机架和小齿轮系统是一种优异的机电装置，非常适合实现线性或旋转运动解决方案，主要是与其他技术无法实现的。典型的系统由长直架（或线性齿轮）由一个表面上的齿组成，匹配小齿轮（或圆形齿轮），以及用于驱动一个或另一个的方法。弯曲的架子也是可能的，但不像普遍存在。
克里斯·波普(Chris Popp)著运动控制顾问
您可能听说过汽车应用中的齿条和小齿轮转向。这是一种略微不同的动物，来自该物品的焦点 - 在工业应用中的齿条和小齿轮集合。在这方面，机架和小齿轮系统作为工业或自动化解决方案的四个主要优点是：
1.高线速速度
2.几乎无限的旅行长度
3.在相对紧凑的包装中的高力传输，和
4.从非常高的精度到一般用途的广泛精度选择。
齿轮齿条系统有三种基本的使用方法。第一个和最常见的是固定齿条到机器结构和使用反作用力从动小齿轮移动一个马车或其他平台超过齿条的长度-带着小齿轮和驱动器在高速线性运动。
使用齿条和小齿轮系统的第二种方法是固定电源/扭矩源，与小齿轮连接，然后驱动齿条来回创建高力线性运动，就像一个线性驱动器。
第三种方式是通过用另一种线性装置来回驱动机架来逆转该动作，以在小齿轮上产生旋转运动。
所以，除了基本的介绍，让我们来看看设计工程师需要考虑的十大事情(或者换句话说，他们的供应商需要知道什么)，以正确地选择和应用齿条和齿轮系统。其中一些可能更适合固定机架设计，但都有相关性。
齿轮齿条参数一:机械传动式
这关系到运动设计是驱动负载一侧的单轴还是负载两侧的两轴。然后，还有一个选择驱动两个轴在同一侧面使用单一齿条。确定电源配置和位置将有助于确定驱动负载所需的扭矩，无论是在一个轴上，还是在使用多个轴时共享。
齿轮齿条参数二:操作环境
确定齿条和小齿轮运行的环境和环境条件是很重要的，以确定是否需要任何保护措施或其他考虑。由于固有的设计是一个开放的齿轮系统，任何污染物可以收集在齿轮齿应考虑和避免，如果可能的话。
齿轮齿条参数三:轴行程长度
如前所述，齿条和小齿轮的主要优势之一是几乎无限的旅行长度。有些可以超过200英尺，但它们也可以超过一到两英尺，特别是当它们用于最初确定的替代方法时。几乎无限的旅行意味着齿条和小齿轮组只受限于建设者的能力安装和校准齿条和伴随的指导。使用更长的机架件，许多提供长达2米，减少安装时间，提供更准确和更容易的校准在长拉伸。对于较短的运行，标准的1米，0.5米，和定制的长度也可以随时提供。
齿轮齿条参数四:轴重移动
在固定架系统中，托架或龙门架常常沿着承载架携带负载。需要识别结构重量和负载重量，如果组合，则需要识别以计算移动负载所需的扭矩。当负载变化时，最坏情况的方案是主要考虑因素。在固定小齿轮系统中，类似必要的是，移动架子的线性力，无论是完整的旅行还是仅在行程的末端。在任何一种情况下，如果应用任何额外的负载或力（在移动期间或在位置时）也是一个需要了解元素。
机架和小齿轮参数五：轴的方向
如果运动是水平，垂直或介于两者之间的某个地方，则重要的是通信。在非水平应用中，必须考虑引起的重力引起的额外力。在水平应用中，摩擦力是必要的添加因子。牙齿连接是否位于安装架的顶部，底部或侧面也是在某些情况下的相关考虑因素。并不总是，但应该在讨论所提出的设计配置时提及。
齿轮齿条参数六:负载支持
负载必须得到支撑，这是不足为奇的。如何支持它是至关重要的。当使用螺旋切割齿条侧力高达三分之一的线性力可以看到。导航系统必须能够适应这种情况。因此，直线导轨不仅要承受负载的重量，还要抵抗来自齿轮连接反应的侧向力。当使用直齿齿条时，没有侧向力。这可能允许其他导向系统，如滚轮，是可接受的。螺旋切削齿条具有切削力大、运转安静等优点。因此，在选择机架类型之前，要考虑应用要求。并在选择导轨类型后为机架选定，沟通导轨摩擦因数。 That will be necessary to calculate the needed drive torque.
机架和小齿轮参数七：加速度和速度
搬运货物就是我们要做的。多快，能坚持多久是大问题。像所有的运动应用程序更快的惯性加速度和减速需要更多的扭矩，这可能导致更大的系统。较慢的加速度，虽然需要更少的扭矩，可能需要更快的运行速度，以及时进入位置。优化运动轮廓的加速度和运行速度可以减少输入驱动器的尺寸和成本。齿条和小齿轮突出的主要优点之一是它覆盖距离快。这在配置运动轮廓时提供了很大的灵活性。
机架和小齿轮参数八：轴工作周期
这是系统的操作数或运动的数量，通常在每小时每小时的周期和每天小时数。虽然肯定考虑在机架和小齿轮尺寸选择中应用相关的服务因子，但对于润滑间隔和驱动封装来说更重要，尤其是当涉及操纵头时。所有机架选择都采用适当的润滑。在小齿轮移动和坐在长时间的应用中，周期性的手润滑可能是足够的。但随着循环的增加，所需的频率施加润滑。
可补充的自动“智能”润滑系统随时可用，以计量润滑脂在适当的数量和间隔的每个应用。齿轮头寿命对启动和停止扭矩更加敏感。周期是它们选择的关键因素。
齿轮齿条参数九:位置准确性
这与必要的位置精度或沿行程长度不同点的允许偏差有关。从驱动系统的图片来看，这主要是由齿条和小齿轮齿的节距误差影响。更高的齿距误差将导致更少的可预测的位置控制。较低的音调误差将增加可预测性。许多齿条制造商通过不同的硬化和磨削过程提供不同水平的螺距误差。从最低质量到最高质量的成本可能会急剧上升。因此，确定真正需要的精度水平具有经济意义。
一个必然的因素是系统反弹。在齿条和小齿轮啮合或输入齿轮传动系统的间隙可以影响位置控制，除非负载总是在一个方向上。然而，大多数齿条和小齿轮系统的逆转导致一些运动损失在返回。较低的齿条齿距误差可以允许更紧密的齿轮啮合，以减少齿隙的影响。
齿轮齿条参数十:输入驱动系统
这涉及到齿条和小齿轮将如何被驱动。在大多数自动化系统中，选择伺服电机是因为它的可控性。为了增加机械优势和减少反射负载惯性回电机的某种类型的齿轮头通常被添加。这可能是一个行星线性设计或一个直角伺服蜗杆。每一种都有其优点。在任何一种情况下，选择一个合适的传动比都可以对电机和驱动成本和性能产生显著影响。齿轮传动比过高会减慢系统的速度。太低的比率将需要更大和更昂贵的电机和驱动器。
另一个考虑因素是小齿轮尺寸。较小的小齿轮必须更快地运行以达到所需的线速，但需要更少的扭矩来提供给定的力，同时还减少了间隙的影响。较大的小齿轮覆盖每个旋转的距离更多，但需要更多的扭矩来提供相同的力量。因此，适当匹配的电机和驱动尺寸，齿轮比和小齿轮尺寸可以以最具成本效益的方式优化系统性能。
当然，在某些应用中，其他设计标准也很重要。但对于大多数包含齿条和小齿轮组合的线性运动系统，确定本文描述的10个注意事项将为您设计一个成功的高性能系统提供90%的方法。因为所有的运动系统配置文件都是独一无二的，所以通过共享尽可能多的应用程序和设计信息来与你的系统供应商合作是有意义的。他们几乎已经了解了所有的内容，并能够快速识别关键元素，以帮助选择最佳的系统组件来满足您的需求。
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了下:线性运动技巧
