机构传动与设计

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1、DesignandManufacturing_Winter2013MechanicalDesign-IQiuguoZhuqgzhu@iipc.zju.edu.cn2013.11.28"Thewaywethink,aboneisalink;ajointisabearing;amuscleisanactuator;ligamentsandtissuesaresprings…""Superbpreparationingood,practicalarts--foundry,forgeandmachineshop."-Rob

2、ertMann"Ifyouunderstandpeople'svaluesbetter,youcancreatebetterproductsandservicesforthem.That'sthefutureofdesign."-HarryWest“…Informedcreativethinking.”-WoodieFlowers“Designisapassionateprocess.”-AlexSlocumItisyourbrain.Itisyourbrainondesign!(pre)HistoryofEngi

3、neeringDesignStonetools>>1,000,000BCFire>500,000BC(1,900,000BC*)Spearscirca400,000BCSewingcirca23,000BCSpearthrower14,000BCDomesticationofsheep9,000BCPermanentsettlementandirrigation7,000BCCoppercirca6,000BCDivisionoflabor5,000BCAlsoinventedin*Wrangham,2009,“C

4、atchingFire:HowCookingMadeusHuman“Mesoamerica(“atlatl”)TheDesignProcess:AsaFlowChartDecompositionanditerationarealsoessentialDym,C.L.,andP.Little,2000,EngineeringDesign:AProjectBasedIntroduction,JohnWiley&Sons,NewYork.Let’sBeginDesigning基本概念：机构、自由度、运动副1.1机器人机构

5、的组成概括地讲，机器人机械结构由三部分组成：1、执行机构执行机构用于完成操作任务。它需要在动力源的带动下，完成预定的操作。如：直流电机、舵机和气缸等。2、传动机构传动机构是转速和转矩的变换器，也是伺服系统的一部分，要求根据伺服控制系统进行选择设计，以满足控制性能。因此，需满足传动的精度，满足轻量、高速和高可靠性。如：齿轮。3、支撑/导向机构导向机构作用是支撑和导向，使运动能安全、准确地完成特定方向的运动。如：轴承和导轨。设计流程与“最小传动装置”1、明确执行机构2、确定传动方式最小传动装置3、设计导向机构4、结构设

6、计5、优化分析6、组装与测试传动机构：性能要求传动机构的性能一般需满足以下几个方面要求：1、转动惯量小*传动机构的质量和转动惯量应尽量小。否则，机构的负载会增大；系统响应会降低；固有频率会降低，易产生谐振。2、刚度要大*伺服系统动力损失小。（变形损失能量小）频率要高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振。闭环系统更加稳定。3、阻尼合适阻尼越大，振动的振幅就越小，衰减也越快。但大阻尼会使系统稳态误差增大、精度降低。共振区域阻尼越大越好；远离共振区域阻尼越小越好。其他，还要求摩擦小、抗振性好、传动间隙小等。1.2

7、基本概念减速比减速比，也即传动比。指减速机构输入速度与输出速度之比，用“i”表示。即，i=输入速度/输出速度，并使输出力/力矩变为原来的i倍。减速作用：1、减小速度2、增大力矩例：电机输入减速箱的速度1000n/min，输出速度10n/min，则减速比i=1000/10=100如电机输出力矩为Tin=0.1Nm，则输出力矩为Tout=Tin*i=0.1Nm*100=10Nm强度和刚度强度：零件在工作中发生断裂或残余变形均属于强度不足。设计要求：采用强度高的材料；有足够大的截面尺寸；合适地设计截面积，增大截面积的

8、惯性矩；采用合适的热处理工艺；提高运动零件的制造精度等。（强度大表示不容易断裂）刚度：零件在工作中所产生的弹性变形不超过允许的限度，就算满足了刚度要求。设计要求：增大零件截面积或截面的惯性矩；缩短支承距或采用多点支撑机构，以减小变形；增大两零件贴合面；提高加工精度等。（刚度大表示不容易变形）变形四阶段：弹性阶段-b去除应力可恢复原状屈服阶段-c（强极产生不