1、第四章第四章 同步带与滚珠丝杠同步带与滚珠丝杠2b-4a4.1CRB与同步带的安装与维护4.2滚珠丝杠的安装与维护4.3滚动导轨的安装与维护2b-4a4.1CRB与同步带的安装与维护2b-4a4.1.1机械核心部件概述2b-4a1.机械核心部件通过第3章对工业机器人结构的分析,我们可以知道,尽管工业机器人的形态各异,但它们都是由若干关节和连杆,通过不同的结构设计和机械连接所组成的机械装置。基本构件结构简单、传动系统组成类似、核心部件种类单一,是工业机器人机械部件组成和结构的基本特点。因此,就机械结构而言,工业机器人与数控机床、FMC、FMS等自动化加工设备相比,实际上只是一种小型、简单的机电一
2、体化设备。2b-4a2.减速器在工业机器人的机械核心部件中,减速器是工业机器人所有回转运动关节都必须使用的关键部件。基本上,减速器的输出转速、传动精度、输出转矩和刚性,实际上就是工业机器人对应运动轴的运动速度、定位精度、承载能力。因此,工业机器人对减速器的要求非常高,传统的普通齿轮减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器等都不能满足工业机器人高精度、大比例减速的要求。为此,它需要使用专门设计的特殊减速器。2b-4a3.通用基础件除了减速器外,工业机器人的机械传动系统同样需要使用轴承、同步皮带、滚珠丝杠、直线导轨等机电一体化设备通用的基础部件。2b-4a4.1.2CRB的安装与维护2b-4a1.结
3、构与特点交叉滚子轴承(Cross Roller Bearing,CRB)是一种滚柱呈90交叉排列、内圈或外圈分割的特殊结构轴承,它与一般轴承相比,具有体积小、精度高、刚性好、可同时承受径向和双向轴向载荷等优点,而且安装简单、调整方便,因此,特别适合于工业机器人、谐波减速器、数控机床回转工作台等设备或部件,它是工业机器人使用最广泛的基础传动部件。2b-4a图4.1-1轴承结构原理2b-4a2.CRB的安装要求根据不同的结构,CRB有图4.1-2所示压圈(或锁紧螺母)固定、端面螺钉固定等安装方式,轴承的间隙可以通过分割内圈或外圈上的调整垫或压圈厚度进行调整。2b-4a图4.1-2CRB的安装2b-
4、4a图4.1-3润滑脂充填孔加工2b-4a图4.1-4螺钉安装顺序2b-4a3.CRB的维护和更换(1)轴承维护2b-4a表4.1-1固定螺钉的拧紧转矩参考表2b-4a表4.1-2轴承精度等级对照表2b-4a4.1.3同步带安装与维护2b-4a1.基本特点同步带传动系统是通过带齿与轮的齿槽的啮合来传递动力的一种带传动系统,它综合了普通带传动、链传动和齿轮传动的优点,具有速比恒定、传动比大,传动无转差、传动平稳,吸振性好、噪声小等诸多优点。因此,在机械制造、汽车、轻工、化工、冶金等各行业得到了广泛的应用,它也是工业机器人常用的传动装置之一。2b-4a2.结构原理同步带传动系统由图4.1-5所示的
5、内周表面有等间距齿形的环行带和具有相应啮合齿形的带轮所组成。2b-4a图4.1-5同步带传动系统组成2b-4a图4.1-6同步带的构成1同步齿2强力层3带背2b-4a3.安装与维护总体而言,同步带传动系统的安装调整较为方便,传动部件安装时需要注意如下几点。2b-4a表4.1-3圆弧同步带允许的最小弯曲直径2b-4a4.2滚珠丝杠的安装与维护2b-4a4.2.1滚珠丝杠的结构原理2b-4a1.结构原理滚珠丝杠是滚珠丝杠螺母副的简称,它是一种以滚珠作为滚动体的螺旋式传动元件。滚珠丝杠的制造工艺成熟、传动效率和传动精度高、安装维修方便,它是机电一体化设备行程6m以下的直线传动系统使用最为广泛的传动形
6、式。2b-4a图4.2-1滚珠丝杠的外形和结构1丝杠2滚珠3螺母4反向器5密封圈2b-4a2.内循环和外循环滚珠丝杠螺母上的回珠滚道形式称为滚珠丝杠的循环方式,它有图4.2-2所示的内循环和外循环两种。2b-4a图4.2-2滚珠丝杠的循环方式2b-4a3.结构改进为了满足现代高速、高精度设备的传动需要,滚珠丝杠制造厂商正在不断采取措施,提高滚珠丝杠的高速性能,瑞士、德国、日本在滚珠丝杠研发和制造方面处于国际领先地位,它们目前所采取的改进措施主要有如下几方面。2b-4a4.2.2滚珠丝杠的预紧滚珠丝杠螺母副的预紧是提高丝杠刚度、减小传动间隙的重要措施。滚珠丝杠使用一段时间后,可能会因为滚珠、滚道
7、的磨合或磨损,而产生变形和间隙,导致运动精度的下降。此时,一般可通过滚珠丝杠的重新预紧,恢复传动精度。2b-4a1.单螺母丝杠预紧单螺母结构的滚珠丝杠预紧主要有图4.2-3所示的增加滚珠直径、螺母夹紧、变位导程三种方法。2b-4a图4.2-3单螺母滚珠丝杠的预紧原理1螺母2滚珠3丝杠4螺栓2b-4a2.双螺母丝杠预紧双螺母滚珠丝杠有两个螺母,只要调整这两个螺母的轴向相对位置,就可使螺母产生整体变位,使螺母中的滚珠分别和丝杠螺纹滚道的两侧面接触,从而消除间隙,实现预紧。双螺母结构的滚珠丝杠的预紧简单可靠、刚性好,其最大预紧力可达到额定动载荷的10%左右或工作载荷的33%。2b-4a图4.2-4垫
8、片预紧原理1、3螺母2垫片2b-4a图4.2-5螺纹预紧原理1、3丝杠螺母2预紧螺母4键2b-4a图4.2-6齿差预紧原理1、4螺母2、3内齿轮2b-4a4.2.3滚珠丝杠的安装与维护2b-4a1.滚珠丝杠的安装滚珠丝杠的安装形式与传动系统的结构、刚度密切相关,工业机器人使用与维护时需要确保支承部件安装可靠、调整合理。2b-4a图4.2-7滚珠丝杠的安装形式2b-4a图4.2-7滚珠丝杠的安装形式(续)2b-4a2.滚珠丝杠的支承2b-4a图4.2-8滚珠丝杠的支承轴承2b-4a3.滚珠丝杠的连接滚珠丝杠和驱动电机的连接方式主要有联轴器和同步带2种,早期的齿轮连接方式目前已较少使用。2b-4a
9、图4.2-9弹性联轴器的结构原理1锥环2球面垫圈3柔性片4轴套5压盖 2b-4a4.滚珠丝杠的使用与维护滚珠丝杠使用时必须有良好的防护措施,以避免灰尘或切屑、冷却液的进入。安装在机电设备上的滚珠丝杠,一般应通过图4.2-10a所示的螺旋弹簧钢带套管或折叠式套管、波纹管等防护罩予以封闭。2b-4a图4.2-10滚珠丝杠的防护2b-4a4.3滚动导轨的安装与维护2b-4a4.3.1滚动导轨的结构原理2b-4a1.组成与特点滚动导轨、直线导轨、线轨都是直线滚动导轨的简称。滚动导轨是高速直线运动系统最为常用的导向部件,其使用已经越来越普遍。2b-4a图4.3-1直线滚动导轨的组成1滑块2滚动体3导轨2
10、b-4a2.结构原理使用滚珠和滚柱的滚动导轨原理相同,它都由导轨、滑块、滚动体、反向器、密封端盖、挡板等部分组成,其结构原理如图4.3-2所示。2b-4a图4.3-2滚动导轨的结构原理1滑块2导轨3滚动体4回珠孔5侧密封6密封盖7挡板8润滑油杯2b-4a3.精度和预载荷滚动导轨的精度一般分为P1、P2、P3、P4、P5、P6共6个等级,P1级精度为最高,工业机器人的直线运动系统一般使用P4、P5级精度,高精度工业机器人可使用P3、P4级。2b-4a表4.3-1推荐的精度和预载荷等级2b-4a4.3.2滚动导轨的安装2b-4a1.导轨固定滚动导轨通常成对使用,其中的一根为基准导轨,起运动部件的主
11、要导向作用;另一根为从动导轨,主要用于支承。2b-4a图4.3-3滚动导轨的定位2b-4a2.导轨安装滚动导轨有均化误差的作用,其运动部件的实际误差通常只有安装基面误差的1/3左右,因此,它对安装基面的精度和表面粗糙度要求并不高,一般只需进行精铣或精刨加工,便可满足要求。2b-4a表4.3-2推荐的拧紧力矩2b-4a4.3.3滚动导轨的使用与维护2b-4a1.导轨的调整滚动导轨是机电设备的通用部件,工业机器人的导轨损坏时,可以使用同规格、同精度等级的产品直接替代。表4.3-3滚动导轨的安装要求及允差表4.3-3滚动导轨的安装要求及允差表4.3-3滚动导轨的安装要求及允差4b-6a2.防护与润滑
12、使用滚动导轨时,应注意工作环境与装配过程中的清洁,导轨表面不能有铁屑、杂质、灰尘等污物粘附。当安装环境可能存在灰尘、冷却水等污物进入时,除导轨本身的密封外,还应增加防护装置。4b-6a4.3.4滚动导轨块的使用与维护4b-6a1.结构原理滚动导轨的灵敏性好、精度高、使用简单,但其抗震性较差、支承刚度有限,用于大行程直线运动轴时需要进行接长,因此,它适合用于轻载、精密、高速、高精度传动;对于重载、长行程的大型机电设备,如重型搬运、码垛机器人的直线变位器等,一般需要采用刚度更高、载荷更大、抗震性更好的滚动导轨块。4b-6a图4.3-4滚动导轨块的结构原理图1安装螺钉2导轨块3运动部件4、7挡板5滚动体6导轨4b-6a2.安装与维护滚动块的精度等级按照其高度误差进行划分,一般分为C、D、E、F共4级,C级为最高,其高度误差在2m以内;D、E、F级的误差依次为3m、5m、10m;为了便于选配,每一精度等级的公差又分为若干组,以保证高度的一致性。
