CNC金属件 vs 3D打印件:摆线针轮减速器19:1版本性能对比实测
设计升级要点
基于前版15:1/115mm优化:目标19:1更大减速比、更紧凑。关键改用8mm衬套替代滚珠轴承做销钉滚轮(滚子直径直接决定箱体尺寸)。参数:N=20、Rr=4mm、节圆直径66mm、偏心量E=1mm,用Omar Younis参数方程生成摆线盘轮廓(SOLIDWORKS方程驱动曲线),输出孔径10mm。
CNC加工件采购(PCBWay)
- 材料:主体铝合金,摆线盘不锈钢(更强);
- 提供含公差的2D工程图;
- 表面处理可选阳极/喷砂等;
- 零件到货精度极高,干涉配合位需施力压入。
3D打印版(PLA):水平扩展0.02mm、孔扩展0.07mm(需试打)。
装配流程(两版通用)
- NEMA17电机装轴联器(距面板2mm)、底板;
- 壳体装20组销钉(6×30mm)+衬套(8×20mm,实为2×10mm拼接);
- 底板→隔离环(托输出滚钉)→偏心轴组件(轴联器+双6803轴承压入干涉配合);
- 双摆线盘压入偏心轴(干涉配合,粉末涂层导致更紧曾需打磨) → 中间隔离环防轴向窜动;
- 180°错相装入壳体(定位孔对齐翻面);
- 输出轴:6×22mm销钉压入(干涉)→装15mm衬套(实为10mm+垫圈补偿);
- 装隔离环+6807轴承支撑输入输出轴→盖盖板M4×45mm螺栓锁紧;
- 3D打印版额外植入输出轴热熔嵌件。
CNC版重量显著大于3D打印版。
性能对比测试
扭矩测试
| 配置 | CNC版 | 3D打印版 |
|---|---|---|
| NEMA17(28Ncm) | 45N@10cm(450Ncm) 16倍/85% | 45N@10cm(450Ncm) 16倍/85% |
| NEMA23(2.1Nm) | 170N@20cm(34Nm) 16倍/85% | 65N@20cm(13Nm) 6倍/38% |
CNC版完美承载NEMA23全功率,效率稳定85%;3D打印版大扭矩下严重滑移/失效,甚至热熔嵌件拔出。CNC版后续摆线盘轮廓也出现变形,但承载力远超打印版。
回程间隙
- CNC版:12cm力臂双向施力约4mm游隙;
- 3D打印版:15cm力臂约7mm游隙;
- 差异源:衬套尺寸不准、摆线盘人工打磨不均、粉末涂层导致配合不一致 → 不同角度回程不一致。
改进方向与应用展望
- 采用高精度衬套/滚针轴承;
- 摆线盘轮廓加工预留正确间隙(避免后续打磨);
- 加宽摆线盘、增大接触面积提升耐久;
- 3D打印版通过精调水平扩展、加宽盘体可提升精度与寿命。
该结构极具潜力,后续机器人项目将尝试应用优化版本。
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