機(jī)械傳動(dòng)與工業(yè)機(jī)器人

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1、第二章機(jī)械傳動(dòng)與工業(yè)機(jī)器人,2.1 機(jī)械系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)要求,一、機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的特殊要求 機(jī)電一體化的機(jī)械系統(tǒng)與一般機(jī)械系統(tǒng)相比，具有一定的特殊要求： 1. 較高的定位精度 精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)性能、工藝水平和功能比普通的機(jī)械產(chǎn)品都有很大的提高，因此機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的高精度是其首要的要求。,2. 良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 響應(yīng)快、穩(wěn)定性好。 要求機(jī)械系統(tǒng)從接到指令到開始執(zhí)行指令指定的任務(wù)之間的時(shí)間間隔短，這樣控制系統(tǒng)才能及時(shí)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息，下達(dá)指令，使其準(zhǔn)確地完成任務(wù)。要求機(jī)械系統(tǒng)的工作性能不受外界環(huán)境的影響，抗干擾能力強(qiáng)。 3. 無間隙、低摩擦

2、、低慣量、大剛度。 4. 高的諧振頻率、合理的阻尼比。,2.1 機(jī)械系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)要求,二、主要措施和手段 1. 采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支撐件。如：滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)向和支承、動(dòng)靜壓導(dǎo)向和支承。 2. 縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)與支承剛度。如：大扭矩、寬調(diào)速的伺服電動(dòng)機(jī)；軸端預(yù)緊或預(yù)拉伸、滾珠絲杠副或滾動(dòng)導(dǎo)軌副預(yù)緊消除間歇提高剛度。 3. 選擇合理（最佳）傳動(dòng)比，提高系統(tǒng)分辨率，減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，盡可能的提高系統(tǒng)的加速能力。 4. 盡可能地減小或消除傳動(dòng)誤差和反轉(zhuǎn)誤差、減少支承變形，最終縮小反向死區(qū)誤差。 5. 改進(jìn)和合理設(shè)計(jì)支承件和機(jī)架結(jié)構(gòu)，提高剛度、減少振動(dòng)和噪音。

3、,2.1 機(jī)械系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)要求,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,德國(guó)的排爆機(jī)器人,一、 機(jī)械系統(tǒng)組成 1、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)：主要功能是傳遞能量和運(yùn)動(dòng) ，是一種力、速度變換器。 2、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：支撐和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的運(yùn)動(dòng)要求和給定的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，為機(jī)械系統(tǒng)中各運(yùn)動(dòng)裝置安全、準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供保障。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,3、支 承 件：機(jī)座或機(jī)架是支承其他零部件的基礎(chǔ)部件。它既承受其它零部件的重量和工作載荷，又起保證零件相對(duì)位置的基準(zhǔn)作用。 三者功能總結(jié)：實(shí)現(xiàn)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，支撐和導(dǎo)向，聯(lián)系機(jī)電一體化系統(tǒng)各部件并實(shí)現(xiàn)其構(gòu)造功能。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及

4、功能,1、 機(jī)械傳動(dòng)部件的主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速； 2、它的實(shí)質(zhì)是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器； 3、它的目的是使執(zhí)行部件與負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。 4、對(duì)傳動(dòng)件的要求：間隙小、精度高、體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、傳遞扭矩大。,二、常見的機(jī)械傳動(dòng)裝置及功能,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、成本低，且有自鎖功能，但摩擦阻力較大、傳動(dòng)效率低(30%40%)。 滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、無自鎖功能，但摩擦阻力小、傳動(dòng)效率高（92%98%）、傳動(dòng)精度高。,三、 絲杠螺母機(jī)構(gòu),2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,1、絲杠螺

5、母機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)的基本條件,1）滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)基本條件： 應(yīng)有足夠的滑移間隙和充分地潤(rùn)滑，熱脹冷縮補(bǔ)償空間；因而，存在一定的空回間隙。 2）滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)的基本條件： 應(yīng)有足夠的潤(rùn)滑儲(chǔ)油空間和熱脹冷縮彈性補(bǔ)償能力，可實(shí)現(xiàn)無間隙工作；因而，存在一定的表面應(yīng)力；為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，需一滾珠的回珠裝置（內(nèi)或外）。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2、絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的類型與特點(diǎn),圖a 絲杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式,1)螺母固定、絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) 如圖a所示，該傳動(dòng)形式因螺母本身起著支承作用，消 除了絲桿軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動(dòng)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可獲得較高的傳動(dòng)精度。但其軸向尺寸不易太

6、長(zhǎng)，剛性較差。因此只適用于行程較小的場(chǎng)合。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)如圖b所示，該傳動(dòng)形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，故需導(dǎo)向裝置。 其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、絲桿剛性較好。適用于工作行程較大的場(chǎng)合。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,3)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲桿移動(dòng) 如圖c所示，該傳動(dòng)形式需要限制螺母移動(dòng)和絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且占用軸向空間較大，故應(yīng)用較少。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖 絲杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式,4)絲桿固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) 如圖d所示，該傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但在多數(shù)情況下，使用極不方便，故很少應(yīng)用。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械

7、結(jié)構(gòu)及功能,圖 差動(dòng)傳動(dòng)原理,該方式的絲桿上有基本導(dǎo)程(或螺距) 不同的(如l01、l02)兩段螺紋，其旋向相同。當(dāng)絲桿2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可動(dòng)螺母1的移動(dòng)距離為S=n(l01l02)，如果兩基本導(dǎo)程的大小相差較少，則可獲得較小的位移S。因此，這種傳動(dòng)方式多用于各種微動(dòng)機(jī)構(gòu)中。,（5）差動(dòng)傳動(dòng)方式,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,四、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng),1、滾珠絲杠副的組成及特點(diǎn),滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其螺桿和螺母的螺紋滾道間置滾珠，當(dāng)螺桿或螺母?jìng)鲃?dòng)時(shí)，滾動(dòng)沿螺紋滾道滾動(dòng)，使螺桿和螺母作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)為滾動(dòng)摩擦，提高了傳動(dòng)效率和傳動(dòng)精度。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖 滾珠絲杠副

8、的構(gòu)成原理 1-反向器 2-螺母 3-絲杠 4-滾珠,,（1）滾珠絲杠結(jié)構(gòu)組成,工作說明：滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾道回程裝置，構(gòu)成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動(dòng)的閉合通道。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（2）滾珠絲杠的特點(diǎn) 滾珠絲杠副與滑動(dòng)絲杠副相比有如下特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 傳動(dòng)效率高（0.90.95）； 傳動(dòng)精度高； 摩擦小、不易磨損，壽命長(zhǎng)； 運(yùn)動(dòng)的可逆性； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝性差，成本高。 軸向剛度高(即通過適當(dāng)預(yù)緊可消除絲杠與螺母之間的軸向間隙)； 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 缺點(diǎn)：不能自鎖，傳動(dòng)可

9、逆，在用作升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，需要采取制動(dòng)措施。,內(nèi)循環(huán)單螺母式滾珠絲杠副,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2、滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型可以從螺紋滾道的截面形狀、 滾珠的循環(huán)方式和消除軸向間隙的調(diào)整方法進(jìn)行區(qū)別。 （1）螺紋滾道型面(法向)的形狀及主要尺寸,圖 螺紋滾道法向截面形狀,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,單圓弧滾道和雙圓弧滾道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),單圓弧滾道：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，存在軸向間隙，加工質(zhì)量易于保證，在使用雙螺母結(jié)構(gòu)的條件下，具有軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊能力，傳遞精度高。因此運(yùn)行特性不夠穩(wěn)定。 雙圓弧滾道：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳遞精度由加工質(zhì)量保證，軸向間隙小，無軸向間

10、隙調(diào)整和預(yù)緊能力，加工困難，加工精度要求高，成本高，一般在輕載條件下工作。接觸角在工作過程中基本不變。,雙圓弧滾道,單圓弧滾道,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,結(jié)構(gòu)：,實(shí)例：浮動(dòng)式反向器的循環(huán)內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副,反向器1,拱形片簧4,彈簧套2,優(yōu)點(diǎn)：是在高頻浮動(dòng)中達(dá)到回珠圓弧槽進(jìn)出口的自動(dòng)對(duì)接，通道流暢、摩擦特性較好，更適用于高速、高靈敏度、高剛性的精密進(jìn)給系統(tǒng)。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,b,外循環(huán)方式,1）螺旋槽式,結(jié)構(gòu)：在螺母2的外圓表面上銑出螺紋凹槽，槽的兩端鉆出兩個(gè)與螺紋滾道相切的通孔，螺紋滾道內(nèi)裝入兩個(gè)擋珠器4引導(dǎo)滾珠3通

11、過這兩個(gè)孔，應(yīng)用套筒1蓋住凹槽，構(gòu)成滾珠的循環(huán)回路。 結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、徑向尺寸小、易于制造，但是擋珠器剛性差、易磨損。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2）插管式,結(jié)構(gòu)： 用一彎管1代替螺紋凹槽，彎管的兩端插入與螺紋滾道5相切的兩個(gè)內(nèi)孔，用彎管的端部引導(dǎo)滾珠4進(jìn)入彎管，構(gòu)成滾珠的循環(huán)回路，再用壓板2和螺釘將彎管固定。 特點(diǎn)：插管式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造。但是徑向尺寸較大，彎管端部用作擋珠器比較容易磨損。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,3）端蓋式,結(jié)構(gòu)：在螺母1上鉆出縱向孔作為滾子回程滾道，螺母兩端裝有兩塊扇形蓋板或套筒2，滾珠的回程道口就在蓋板上。滾道半徑為滾珠直徑的141

12、6倍。 特點(diǎn)：這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易準(zhǔn)確制作而影響其性能，故應(yīng)用較少。常以單螺母形式用作升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,3、滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù),2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,4、滾珠絲杠副的精度等級(jí)及標(biāo)注方法,（1）、精度等級(jí),（2）、標(biāo)注方法,3、尺寸系列 4、推薦采用的精度等級(jí),2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,5、消除間隙和調(diào)整預(yù)緊,（1）雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式,結(jié)構(gòu)：螺母3的外端有凸緣，而螺母4的外端雖無凸緣，但制有螺紋，并通過二個(gè)圓螺母固定。 原理：調(diào)整時(shí)旋轉(zhuǎn)圓螺母2消除軸向間隙并產(chǎn)生一定的預(yù)緊力，然后用鎖緊

13、螺母1鎖緊。預(yù)緊后兩個(gè)螺母中的滾珠相向受力(如圖b所示)，從而消除軸向間隙。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好、預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能精確定量地進(jìn)行調(diào)整。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,,（2）雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式,結(jié)構(gòu)：兩個(gè)螺母的兩端分別制有圓柱齒輪3，二者齒數(shù)相差一個(gè)齒，通過二端的兩個(gè)內(nèi)齒輪2與上述圓柱齒輪相嚙合并用螺釘和定位銷固定在套筒1上。 工作原理：調(diào)整時(shí)先取下兩端的內(nèi)齒輪2，當(dāng)二個(gè)滾珠螺母相對(duì)于套筒同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)同一個(gè)齒后固定后，則一個(gè)滾珠螺母相對(duì)于另一個(gè)滾珠螺母產(chǎn)生相對(duì)角位移，使二個(gè)滾珠螺母產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，從而消除間隙并產(chǎn)生一定的預(yù)緊力。,特點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整即可進(jìn)行精密微

14、調(diào)(如0002 mm)，使用中調(diào)整較方便。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（3）雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式,結(jié)構(gòu)與原理：調(diào)整墊片1的厚度，可使兩螺母2產(chǎn)生相對(duì)位移，以達(dá)到消除間隙、產(chǎn)生預(yù)緊拉力之目的。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單剛度高、預(yù)緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（4）彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式,結(jié)構(gòu)原理：雙螺母中一個(gè)活動(dòng)、另一個(gè)固定，用彈簧使其間始終具有產(chǎn)生軸向位移的推動(dòng)力，從而獲得預(yù)緊力。 特 點(diǎn)：能消除使用過程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸向剛度低，適合用于輕載場(chǎng)合。,,彈簧,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（5）單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)

15、緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式,結(jié)構(gòu)原理：在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向制作一個(gè)的導(dǎo)程突變量，從而使二列滾珠產(chǎn)生軸向錯(cuò)位而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，預(yù)緊力的大小取決于突變量和單列滾珠的徑向間隙。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，但使用中不能調(diào)整，且制造困難。,圖 單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊式,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,6、滾珠絲杠副支承方式的選擇,（1）支承方式,1）單推單推式,結(jié)構(gòu)：止推軸承分別裝在滾珠絲杠的兩端并施加預(yù)緊力。 特點(diǎn)： 軸向剛度較高，預(yù)拉伸安裝時(shí)，預(yù)緊力較大； 軸承壽命比雙推一雙推式低；,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2）雙推一雙推式,結(jié)構(gòu)：兩端分別安裝止推軸承

16、與深溝球軸承的組合，并施加預(yù)緊力，其軸向剛度最高。 特點(diǎn)：該方式適合于高剛度、高轉(zhuǎn)速、高精度的精密絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。但隨溫度的升高會(huì)使絲杠的預(yù)緊力增大，易造成兩端支承的預(yù)緊力不對(duì)稱。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,3）雙推簡(jiǎn)支式,結(jié)構(gòu)：一端安裝止推軸承與深溝球軸承的組合，另一端僅安裝深溝球軸承，其軸向剛度較低，使用時(shí)應(yīng)注意減少絲杠熱變形的影響。 特點(diǎn)：雙推端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動(dòng)精度較高的長(zhǎng)絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,4）雙推自由式,結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)：一端安裝止推軸承與深溝球軸承的組合，另一端懸空呈自由狀態(tài)，故軸向剛度和承載能力低，多

17、用于輕載、低速的垂直安裝的絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（2）軸承的組合安裝支承示例,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（3）制動(dòng)裝置,超越離合器 1外圈 2星輪 3滾柱 4活銷 5彈簧,1） 制動(dòng)原因：因滾珠絲杠傳動(dòng)效率高，無自鎖作用，故在垂直安裝狀態(tài)，必須設(shè)置防止因驅(qū)動(dòng)力中斷而發(fā)生逆?zhèn)鲃?dòng)的自鎖、制動(dòng)或重力平衡裝置。,2）常用的制動(dòng)裝置有體積小、重量輕、易于安裝的超越離合器。選購滾珠絲杠副時(shí)可同時(shí)選購相宜的超越離合器。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)

18、的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖 電磁摩擦制動(dòng)裝置原理圖,3）制動(dòng)實(shí)例,A：結(jié)構(gòu)組成 B：制動(dòng)原理,運(yùn)動(dòng)部件,摩擦離合器,電磁線圈,鐵心,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,7、滾珠絲杠副的密封與潤(rùn)滑,1-螺旋彈簧鋼帶式伸縮套管； 2-波紋管密封套,原因：滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護(hù)套密封來防止灰塵及雜質(zhì)進(jìn)人滾珠絲杠副，使用潤(rùn)滑劑來提高其耐磨性及傳動(dòng)效率，從而維持其傳動(dòng)精度、延長(zhǎng)其使用壽命。 密封圈類型：接觸式和非接觸式兩種，其裝在滾珠螺母的兩端。 非接觸式密封圈通常由聚氯乙烯等塑料制成，其內(nèi)孔螺紋表面與絲杠螺紋之間略有間隙，故又稱迷宮式密封圈。 接觸式密封圈用具有彈性的耐油橡膠或尼龍等材料

19、制成，因此有接觸壓力并產(chǎn)生一定的摩擦力矩，但其防塵效果好。常用的潤(rùn)滑劑有潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂兩類。潤(rùn)滑脂一般在裝配時(shí)放進(jìn)滾珠螺母滾道內(nèi)定期潤(rùn)滑，商使用潤(rùn)滑油時(shí)應(yīng)注意經(jīng)常通過注油孔注油。防護(hù)套的形式有折疊式密封套、伸縮套管和伸縮擋板。其材料有耐油塑料、人造革等。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,8、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,（1）滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)防塵防護(hù)條件以及對(duì)調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。例如，當(dāng)允許有間隙存在時(shí)（如垂直運(yùn)動(dòng)）可選用具有單圓弧螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；當(dāng)必須有預(yù)緊或使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時(shí)，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；當(dāng)具備良好的防

20、塵條件，且只需在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（2）滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸的選擇 選用滾珠絲杠副時(shí)通常主要選擇的公稱直徑d0和基本導(dǎo)程l0。 公稱直徑d0應(yīng)根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。螺紋長(zhǎng)度ls在允許的情況下要盡量短，一般ls/d0小于30為宜； 基本導(dǎo)程l0應(yīng)按承載能力、傳動(dòng)精度及傳動(dòng)速度選取，l0大承載能力也大，l0小傳動(dòng)精度較高。要求傳動(dòng)速度快時(shí)，可選用大導(dǎo)程滾珠絲杠副。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（3）滾珠絲杠副的選擇步驟 選用時(shí)，必須知道實(shí)際的工作條件（已知參量）：

21、 * 最大的工作載荷Fmax（或平均工作載荷Fcp（N）作用下的使用壽命T（h））； * 絲杠的長(zhǎng)度（或螺母的有效行程）l（mm）； * 絲杠的轉(zhuǎn)速n（或平均轉(zhuǎn)速ncp）（r/min）； * 滾道的硬度HRC及絲杠的工況。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,1）承載能力選擇 計(jì)算作用于絲杠軸向最大動(dòng)載FQ，然后根據(jù)FQ值選擇絲杠副的型號(hào)。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2） 壓桿穩(wěn)定性核算,,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,3）剛度的驗(yàn)算,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（五）齒輪傳動(dòng),1、齒輪傳動(dòng)形式及其傳動(dòng)比的最佳匹配,1）常用的齒輪減速裝置傳動(dòng)形

22、式,圖 常用減速裝置傳動(dòng)形式,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2）齒輪傳動(dòng)系總傳動(dòng)比的確定,在伺服系統(tǒng)中,通常采用負(fù)載角加速度最大原則選擇總傳動(dòng)比,以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。傳動(dòng)模型如圖2-1所示。,圖中： Jm 電動(dòng)機(jī)M轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量； m 電動(dòng)機(jī)M的角位移； JL 負(fù)載L的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； L 負(fù)載L的角位移； TLF 摩擦阻抗轉(zhuǎn)矩； i 齒輪系G的總傳動(dòng)比。,電機(jī)、傳動(dòng)裝置和負(fù)載的傳動(dòng)模型,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,根據(jù)傳動(dòng)關(guān)系有 式中: 電動(dòng)機(jī)的角位移、角速度、角加速度； 負(fù)載的角位移、角速度、角加速度。,2.2 機(jī)電一體

23、化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,TLF換算到電動(dòng)機(jī)軸上的阻抗轉(zhuǎn)矩為TLF /i ；JL換算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JL /i2。設(shè)Tm為電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 在忽略傳動(dòng)裝置慣量的前提下,根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程,電動(dòng)機(jī)軸上的合轉(zhuǎn)矩Ta為：,(2-1),2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,在式(2-1)中,若改變總傳動(dòng)比i,則 也隨之改變。根據(jù)負(fù)載角加速度最大的原則,令 ,則 解得 若不計(jì)摩擦,即TLF0, 則,(2-2),(2-2),2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,式表明, 得到傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比i的最佳值的時(shí)刻就是JL換算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量正好等于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm的時(shí)刻, 此時(shí)

24、, 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩一半用于加速負(fù)載,一半用于加速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子, 達(dá)到了慣性負(fù)載和轉(zhuǎn)矩的最佳匹配。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,齒輪系統(tǒng)的總傳動(dòng)比確定后，根據(jù)對(duì)傳動(dòng)鏈的技術(shù)要求，選擇傳動(dòng)方案，使驅(qū)動(dòng)部件和負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速達(dá)到合理匹配。 若總傳動(dòng)比較大，又不準(zhǔn)備采用諧波、少齒差等傳動(dòng)，需要確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比。 單級(jí)傳動(dòng)比增大使傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，但大齒輪的尺寸增大會(huì)使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的輪廓尺寸變大?？砂聪率鋈N原則適當(dāng)分級(jí)，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比。,3） 傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,a、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則 利用該原則所設(shè)計(jì)

25、的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，換算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為最小。 齒輪系傳遞的功率不同, 其傳動(dòng)比的分配也有所不同。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,對(duì)于n級(jí)齒輪系,有 由此可見, 各級(jí)傳動(dòng)比分配的結(jié)果應(yīng)遵循“前小后大”的原則。,（2-3）,（2-4）,（1）小功率傳動(dòng)裝置,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,例2-1 設(shè)有i=80, 傳動(dòng)級(jí)數(shù)n=4的小功率傳動(dòng), 試按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則分配傳動(dòng)比。 解：,驗(yàn)算i= i1 i2 i3 i480。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,若以傳動(dòng)級(jí)數(shù)n為參變量, 齒輪系中折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je與第一級(jí)主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1之比

26、為Je/J1, 其變化與總傳動(dòng)比i的關(guān)系如圖2-3所示。 可利用 Je/J1 與 i的關(guān)系確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖2-3 小功率傳動(dòng)裝置確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)曲線,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,(2) 大功率傳動(dòng)裝置 大功率傳動(dòng)裝置傳遞的扭矩大,各級(jí)齒輪副的模數(shù)、齒寬、直徑等參數(shù)逐級(jí)增加,各級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量差別很大。 大功率傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)級(jí)數(shù)及各級(jí)傳動(dòng)比可依據(jù)圖2-4、圖2-5、圖2-6來確定。傳動(dòng)比分配的基本原則仍應(yīng)為“前小后大”。 圖2-4、圖2-5及圖2-6的用法參見例2-2。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖2-4 大功率傳動(dòng)裝置確定傳

27、動(dòng)級(jí)數(shù)曲線,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖2-5 大功率傳動(dòng)裝置確定第一級(jí)傳動(dòng)比曲線,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖2-6 大功率傳動(dòng)裝置確定各級(jí)傳動(dòng)比曲線,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,例2-2 設(shè)有i=256的大功率傳動(dòng)裝置, 試按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則分配傳動(dòng)比。 解：查圖2-4, 得n=3, Je/J1=70；n=4, Je / J1 =35；n=5, Je / J1 =26。兼顧到 Je / J1值的大小和傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu), 選n4。查圖2-5, 得i13.3。查圖2-6, 在橫坐標(biāo)ik-1上3.3處作垂直線與A線交于第一點(diǎn),在縱坐標(biāo) ik 軸上查得i

28、23.7。,通過該點(diǎn)作水平線與B曲線相交得第二點(diǎn)i34.24。由第二點(diǎn)作垂線與A曲線相交得第三點(diǎn)i44.95。 驗(yàn)算i1 i2 i3 i 4256.26。滿足設(shè)計(jì)要求。,,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,b、質(zhì)量最小原則 （1）小功率傳動(dòng)裝置 對(duì)于小功率傳動(dòng)系統(tǒng)，使各級(jí)傳動(dòng)比滿足： 即可使傳動(dòng)裝置的重量最輕。 上述結(jié)論對(duì)于大功率傳動(dòng)系統(tǒng)是不適用的，因其傳遞扭矩大，故要考慮齒輪模數(shù)、齒輪齒寬等參數(shù)要逐級(jí)增加的情況。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（2）大功率傳動(dòng)裝置 大功率減速傳動(dòng)裝置按質(zhì)量最小原則確定的各級(jí)傳動(dòng)比表現(xiàn)為“前大后小”的傳動(dòng)比分配方式。 減速齒輪傳動(dòng)的后

29、級(jí)齒輪比前級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)矩要大得多,同樣傳動(dòng)比的情況下齒厚、質(zhì)量也大得多,因此減小后級(jí)傳動(dòng)比就相應(yīng)減少了大齒輪的齒數(shù)和質(zhì)量。大功率減速傳動(dòng)裝置的各級(jí)傳動(dòng)比可以按圖2-7和圖2-8選擇。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖2-7 大功率傳動(dòng)裝置兩級(jí)傳動(dòng)比曲線 （i<10時(shí),使用圖中的虛線）,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖2-8 大功率傳動(dòng)裝置三級(jí)傳動(dòng)比曲線 （ i <100時(shí),使用圖中的虛線） ,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,例2-4 設(shè) n3, i202, 求各級(jí)傳動(dòng)比。 解：查圖2-8可得 i112，i25，i33.4,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,c、輸

30、出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 為了提高機(jī)電一體化系統(tǒng)中齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞運(yùn)動(dòng)的精度，各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)按“先小后大”原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤差對(duì)輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖 2-10 四級(jí)減速齒輪傳動(dòng)鏈,以圖2-10所示四級(jí)齒輪減速傳動(dòng)鏈為例。四級(jí)傳動(dòng)比分別為 i1、i2、i3、i4, 齒輪18的轉(zhuǎn)角誤差依次為18。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,該傳動(dòng)鏈輸出軸的總轉(zhuǎn)動(dòng)角誤差max為 由式(2-7)可以看出,如果從輸入端到輸出端的各級(jí)傳動(dòng)比按“前小后大”原則排列, 則總轉(zhuǎn)角誤差較小, 而且低速級(jí)的誤差在總誤差中占的比重很大。因此

31、,要提高傳動(dòng)精度, 就應(yīng)減少傳動(dòng)級(jí)數(shù), 并使末級(jí)齒輪的傳動(dòng)比盡可能大,制造精度盡可能高。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,d、三種原則的選擇 在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí),上述三條原則應(yīng)根據(jù)具體工作條件綜合考慮。 （1）對(duì)于傳動(dòng)精度要求高的降速齒輪傳動(dòng)鏈,可按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)。 （2）對(duì)于要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟停頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的降速傳動(dòng)鏈,可按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)。 （3）對(duì)于要求質(zhì)量盡可能小的降速傳動(dòng)鏈,可按質(zhì)量最小原則設(shè)計(jì)。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,總之，減速傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比的分配原則是設(shè)計(jì)減速器的指導(dǎo)思想和基本方法。在實(shí)際減速器設(shè)計(jì)中，

32、應(yīng)結(jié)合減速器的具體要求，認(rèn)真分析、論證方案實(shí)現(xiàn)的可行性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等指標(biāo)，并對(duì)減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、結(jié)構(gòu)尺寸、精度要求等進(jìn)行合理協(xié)調(diào)，盡可能達(dá)到合理的匹配，達(dá)到減速器具有體積小、重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可頻繁啟動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性好、傳動(dòng)精度高、誤差最小等基本要求。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,4）諧波齒輪傳動(dòng),諧波齒輪傳動(dòng)產(chǎn)品,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖 諧波齒輪傳動(dòng)組成與原理 1剛輪 2柔輪 3 （H）波形發(fā)生器,【一】諧波發(fā)生器（簡(jiǎn)稱波發(fā)生器）是凸輪（通常為橢圓形）及薄壁軸承組成，隨著凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，薄壁軸承的外環(huán)作橢圓形變形運(yùn)動(dòng)（彈性范圍內(nèi)）?！径縿傒喪莿傂缘膬?nèi)齒輪。 【三】

33、柔輪是薄殼形元件，具有彈性的外齒輪。,結(jié)構(gòu)組成,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,工作原理 波形發(fā)生器為主動(dòng)件，剛輪或柔輪為從動(dòng)件。剛輪有內(nèi)齒圈，柔輪有外齒圈，其齒形為漸開線或三角形，周節(jié)相同而齒數(shù)不同，剛輪的齒數(shù)Zg比柔輪的齒數(shù)Zr多幾齒。柔輪是薄圓筒形，由于波形發(fā)生器的長(zhǎng)徑比柔輪內(nèi)徑略大，故裝配在一起時(shí)就將柔輪撐成橢圓形。 工程上常用的波形發(fā)生器有兩個(gè)觸頭的即為雙波發(fā)生器，也有三個(gè)觸頭的。具有雙波發(fā)生器的諧波減速器，其剛輪和柔輪的齒數(shù)之差為ZgZr2。其橢圓長(zhǎng)軸的兩端柔輪與剛輪的牙齒相嚙合，在短軸方向的牙齒完全分離。當(dāng)波形發(fā)生器逆時(shí)針轉(zhuǎn)一圈時(shí)，兩輪相對(duì)位移為兩個(gè)齒矩。當(dāng)剛輪固

34、定時(shí)，則柔輪的回轉(zhuǎn)方向與波形發(fā)生器的回轉(zhuǎn)方向相反。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能, 諧波齒輪傳動(dòng)比(鋼輪固定與柔輪固定), 諧波齒輪減速產(chǎn)品及選用,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,優(yōu)點(diǎn)： 傳動(dòng)比大（單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)60250）； 承載能力強(qiáng)； 傳動(dòng)精度高、回程誤差?。? 傳動(dòng)效率高； 體積小，重量輕； 噪聲低傳動(dòng)平穩(wěn)； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)： 對(duì)材料、加工、熱處理要求把高，散熱條件差，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,5）齒輪傳動(dòng)間隙的消除措施,(1)圓柱齒輪傳動(dòng),圖 偏心軸套式消除間隙結(jié)構(gòu) 1、偏心環(huán) 2電液脈沖馬達(dá),（a）偏心軸套調(diào)整法,2.2

35、 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖 帶錐度齒輪的消除間隙結(jié)構(gòu) 1、3齒輪 2墊片,（b）軸向墊片調(diào)整法（錐度齒輪調(diào)整法）,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（c）雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法,圓柱薄片齒輪周向彈簧錯(cuò)齒調(diào)整法 1彈簧 2短柱 3、4齒輪,A、周向彈簧式（不用于功率驅(qū)動(dòng)）,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圓柱薄片齒輪可拉簧錯(cuò)齒調(diào)整法 1,2薄片齒輪 3,8凸耳 4彈簧 5,6螺母 7調(diào)整螺釘,B、周向可調(diào)拉簧式,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（2）斜齒輪傳動(dòng)齒側(cè)隙的消除方法。,斜齒薄片齒輪墊片錯(cuò)齒調(diào)整法 1、2薄片齒輪 3寬齒輪 4墊片,（a）墊片調(diào)整法,2.2

36、 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,斜齒薄片齒輪軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整法 1、2薄片齒輪 3寬齒輪 4鍵 5彈簧 6螺母,（b）軸向壓簧調(diào)整法,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（3）錐齒輪傳動(dòng),錐齒輪軸向壓簧調(diào)整法 1、4錐齒輪 2、3鍵 5壓簧 6螺母 7傳動(dòng)軸,（a）軸向壓簧調(diào)整法,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,錐齒輪周向彈簧調(diào)整法 1大片錐齒輪 2小片錐齒輪 3小錐齒輪 4鑲塊 5彈簧 6螺釘 7凸爪 8圓弧槽,（b）軸向彈簧調(diào)整法,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（4）齒輪齒條傳動(dòng),圖 齒輪齒條傳動(dòng)的齒側(cè)隙消除法 1、6小齒輪 2、5大齒輪 3齒輪 4預(yù)載力裝置

37、 7齒條,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（六) 撓性傳動(dòng) 除滾珠絲杠副、齒輪副等傳動(dòng)部件之外，機(jī)電系統(tǒng)中還大量使用同步齒形帶、鋼帶、鏈條、鋼絲繩及尼龍等撓性傳動(dòng)部件。,1、同步帶傳動(dòng) 同步帶傳動(dòng)是綜合了普通傳動(dòng)和鏈輪鏈條傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)，它在帶的工作面及帶輪外周上均制有嚙合齒，通過帶齒于與輪齒作嚙合傳動(dòng)。為保證帶輪和帶作無滑差的同步傳動(dòng)，其齒形帶均采用了承載后無彈性變形的高強(qiáng)力材料，以保證帶的節(jié)距不變。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,優(yōu)點(diǎn)： 傳動(dòng)比準(zhǔn)確； 傳動(dòng)效率高（0.98）； 傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振，噪聲小。 能高速傳動(dòng)，維護(hù)保養(yǎng)方便，且不需潤(rùn)

38、滑，傳動(dòng)功率（由幾瓦幾百千瓦），速度（可達(dá)50m/s），速比（可達(dá)10左右）。 缺點(diǎn)： 安裝精度要求高、中心距要求嚴(yán)格，具有一定的蠕變性，帶輪制造成本高； 同步帶齒形：梯形齒形和圓弧齒形。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖 同步帶的結(jié)構(gòu) 1加強(qiáng)筋；2帶齒；3帶背,圖 帶輪結(jié)構(gòu),2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2、鋼帶傳動(dòng) 特點(diǎn):鋼帶與帶輪間接觸面積大、無間隙、摩擦阻力大；無滑動(dòng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、運(yùn)行可靠、噪聲低、驅(qū)動(dòng)力大、壽命長(zhǎng)，鋼帶無蠕變。,圖 a 鋼帶傳動(dòng)定位機(jī)構(gòu) 1導(dǎo)桿；2軸承；3小車；4導(dǎo)軌；5磁頭；6鋼帶；7步進(jìn)電動(dòng)機(jī),高彈性模量的彈簧鋼,2.2 機(jī)電一體化

39、系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,3、繩輪傳動(dòng) 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)剛度大、結(jié)構(gòu)柔軟、成本低、噪聲低等 缺點(diǎn):帶輪較大，安裝面積大、加速度不易太高。,圖 繩輪傳動(dòng)在打印機(jī)字車送進(jìn)機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用 1字車；2繩輪(電動(dòng)機(jī)輸出軸上)；3伺服電動(dòng)機(jī)；4鋼絲繩,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,（七） 間歇傳動(dòng) 機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的間歇傳動(dòng)有棘輪傳動(dòng)、槽輪傳動(dòng)、蝸形凸輪傳動(dòng)等部件。這些傳動(dòng)部件可將輸入的連接運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間歇運(yùn)動(dòng)。其基本要求是移位迅速，移位過程中運(yùn)動(dòng)無沖擊，停位準(zhǔn)確可靠。,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,圖 蝸形凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 1轉(zhuǎn)盤 2滾子 3蝸形凸輪,1、蝸形凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),2.2

40、 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2、棘輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),圖 棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)工作原理,圖 齒式棘輪機(jī)構(gòu)的形式,,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,3、槽輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),圖 槽輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理 1撥銷盤；2鎖緊??；3槽輪；4定位??；5撥銷,2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),一、導(dǎo)軌副的定義、組成、分類及其應(yīng)滿足的要求,1、定義: 支承和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的要求和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，這樣的部件通常稱為導(dǎo)軌副，簡(jiǎn)稱導(dǎo)軌。,圖 導(dǎo)軌副組成 1-承導(dǎo)件 2-運(yùn)動(dòng)件,2、組成,3、分類,（2）按接觸面摩擦性質(zhì)分類,（1）按運(yùn)動(dòng)形式分類：直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副。

41、,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),（4）按導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式分類,常用導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)示意圖,（3）按導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類：開式、閉式。,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),表 常用導(dǎo)軌性能比較,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),4、導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的要求,圖 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的幾何精度,（1）導(dǎo)向精度：指動(dòng)導(dǎo)軌按給定方向作直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度。 （2）剛度：抵抗載荷的能力，有靜剛度與動(dòng)剛度之分。 （3）精度的保持性：導(dǎo)軌保持精度的能力，取決于耐磨性。 （4）運(yùn)動(dòng)的靈活性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。 （5）對(duì)溫度的敏感性和結(jié)構(gòu)工藝性。,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),5、導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)內(nèi)容,設(shè)計(jì)導(dǎo)軌應(yīng)包括下對(duì)幾方面內(nèi)容：

42、 1)根據(jù)工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型。 2)選擇導(dǎo)軌的截面形狀，以保證導(dǎo)向精度； 3)選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度、良好的耐磨性以及運(yùn)動(dòng)輕便和低速平穩(wěn)性。 4)選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)償及調(diào)整裝置，經(jīng)長(zhǎng)期使用后，通過調(diào)整能保持所需要的導(dǎo)向精度； 5)選擇合理的耐磨涂料、潤(rùn)滑方法和防護(hù)裝置使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損 6)制訂保證導(dǎo)軌所必需的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，以及熱處理、精加工和測(cè)量方法等。,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),二、滑動(dòng)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)及其選擇,圖 導(dǎo)軌的截面形狀,1、導(dǎo)軌副的截面形狀及其特點(diǎn),（1）三角形導(dǎo)軌

43、 （2）矩形導(dǎo)軌 （3）燕尾形導(dǎo)軌 （4）圓形導(dǎo)軌,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),3、導(dǎo)軌副間隙的調(diào)整,圖 矩形導(dǎo)軌垂直方向間隙的調(diào)整,圖 矩形燕尾導(dǎo)軌水平間隙的調(diào)整,（1）壓板 （2）鑲條法,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),4、導(dǎo)軌副材料的選擇,1）鑄鐵（灰口鑄鐵、高磷鑄鐵、低合金鑄鐵、稀土鑄鐵、孕育鑄鐵等）； 2）鋼（45鋼、40Cr、T8A、T10A、GCr15、GCr15SiMn等）； 3）有色金屬（黃銅、錫青銅、鋁青銅、鋅合金、超硬鋁、鑄鋁）； 4）塑料（聚四氟乙烯等）； 5）導(dǎo)軌材料的搭配。,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),5、提高導(dǎo)軌副耐

44、磨性的措施,1）采用鑲裝導(dǎo)軌 鑲鋼導(dǎo)軌 鑲裝塑料導(dǎo)軌 鑲裝有色金屬導(dǎo)軌 2）提高導(dǎo)軌的精度與改善表面粗糙度 3）減小導(dǎo)軌單位面積上的壓力（即壓強(qiáng)）,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),三、滾動(dòng)導(dǎo)軌副的類型與選擇,1、直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的特點(diǎn)及要求,（1）優(yōu)點(diǎn)：,（2）缺點(diǎn)：,（3）對(duì)該動(dòng)導(dǎo)軌的基本要求： 導(dǎo)向精度、耐磨性、工藝性、剛度,2、滾動(dòng)導(dǎo)軌副的分類,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),不循環(huán),2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),循環(huán) 1,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),循環(huán)2,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),四、靜壓導(dǎo)軌副工作原

45、理,1、定義 靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油或氣體介質(zhì)通入導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)件與導(dǎo)向支承件之間，運(yùn)動(dòng)件浮在壓力油或氣體薄膜之上，與導(dǎo)向支承件脫離接觸，致使摩擦阻力（力矩）大大降低 。,3、特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)速度的變化對(duì)油膜厚度的影響很??；載荷的變化對(duì)油膜厚度的影響很小；液體摩檫，摩檫系數(shù)僅為0.005左右，油膜抗振性好。 缺點(diǎn)：導(dǎo)軌自身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；需要增加一套供油系統(tǒng)；對(duì)潤(rùn)滑油的清潔程度要求很高。,圖 閉式液體靜壓導(dǎo)軌工作原理圖,2、工作原理,2.3 導(dǎo)軌支承部件的選擇與設(shè)計(jì),2.4 軸系部件的選擇和設(shè)計(jì),一、軸系設(shè)計(jì)的基本要求,(1）旋轉(zhuǎn)精度 (2）剛度 (3）抗振性 (4）熱變形 (5）軸上

46、零件的布置,機(jī)床主軸傳動(dòng)齒輪空間布置比較,2.4 軸系部件的選擇和設(shè)計(jì),二、軸（主軸）系用軸承的類型與選擇 1、標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承 （1）深溝球軸承 （2）雙列向心短圓柱滾子軸承 （3）圓錐滾子軸承 （4）推力軸承,2.4 軸系部件的選擇和設(shè)計(jì),2.4 軸系部件的選擇和設(shè)計(jì),圓錐滾子軸承,2.4 軸系部件的選擇和設(shè)計(jì),推力軸承,2.4 軸系部件的選擇和設(shè)計(jì),2.4 軸系部件的選擇和設(shè)計(jì),表 幾種常見主軸滾動(dòng)軸承配置型式及其工作性能,2、非標(biāo)滾動(dòng)軸承,非標(biāo)滾動(dòng)軸承是適應(yīng)軸承精度要求較高，結(jié)構(gòu)尺寸較小或因特殊要求而不能采用標(biāo)準(zhǔn)軸承時(shí)自行設(shè)計(jì)的。,有杯形外圈而沒有內(nèi)圈,碟形墊圈來消除軸承間隙

47、,2.4 軸系部件的選擇和設(shè)計(jì),3、靜壓軸承,圖 液體靜壓軸承工作原理,油腔和軸,節(jié)流器,2.4 軸系部件的選擇和設(shè)計(jì),4、磁懸浮軸承,圖 磁懸浮軸承工作原理,磁懸浮軸承是利用磁場(chǎng)力將軸無機(jī)械摩擦、無潤(rùn)滑地懸浮在空間的一種新型軸承,2.4 軸系部件的選擇和設(shè)計(jì),三、提高軸系性能的措施,1、提高軸系的旋轉(zhuǎn)精度 （1）軸向跳動(dòng)的引起因素 （2）徑向跳動(dòng)的引起因素 （3）提高旋轉(zhuǎn)精度的措施（3點(diǎn)） 2、提高軸系組件的抗振性 （1）強(qiáng)迫振動(dòng)與自激振動(dòng)的引起因素 （2）提高抗振性的措施（3）點(diǎn) 3、其他方法 如減小熱變形等。,2.4 軸系部件的選擇和設(shè)計(jì),2.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)

48、品）的機(jī)座或機(jī)架,一、機(jī)座或機(jī)架的作用及基本要求,1、剛度與抗振性 2、熱變形 3、穩(wěn)定性 4、其它要求,二、機(jī)座或機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1、鑄造機(jī)座的設(shè)計(jì)要點(diǎn) （1）保證自身剛度 措施：1）合理的截面形狀和尺寸 2）合理布置筋板和加強(qiáng)肋 3）合理的開孔和加蓋 （2）提高機(jī)座連接處的接觸剛度 （3）機(jī)座的模型剛度試驗(yàn) （4）機(jī)座的結(jié)構(gòu)工藝性 （5）材料,2 、焊接機(jī)架的設(shè)計(jì) （接頭與坡口）,2.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的機(jī)座或機(jī)架,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,北京理工大學(xué)機(jī)器人“匯童”,導(dǎo)游機(jī)器人,機(jī)器人的開發(fā)與使用,一、從整體結(jié)構(gòu)形式上可將機(jī)器人分為五種

49、基本坐標(biāo)式機(jī)器人,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,它是一種裝配機(jī)器人，也叫作SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm)機(jī)器人，在垂直平面內(nèi)具有很好的剛度，在水平面內(nèi)具有較好的柔順性，故在裝配作業(yè)中能獲得良好的應(yīng)用，常常將它專門列出一類。,（5）平面關(guān)節(jié)式機(jī)器人可以看作是關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機(jī)器人的特例，它具有平行的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)軸線共面 。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,,,基本坐標(biāo)式機(jī)器人,圖 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)組成 1-手部；2-手腕；3-手臂；4-機(jī)座,二、工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)成,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,1、分類 （1）按手臂的結(jié)構(gòu)形

50、式區(qū)分 單臂、雙臂及懸掛式。,（一)手臂,作用：將被抓取的工件運(yùn)送到給定的位置上。,圖 手臂的結(jié)構(gòu)形式 （a）、（b）單臂式； （c）雙臂式；（d）懸掛式,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（2）按手臂的運(yùn)動(dòng)形式區(qū)分 直線運(yùn)動(dòng)手臂，如手臂的伸縮、升降及橫向(或縱向)移動(dòng)； 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)手臂，如手臂的左右回轉(zhuǎn)，上下擺動(dòng)(即俯仰)； 復(fù)合運(yùn)動(dòng)手臂，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的組合，兩回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合。,圖 鉸接活塞缸實(shí)現(xiàn)手臂俯仰運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖 1手部 2夾緊缸 3升降缸4小臂 5、7鉸接活塞缸 6大臂 8立柱,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,3、臂部設(shè)計(jì)的基本要求 （1）剛度要求高

51、（2）導(dǎo)向性要好 （3）重量要輕 （4）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、定位精度要高,2、設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)形式的依據(jù) 手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小(即臂力)和定位精度都直接影響機(jī)器人的工作性能，所以必須根據(jù)機(jī)器人的抓取重量、運(yùn)動(dòng)形式、自由度數(shù)、運(yùn)動(dòng)速度以及定位精度的要求。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（二）手腕,1、涵義 工業(yè)機(jī)器人的腕部是聯(lián)接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。機(jī)器人一般其有六個(gè)自由度才能使手部(末端操作器)達(dá)到目標(biāo)位置和處于期望的姿態(tài)，手腕上的自由度主要起實(shí)現(xiàn)所期望的姿態(tài)。,2、手腕的分類 （1）手腕按自由度數(shù)目來分，可分為單自由度手腕，二自由度手腕，三自由度手腕。 （2）按

52、驅(qū)動(dòng)方式分為直接驅(qū)動(dòng)手腕、遠(yuǎn)距離傳動(dòng)手腕。腕部實(shí)際所需要的自由度數(shù)目應(yīng)根據(jù)機(jī)器人的工作性能要求來確定。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,圖 手腕的自由度 (a)手腕的翻轉(zhuǎn)Roll (b)手腕的傅仰Pitch (c)手腕的偏轉(zhuǎn)Yaw (d)腕部坐標(biāo)系,（1）自由度 為了使手部能處于空間任意方向，要求腕部能實(shí)現(xiàn)對(duì)空間三個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z的轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有翻轉(zhuǎn)、俯仰和偏轉(zhuǎn)三個(gè)自由度，如下圖所示。通常也把手腕的翻轉(zhuǎn)叫做Roll，用R表示；把手腕的俯仰叫做Pitch，用P表示；把手腕的偏轉(zhuǎn)叫做Yaw，用Y表示。,3、手腕的自由度與設(shè)計(jì),2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（2）手腕設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 在有些情況下

53、，腕部只有兩個(gè)自由度翻轉(zhuǎn)和俯仰或翻轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)。一些專用機(jī)械手甚至沒有腕部。但有的腕部為了特殊要求還有橫向移動(dòng)自由度。 因?yàn)槭滞笫前惭b在手臂的末端，所以手腕的大小和重量是手腕設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的關(guān)鍵問題，希望能采用緊湊的結(jié)構(gòu)，合理的自由度。,,手腕,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（三）手部,1、概述 （1）含義 工業(yè)機(jī)器人的手部（hand）也叫末端操作器（EndEffector），它是在工業(yè)機(jī)器人腕部上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。 人的手有兩種含義：第一種是醫(yī)學(xué)上把上臂、手腕在內(nèi)的整體叫手；第二種是把手掌和手指叫手。工業(yè)機(jī)器人的手部含義接近于第二種含義。,（2）工業(yè)機(jī)器人手部的特點(diǎn) 1）手部

54、與腕部相連處可拆卸。 2）手部是工業(yè)機(jī)器人的末端操作器。 3）手部的通用性比較差。 4）手部是一個(gè)獨(dú)立的部件。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,多指靈巧手,2、手部的分類 （1）按用途分,1）手爪,具有一定的通用性，它的主要功能是：抓住工件，握持工件，釋放工件。,抓住在給定的目標(biāo)位置和期望姿態(tài)上抓住工件，工件在手爪內(nèi)必須具有可靠的定位，保持工件與手爪之間準(zhǔn)確的相對(duì)位姿，以保證機(jī)器人后繼作業(yè)的準(zhǔn)確性。釋放在指定點(diǎn)上除去手爪和工件之間的約束關(guān)系。握持確保工件在搬運(yùn)過程中或零件在裝配過程中定義了的位置和姿態(tài)的準(zhǔn)確性。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,專用工具：噴槍、焊槍,2）工具,2.6 工

55、業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（ 2）按夾持原理分,手爪按夾持原理分類,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,(3)按手指或吸盤數(shù)分,1）按數(shù)目可分為：二指手爪、多指手爪。,2）機(jī)械手爪按關(guān)節(jié)分：?jiǎn)侮P(guān)節(jié)手指手爪和多關(guān)節(jié)手指手爪。,柔性手指手爪,3）吸盤式手爪按吸盤數(shù)目分：?jiǎn)挝P式手爪、多吸盤式手爪。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,(4)按智能化分 （1）普通式手爪。 這種手爪不具備傳感器。 （2）智能化手爪 手爪具備一種或多種傳感器，如力傳感器、觸覺傳感器、滑覺傳感器等，手爪與傳感器集成成為智能化手爪(Intelligent Grippers)。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（四）機(jī)身及行走機(jī)

56、構(gòu),具有行走機(jī)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,1、機(jī)身設(shè)計(jì),弧焊機(jī)器人,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（2）回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身,回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身示意圖,20公斤點(diǎn)焊機(jī)器人,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,2、行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),（1）固定軌道可移動(dòng)機(jī)器人,該類機(jī)器人機(jī)身底座安裝在一個(gè)可移動(dòng)的拖板座上，靠絲杠螺母驅(qū)動(dòng)，整個(gè)機(jī)器人沿絲杠縱向移動(dòng)。除了這種直線驅(qū)動(dòng)方式外，還有類似起重機(jī)梁行走方式等。這種可移動(dòng)機(jī)器人主要用在作業(yè)區(qū)域大的場(chǎng)合，比如大型設(shè)備裝配，立體化倉庫中材料搬運(yùn)，材料堆垛和儲(chǔ)運(yùn)，大面積噴涂等。,搬運(yùn)機(jī)器人,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（2）無軌行走機(jī)器人 無軌行走機(jī)器人必

57、須具備功能完備的外部傳感器，能對(duì)環(huán)境進(jìn)行了解和判斷，能對(duì)環(huán)境中發(fā)生的事件進(jìn)行監(jiān)視和反應(yīng)，機(jī)器人具備自我規(guī)劃能力，包括任務(wù)分解，任務(wù)排序，信息資源管理，以及幾何規(guī)劃等。（例如）,“土撥鼠”（右）和“野?！保ㄗ螅┡疟瑱C(jī)器人,1）輪式、履帶式,月球車在月球,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,2）自動(dòng)導(dǎo)航式,我國(guó)“探索者”號(hào)無纜水下機(jī)器人在西沙群島附近海域成功地潛到水下1000m深處，整體功能和主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際90年代先進(jìn)的同類水下機(jī)器人水平。該機(jī)器人推進(jìn)器行走，最大前進(jìn)速度為4節(jié)，續(xù)航能力為6小時(shí)，主要從事水下工程、海洋石油及礦產(chǎn)資源開發(fā)、海洋科學(xué)考察及打撈救生等作業(yè)。,“探索者號(hào)”水下1000

58、米機(jī)器人,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（3）步行機(jī)器人,步行機(jī)器人是非?；钴S的一個(gè)研究領(lǐng)域。 輪式行走機(jī)器人在平地上行駛比較方便，履帶式行走機(jī)器人可以在泥濘道路上和沙漠中行駛，而與人類腿十分相似的步行機(jī)器人具有它們無可此擬的優(yōu)點(diǎn)，比如能上下樓梯、跨越溝渠和障礙、能上陡坡、立地轉(zhuǎn)身等等。步行機(jī)器人可以根據(jù)足的多少來分類：,二足10自由度步行機(jī)器人,1）二足步行機(jī)器人,雙足步行機(jī)器人在爬樓梯,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,,八自由度兩腳步行機(jī)器人步行特征,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,2）四足、六足及多足步行機(jī)器人,四足步行機(jī)器人的平行幾何模型,六足縮放式腿步行機(jī)器人,機(jī)器蜘蛛,2.6

59、工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,四腳步行機(jī)器人步態(tài),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2 1,3 4,,,,,,,,,,,,,,2 1,3 4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2 1,3 4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2 1,3 4,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（一）機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)裝置是使機(jī)器人各部件動(dòng)作的動(dòng)力源，目前常見的有：

60、 （1）液壓驅(qū)動(dòng) （2）氣壓驅(qū)動(dòng) （3）電機(jī)驅(qū)動(dòng) （4）其他驅(qū)動(dòng)方式,三、 機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu),2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（1）液壓驅(qū)動(dòng),1）液壓驅(qū)動(dòng)：是高壓油作為工作介質(zhì)，推動(dòng)直線或旋轉(zhuǎn)的油缸進(jìn)行工作的, 在一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中其主要的部件如下： 直線液壓缸：在高壓油的作用下，可作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 擺動(dòng)缸：在高壓油的作用下可產(chǎn)生一定角度的擺動(dòng)。 電液伺服閥：可精確地控制油路的開關(guān)、并可控制供油量的大小，以便對(duì)液壓缸進(jìn)行精確的控制，并可以根據(jù)位置傳感器和速度傳感器反饋的信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制。 2) 應(yīng)用： 目前在負(fù)荷較大的搬運(yùn)機(jī)器人和噴涂機(jī)器

61、人應(yīng)用較多。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（2）氣壓驅(qū)動(dòng),在所有的驅(qū)動(dòng)方式中，氣壓驅(qū)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的，在工業(yè)中應(yīng)用很廣，其組成與液壓驅(qū)動(dòng)相似。 可以用機(jī)械的檔次實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的控制，并能達(dá)到較高的精度, 雖然達(dá)到高精度的伺服控制較難，但目前已經(jīng)用微處理機(jī)直接控制的氣動(dòng)馬達(dá)，定位精度在1mm。 在機(jī)器人中主要用于各種氣動(dòng)手爪，以及小型機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng),電動(dòng)驅(qū)動(dòng)在機(jī)器人中的應(yīng)用可以分成三種： 直流電機(jī)組成伺服控制系統(tǒng)； 交流（或）無刷直流電機(jī)組成伺服控制系統(tǒng)；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（4）其他驅(qū)動(dòng)方式,

62、氣囊式人工肌肉 形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動(dòng)器 壓電晶體驅(qū)動(dòng)器,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（5）驅(qū)動(dòng)方式的選擇,機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器要求啟動(dòng)力矩大、調(diào)速范圍寬、慣量小 選擇驅(qū)動(dòng)方式：負(fù)荷為2000N以下采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 小功率點(diǎn)位控制采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 大功率大力矩采用液壓驅(qū)動(dòng)方式 選擇驅(qū)動(dòng)器容量：額定速度時(shí)的額定功率 關(guān)節(jié)加減速時(shí)加速功率 最不利形位時(shí)的負(fù)載力矩,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（二）機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),（1）常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型和特點(diǎn) 1) 齒輪類傳動(dòng)：主要有齒輪、蝸輪蝸桿、齒輪齒條 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)快、扭矩大、剛性好 缺

63、點(diǎn)：傳動(dòng)有間隙、故回差大，精度低 應(yīng)用：腰、腕關(guān)節(jié) 2) 鏈索類傳動(dòng)：主要有鏈條、齒形帶、鋼帶 優(yōu)點(diǎn)：無間隙、剛度與張緊裝置有關(guān)，力矩較大 缺點(diǎn)：速比小，齒形帶和鋼帶適用于小負(fù)載 應(yīng)用：腕關(guān)節(jié),2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（2) 滾珠絲杠螺母副,使絲杠與螺母之間由滑動(dòng)摩擦度為滾動(dòng)摩擦的一種螺旋轉(zhuǎn)動(dòng) 在數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人中應(yīng)用較為廣泛。 1)結(jié)構(gòu)組成： 滾珠絲杠螺母副可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。為消除回差，螺母分成兩段，采用雙螺母預(yù)緊消除間隙的方式，以墊片、鎖緊螺母、齒差調(diào)整兩段螺母的相對(duì)位置。 2)特點(diǎn)： 摩擦系數(shù)小且動(dòng)靜摩擦系數(shù)差小，效率高且逆?zhèn)鲃?dòng)效率 也高，靈敏度高、傳動(dòng)平移、磨損小、壽命

64、長(zhǎng)。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,（3)諧波齒輪減速器,1) 原理和結(jié)構(gòu) 三大基本構(gòu)件：剛輪、柔輪、波發(fā)生器 剛輪固定時(shí)減速比： 剛輪固定時(shí)減速比： Zb ：柔輪齒數(shù) Zg ：剛輪齒數(shù),2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,2) 特點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比大，單級(jí)可為50300，兩級(jí)可達(dá) 20000。傳動(dòng)平穩(wěn)，承載力高。多齒嚙合磨 損小，傳動(dòng)效率可達(dá)0.85，傳動(dòng)精度高。 回差小，一般可小于 31，實(shí)現(xiàn)無回 差傳動(dòng)。 缺點(diǎn)：杯式柔輪剛度較低。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,(4) RV擺線針輪傳動(dòng),1)工作原理：由一級(jí)行星輪系再串聯(lián)一級(jí)擺線輪減速器組合而成。 2)特點(diǎn)：除了

65、諧波傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)外，最顯著的特點(diǎn)是剛性好。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,補(bǔ)充資料一：機(jī)器人的規(guī)格及主要性能指標(biāo),1、有關(guān)負(fù)荷方面的性能指標(biāo)： (1) 額定負(fù)荷：在正常運(yùn)行條件下施加到手腕部的 最大負(fù)荷的容許值，包括末端執(zhí)行 器、附件和慣性力。 (2)限定負(fù)荷：機(jī)器人機(jī)構(gòu)部分不發(fā)生破壞或不出 故障時(shí)手腕外所能承受的最大負(fù)荷。 (3)最大推力和最大扭矩：指單軸的最大推力或最 大扭矩,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,2、有關(guān)運(yùn)動(dòng)方面的性能指標(biāo),(1) 自由度 (2) 單軸最大工作范圍和工作速度 (3) 合成速度：表現(xiàn)為手腕中心的線速度,2.6 工業(yè)機(jī)器

66、人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,3、有關(guān)幾何空間方面的性能指標(biāo),(1)工作空間 (2)靈活度：表示機(jī)器人在工作空間各點(diǎn)抓取物 體的靈活程度。用末桿位姿圖最能 直觀而準(zhǔn)確地表示這一特點(diǎn)。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,4、有關(guān)精度方面的性能指標(biāo),(1)位姿精度 (2)距離精度 (3)軌跡精度 前三項(xiàng)統(tǒng)稱定位精度 (4)位置重復(fù)精度,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,5、有關(guān)動(dòng)力源和控制方面的性能指標(biāo),(1)驅(qū)動(dòng)方式： (2)控制方式：開環(huán)、閉環(huán)、點(diǎn)位、連續(xù)軌跡 (3)計(jì)算機(jī)容量 (4)插補(bǔ)方式 (5)編程方式 (6)分辨率：指操作機(jī)各軸可有效反應(yīng)的最小 距離或角度。,2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,補(bǔ)充資料二：并聯(lián)機(jī)器人,1、 并聯(lián)機(jī)器人的定義 2、 并聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn) 3、 并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用 4、 并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì),2.6 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介,1、并聯(lián)機(jī)器人的定義,1978年，澳大利亞著名教授Hunt提出了可應(yīng)用6自由度的Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)。Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)是一種典型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，1965年由Stewart提出，是作為飛行模擬器用于訓(xùn)練飛行員