滚珠螺杆型单轴机械手臂应用要领.pdf

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1、n。fcngel垫銮鎏滚珠螺杆型单轴机械手臂应用要领天津隆创日盛科技有限公司(300193)杨松楷在产业机器人中，应用最广的当属单轴机械手臂。——组装形式系数，例如固定～支撑M=单轴机械手臂看似简单，只在单一方向往复运动，但在0．689；实际应用上功能各异，种类繁多。由于构造简单，一般——螺杆根径(mil1)；教科书甚至把它当作计算的例题。可是使用者往往发——轴承问的螺杆跨距(mm)。现，虽然它看似很简单，但要能真正全面深入做精确的计算却并不容易。理论和实际之间毕竟存有差距，例如摩擦因数就很难确定，而且工程师通常没有那么多

2、时间仔细地一步一步推导公式。不但如此，单轴机械手臂的应用正是典型的机电整合，既要计算负荷、结构，也要匹配马达和控制，还必图1单轴机械手臂构造须从数以百计的厂商型录中挑选适合的产品，过程冗长1．马达2．联轴器3．同定端轴承4．底座而且复杂。因此，本文拟为第一线的工程师或产品选购5．滑台6．线性滑轨7．螺母者提出一些解说，由基本的认识切入，让使用者能更正8．滚珠螺杆9．支撑端轴承由于允许转速和跨距的平方成反比，大大限制了螺确地判读厂商型录，选用产品时也更省力。杆的长度，机械手臂的有效行程也因而受到限制。所以单轴机械手臂的驱动方

3、式有：滚珠螺杆、时规皮选用单轴机械手臂的第一步，先确认工作运转的速度带、齿轮齿条、线性马达、液压缸、气缸等。限于篇(mm／s)，用螺杆导程换算成螺杆的转速(r／rain)，再幅，本文将以滚珠螺杆型机械手臂的机械结构为主，从以此转速确认螺杆跨距及有效行程。使用者的角度针对应用上必须注意的要领列举一二供读有些产品虽然提供足够长的行程，但是由于共振的者参考。限制，超过某个规定长度会限制转速，超过愈多，转速1．基本构造降得愈多，应特别注意。单轴机械手臂构造简单，最常见的形式如图1所如果工作行程确实很长，则须选用长行程的产品。示。其

4、中，滑台承载负荷，负荷传递到线性滑轨上，滚目前长行程的机械手臂除了线性马达和皮带驱动外，滚珠螺杆负责推动滑台，马达则通过联轴器驱动螺杆。螺珠螺杆型的有两种：一是旋转螺母式，螺杆本身根本静杆的支撑通常靠近马达端的轴承为固定端，另一端为支止不转，靠中空马达驱动螺母；另一种是在跨距中间增撑端。设移动式的螺杆支撑座，形同跨距减半，螺杆总长度达滚珠螺杆的转速有限制，在共振发生之前的最高转2500ram不成问题。速称为临界转速。为避免发生共振，常以临界转速的2．使用寿命80％当作最大允许转速，计算方式如下最困扰使用者的大慨是使用寿命的

5、计算。寿命和负x2．71×108×荷直接相关，简单地说，负荷轻则长寿，负荷重则短命，寿命和负荷必须相提并论。式中n——最大允许转速(r／min)；参蔼工冷加工兰!箜塑■誓WWWmetalworking1950．com10mm，但使用者的负荷是30kg，只好用线性内插计算，求个一定不精准的参考笸。也就是说，如果负荷或是伸出量不是按照表列值，则寿命究竟增加或减少多少就难量堡三l_=工===以掌握r。表1负荷作用点在三个轴向的悬臂伸出量骆导程／负荷允许伸出距离／mmmIn／kgBC图3额定推力计算流程上的工作负荷以及运动的推力，

6、全都靠滚珠螺杆那几圈l5100O50040020309o0300250钢珠在支撑。更仔细一点分析，包含螺杆在内的一切负201000400400荷其实全由固定端的轴承在支撑，若要计算寿命，就必1O40800200l5O须以滚珠螺杆和轴承的基本动额定负荷为依据了，特别是固定端轴承的轴向动额定负荷。图2b是将负荷“放”在滑台安装面的中心。所谓此外，单轴机械手臂型录』二还有一项重要标注：最“放”是指利用力的平移特性，以及力可转换成力和力大可搬质量，分为水平和直立两项。这项参数来自额定矩的合成特性，将实际负荷移到滑台的中心，即可得到

7、推力，影响参数包括导程、摩擦因数、额定加速度。小—Y—三个方向的力和力矩。将此负荷分量和动额定导程时，运动速度慢，惯性负荷比较小，可搬质量就比负荷做比较，得出各负荷分量的“贡献”，如果合成作较大。中高导程时，加速度高(计算时通常预设用的结果不超过动额定负荷的规定范围(≤1)，则寿命0．3g)，可搬质量就比较小。直立安装时，除了考虑滚就可以达到预设的寿命值，比如说l000km。当然，和图珠螺杆和固定端轴承的负荷之外，还有重力加速度2a的缺点一样，如果计算出来的值大于1或小于1，寿(1g)的因素，可搬质量就更小了，只有水平的2

8、／7—命究竟会减少或增加多少，也就无法得知。这也许是避1／6不等。至于滚珠螺杆和线性滑轨组装成机械臂之后歼了冗长复杂的寿命计算改用简易表示法所必须承担的的系统总摩擦因数，只有制造厂商自己试验测定，没有必然后果吧。理论值可以参考。对使用者来说，最大可搬质量也是只读者也许已经发现，图2b的计算式中没有F，这