗杆在扫地机的应用一般是在边刷上用到，其他位置并未见到，因为受到扫地机内部空间和传动配比以及传动受力的限制，仅该处使用到蜗轮蜗杆传动。同样建议大家在设计时优选选用直齿或斜齿设计解决边刷的传动问题，除非空间限制费用不可。

扫地机蜗轮蜗杆与真正意义上的蜗轮蜗杆的区别：

其次在扫地机行业内至今还没看到过真正意义上的涡轮，当你仔细观察就会看出差别，扫地机使用的蜗轮蜗杆图：

从上图可以清晰直观地看到实际的蜗轮其实质是斜齿轮，当然这也和以下两个原因有关

①真正意义上的蜗轮的注塑模具很复杂且不好出模，出于成本考虑；

②真正意义上的蜗轮与蜗杆接触面积较小，受力面积就小，塑胶齿轮本身强度较弱，不利于其受力传动。

扫地机蜗轮蜗杆使用材料：蜗杆材料 POM 100P ，涡轮材料 POM M90-44 ，涡轮的宽度建议取≥4.5mm。

涡轮与牙箱壳体的最小间隙：建议取1.00mm。

尽量不要设计多头螺纹：

多头螺纹对注塑生产精度要求更高更严格，一般注塑很难控制，所以后面产生的噪音和电流以及电机温升问题几乎很难解决。

不要为了降低成本而将左右两侧的涡轮蜗杆共用：

一般为了降低成本，左右边扫蜗轮蜗杆会共模，然后通过更改电机正反转来处理，表面来看，两侧的涡轮蜗杆可以共用，降低模具成本和精简物料管理，而实际上这种设计不可取。

因为电机轴向窜动是有方向的，且只会往一个方向窜动，电机正反转时两者轴向窜动状态不同，一个向左一个向右，两侧窜动量不同，也就是说一边的蜗轮蜗杆齿侧间隙小，另一边的齿侧间隙大，这样即使两边的涡轮满足设计要求，也总会有一边涡轮出现打齿声音，且噪音很突出几乎很难解决。

同步齿形带在扫地机器人上的设计介绍

扫地机同步齿形带使用位置：

同步齿形带设计的应用一般仅在中扫牙箱中用到，其他地方并未见到。因为中扫转速较高(一般取约1200rpm)，而同步齿形带减速比较小，所以在采用低速电机(＜5000rpm)时，可以采用同步齿形带设计；其次因为两同步齿轮中心距较大，所以一般只能采取一级同步带传动或第一级齿轮传动加第二级同步齿形带传动。

同步齿形带优点：

①同步齿形带传动稳定，噪音比齿轮传动能降低约2dB；

②同步齿形带传动不需要齿轮润滑油.

同步齿形带的设计步骤

①初定传动比

②初选模数：一般取2，对于扫地机上用的扭矩很大转速很高时选3，盖茨和先锋因为专利原因对模数的称呼不同，但可以通用。(台湾先锋：S2M/2M,美国盖茨：2GT)

③初选齿数：小同步带轮Zmin一般取10，大同步带轮齿数=小同步带轮齿数*传动比

④初选带宽：常取4.00mm，若传动扭矩和转速较大时取5.00mm或6.00mm

⑤初选中心距：根据结构尺寸初定中心距，中心距的最大值，和中心距期望值

⑥计算大小同步齿轮节圆直径

⑦计算有效啮合齿数，原则：要保证有效啮合齿数Zmin啮合=a*z/360≥7 (有效啮合齿数计算：画图+计算),包角不能太小

⑧待自己计算基本符合预期值后，将以下资料发送给同步带厂家：

最小同步齿轮齿数转速/最小同步齿轮承受扭矩/设计寿命/传动比/初选齿数/初定中心距/带宽

⑨厂家推荐皮带规格/皮带规格书/安装中心距/同步齿轮图纸/电机功率

备注：

盖茨推荐的安装中心距比标准中心距小，先锋推荐的安装中心距比中心距大(标准中心距缩小1-1.5%，此数值与齿轮精度皮带精度有关，一般先取1%然后取整)

其他设计参数:

①皮带宽度两侧间隙单边最小取1.5mm

②厚度方向间隙单边最小取3.00mm，太小皮带不能取出来

③同步带厚度约0.7mm，不算齿数的高度

④同步带节圆直径就是装上皮带时皮带外表面的直径尺寸

详细设计步骤及参数选用参考文档(请加微信Creo11领取)

行星轮系在扫地机器人上的设计介绍

扫地机器人上利用类似差速器的行星轮系，仅一个输入因子，两个输出因子分别实现整机的旋转和前进/后退功能。

机构简图：

在正常情况下，由于输入轴直接作用在输出轴上，此时左右轮前后转动，实现机器的前进和后退；

当遇到障碍物时，机器无法前进，也就是说轮子不能转动，此时输出轴齿轮箱转动，带动整机做旋转运动，即实现机器的旋转。