Василенко Н.В., Никитин К.Д., Пономарёв В.П., Смолин А.Ю. - Основы робототехники (1071028), страница 59
Текст из файла (страница 59)
где у - линейная скорость перемещения штока двигателя, м с д Р - номинальная сила на штоке двигателя, Н) А для преобразования поступательного движения двигателя во вращательное исполнительного звена (В1) ), м (7.7) ) = уд/ы или ) = М/(Рдц). (7.В) Как следует из приведенных соотношений, при согласовании параметров движения одного вида передаточное отношение является безразмерным ((), однако в случае преобразования вида движения (вращательного в поступательное и наоборот) оно становится размерной величиной Щ. Поскольку в расчетной практике удобнее оперировать с передаточным отношением в виде безразмерного числа, его можно исчислять, используя приведение движений на входе и выходе к одному виду (вращательному или поступательному).
В этом случае, как и при согласовании параметров движения одного вида, говорят о передаточном числе и механизма, являющемся безразмерной величиной. Помимо передаточного отношения (передаточного числа), для выбора того или иного передаточного механизма наиболее важными оценочными показателями являются мертвый ход, или люфт, в передаче; жесткость, величина КПД, свойства самоторможения ипи обратимости, габаритные размеры и масса, удобство компоновки, уровень шума при работе, долговечность, сложность, технологичность наго. товления и стоимость. Зубчатые цилиндрические редукторы имеют высокую жесткость и долговечность, технологичны в производстве. Высокие значения КПД йозволяют без больших потерь мощности применлть специальные методы устранения люфтов. Приемлемый уровень шума достигается достаточно высокой степенью точности изготовления. Недостатком зубчатых передач для применения в механических системах роботов 1О* 291 является их высокая инерционность.
Зубчатые конические передачи, кроме того, требуют более точной регулировки при сборке и имеют повышенный шум при работе. Преимуществом планетарных зубчатых передач является их высокая компактность, однако они менее технологичны в производстве, требуют повышенной точности изготовления и сборки. Червячные редукторы отличаются хорошей жесткостью, меньшей инерционностью, относительно простой конструкцией и возможностью самоотражения, что очень важно для осуществления следящего привода. Недостатком червячных передач является пониженный КПД (до 0,4 - 05 в однозаходных передачах).
Комплексом важных качеств обладают волновые зубчатые передачи, что определило перспективу их широкого применения в роботостроении: Рассмотрим подробнее некоторые виды передач, сравнительно реже применяемые в общем машиностроении, однако получившие очень широкое распространение в приводах роботов. 7.8.1. Винтовая передача Передача винт-гайка скольжения служит для преобразования вращательного движения в поступательное, но иногда применяется и для преобразования поступательного движения во вращательное. Она проста по конструкции и в изготовлении, компактна, отличается высокой надежностью, плавностью и бесшумностью, возможностью обеспечения медленных перемещений с большой точностью, дает значительный выигрыш в силе. К недостаткам винтовых передач следует отнести повышенный износ резьбы вследствие интенсивного трения, низкий КПД, наличие люфтов. з л ы Ф 2л 2л 5 р Рг (7.9) ть винта, с '; у — скорость перемещения гд у овал скорост~ в~нта, ф — угол поворота винта, рад; — ве ич гайки, м с — шаг винта, м; з - число ЩениЯ гайки, м; Рз = Рг — хоД винта,м; Р— ш заходов винтовой линии.
Перемещение гайки, м %Рт Фрз 5 =— 2л 2л (7.10) где ф — угол поворота винта, рад Скорость перемещения гайки, м ° с ' ы ыРз ырз у = — = — 1 —. 2л 2л (7.11) Передаточное число готавливаются из углеродистых конструкционных Винты обычно (45, 50„ 65Г) или легированных марок (40Х, 40 Г, ГТ) с термообработко — от о й — н рмализации и улучшения до объемной или пове хностной.закалки.
изгот .Д отовления гаек применяют оловянистые Б Ф10-1, Б ОС4-4-4, БРОЦС6-6-3, а при малых скоростях бронзы марок БРОФ1 -, р и наг н рузках- антифрикционные чугуны марокА ношения для основ- Рассмотрим кинематические соот ного случая пре ра об зования вршцательного движения в поступательное.
Передаточное отношение, м ' Рис. 7,21 Типовая передача винт-гайка скольжения (рис. 7.21) состоит из винта 1, гайки 2 и направляющей 3, удерживающей гайку от проворачивания, При вращении винта обеспечивается прямолинейное поступательное перемещение гайки. Материалы винта и гайки должны составлять антифрикционную пару, обладать высокой износостойкостью. 292 Ув 2л710з72 "Ов 00в (7.12) Рзlт Рз Рз Ув — живя скорость вращения винта на окружности диаметгде в — окруж ром 0 (маховичок, рукоятка и пр,),м с ; У - скорость ре гайки, м.с '; 1 - время полного оборота винта, с; 0 — расчетный входной диаметр на винте (маховичка, рукоятки и пр.), м. КПД винтовой пары (733) 19 В "ал 1 (5 Рг) , (лн И - угол подъема винтовой линии, град1 293 Еа у И =— П в.п (7.21) „= (0,90-0,95) 105 тд( р + р') (7.14) М Е ! г(1+2 2 (722) 1/ 6 Рг Рг ! = й Ф 2л 2л (7.15) Угол поворота винта, рад, 3 2лЯ 2л3 Ф ! Рз Рз (7.16) 7.82.
Шариковинтовая передача Угловая скорость винта, с ' 2лУ 2лУ ю ! Р Рг (7.17) Передаточное число 1/ Рз/! Рз Ув 2" /!Ов/2 ч Оэ (7.18) КПД винтовой пары П пв = (090 095) 10!л !др (7.19) М = Еа — Гд(Р+р ) 2 (7.20) г 7 г(э — средний диаметр резьбы, м; р' = агс1д (!/соз ( и/2] — приведенный угол трения, град; ! — коэффициент трения скольжения; ц — угол профиля резьбы, град; для треугольной резьбы с = 60', для трапецеидальной - а = 30', для прямоугольной — Я = 0' .
С учетом дополнительных потерь в опорах КПД передачи винт- гайка скольжения Обычно КПД винтовой передачи находится в пределах П „= 0,25-0,70. Преобразование поступательного движения во вращательное возможно при р Р 2 р '. Передаточное отношение для этого случая, м, КПД передачи в этом случае принимает значения П пв = 0,45-0,70. Рассмотрим силовые соотношения. Вращающий момент, приложенный к винту, Н.м, где Е, — осевая сила, приложенная к поступательно движущейся гайке, Й. Мощность на ведущем винте, Вт, где у- скорость перемещения ведомой гайки, м ° с '. В случае нагружения гайки кроме осевой силы Е, а также и радиальной Ег на ведущем винте возникает дополнительный момент трения, Н.
м, где ! — коэффициент трения скольжения в резьбе; ! э - расстояние между точкой приложения радиальной нагрузки и ближайшим рабочим витком резьбы,м; (, — расстояние между крайними рабочими витками резьбы (рабочая база винтовой пары), м. Приближенно можно считать (., †= . Н, где Н - высота гайки, м (рис. 7.21). Передача винт-гайка качения предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот, поступательного во вращетельное. Будучи более сложной по конструкции и в изготовлении, чем винтовая передача скольжения, и обладая теми же достоинствами, она дополнительно отличается обратимостью, значительно большим КПД (до 0,9), меньшим износом„ большей точностью хода и повышенной долговечностью. Кроме того, в такой передаче может быть полностью выбран зазор и даже создан предварительный натяг, обеспечивающий высокую осевую жесткость Все это определило очень широкое применение шариковинтовых передач в приводных г ччщих механизмах роботов.
М = Р, — 'Р 19(6+ р„) (7.25) Ра У И "ап (7.26) П = я90-О9ч я(б +(, 7.8.3. Реечная передача (7.23) Типовая передача. винт-гайка качения (рис. 722) состоит из винта 1, гайки 2, стальных шариков 3, помещенных между рабочими винтовыми поверхностями винта и гайки, и направляющей 4. При вращении винта шарики, расположенные в винтовых канавках между поверхностями винта и гайки, перекатываются по ним и передают движение от винта к гайке, перемещающейся поступательна Поскольку скорость перемещения шариков отличается от скорости ведущего и ведомого звеньев, для обеспечения непрерывной циркуляции шариков концы рабочей части резьбы соединены возвратным каналом 5.
Замкнутую цепь шариков условно делят на активную (рабочая часть нарезки) и пассивную (возвратный канал) части. Активная часть обычно составляет 1 - 2,5 витка, так как при большем числе рабочих витков снижается КПД шариковинтовой пары из-за увеличения трения шариков друг о друга Профили резьбы шариковинтовой передачи могут быть треугольными, круглыми и круглыми с канавкой. Элементы шариковинтовых передач - шарики, винты и гайки -изготавливают из углеродистых легированных сталей марок ШХ15, ХВГ, 8ХВ, 9ХС, 18ХГТ, 12ХНЗА и др.
с объемной или поверхностной закалкой, азотированием или цементацией до очень высоких твердостей (НПС60 и выше). Рассмотрим кинематические соотношения для случая преобразования вращательного движения в поступательное Передаточное отношение ) величина перемещения гайки Я, скорость перемещения гайки у и передаточное число и определяются, как и для винтовой передачи, соответственно по формулам (7,9), (7.10), (7.11) и (7.12). КПД шариковинтовой пары где 8 — угол подъема винтовой линии по цилиндру диаметром 0ср,.
р „= агс(9 ((к l (0,5 бш )) — приведенный угол трения качения; 1„- приведенный коэффициент трения качения; ош — диаметр шарика, мм. Поскольку р„« В, то КПД шариковинтовой пары даже при малых углах подъема винтовой линии достигает 80 - 90 %. Преобразование поступательного движения во вращательное в шариковой винтовой паре практически возможно всегда, так как » 2 р„. В этом случае передаточное отношение /, угол поворота винта З~, угловая скорость винта ы и передаточное число и определяются, как и для винтовой передачи, соответственно по формулам (7.15), (7.16), (7.17) и (7.18). КПД шариковинтовой пары 19 ( 6 - Р к ) (7.24) Ч пв = (0,90-0,95) 19 и Рассмотрим силовые соотношения. Вращающий момент, приложенный к винту, Н м, где Š— осевая сила, Н; 0 - диаметр окружности, на которой раса полагаются центры шариков, мм.
Мощность на ведущем звене, Вт, Если ведомое звено, движущееся поступательно, нагружено кроме осевой также радиальной силой Р„то на ведущем винте возникает дополнительный момент трения, Н ° м, ср (. г г к 2 ЗЗ = Р 1 — (1+2 — 3), 1 г е Š— расстояние между точкой приложения радиальной наггд рузки и ближним рабочим витком, м; Е, — расстояние между крайними рабочими витками винтовой поверхности гайки, м (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
