1、2.4四、液压与气压传动简介2.3三、机械运动及机构2.2二、机械传动的分类及应用2.1 一、工业机器人机械及机械传动基础第2章 工业机器人机械零件与机构工业机器人机械零件与机构 机械零件与机构是机械产品中最重要的组成部分机械零件与机构是机械产品中最重要的组成部分,也是工也是工业机器人中不可缺少的。通过本章的学习业机器人中不可缺少的。通过本章的学习,了解在工业机器人了解在工业机器人领域所涉及到的机械及机械传动基础知识，了解基本的机械领域所涉及到的机械及机械传动基础知识，了解基本的机械零件与典型机构零件与典型机构,为接下来的学习打好基础。为接下来的学习打好基础。2.1.12.1.1认识机械认识机
2、械 所谓机械，就是将具有一定强度的物体组合起来，接受外界提供的能量，按照人们的预想要求实现确定的相对运动，从而完成某些有效的工作的装置。工业机器人的运动离不开多种机械零件和机械传动，因此，需要认真学习相关的机械基础知识。1.1.机械机械机械是能够帮助人们降低工作难度或省力的工具装置，是机器与机构的总称。（1）机械的四个组成部分： 1）输入部分输入部分 接受能量、物质和信息的部分。2）转换和传动部分转换和传动部分 将接受的能量、物质和信息等传递给其他机械或者转换成其他形式的部分。3）输出部分输出部分 直接完成指定工作的部分。4）安装固定部分安装固定部分 使机械上的各个部分保持确定的位置的部分。
3、（2 2）机械所具有三个特征：）机械所具有三个特征：1、由多个构件组成；2、各构件间有确定的相对运动关系；3、能做功或进行能量转换。2.2.机构与构件机构与构件（1 1）机构）机构 以传递运动或变换运动为目的，由若干个运动副组成具有运动的系统称为机构。机构有二个条件：1）人为实体的组合；2）实体之间又具有确定的相对运动。机构由原动件、从动件、机架三部分组成。2.2.机构与构件机构与构件（2 2）构件）构件 机器中运动的基本单元。（3 3）运动副）运动副 机械和仪器等都是由许多构件组成，各个构件互相接触并做相对运动，两构件之间能产生某些相对运动的活动连接称为运动副。 根据运动副中两构件的基础形式
4、不同，运动副可分为低副和高副。（1 1）低副）低副 低副是指两构件以面接触的运动副。按两构件的相对运动形式，低副可分为转动副、移动副、螺旋副。（2 2）高副）高副 高副是指两构件以点或线接触的运动副。 1.机构运动简图 用规定的简单线条和符号代表构件和运动副，按比例尺定出运动副的位置，准确表达机构运动特征的简单图形。机构运动简图一定要按比例尺绘制，否则只能称之为机构示意图。其作用是：能反映各个构件之间的连接关系、运动关系。2. 常见的机构运动简图符号常见的机构运动简图符号见表2-1所示。具体的可查阅GB4460-1984 机械运简图符号，进行学习和了解。2.1.22.1.2认识机械运动简图认识
5、机械运动简图1.1.零件与部件零件与部件（1）零件 机器中最小的制造单元；如螺钉。（2）部件 一套协同工作且完成共同任务的零件组合；如轴承。（3）通用机械零、部件 机械由许多零件、部件组成，在这些零件、部件中，有螺栓、螺母、轴、齿轮和弹簧等零件、部件。在各种机械中基本都会用到这些零件、部件，统称为通用机械零、部件。（4）专用零件 仅在特定类型机器中使用的零件；如：活塞、曲轴。2.1.32.1.3认识通用机械零件与部件认识通用机械零件与部件2.2.机械零件的分类机械零件的分类机械零件通常可按用途分类如下：连接件:螺栓、螺母等。轴用件：轴、联轴器、轴承和键等。传动件：齿轮、V带、链和凸轮等。制动器
6、与缓冲件：制动器和弹簧等。管件：管、管接头和阀等。小结：小结： 本节主要介绍了机械、机构和构件的概念及应用，零件、部件的概念及常用的典型结构类型；详细介绍了常用机械零件的作用；简单介绍了机器人结构分类及机械运动简图。 机械传动在机械工程中应用非常广泛机械传动在机械工程中应用非常广泛, ,机械传动有多种形式。机械传动有多种形式。按受力分，可分为柔性传动和刚性传动。通常按机件间运动形式按受力分，可分为柔性传动和刚性传动。通常按机件间运动形式分为两类：分为两类： （1）靠机件间的摩擦力传递动力和运动的摩擦传动，包括带传动、绳传动和摩擦轮传动等。摩擦传动容易实现无级变速,适用于轴间距较大的传动场合,过
7、载打滑还能起到缓冲和保护传动装置的作用，但这种传动一般不能用于大功率的场合，也不能保证准确的传动比。（2）靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动的啮合传动，包括齿轮传动、链传动、螺旋传动和谐波传动等。啮合传动能够用于大功率的场合，传动比准确，但一般要求较高的制造精度和安装精度。基本产品分类：减速机、制动器、离合器、连轴器、无级变速机、丝杠、滑轨等。 1. 1.机械传动的分类机械传动的分类 机械传动的形式很多，门类繁多，本书以常见的机械传动进行分类，具体见表机械传动的分类。2.2.12.2.1常见机械传动及工作原理常见机械传动及工作原理机械传动柔性传动刚性传动摩擦传动啮合传动啮合传动
8、摩擦轮传动带传动同步带传动链传动齿轮传动蜗杆传动螺旋传动平带传动圆带传动V带传动多楔带传动圆柱齿轮传动圆锥齿轮传动齿轮齿条传动人字齿轮传动圆柱蜗杆环面蜗杆锥面蜗杆滑动螺旋静压螺旋滚动螺旋 2. 2.常见机械传动及工作原理常见机械传动及工作原理（1 1）摩擦轮传动）摩擦轮传动 1 1） 摩擦轮传动的工作原理摩擦轮传动的工作原理 利用两轮直接接触所产生的摩擦力来传递运动和动力的一种机械传动。如图所示。在正常传动时，主动轮依靠摩擦力的作用带动从动轮转动，并保证两轮面的接触处有足够大的摩擦力，使主动轮产生的摩擦力矩足以克服从动轮上的阻力矩。2 2）传动特点及应用）传动特点及应用 摩擦轮传动结构简单，使
9、用维修方便，传动时噪声小，并可在运转中变速、变向；传动效率较低，不宜传递较大的转矩，主要适用于两轴中心距较近的传动及高速小功率传动的场合。（2 2）带传动）带传动 带传动是依靠带与带轮之间的摩擦来传递运动和动力，可分为平带传动、圆带传动、V带传动、多楔带传动和同步带传动，如图所示,常见带传动类型所示。(a)平带传动 (b)圆带传动 (c)V带传动 (d)多楔带传动 （e)同步带传动1 1）带传动的工作原理）带传动的工作原理 带传动是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动。如图所示，把一根或几根闭合成环形的带张紧在主动轮D1和从动轮D2上，使带与带轮之间的接触面产生正压力（或同
10、步带与两同步带轮上的齿相啮合），当主动轴O1带动主动轮D1回转时，依靠带与两带轮接触面之间的摩擦力（或齿的啮合）使从动轮D2带动从动轴O2回转，实现两轴间运动和动力的传递。2 2）传动特点及应用）传动特点及应用 带传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低廉、不需润滑、维护容易等特点，在近代机械传动中应用十分广泛，如图所示输送带。 摩擦型带传动能过载打滑、运转噪声低，但传动比不准确；同步带传动可保证传动同步，无滑动，可获得恒定的速比，传动平稳、能吸震、噪声小、传动比大。带传动除用以传递动力外，有时也用来输送物料、进行零件的整列，在工业机器人应用系统中应
11、用广泛等。图 输送带 3 3）同步带的应用）同步带的应用 周步带一般以钢丝绳或玻璃纤维为强力层，外面覆着聚氨酯或氯丁橡胶的环形带，带的内周制成齿状。 同步带传动机构是在带的内侧和带轮外圆周上加工出与齿轮相似的齿形，完全由齿形啮合来传动，能实现同步运转；与齿轮相比，具有噪声小、不需要润滑，适用于轴间距较大的轻载传动。但同步带传动机构的造价比V带传动机构高出15-20倍。同步带的齿形分梯形带和弧齿带两类，其中弧齿同步带又有多种系列。（3 3）链传动）链传动 1 1）链传动的工作原理）链传动的工作原理 链传动是由链条和具有特殊齿形的链轮组成的传递运动和（或）动力的传动，是一种具有中间挠性件（链条）的
12、啮合传动。 图图 链传动链传动1-1-主动链主动链 2- 2-从动链轮从动链轮 3- 3-链条链条2 2）传动特点及应用）传动特点及应用 链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高;传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。 链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。（4 4）绳索传动）绳索传动 1 1）绳索传动的工作原理）绳索传动的工作原理 绳索传动是依靠
13、紧绕在槽滑轮上的绳索与槽轮间的摩擦力来传递动力和运动的机械传动。 2 2）传动特点及应用）传动特点及应用 绳索传动常用于起重机、电梯、索道等设备中。绳索与齿轮和带、链传动相比价格便宜，结构极简单易造，成本极低，尤其是传递超大功率时更显优越。适用于在较长的工作环境下传递力矩。1.1.齿轮的工作原理及分类齿轮的工作原理及分类 齿轮传动是由若干齿轮啮合，用于传递平行轴间动力和运动的一种机械传动, 按轮齿与齿轮轴线的相对关系。2.2.2 2.2.2 齿轮工作原理及其应用齿轮工作原理及其应用2.2.标准直齿圆柱齿轮各部分名称及主要参数标准直齿圆柱齿轮各部分名称及主要参数 （1 1）标准直齿圆柱齿轮的基本
14、参数）标准直齿圆柱齿轮的基本参数 1、齿数z 在齿轮整个圆周上均匀分布的轮齿总数称为齿数，用z表示。 2、齿形角 齿轮渐开线齿廓上某点的法线与该点速度方向所夹的锐角称为齿形角，用“”表示。也称为压力角。国标规定渐开线圆柱齿轮分度圆上的齿形角为标准值，即=20。 3、模数m 齿距除以圆周率所得的商称为模数，用m表示，单位为mm。模数是齿轮几何尺寸计算中最基本的一个参数，模数的大小反映轮齿的大小。模数越大，轮齿越大，齿轮所能承受的载荷就越大；反之，模数越小，轮齿越小，齿轮所能承受的载荷也就越小。3.3.齿条在机器人中的应用齿条在机器人中的应用 由齿轮齿条组成，是机械传动中应用最广的一种传动形式。齿
15、条传动时齿条的齿廓为直线而非渐开线（对齿面而言则为平面），相当于分度圆半径为无穷大圆柱齿。1.1.螺旋传动螺旋传动 螺旋传动是利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。主要用于将主动件的回转运动转换为从动件的直线运动的场合。按作用分：传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋；按摩擦类型分滑动螺旋传动、静压螺旋传动、滚动螺旋传动。三三、螺旋与蜗杆传动螺旋与蜗杆传动 静压螺旋传动是螺纹工作面间形成液体静压油膜润滑的螺旋传动,用滚动体在螺纹工作面间实现滚动摩擦的螺旋传动，又称滚珠丝杠传动.滚动体通常为滚珠，也有用滚子的。2. 2. 蜗杆传动蜗杆传动 蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两
16、轴线间的夹角可为任意值，常用的为90。通常，蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。蜗杆传动用于在交错轴间传递运动和动力，减速比大，但不能实现由输出轴到输入轴的逆向传动。 蜗杆传动具有结构紧凑、传动比大、承载能力大、传动平稳、无噪声、能自锁等优点，不足的是其传动效率较低，且蜗轮制造成本较高，主要用于减速装置。 在机器人中保证运动顺滑进行的连接机构叫关节，关节可分为转动和直动，前面已经介绍过了与转动关节有关的内容，在这里主要讲解的直动关节。1.1.直动关节直动关节 直动关节是由直线运动机构和为其全程导向的直线导轨构成。导轨有滑动导轨、滚动导轨、静压导轨和磁悬浮导轨等，在工业机器人上大量应用的是滚动导轨。 2
17、.2.42.2.4直线导轨直线导轨（1 1）直线导轨滚动体和导轨的分类：）直线导轨滚动体和导轨的分类：1）按形状分：分圆轴形、平板形和轨道形。2）按有无滚动体的循环分：分为循环式和非循环式3）按滚动体分：滚珠、滚子和滚针。按装滚珠的导轨适用于轻、中型载荷，且需要摩擦小的场合；安装滚子的滚动导轨刚性大，适用于载荷较大的场合。模块化的直线导轨的组合应用已广泛应用于工业机器人产品中。图2-28所示,常见模块化直线导轨组合。1.轴 轴是机器中的重要零件之一，其主要功能是传递运动和动力，同时支承回转零件（如齿轮、带轮、链轮等）、传递运动和转矩，承受载荷，以及保证装在轴上的零件具有确定的工作位置和具有一定
18、的回转精度。（1 1）轴的分类及应用）轴的分类及应用1）按照轴线形状不同，轴分为直轴、曲轴和软轴。2）直轴按承受载荷的不同，可分为转轴、心轴和传动轴。2.2.5 2.2.5 轴和轴承及应用轴和轴承及应用（2 2）轴的结构及轴上零件的固定）轴的结构及轴上零件的固定1 1）轴的结构）轴的结构在实际使用中，轴上往往需要安装零件，因此轴多数情况下做成阶梯形。2 2）轴上零件的固定）轴上零件的固定轴上零件的固定方式有两种，即轴向固定和周向固定。（1 1）滚动轴承）滚动轴承1 1、滚动轴承的基本结构、滚动轴承的基本结构滚动轴承的组成包括外圈、内圈、滚动体和保持架。2.轴承 用于确定轴与其他零件相对运动位置
19、并起支承和导向作用的零（部）件称为轴承。轴承是支承轴的零件或部件。按照轴承与轴工作表面间摩擦性质的不同，轴承可分为滑动轴承和滚动轴承两大类。内圈 通常装在轴上，并与轴一起旋转。外圈 通常装固定在支架上。滚动体 在内、外圈的滚道内滚动，其有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子、球面滚子等多种。保持架 将轴承中的一组滚动体等距离地隔开，引导并保持滚动体的在滚道上运动。 2、滚动轴承的主要类型滚动轴承的主要类型按轴承滚动体类型分类，分为球轴承和滚子轴承；按轴承所受载荷分类，分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承；按轴承类型分类，分为深沟球轴承、圆柱滚子轴承、推力球轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承、调心球轴承。
20、（2 2）滑动轴承）滑动轴承 滑动轴承是依靠主要元件间的滑动接触来支承转动零件的，其摩擦力较大，使用维护比较复杂，在多数设备中常被滚动轴承所替代。但由于滑动轴承具有结构简单，制造、装拆方便，耐冲击，吸振性好，运动平稳，旋转精度高，使用寿命长等优点，所以广泛的应用。1 1、 滑动轴承的分类滑动轴承的分类滑动轴承一般由轴瓦和轴承座构成。根据承受载荷的方向不同，滑动轴承可分为向心滑动轴承（主要承受径向载荷）和推力滑动轴承（主要承受轴向载荷）两大类。常用向心滑动轴承的结构有整体式和剖分式两种。小结：小结： 本节主要介绍了轴的结构特点、轴上零件的轴向和周向固定方式，介绍了轴承的作用分类，介绍了滚动轴承的
21、结构特点及类型，并简单介绍了滑动轴承的作用。 工业机器人的主体结构是机械系统，一般由一系列连杆、关节或其他形式的运动副所组成。机械系统通常包括机座、立柱、腰关节、臂关节、腕关节和手爪等，构成一个多自由度的机械系统。如果工业机器人的机身具备行走机构便构成行走机器人；如果机身不具备行走及腰转机构，则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端执行器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是两手指或多手指的手爪，也可以是喷漆枪、焊枪等作业工具。要了解复杂的机械运动，先来了解工业机器人常用机构的种类与形式。 齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。它是由主动齿轮、从动齿轮和机架所组成的高副
22、机构，通过一对对轮齿的依次啮合来传递两轴之间的运动和动力的。 与其它传动机构相比，齿轮机构的优点是：结构紧凑、工作可靠、传动平稳、效率高、寿命长、能保证恒定的传动比，而且其传递的功率和适用的速度范围大。齿轮机构的制造、安装费用高、低精度齿轮传动的噪声大，不适合距离较大的两轴间的运动传递。工业机器人设计时，采用高速伺服电机与减速器组合的形式是比较常见的。减速机是工业机器运动的关键部件。2.3.1 2.3.1 齿轮机构齿轮机构1.1.减速机减速机 减速机是将转速（或速度）降低的机械产品，也可以认为是力矩（或力）的放大机。与减速机相连的电机输出功率为转速与转矩之积。功率一定时，如果转速n降低，则输出
23、转矩增加。其关系式为： P=2nT/601000其中：P为电机的输出功率(kW)；T为转矩（Nm）；n为转速(r/min)。2.2.典型的减速机构典型的减速机构（1 1）直齿圆柱齿轮减速机）直齿圆柱齿轮减速机 这种减速机能够在减速的同时传递较大的力矩，在工业机器人上用的非常多，但这种减速机不适用于大减速比的情况。（2 2）谐波减速器）谐波减速器 谐波齿轮减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器。谐波齿轮传动（简称谐波传动），它是依靠柔性零件产生弹性机械波来传递动力和运动的一种行星齿轮传动。广泛应用机器人领域。 谐波减速器由固定的(内齿圈)刚轮、(激波器)波发生器、(柔轮)柔性外齿圈
24、（可弹性变形）三个基本零件构成，其特点如下：1、减速比高 单级同轴可获得1/301/320的高减速比。结构构造简单，却能实现高减速比装置。2、齿隙小 Harmonic Drive不同于与普通的齿轮啮合，齿隙极小，该特长对于控制器领域而言是不可或缺的要素。3、精度高 多齿同时啮合，并且有两个180度对称的齿轮啮合，因此齿轮齿距误差和累积齿距误差对旋转精度的影响较为平均，使位置精度和旋转精度达到极高的水准。4、零部件少、安装简便 三个基本零部件实现高减速比，而且它们都在同轴上，所以套件安装简便，造型简捷。5、体积小、重量轻 与以往的齿轮装置相比，体积为1/3，重量为1/2，却能获得相同的转矩容量和
25、减速比，实现小型轻量化。6、转矩容量高 柔轮材料使用疲劳强度大的特殊钢。与普通的传动装置不同，同时啮合的齿数占总齿数的约30%，而且是面接触，因此使得每个齿轮所承受的压力变小，可获得很高的转矩容量。7、效率高 轮齿啮合部位滑动甚小，减少了摩擦产生的动力损失，因此在获得高减速比的同时，得以维持高效率，并实现驱动马达的小型化。8、噪音小 轮齿啮合周速低，传递运动力量平衡，因此运转安静，且振动极小（3 3）RVRV减速器减速器 RV传动是新兴起的一种传动，它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的，不仅克服了一般针摆传动的缺点，而且因为具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传
26、动平稳等一系列优点。 RV减速器是由摆线针轮和行星支架组成以其体积小，抗冲击力强，扭矩大，定位精度高，振动小，减速比大等诸多优点被广泛应用于工业机器人，机床，医疗检测设备，卫星接收系统等领域。它较机器人中常用的谐波传动具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命，而且回转精度稳定 ，RV减速器有逐渐取代谐波减速器的发展趋势。1.1.平面铰链四杆机构平面铰链四杆机构（1 1）铰链四杆机构的组成）铰链四杆机构的组成 平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副相互连接而组成的同一平面或相互平行平面内运动的机构。构件间用四个转动副相连的平面四杆机构，称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构。 2.3.2 2.3.
27、2 连杆传动连杆传动铰链四杆机构中，固定不动的构件称为机架，构件中不与机架相连的构件称为连杆，与机架用低副相连的构件称为连架杆。曲柄-与机架用转动副相连且能绕该转动副轴线整圈旋转的构件。摇杆-与机架用转动副相连但只能绕该转动副轴线摆动的构件。（2 2）铰链四杆机构的基本类型）铰链四杆机构的基本类型 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将四杆机构分为3种基本型式。四杆机构的各类及典型应用见表2-9所示。种类典型应用 曲柄摇杆机构 颚式粉碎机构 双曲柄机构 惯性筛机构双摇杆机构机车车轮联动机构表表2-9 2-9 四杆机构的各类及典型应用四杆机构的各
28、类及典型应用2.2.铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化（1 1）曲柄滑块机构）曲柄滑块机构 曲柄滑块机构是具有一个曲柄和一个滑块的平面四杆机构，是由曲柄摇杆机构演化而来的。曲柄滑块机构广泛应用在活塞式内燃机、空气压缩机、冲床等机械中。（2 2）导杆机构）导杆机构 导杆是机构中与另一运动构件组成移动副的构件。连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆机构。 导杆机构可以看成是改变曲柄滑块机构中固定件的位置演化而成。导杆机构分曲柄导杆机构与曲柄滑块机构两种。导杆机构分曲柄导杆机构与曲柄滑块机构两种。1 1、 曲柄导杆机构曲柄导杆机构当机架1的长度小于杆2的长度时，主动件杆2与从动杆（导杆
29、）4均可作整周回转，即为曲柄导杆机构。2 2、 摆动导杆机构摆动导杆机构当机架1的长度大于杆2的长度时，主动杆做整周回转，从动杆只能做往复摆动，即为摆动导杆机构。常用于牛头刨床当中。3 3、曲柄摇块机构、曲柄摇块机构 当取杆2为固定件（机架）时，即可能到的曲柄摇块机构，摇块机构广泛应用于自动卸料装置中和抽水机。1.1.凸轮机构凸轮机构（1 1）凸轮机构的组成）凸轮机构的组成 凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。凸轮具有曲线轮廓或凹槽，作连续的等速转动、摆动或往复移动，使从动件获得预期的运动规律。（2 2）凸轮机构的基本类型和应用）凸轮机构的基本类型和应用 凸轮机构的类型繁多，其基
30、本类型可由凸轮和从动件的不同形状和运动形式来区分。2.3.3 2.3.3 凸轮与间隙机构凸轮与间隙机构1 1、 按凸轮形状的运动形式分按凸轮形状的运动形式分 按凸轮形状和运动形式的不同，凸轮机构可分为盘形凸轮机构、移动凸轮机构和圆柱凸轮机构。2 2、按从动件的形状和运动形式分、按从动件的形状和运动形式分 根据从动件的端部结构形状的不同，凸轮机构可分为尖顶式凸轮机构，滚子式凸轮机构和平底式凸轮机构；根据从动件的运动形式，凸轮机构可分为移动式凸轮机构和摆动式凸轮机构。 凸轮机构结构简单、紧凑，工作可靠，可以使从动件按各种预期的运动规律运动，它广泛应用在各种机器，如内燃机、轻纺机械、动力机械、自动车
31、床及各种电器上。但是，凸轮和从动件之间容易磨损，所以凸轮机构多用在传递动力不大的场合。2.2.间歇机构间歇机构 自动或半自动机械中，常常需要某些机构在原动件做连续运动时，从动件做周期性的运动和停歇，即间歇运动。 间歇运动在形式上可分为间歇转位运动(分度运动)和直线间歇进给运动两类；根据运动过程中停歇时间的规律，间歇运动又可分为周期性和非周期性两类。常用的间歇运动机构有:棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、星轮机构、曲柄导杆机构等。（1 1）棘轮机构）棘轮机构 含有棘轮和棘爪的间歇结构称为棘轮机构。棘轮是具有齿形表面或摩擦表面的轮子，由棘爪推动作步进运动。棘爪是在两个构件之间的一种爪形中介构件，
32、用以阻止上述两个构件在某一个方向的相对运动。常用的棘轮机构有齿式棘轮机构和摩擦棘轮机构。 棘轮机构结构简单、运动可靠，可灵活调节棘轮动、停时间，但在工作过程中，棘轮与棘爪接触和分离的瞬间存在刚性冲击，运动平稳性较差。齿式棘轮机构不适于高速传动，常用于主动件速度不大、从动件形成需要改变的场合。如牛头刨床的横向进给机构、自行车后轴的齿式棘轮超越机构、防逆转棘轮机构等。摩擦棘轮机构传递运动平稳、无噪声，但易于产生打滑而使传动精度不高，常用作超越离合器。（）槽轮机构（）槽轮机构 槽轮机构一般由带圆销的曲柄（或拨盘）、具有径向槽的槽轮和机架组成。槽轮机构分为外啮合和内啮合两种。 结构简单，工作可靠，机械
33、效率高，能准确控制槽轮转角；槽轮转角大小不能调节，适用于转速不高的间歇运动场合。如电影放映机的卷片机构、刀架转位机构等。（）不完全齿轮机构（）不完全齿轮机构 主动轮1作连续转动，从动轮2作反向间歇运动；两轮轮缘有锁止弧，以防止从动轮游动，运动开始及终止时有冲击。 从动轮的停歇时间、转动时间及转动角度可在较大范围内选择；加工工艺较复杂，一般用于低速、轻载场合，如工作台的间歇转位以及要求具有间歇运动的进给机构、计数机构等。小结：小结： 本节主要介绍了工业机器人常用的一些机构，如齿轮机构、四杆机构、四杆机构的各种演变机构、凸轮机构及间歇结构等，并介绍了各种机构的工作原理、结构特点、分类及应用场合。
34、液压与气压技术，已经广泛应用于日常生活和生产中，如液压挖掘机、液压千斤顶、公交车启动车门等机构，它们分别利用液压和气动传动系统完成铲斗的各种抓取动作，物体提升动作和车门启闭动作等。液压与气压传动具有广阔的应用前景，当然在工业机器人中，对物体的抓取，移动，同样采用液压、气压来实现。本节将对液压、气压传动的基础知识进行详细的讲述。1. 1. 液压传动的工作原理液压传动的工作原理千斤顶有大小两个工作油腔，其内部分别装有大活塞和小活塞。活塞与缸体之间保持一种良好的配合关系，不仅保证活塞能在缸体内滑动，而且保证配合面之间实现可靠的密封。2.4.1 2.4.1 液压传动工作原理与系统组成液压传动工作原理与
35、系统组成 大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1，小油缸2、小活塞3、单向阀4和油路5组成手动液压泵。如提起手柄1使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油，用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压人举升缸下腔，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回邮箱，重物就向下
36、移动。这就是液压千斤顶的工作原理。 从液压千斤顶液压传动系统的工作原理可以得出：液压传动是以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。液压传动装置实质上是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，随后再将液压能转换为机械能做功。液压系统工作时，必须对油液进行压力、流量和方向的控制与调节，以满足工作部件在力、速度和方向上的要求。2.2.液压传动系统的组成液压传动系统的组成一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成：（1）动力装置：供给液压系统压力油，将原动机输出的机械能转换为油液的压力能。例如：液压泵。（2）执行装置：将液压泵
37、输入的油液压力能转换为带动工作机构的机械能，以驱动工作部件运动。 例如：液压缸和液压马达（3）控制元件：用来控制和调节油液的压力、流量和流动方向。例如：各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等。（4）辅助元件：将前面三个部分连接成一个系统，起储油、过滤、测量和密封等作用，以保证液压系统工作可靠、稳定、持久。例如：油箱、管路和接头、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等。（5）传动介质：传递能量，即液压油等。3.3.液压传动系统的控制系统液压传动系统的控制系统（1 1）方向控制阀）方向控制阀 改变液压缸活塞的运动方向，实际上是控制液压系统中油液通入液压缸的流动方向。方向控制阀是液压系统中控制油液流动
38、方向的控制元件,分别为换向阀和单向阀。1 1、 换向阀换向阀 利用阀芯位置的变动，改变阀体上各油口的通断状态，从而控制油路连通、断开或改变液流方向。换向阀图形符号的表示方法：换向阀图形符号的表示方法：方框表示阀的工作位置，方框数即“位”数。箭头表示两油口连接关系，截止符号表示此油口不通流。在一个方框内，箭头或截止符号与方框的交点数为油口的通路数，即“通”数。P表示压力油的进口，T表示与油箱连通的回油口，A和B表示连接其它工作油路的油口。三位阀的中位及二位阀侧面画有弹簧的那一方框为常态位。2 2、单向阀、单向阀 控制油液只能按某一方向流动，而反向截止，故又称止回阀。（2 2）压力控制阀）压力控制
39、阀 在液压系统中，控制工作液体压力的阀称为压力控制阀，简称压力阀。常用的压力阀有溢流阀、减压阀和顺序阀等。它们的共同特点是利用作用于阀芯上的油液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作。1 1、 溢流阀溢流阀 溢流阀的主要是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现稳压、调压或限压得作用。常态下溢流阀的阀口常闭，出油口接油箱，当系统压力低于溢流阀的调定压力时，溢流阀不工作。当外负载增大，系统压力升高到溢流阀的调定压力时，溢流阀打开溢流，系统压力不再升高，将始终稳定在溢流阀的调定压力值。2 2、减压阀、减压阀 按调节性能的不同，减压阀分为定压式减压阀、定比式减压阀和定差式减压阀三种。定压减压
40、阀的作用是在不同工况下保持其出口压力基本不变。定差减压阀的作用是使其进口和出口压力之差保持基本不变。定比减压阀的作用是使主油路压力与减压支路压力成固定比例。三类减压阀中，定压减压阀应用最广。（3 3）流量控制阀）流量控制阀 在液压系统中，控制工作液体流量的阀称为流量控制阀，简称流量阀，常用的流量控制阀油节流阀和调速阀。1 1、节流阀、节流阀 节流阀是通过改变阀口（节流口）通流断面面积的大小来控制通过阀的流量。节流阀结构简单、制造容易、体积小，但负载和温度变化对流量稳定性的影响大。2 2、 调速阀调速阀 调速阀主要用于控制和调节执行元件的运行速度的调速系统，常用的有两种，串联减压式调速阀和溢流节
41、流阀，其中串联减压式调速阀应用最为广泛。如图2-53所示。串联减压式调速阀是由一个定差减压阀和一个可调节流阀串联组合而成。用定差减压阀来保证可调节流阀前后的压力差不受负载变化的影响，从而使通过节流阀的流量保持稳定。1.1.气压传动系统的概念气压传动系统的概念 气压传动控制技术是以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的控制技术。2.2.气压传动系统的组成和作用气压传动系统的组成和作用 一个完整的气压传动系统需要有：（1）动力元件 提供系统动力的元器件，把空气进行压缩，形成压缩空气，并对其进行处理，最终可以向系统供应干净、干燥的压缩空气。2.4.2 2.4.2 气压传动气压传动（2）执行元件
42、 推动外负荷做功的元器件，利用压缩空气实现不同的动作，来驱动不同的机械装置，如气缸、摆动缸、气压传动马达。（3）控制元件 控制元件的运动速度、时间、顺序、行程及系统压力等。（4）辅助元件 连接元件之间所需的一些元器件，以及对系统进行消音、冷却、测量等方面的一些元件。（5）压缩空气 向系统提供动力的工作介质3.气压传动控制元件（1）方向控制阀 在气压传动系统中，方向控制阀是用来控制压缩空气所流过的路径，控制气流的通、断或流动方向的气压传动元件，包括换向阀、单向阀、梭阀、双压阀、快速排气阀、截止阀等。它是气压传动系统中应用最多的控制元件。1、气动换向阀 气动换向阀是以压缩空气为动力推动阀芯，使气路
43、换向或通断，有双气控和单气控两种。单气控阀单气控阀 单气控阀阀芯一个方向的移动由压缩空气驱动，而另一个方向的移动通常由弹簧的弹力驱动。图 所示为单气控3/2阀的实物图和工作原理图。单气控3/2换向阀处于常态时，在弹簧的作用下阀芯处于右端位置，使阀口2与3相通，阀口3排气，而阀口1封闭；当有气控信号时，在压缩空气额作用下，阀芯克服弹簧力左移，阀口2与3断开，阀口1与2接通，阀口2有压缩空气输出。 双气控阀 当控制阀口12有压缩空气输入时，阀口1与阀口2.阀口4和阀口5分别接通，使阀口2、阀口5有压缩空气输出。当控制阀口12的压缩空气断开时，双气控阀仍保持原有的接通状态，即阀口2、阀口5仍然有压缩
44、空气输出，这就使当前的位置被“记忆”下来。直到控制阀口14有压缩空气输入，阀芯的位置才发生变化。 （2 2）梭阀）梭阀 梭阀相当于两个单向阀组合的阀。梭阀有两个输入口（又称进气口），一个输出口（又称工作口）。不管压缩空气从哪一个进气口1进入时，阀芯将封闭另一个进气口1，使得工作口2有压缩空气输出。如果两端进气口的压力不等，则高压口的通道打开，高压的进气口与工作口相连，工作口2输出高压的压缩空气，低压口的通道则被封闭。（3 3）双压阀）双压阀 双压阀是单向阀的派生阀。双压阀有两个信号输入口和一个信号输出口。双压阀的工作原理图如图所示。（4 4）快速排气阀）快速排气阀快速排气阀是当输入扣气压下降时
45、，排出口能自动打开，使气体排往大气的阀。它可以使气缸快速排气，从而加快气缸的运动速度。它属于流量控制阀，一般安装在换向阀和气缸之间。（）压力控制阀（）压力控制阀 在气压传动控制系统中，控制压缩空气的压力以控制执行元件的输出力或控制执行元件实现顺序动作的阀被称为压力控制阀，包括压力顺序阀、调压阀、安全阀及多功能组合阀等。 （）流量控制阀（）流量控制阀 在一些气压传动回路中，要根据工作要求控制气缸的运动速度，或者要控制换向阀的切换时间和气压传动信号的传递速度。此时，应该通过流量控制阀调节压缩空气的流量。流量控制阀是通过改变阀的空气通流截面积来实现流量控制的气压传动元件。常用的流量控制阀有节流阀、排
46、气阀、快速排气阀。（1 1）节流阀）节流阀 节流阀是通过调节阀的开度来限制压缩空气流量的控制阀。由于节流阀的结构简单、体积小，因此应用较广泛。（2 2）排气节流阀）排气节流阀 排气节流阀是一种带有消声器件的流量控制阀。它的工作原理和节流阀相似。它常装在执行元件的排气口处，用于调节排入大气的气体流量。它在调节执行元件的运动速度的同时，还能够降低排气噪音。4.4.气压传动技术应用简介气压传动技术应用简介（1 1）气压传动技术在智能机械）气压传动技术在智能机械机械手中的应用机械手中的应用 机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工
47、业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下或危险状况下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 由于气压传动系统使用安全、可靠，因此，它可以在高温、振动、易燃易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。气压传动机械手具有结构简单、自重轻，动作迅速、平稳、可靠，可实现复杂动作，节能，不污染环境，容易实现无极变速，过载保护等优点。所以，气压传动机械手被广泛应用在汽车制造业、半导体和家电制造业、食品和药品生产行业，以及精密仪器制造和军工方面。 小结： 本节介绍了液压与气压传动系统的工作原理及系统组成，介绍了液压与气压传动系统的方向、压力、流量控制元件的工作原理、图形符号及应用。谢 谢 观 看
