机械传动与工业机器人

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1、第二章机械传动与工业机器人2.1机械系统部件设计要求一、机电一体化机械系统的特殊要求机电一体化的机械系统与一般机械系统相比,具有一定的特殊要求:1.较高的定位精度精度直接影响产品的质量,尤其是机电一体化产品,其技术性能、工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的提高,因此机电一体化机械系统的高精度是其首要的要求。2.良好的动态响应特性—响应快、稳定性好。要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔短,这样控制系统才能及时根据机械系统的运行状态信息,下达指令,使其准确地完成任务。要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响,抗干扰能

2、力强。3.无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。4.高的谐振频率、合理的阻尼比。2.1机械系统部件设计要求二、主要措施和手段1.采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑件。如:滚珠丝杠副、滚动导向和支承、动静压导向和支承。2.缩短传动链,提高传动与支承刚度。如:大扭矩、宽调速的伺服电动机;轴端预紧或预拉伸、滚珠丝杠副或滚动导轨副预紧消除间歇提高刚度。3.选择合理(最佳)传动比,提高系统分辨率,减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量,尽可能的提高系统的加速能力。4.尽可能地减小或消除传动误差和反转误差、减少支承变形,最终缩小反向死区误差。5.改进和合理

3、设计支承件和机架结构,提高刚度、减少振动和噪音。2.1机械系统部件设计要求2.2机电一体化系统的机械结构及功能德国的排爆机器人一、机械系统组成1、传动结构:主要功能是传递能量和运动,是一种力、速度变换器。2、导向机构:支撑和限制运动部件按给定的运动要求和给定的运动方向运动,为机械系统中各运动装置安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障。2.2机电一体化系统的机械结构及功能3、支承件:机座或机架是支承其他零部件的基础部件。它既承受其它零部件的重量和工作载荷,又起保证零件相对位置的基准作用。三者功能总结:实现传递运动和动力,支撑和导向,联系机电

4、一体化系统各部件并实现其构造功能。2.2机电一体化系统的机械结构及功能1、机械传动部件的主要功能是传递转矩和转速;2、它的实质是一种转矩、转速变换器;3、它的目的是使执行部件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。4、对传动件的要求:间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递扭矩大。二、常见的机械传动装置及功能2.2机电一体化系统的机械结构及功能滑动丝杠螺母机构:结构简单、加工方便、成本低,且有自锁功能,但摩擦阻力较大、传动效率低(30%~40%)。滚动丝杠螺母机构:结构复杂、成本高、无自锁功能,但摩擦阻力小、传动效率高(92%~98%

5、)、传动精度高。三、丝杠螺母机构2.2机电一体化系统的机械结构及功能1、丝杠螺母机构传递运动的基本条件1)滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件:应有足够的滑移间隙和充分地润滑,热胀冷缩补偿空间;因而,存在一定的空回间隙。2)滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条件:应有足够的润滑储油空间和热胀冷缩弹性补偿能力,可实现无间隙工作;因而,存在一定的表面应力;为了实现连续运转,需一滚珠的回珠装置(内或外)。2.2机电一体化系统的机械结构及功能2、丝杠螺母传动的类型与特点图a丝杠螺母机构基本传动形式1)螺母固定、丝杆转动并移动如图a所示,该传动形式因螺母本身

6、起着支承作用,消除了丝杆轴承可能产生的附加轴向窜动,结构较简单,可获得较高的传动精度。但其轴向尺寸不易太长,刚性较差。因此只适用于行程较小的场合。2.2机电一体化系统的机械结构及功能2)丝杆转动、螺母移动如图b所示,该传动形式需要限制螺母的转动,故需导向装置。其特点是结构紧凑、丝杆刚性较好。适用于工作行程较大的场合。2.2机电一体化系统的机械结构及功能3)螺母转动、丝杆移动如图c所示,该传动形式需要限制螺母移动和丝杆的转动,由于结构较复杂且占用轴向空间较大,故应用较少。2.2机电一体化系统的机械结构及功能图丝杠螺母机构基本传动形式4)丝杆固

7、定、螺母转动并移动如图d所示,该传动方式结构简单、紧凑,但在多数情况下,使用极不方便,故很少应用。2.2机电一体化系统的机械结构及功能图差动传动原理该方式的丝杆上有基本导程(或螺距)不同的(如l01、l02)两段螺纹,其旋向相同。当丝杆2转动时,可动螺母1的移动距离为S=n×(l01-l02),如果两基本导程的大小相差较少,则可获得较小的位移S。因此,这种传动方式多用于各种微动机构中。(5)差动传动方式2.2机电一体化系统的机械结构及功能四、滚动螺旋传动1、滚珠丝杠副的组成及特点滚珠丝杠副是一种新型螺旋传动机构,其螺杆和螺母的螺纹滚道间置滚

8、珠,当螺杆或螺母传动时,滚动沿螺纹滚道滚动,使螺杆和螺母作相对运动时为滚动摩擦,提高了传动效率和传动精度。2.2机电一体化系统的机械结构及功能图滚珠丝杠副的构成原理1-反向器2-

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1、第二章机械传动与工业机器人2.1机械系统部件设计要求一、机电一体化机械系统的特殊要求机电一体化的机械系统与一般机械系统相比,具有一定的特殊要求:1.较高的定位精度精度直接影响产品的质量,尤其是机电一体化产品,其技术性能、工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的提高,因此机电一体化机械系统的高精度是其首要的要求。2.良好的动态响应特性—响应快、稳定性好。要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔短,这样控制系统才能及时根据机械系统的运行状态信息,下达指令,使其准确地完成任务。要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响,抗干扰能

2、力强。3.无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。4.高的谐振频率、合理的阻尼比。2.1机械系统部件设计要求二、主要措施和手段1.采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑件。如:滚珠丝杠副、滚动导向和支承、动静压导向和支承。2.缩短传动链,提高传动与支承刚度。如:大扭矩、宽调速的伺服电动机;轴端预紧或预拉伸、滚珠丝杠副或滚动导轨副预紧消除间歇提高刚度。3.选择合理(最佳)传动比,提高系统分辨率,减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量,尽可能的提高系统的加速能力。4.尽可能地减小或消除传动误差和反转误差、减少支承变形,最终缩小反向死区误差。5.改进和合理

3、设计支承件和机架结构,提高刚度、减少振动和噪音。2.1机械系统部件设计要求2.2机电一体化系统的机械结构及功能德国的排爆机器人一、机械系统组成1、传动结构:主要功能是传递能量和运动,是一种力、速度变换器。2、导向机构:支撑和限制运动部件按给定的运动要求和给定的运动方向运动,为机械系统中各运动装置安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障。2.2机电一体化系统的机械结构及功能3、支承件:机座或机架是支承其他零部件的基础部件。它既承受其它零部件的重量和工作载荷,又起保证零件相对位置的基准作用。三者功能总结:实现传递运动和动力,支撑和导向,联系机电

4、一体化系统各部件并实现其构造功能。2.2机电一体化系统的机械结构及功能1、机械传动部件的主要功能是传递转矩和转速;2、它的实质是一种转矩、转速变换器;3、它的目的是使执行部件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。4、对传动件的要求:间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递扭矩大。二、常见的机械传动装置及功能2.2机电一体化系统的机械结构及功能滑动丝杠螺母机构:结构简单、加工方便、成本低,且有自锁功能,但摩擦阻力较大、传动效率低(30%~40%)。滚动丝杠螺母机构:结构复杂、成本高、无自锁功能,但摩擦阻力小、传动效率高(92%~98%

5、)、传动精度高。三、丝杠螺母机构2.2机电一体化系统的机械结构及功能1、丝杠螺母机构传递运动的基本条件1)滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件:应有足够的滑移间隙和充分地润滑,热胀冷缩补偿空间;因而,存在一定的空回间隙。2)滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条件:应有足够的润滑储油空间和热胀冷缩弹性补偿能力,可实现无间隙工作;因而,存在一定的表面应力;为了实现连续运转,需一滚珠的回珠装置(内或外)。2.2机电一体化系统的机械结构及功能2、丝杠螺母传动的类型与特点图a丝杠螺母机构基本传动形式1)螺母固定、丝杆转动并移动如图a所示,该传动形式因螺母本身

6、起着支承作用,消除了丝杆轴承可能产生的附加轴向窜动,结构较简单,可获得较高的传动精度。但其轴向尺寸不易太长,刚性较差。因此只适用于行程较小的场合。2.2机电一体化系统的机械结构及功能2)丝杆转动、螺母移动如图b所示,该传动形式需要限制螺母的转动,故需导向装置。其特点是结构紧凑、丝杆刚性较好。适用于工作行程较大的场合。2.2机电一体化系统的机械结构及功能3)螺母转动、丝杆移动如图c所示,该传动形式需要限制螺母移动和丝杆的转动,由于结构较复杂且占用轴向空间较大,故应用较少。2.2机电一体化系统的机械结构及功能图丝杠螺母机构基本传动形式4)丝杆固

7、定、螺母转动并移动如图d所示,该传动方式结构简单、紧凑,但在多数情况下,使用极不方便,故很少应用。2.2机电一体化系统的机械结构及功能图差动传动原理该方式的丝杆上有基本导程(或螺距)不同的(如l01、l02)两段螺纹,其旋向相同。当丝杆2转动时,可动螺母1的移动距离为S=n×(l01-l02),如果两基本导程的大小相差较少,则可获得较小的位移S。因此,这种传动方式多用于各种微动机构中。(5)差动传动方式2.2机电一体化系统的机械结构及功能四、滚动螺旋传动1、滚珠丝杠副的组成及特点滚珠丝杠副是一种新型螺旋传动机构,其螺杆和螺母的螺纹滚道间置滚

8、珠,当螺杆或螺母传动时,滚动沿螺纹滚道滚动,使螺杆和螺母作相对运动时为滚动摩擦,提高了传动效率和传动精度。2.2机电一体化系统的机械结构及功能图滚珠丝杠副的构成原理1-反向器2-

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