67823

УНІФІКОВАНІ ВУЗЛИ ПРОМИСЛОВИХ РОБОТІВ

Лекция

Производство и промышленные технологии

В двох перших модулях можна виділити такі функціонально-конструктивні елементи: приводи; механізми перетворення і передачі руху; направляючі опори для лінійних і поворотних перміщень виконавчих органів; демпферуючі гальмівні пристрої; інформаційні давачі...

Украинкский

2014-09-15

1.18 MB

8 чел.

Технічні засоби робототехнічних систем

Лекція 06

Тема: УНІФІКОВАНІ ВУЗЛИ ПРОМИСЛОВИХ РОБОТІВ

План

  1.  Загальні положення
  2.  Редуктори промислових роботів (зубчасті, планетарні, хвильові)
  3.  Тягові пристрої ПР (зубчасто-рейкові, кулько-гвинтові)
  4.  Направляючі опори для лінійних і кутових переміщень виконавчих органів ПР

Література:

  1.  Костюк В.И., Гавриш А.П., Ямпольский Л.С. Промышленные роботы. – К.: Выща школа, 1985. – 360с.
  2.  Спыну Г.А. Промышленные роботы. Конструирование и применение. – К.: Вища школа, 1985
  3.  Механика промышленных роботов: Учеб. пособие для втузов: В 3 кн./ Под ред. К.В.Фролова, Е.И.Воробъева. Кн. 2: Расчет и проектирование механизмов. - М.: Высш.шк.,1988. – 367с.
  4.  Детали и механизмы роботов: Основы расчета, конструирования и технология производства: Учеб пособие/ Под ред. Б.Б.Самотокина. – К: Выща школа, 1990. – 343с.

  1.  Загальні положення

В загальному маніпулятор складається з модулів:

  •  модуль захвату;
  •  модуль переміщень: лінійних (поступальних), обертальних, гойдальних;
  •  основа.

В двох перших модулях можна виділити такі функціонально-конструктивні елементи:

  •  приводи;
  •  механізми перетворення і передачі руху;
  •  направляючі опори для лінійних і поворотних перміщень виконавчих органів;
  •  демпферуючі (гальмівні) пристрої;
  •  інформаційні давачі і т.ін.

Передача руху від двигуна до виконавчої ланки маніпулятора може забезпечуватись за допомогою різних передавальних механізмів, структура і конструктивні особливості яких залежать від типу двигуна, виду переміщення виконавчого органу і способа взаємного розташування двигуна і відповідної виконавчої ланки. Передавальні механізми призначені для перетворення одного виду руху в інший, узгодження швидкостей і крутних моментів двигуна і виконавчої ланки. Для перетворення руху використовують гвинтові, зубчасті, зубчасто-рейкові та ін. передачі, для узгодження швидкостей у електроприводах – понижуючі передавальні механізми – редуктори, для отримання періодичного руху – кулачкові, мальтійські, храпові механізми.

Конструктивною особливістю всіх модулів ПР є наявність уніфікованих вузлів таких, як направляючі опори для здійснення поступального і обертального руху, з’єднувальні та гальмівні муфти для передачі потужності від ведучого до веденого валу чи виконання запобіжної або гальмуючої функції, врівноважуючі механізми ПР і т.д. (Уніфікація (від лат. unus – один і  facio – роблю) – приведення продукції і засобів виробництва або їх елементів до єдиної форми, розмірів, структури, складу. Це раціональне зменшення кількості типорозмірів об’єктів однакового функціонального призначення; найпоширеніший і найефективніший метод стандартизації.)

Приклад  блоку руки ПР СМ40Ф2.80.01 плеча для здійснення гойдального руху зображено на рисунку 6.1. Дволанкова шарнірна рука встановлена на каретці, що переміщується по монорейці. Привід ведучої 3 і веденої 1 ланки забезпечується від крокового двигуна з гідропідсилювачами КД1 і КД2, що передають рух через одноступінчасті зубчасті редуктори 2 і 5 на кулько-гвинтові пари 7-6 і 8-9. Опорами для здійснення лінійних переміщень є підшипники 12, вмонтовані в корпусі плеча ПР. Зворотньо-поступальний рух кулькових гайок 6 і 9 спричинює поворот ведучої ланки руки довкола осі 4, закріпленої на каретці, і веденої ланки 1 – довкола осі 10. В редукторах приводів гойдання ланок руки використовуються електромагнітні муфти ЕМГ1 і ЕМГ2, які забезпечують гальмування при припиненні подачі електричного струму.

  1.  Редуктори промислових роботів (зубчасті, планетарні, хвильові)

2.1 Зубчасті редуктори

Редуктором називають механізм, що складається з зубчастих передач, який виконаний у вигляді окремого агрегата і служить для передачі потужності від двигуна до виконавчого органу. Призначення рудуктора  - пониження кутової швидкості і підвищення обертового моменту ведучого валу порівняно з веденим. Широке застосування в ПР знайшли редуктори влаштовані (редукторні електродвигуни), що характеризуються малою масою, габаритами, собівартістю. Механізми для підвищення кутової швидкості, виконані у вигляді окремого агрегату називаються мультиплікаторами.

Редуктори класифікують за основними ознаками:

  •  тип передачі (зубчасті, червячні, зубчасто-червячні);
  •  число ступенів (одно- двоступінчасті і т.д.);
  •  тип зубчастих коліс (циліндричні, конічні, циліндрично-конічні);
  •  відносне розташування валів у просторі (горизонтальні. вертикальні);
  •  особливості кінематичної схеми (розгорнута, співвісна, з роздвоєним ступенем і т.д.)

Найбільш розповсюджені редуктори і їх характеристика, передавальне число зведені в таблицю 6.1.

Таблиця 6.1 – Основні типи зубчастих редукторів

Тип редуктора

Передавальне число Umax

Коротка характеристика

Одноступінчастий циліндричний

12,5

Найбільш розповсюджені, вибір горизонтальної чи вертикальної схеми  зумовлений загальним компонуванням приводу

Одноступінчастий конічний

<3, іноді 4

Передає рух між взаємоперпендикулярними валами; складність виготовлення і монтажу, порівняно з циліндричними

Двоступінчасті циліндричні

6,3 - 63

Використання співвісної схеми дозволяє отримати менші габарити

Двоступінчастий конічно-циліндричний

8 - 15

Прямо- або косозубий

Червячний

8 - 80

Для передачі руху мимобіжним валам; розташування червяка можливе згори, знизу чи збоку

Зубчасто-червячні і червячно-зубчасті двоступінчасті

120 - 2500

Можливості отримати більше передавальне число при малих габаритах передачі забезпечують планетарні і хвильові редуктори.

  1.  Планетарні редуктори

Зубчасті передачі, у якеих геометричні осі деяких коліс нерухомі, називають планетарними. Передачі з двома степенями вільності називають диференціальними, передачі з однією степінню вільності (одне з центральних коліс є нерухоме) називають простими планетарними передачами.

Типові схеми простих передач представлені на рисунку 6.1. Колеса 1 і 3 з геометричними осями, що співпадають з віссю водила h, називають центральними, сонячним називають колесо з зовнішніми зубцям і корончастим – з внутрішніми зубцями. Колеса 2 розташовані на осях, закріплених на водилі h, називають сателітами: вони здійснюють складний рух – обертаються довкола сонячного колеса 1 і одночасно обертаються всередині нерухомого корончастого колеса 3. На рисунку 6.1 а сателіти розташовані в одній площині, діапазон передавального числа від 3 до 8; на рисунку 6.1 б сателіти 2 і 21 розташовані в двох паралельних площинах, що дозволяє реалізувчати передавальне число до 25

Широкі кінематичні можливості планетарної передачі є одною з головних її переваг і дозволяють використовувати передачу як редуктор з постійним передавальним числом (до 1000); як коробку швидкостей, передавальне число якої можна змінювати шляхом почергового гальмування різних ланок; як диференціальний механізм. Іншою перевагою планетарної передачі є компактність і мала маса. Перехід від простих передач до зубчастих дозволяє в багатьох випадках знизити масу в 2 – 4 рази і більше. Це пояснюється наступним: потужність передається кількома потоками, кількість яких дорівнює кількості сателітів. При цьому навантаження на зубці в кожному зачепленні зменшується в декілька разів; мале навантаження на опори, так як при симетричному розташуванні сателітів сили в передачі взаємно врівноважуються. Це знижує втрати і спрощує конструкцію опор, крім опор сателітів.

До недоліків планетарних передач відносять підвищені вимоги до точності виготовлення і монтажу.

  1.  Хвильові редуктори

Хвильова передача зоснована на принципі перетворення пераметрів руху за рахунок хвильового деформування гнучкої ланки механізму. Вперше така передача була запатентована в США інженером Массером в 1959р. Пізніше було розроблено багато різних конструктивних модифікацій хвильової передачі. Основне розповсюдження в ПР отримали зубчасті хвильові передачі. Приклад конструкції такої передачі показано на рисунку 6.2.

Як і планетарна передача, вона складається з трьох основних ланок: 1генератор хвиль, який є водилом з двома роликами; 2гнучке колесо – пружний тонкостінний стакан, основа якого з’єднана з веденим валом, а на потовщеному вінці біля відкритого торця нарізано зуби; 3нерухоме жорстке колесо з внутрішніми зубцями. Модулі зачеплення коліс 2 і 3 одинакові, але кількість зубців гнучкого колеса z2<z3. Різниця z3  z2 = W характеризує кількість хвиль деформації гнучкого колеса. У вільному стані (без генератора) колеса розташовані концентрично з рівномірною щілиною між зубцями. При встановленні генератора  останній деформує гнучке колесо в радіальному напрямку, надаючи йому форму еліпса: по великій осі еліпса зубці зачіпляються на повну робочу висоту, а по малій осі – між вершинами зубців утворюється радіальна щілина, в інших зонах зачеплення проміжне. В процесі обертання генератора форма гнучкого колеса залишається близькою до описаної і лиш змінює свої координати, тобто зачеплення зубців переміщується синхронно з роликами, подібно біжучій хвилі, - звідси і назва хвильових передач.

На основі викладеного можна відзначити основні переваги хвильових передач:

  •  велике передавальне число (до 300, а в спеціальних передачах до кількох десятків тисяч);
  •  велика кількість зубців у одночасному зачепленні. Наприклад, при u=100 одночасно зачіпляються до 60 – 80 пар зубців замість 1- 2 пари в звичайних передачах. Як наслідок, висока навантажувальна здатність при малих габаритах і масі. В деяких конструкціях маса становить половину, а об’єм – 1/3 від звичайної планетарної передачі;
  •  малі навантаження на вали і опори завдяки симетричності конструкції;
  •  можливість передавати рух в герметизований простір (через герметичну стінку);
  •  мала інерцій ність при спеціальному виконанні;
  •  менший шум;
  •  кількість деталей менша в декілька разів, а собівартість приблизно в 2 рази. Термін служби стандартних передач загального призначення – 10 000 год.

До недолісків сучасних конструкцій хвильових передач можна віднести:

  •  порівняно високе значення нижньої межі передавального числа (=80);
  •  порівняну складність виготовлення гнучкого колеса і генератора хвиль (необхідна спеціальна оснастка).

В ПР хвильові передачі застосовують в механізмах повороту платформи маніпулятора, руки (ПР типу “Універсал-5”). Відзначають малі габарити і масу при високій питомій навантажувальній здатності.

  1.  Тягові пристрої ПР

Тягові пристрої ПР служать для здійснення прямолінійних переміщень окремих елементів чи модулів ПР. Конструкція механізмів прямолінійного переміщення залежить від вибраного приводу і дії на привід сил інерції від маси переміщуваних вузлів. При використанні гідроприводів, як правило, вихідна ланка механізму прямолінійного переміщення зв’язана безпосередньо з штоком гідроциліндра без передавального механізму. При використанні в ролі приводу електродвигунів і гідромоторів між валом електродвигуна і вихідною ланкою механізма прямолінійного переміщення конструюють передавальний механізм, котрий забезпечує підвищення вихідного моменту і перетворює обертовий рух приводу в поступальний рух вихідної ланки механізму прямолінійних переміщень. В ПР поширеним є використання з цією метою передачі зубчасте колесо-рейка та гвинтових передач, тросової, ланцюгової передачі.

3.1 Рейкова передача

Рейкова передача призначена для перетворення обертального руху шестерні в поступальний рух рейки і, навпаки, поступального руху рейки в обертальний рух шестерні (рисунок 6.3). Основними ланками рейкової передачі є шестерня 1 і зубчаста рейка 2. Рейка утворює з нерухомою ланкою поступальну пару. Рейкову передачу можна розглядати як окремий випадок зубчастої передачі, в якій колесу трансформоване в рейку.

  1.  Гвинтові механізми

Гвинтові механізми (або передачі гвинт-гайка) служать для перетворення обертального руху в поступальний (рідше – поступального в обертальний). Вони поділяються на передачі з тертям ковзання і тертям кочення.

Передачі гвинт-гайка з тертям ковзання, незважаючи на суттєві недоліки (підвищений знос різьби внаслідок великого тертя і низький ККД – не більше 50%), широко використовуються завдяки простоті виготовлення і експлуатації, а також можливості легко здійснювати самогальмування. Конструктивно гвинтові пари ковзання утворюються за допомогою різьб різного профілю. Різьби того чи іншого виду використовуються залежно від призначення гвинтових механізмів:

  •  метрична різьба  має найбільшу міцність і підвищений приведений коефіцієнт тертя, застосовується в скріплюючих механізмах, в мікрометрах;
  •  кругла різьба використовується, якщо є небезпека заклинювання гвинта, а також при ударних навантаженнях;
  •  трапецієдальна різьба характеризується достатньою мцнстю, жорсткістю і простотою виготовлення, застосовується у вантажних механізмахдля передачі різного навантаження (крутного моменту, осьової сили);
  •  упорна різьба служить для передачі великого одностороннього навантаження.

 Передачі гвинт-гайка з тертям кочення характерна тим, що на відміну від гвинтових пар з тертям ковзання, робочі поверхні не дотикаються (рисунок 6.4). Різьба гвинта 1 і гайки 2 виконана у вигляді канавок, по яких перекочуються кульки 4, що є проміжними тілами, які з’єднують гвинт з гайкою. Ланцюг кульок замикається за допомогою спеціального перепускного каналу 3. В процесі роботи відбувається безперервна циркуляція кульок.

Конструкція окремих елементів кулько-гвинтової пари і механізму в цілому визначається експлуатаційними умовами. Найбільш розповсюджений круглий профіль канавок (рисунок 6.5 а), що характеризується найменшими контактними напруженнями, внаслідок чого потребує меншої порівняно з іншими профілями кількості кульок при однаковій вантажопідйомності. Проте при потраплянні на робочу частину механізму пилу, він швидше виходить з ладу. Кількість змащувального матеріалу в канавці невелика, тому для покращення умов змащування іноді виконують проточки (рисунок 6.5 б). Прямолінійний профіль різьби (трикутний, трапецієдальний) (рисунок 6.5 в, г) найбільш технологічний, забезпечує постійність кута контакту і дозволяє отримати триточковий контакт між кульками і елементами різьби гвинта і гайки. Однак він значно уступає криволінійному профілю за навантажувальною здатністю.

Передачі гвинт-гайка з тертям кочення використовують в механізмах точних переміщень, слідкуючих системах і відповідальних силових передачах. До їх переваг порівняно з гвинтовими парами ковзання належать:

  •  мінімальний знос;
  •  висока точність і рівномірність поступального руху зі збереженням цих параметрів в процесі експлуатації;
  •  можливість повного виключення осьового люфту;
  •  висока кінематична чутливість;
  •  високий ККД навіть при відносно малому куті підйому різьби (90%);
  •  можливість надійної роботи в діапазоні температур від –60С до +500С та в агресивних середовищах.

  1.  Направляючі опори для лінійних і кутових переміщень виконавчих органів ПР

4.1 Опори для обертального руху

Опорами валів  обертових осей роботів служать підшипники. Залежно від напрямку дії навантажень, які сприймають підшипники (радіального, осьового і комбінованого) вони діляться на радіальні, упорні, радіально-упорні. За типом тертя розрізняють підшипники ковзання і кочення.

Підшипники ковзання в своїй більшості складаються з корпуса і пристроїв змащування. Приклади підшипників ковзання, які застосовуються в ПР показані на рисунку 6.6 і 6.7. Вставка 1 встановлена в корпусі 2; змащувальний матеріал подається в змащувальну канавку 3 за допомогою змащувача 4 (рисунок 6.6) або закладається при обслуговуванні робота і забезпечує змащування контактуючої поверхні валу 5 (рисунок 6.7). До переваг цих підшипників, які обумовили їх використання в ПР, слід віднести: малі оадіальні розміри; простоту конструкції; безшумність роботи; здатність сприймати великі осьові ударні і вібраційні навантаження. Недоліки: порівняно великі осьові розміри; необхідність постійного спостереження за процесом змащування; значний розхід змащувального матеріалу (індустріальні мастила, солідоли).

До матеріалу вставок ставлять наступні вимоги: хороша зносостійкість; високий опір крихкому розрушенню при ударних навантаженнях; малий коефіцієнт тертя; висока теплопровідність при малому температурному розширенні. В ПР при середніх швидкостях використовують вставки з бронзи.

Підшипники кочення – це готові вузли, основним елементом яких є тіла кочення (кульки чи ролики), встановлені між кільцями і утримуються на певній відстані один від одного сепаратором. До переваг підшипників кочення слід віднести низьку собівартість (завдяки масовому виробництву), мале тертя, осьові розміри, розхід змащувального матеріалу, а також те, що вони не потребують спеціального догляду і обслуговування. Недоліки: висока чутливість до ударних і вібраційних навантажень, порівняно великі радіальні розміри.

В ПР начастіше використовують кулькові радіальні, радіально-упорні і упорні підшипники, зображені на рисунку 6.8

  1.  Направляючі для поступального руху

Направляючі для поступального руху забезпечують прямолінійний рух конструктивних елементів. Вони широко застосовуються в ПР різної вантажопідйомності. Прямолінійні направляючі складаються з веденої деталі (як правило, циліндричної форми)  і направляючої доріжки. Розрізняють направляючі з тертям ковзання між конструктивними елементами і направляючі кочення, що забезпечують рух за допомогою кульок, валів і роликів.

Конструкція прямолінійної направляючої ковзання 2, виконаної у вигляді втулки зі змащувальною канавкою, показана на рисунку 6.9. Розрахунок мінімальної довжини направляючої здійснюється за навантажуючою силою і напрямом її дії.

Направляючі кочення використовують в тих випадках, коли ставляться вимоги легкості ходу рухомих елементів маніпулятора. В ПР використовують роликові направляючі кочення 2 (рисунок 6.10), виконані в двох варіантах (а,б). Тут рухома деталь 1 рухається перпендикулярно до площини рисунку.

Необхідно враховувати, що в опорних шийках роликів має місце додаткове тертя ковзання, яке погіршує їх рухливість. Це тертя можна зменшити, використовуючи замість роликів підшипники кочення.

Окрім названих типових передач та елементів в ПР застосовують і традиційні ланцюгові, зубчасто-пасові передачі, важільні механізми, з якими студенти ознайомлені з курсу технічної механіки.

PAGE  8

EMBED KompasFRWFile  

Рисунок 6.1 – Кінематична схема ПР СМ40Ф2.80.01

Рисунок 6.1 – Схема простих планетарних редукторів

а– кінематична схема двохвильового редуктора; б – конструкція двохвильового зубчастого редуктора з гнучким колесом-стаканом і генератором вільної деформації

Рисунок 6.2 – Хвильова зубчаста передача

Рисунок 6.3 – Схема рейкової передачі

Рисунок 6.4  - Принципова схема кулькогвинтового механізму

Рисунок 6.5 – Види профіля різьби гвинта і гайки

Рисунок 6.6 – Підшипник ковзання в механізмі підйому маніпулятора промислового робота ПРЦ-1

Рисунок 6.7 – Упорний підшипник (підп’ятник)

Рисунок 6.8 – Кулькові підшипники

Рисунок 6.9 – Прямолінійні направляючі ковзання

Рисунок 6.10 – Прямолінійні направляючі кочення


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69391. Накопичувачі на магнітних барабанах 1.17 MB
  Накопичувачі на магнітних стрічках Носієм інформації є гнучка магнітна стрічка основою є пластмасова стрічка покрита з обох сторін тонким шаром магнітної плівки поверх якої наноситься тонкий шар захисного лаку.
69393. Лазерні принтери (електро-графічні принтери) 42 KB
  Пристрої введення виведенення мови Спілкування користувача із комп’ютером мовою голосом вважається найбільш перспективним з часу початку широкого застосування комп’ютерів однак реалізувати цю задачу ефективними засобами не вдалося проектувальникам і до сьогоднішнього часу і в даний час...
69395. Інтерфейс ПП IBM 360-370 57 KB
  Він передбачає взаємодію на магістралі канали введення виведення та периферійних пристроїв які в даному інтерфейсі називаються абонентами. Абоненти фізично під’єднуються до магістралі короткими відведеннями.
69397. Иностранные инвестици 1.03 MB
  Инвестиционная деятельность неотъемлемая часть в функционировании предприятия. Любое предприятие в результате своего функционирования сталкивается с необходимостью вложения средств в свое развитие или выхода из кризисной ситуации
69398. Анализ и синтез системы автоматического регулирования (САР) с заданными показателями качества 1.22 MB
  Проектируемая САР должна поддерживать погрешность на заданном уровне вне зависимости от действия возмущений. Для анализа и синтеза САР в работе применен метод логарифмических амплитудных характеристик (ЛАХ) системы. Он является наиболее удобным благодаря простоте, наглядности и точности
69399. Политический распад Руси 203 KB
  Анализ вчерашнего дня дает возможность избежать ошибок ныне. Это тем более необходимо сегодня, ибо мы живем в динамичное время, обильное идеалами, борющимися друг с другом и порой глубоко враждебными. Определяя задачи и направления своей деятельности, каждый должен быть в определенной степени историком, чтобы стать сознательно действующим гражданином.