工业机器人技术第4章.ppt
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1、第四章第四章 基本概念:基本概念:机器人结构简单,配套部件种类单一;机器人结构简单,配套部件种类单一;关键部件关键部件:谐波减速器(谐波减速器(哈默纳科哈默纳科)、)、RV减速器减速器(纳博特斯克纳博特斯克),占机械成本),占机械成本7080%。其他专业厂生产的功能部件:其他专业厂生产的功能部件:CRB轴承;轴承;同步带、同步带、滚珠丝杠、直线导轨滚珠丝杠、直线导轨(通用,数控课程介绍)(通用,数控课程介绍)。一、一、CRB轴承轴承vv要点要点要点要点交叉滚子轴承(交叉滚子轴承(Cross Roller Bearing)的简称;)的简称;能同时承受双向轴向、径向载荷,刚性好;能同时承受双向轴向
2、、径向载荷,刚性好;体积小、精度高、安装简单、调整方便;体积小、精度高、安装简单、调整方便;缺点:允许转速低;缺点:允许转速低;适合机器人高刚性、低转速要求。适合机器人高刚性、低转速要求。vv性能比较性能比较性能比较性能比较深沟深沟角接触角接触R 球轴承(球轴承(ball bearing)转速最高、使用最广;转速最高、使用最广;有深沟、角接触两种结构;有深沟、角接触两种结构;深沟:深沟:普通应用,只能承受径向力;普通应用,只能承受径向力;角接触:角接触:可承受径向力、单向轴向力;可承受径向力、单向轴向力;双向载荷需要双向载荷需要2个以上组合使用(数个以上组合使用(数控机床大量使用)。控机床大量
3、使用)。R 滚针轴承(滚针轴承(needle bearing)刚性好、外径小、转速低;刚性好、外径小、转速低;有圆柱、圆锥两种结构;有圆柱、圆锥两种结构;圆柱:圆柱:普通应用,只能承受径向力;普通应用,只能承受径向力;圆锥:圆锥:可承受径向力、单向轴向力;双向载荷需要可承受径向力、单向轴向力;双向载荷需要2个以个以上组合使用。上组合使用。圆柱圆柱圆锥圆锥R CRB 相当于相当于2个圆锥滚针轴承的组合,可同时承受径向力和个圆锥滚针轴承的组合,可同时承受径向力和双向轴向力。双向轴向力。内圈内圈分割分割外圈外圈分割分割 有内圈分割、外有内圈分割、外圈分割两种结构。圈分割两种结构。分割:分割:用于滚子
4、用于滚子的间隙调整(称为:的间隙调整(称为:轴承预载轴承预载)。)。vvCRBCRB安装安装安装安装 安装方式:安装方式:压圈固定,或:压圈压圈固定,或:压圈 +螺钉固定。螺钉固定。调整压圈调整压圈固定压圈固定压圈固定螺钉固定螺钉调整压圈调整压圈调整压圈调整压圈固定螺钉固定螺钉vvCRBCRB精度等级精度等级精度等级精度等级ISO:0 6 5 4 2DIN:P0 P6 P5 P4 P2JIS:0 6 5 4 2ANSI:1 3 5 7 9GB(新)(新):0 6 5 4 2GB(旧)(旧):G E D C B 精度精度高高低低 P72、表、表4.1-2 练一练练一练:自学自学4.1.3节,完成
5、节,完成P109,练习一(,练习一(1)(6););练习二练习二(1)、()、(2)二、谐波减速器二、谐波减速器1.基本概念基本概念vv要点要点要点要点美国美国C.W.Musser(马瑟)(马瑟)1955年发明年发明;日本日本Harmonic Drive System(哈默纳科)是全球(哈默纳科)是全球最早、最大、最著名,最早、最大、最著名,几乎唯一几乎唯一的生产企业;国内的生产企业;国内已有已有产品产品,但性能,但性能差距十分大差距十分大。全称谐波齿轮传动装置(全称谐波齿轮传动装置(Harmonic gear drive););谐波齿轮传动装置可用于减速,也可用于升速;谐波齿轮传动装置可用于
6、减速,也可用于升速;在机器人上,总是用于减速,故称谐波减速器;在机器人上,总是用于减速,故称谐波减速器;是目前减速比最大(可达是目前减速比最大(可达320)的减速器。)的减速器。概念辨析:速比、传动比、减速比概念辨析:速比、传动比、减速比vv概念辨析(概念辨析(概念辨析(概念辨析(非常重要非常重要!)R速比速比 国外(如日本)常用术语国外(如日本)常用术语 速比速比=输出转速输出转速/输入转速输入转速 减速器减速器的的“速比速比”总是总是小于小于1。R传动比传动比 国内常用术语国内常用术语 传动比传动比=输入转速输入转速/输出转速输出转速 减速器减速器的的“传动比传动比”总是总是大于大于1。R
7、减速比减速比 国内、外通用术语国内、外通用术语 减速比减速比=输入转速输入转速/输出转速输出转速 减速器减速器的的“减速比减速比”总是总是大于大于1。2.结构与结构与原理原理vv基本结构基本结构基本结构基本结构 非常简单,非常简单,只要只要刚轮、柔轮、谐波发生器刚轮、柔轮、谐波发生器3个部件个部件。谐波发生器谐波发生器柔轮柔轮刚轮刚轮R刚轮刚轮(Circular Spline)有连接孔的有连接孔的刚性内齿圈刚性内齿圈;齿数比柔轮略多(一般多齿数比柔轮略多(一般多2或或4个);个);有时直接加工在有时直接加工在CRB轴承上(单元型减速器)。轴承上(单元型减速器)。R柔轮柔轮(Flex Splin
8、e)薄壁金属薄壁金属弹性外齿圈弹性外齿圈,减速器,减速器关键部件关键部件;齿形与刚轮相同,齿数比刚轮少齿形与刚轮相同,齿数比刚轮少2或或4个);个);柔轮可以制成类似水杯(柔轮可以制成类似水杯(Cup)、礼帽()、礼帽(Silk Hat)、薄饼(、薄饼(Pancake)等形状。)等形状。R谐波发生器谐波发生器(Wave Generator)内芯内芯为椭圆凸轮,为椭圆凸轮,外圈外圈为弹性薄壁滚珠轴承;为弹性薄壁滚珠轴承;凸轮与输入轴可采用凸轮与输入轴可采用柔性联轴器、刚性法兰柔性联轴器、刚性法兰连接。连接。vv变速原理变速原理变速原理变速原理 观看视频;参见观看视频;参见P76、图、图4.2-2
9、。谐波发生谐波发生器回转器回转柔轮一齿、一柔轮一齿、一齿与刚轮啮合齿与刚轮啮合 由于柔轮、刚轮只能一齿一齿啮合,如柔轮齿数由于柔轮、刚轮只能一齿一齿啮合,如柔轮齿数少于刚轮,回转一圈后,少于刚轮,回转一圈后,柔轮基准齿将偏移刚轮基准齿柔轮基准齿将偏移刚轮基准齿一个齿差一个齿差(2或或4齿)。齿)。结论:结论:可将谐波发生器(输入)的可将谐波发生器(输入)的360回转变成柔回转变成柔轮(输出)一个齿差的偏转,输出轮(输出)一个齿差的偏转,输出/输入速比为:输入速比为:i=(Z c Z f)/Z f Z c:刚轮齿数;刚轮齿数;Z f:柔轮齿数柔轮齿数 定义定义:基本减速比基本减速比 R=1/i=
10、Z f/(Z c Z f)以符号以符号“-”表示输出与输入表示输出与输入转向相反转向相反。典型应用:典型应用:速比速比 i=-1/R减速比:减速比:-R速比速比 i=1/(R+1)减速比:减速比:R+1谐波谐波发生发生器输器输入入谐波谐波发生发生器输器输入入刚轮固定刚轮固定刚轮输出刚轮输出柔轮输出柔轮输出柔轮固定柔轮固定vv主要特点主要特点主要特点主要特点承载能力强、传动精度高。承载能力强、传动精度高。基本概念基本概念:同时啮合的齿数越多,承载能力越强、同时啮合的齿数越多,承载能力越强、传动精度越高。传动精度越高。普通齿轮:普通齿轮:同时啮合齿同时啮合齿12对(对(27%),传动精度),传动精
11、度61510-4rad;谐波减速器:谐波减速器:同时啮合齿数十对(同时啮合齿数十对(30%),传动精度),传动精度1.5410-4rad。数控机床回转轴精度:数控机床回转轴精度:210-5rad。非常重要非常重要!1 arc min=1/60=2.9110-4rad 1 arc sec=1/3600=4.8510-6rad 传动比大,但传动效率较低传动比大,但传动效率较低。基本概念基本概念:普通齿轮:普通齿轮:传动比传动比810,传动效率,传动效率9098%;谐波减速器:谐波减速器:传动比传动比30320,传动效率,传动效率4090%;重要!重要!提高减速比、工作温度和输出转矩,可提高效率。提
12、高减速比、工作温度和输出转矩,可提高效率。结构简单,体积小、重量轻、使用寿命长。结构简单,体积小、重量轻、使用寿命长。只有只有3个零件,寿命个零件,寿命700010000h(哈默纳科)(哈默纳科)传动平稳,无冲击、噪声小传动平稳,无冲击、噪声小,安装调整方便,安装调整方便。对材料(特别柔轮)要求极高。对材料(特别柔轮)要求极高。国产谐波减速器还远远达不到国产谐波减速器还远远达不到7000h。3.可选结构可选结构 柔轮形状、输入连接方式柔轮形状、输入连接方式可选。可选。vv柔轮柔轮柔轮柔轮形状形状 水杯形水杯形(Cup type)礼帽形礼帽形(Silk Hat type)薄饼形薄饼形(Panca
13、ke type)R水杯形水杯形(Cup type)外径小、刚性好;外径小、刚性好;不能为不能为“中空中空”结构,对连接面要求较高。结构,对连接面要求较高。R礼帽形(礼帽形(Silk Hat type)端面敞开、安装方便,对连接面要求较低;可采用端面敞开、安装方便,对连接面要求较低;可采用“中空中空”结构;结构;外径大、刚性较差外径大、刚性较差。R 薄饼形薄饼形(Pancake type)超薄型减速器特殊结构,可大大减少轴向尺寸;超薄型减速器特殊结构,可大大减少轴向尺寸;不能直接固定或连接负载,必须使用第不能直接固定或连接负载,必须使用第2刚轮刚轮;承载能力强,安装要求特殊,连续工作要求油润滑承
14、载能力强,安装要求特殊,连续工作要求油润滑(脂润滑:脂润滑:减速器平均输入转速、负载率减速器平均输入转速、负载率ED%10%、运行时间、运行时间 10min)。)。vv输入连接方式输入连接方式输入连接方式输入连接方式 可选可选柔性轴孔(带联轴器)、刚性轴孔、刚性法兰。柔性轴孔(带联轴器)、刚性轴孔、刚性法兰。柔性轴孔柔性轴孔刚性轴孔刚性轴孔刚性法兰刚性法兰凸轮凸轮轴承轴承轴套轴套联轴器联轴器轴承轴承凸轮凸轮R柔性轴孔柔性轴孔(标准结构标准结构)输入轴与轴套孔采用平键连接、轴套与凸轮通过奥输入轴与轴套孔采用平键连接、轴套与凸轮通过奥尔德姆联轴器(尔德姆联轴器(Oldmans Coupling)连
15、接;连接;具有偏心自动调整功能,对输入轴和减速器的同轴具有偏心自动调整功能,对输入轴和减速器的同轴度要求低;度要求低;联轴器存在间隙,不能为联轴器存在间隙,不能为“中空中空”结构。结构。奥尔德姆联轴器(十字滑块联轴器)原理奥尔德姆联轴器(十字滑块联轴器)原理输入输入十字滑块十字滑块输出输出R刚性轴孔刚性轴孔连接轴孔直接加工在凸轮体上,输入轴与凸轮采用连接轴孔直接加工在凸轮体上,输入轴与凸轮采用平键连接;平键连接;不能为不能为“中空中空”结构;结构;刚性、无间隙连接,不具备自动调心功能。刚性、无间隙连接,不具备自动调心功能。R刚性法兰刚性法兰连接面、孔直接加工在凸轮体上,输入轴与凸轮用连接面、孔
16、直接加工在凸轮体上,输入轴与凸轮用法兰(内孔、端面定位)连接、螺钉固定;法兰(内孔、端面定位)连接、螺钉固定;输入轴可为输入轴可为“中空中空”结构;结构;刚性、无间隙连接,不具备自动调心功能。刚性、无间隙连接,不具备自动调心功能。4.产品型式产品型式vv部件型部件型部件型部件型(Component typeComponent type )只提供刚轮、柔轮、谐波发生器只提供刚轮、柔轮、谐波发生器3个部件;个部件;规格全、价格低、使用灵活;规格全、价格低、使用灵活;减速器需用户现场安装,装配要求高;减速器需用户现场安装,装配要求高;支承柔轮的输出轴承需用户设计、安装;支承柔轮的输出轴承需用户设计、
17、安装;需用户充填润滑脂、维护工作量大;需用户充填润滑脂、维护工作量大;柔轮形状、输入连接方式可选。柔轮形状、输入连接方式可选。常用产品常用产品:标准水杯形、标准礼帽形、标准博饼形。标准水杯形、标准礼帽形、标准博饼形。R标准水杯形(标准水杯形(P82、图、图4.2-7)标准结构;柔轮为水杯形,输入为柔性轴孔连接。标准结构;柔轮为水杯形,输入为柔性轴孔连接。刚轮刚轮凸轮凸轮轴套轴套柔轮柔轮输入轴输入轴平键平键R标准礼帽形标准礼帽形(P83、图、图4.2-8)标准结构;柔轮为礼帽形,输入为柔性轴孔连接。标准结构;柔轮为礼帽形,输入为柔性轴孔连接。刚轮刚轮凸轮凸轮轴套轴套柔轮柔轮输入轴输入轴平键平键R
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