Передаточные механизмы, их виды. Передаточное число. Соотношение между передаточными скоростями и радиусами колес зацепления

Передаточные механизмы приводов роботов служат связующими звеньями между двигателями и исполнительными органами и предназначены для выполнения следующих функций: преобразования вида движения (вращательного - в поступательное и наоборот), согласования параметров движения (скорости и крутящего момента), а также осей двигателей и исполнительного органа В качестве передаточных механизмов используются самые различные виды передач: винтовые, шариковинтовые и роликовинтовые; реечные, зубчатые и червячные; фрикционные, ременные и тросовые; рычажные и цепные; планетарные и волновые.

Конкретное назначение передаточных механизмов при различных сочетаниях типов двигателей и видов перемещений исполнительных звеньев, из которой видно, что в сочетаниях В2 и П1 передаточные механизмы вообще могут отсутствовать, так как двигатели в этих случаях могут непосредственно воздействовать на исполнительные звенья либо сами выполнять их функции. Этот вариант наиболее предпочтителен, хотя не всегда осуществим, поскольку в некоторых случаях по соображениям компоновки, технологичности или удобства обслуживания двигатель не может быть расположен соосно с исполнительным звеном, а потому для согласования осей необходимо применение тех или иных передач, используемых также для согласования скоростей и силовых характеристик. Сочетания В1 и П2 требуют использования передач для преобразования вида движения (поступательного во вращательное и наоборот). В сочетаниях ВЗ и ПЗ необходимы передачи с большими передаточными числами, для 10 Основы робототехники чего используют, как правило, различные редукторы - зубчатые, червячные, планетарные или волновые, которые для преобразования вида движения (ПЗ) могут сочетаться с зубчатой реечной или винтовой (шариковинтовой, роликовинтовой) передачами.

Важнейшей характеристикой передаточного механизма является его передаточное отношение, исчисляемое как отношение скоростей движения ведущего звена (вала, штока и т.п.) к ведомому. Выражения для передаточных отношений модулей движения роботов имеют различный вид в зависимости от сочетаний преобразуемых движений: для согласования параметров вращательного движения двигателя во вращательное движение исполнительного звена (ВЗ)

Как следует из приведенных соотношений, при согласовании параметров движения одного вида передаточное отношение является безразмерным (i), однако в случае преобразования вида движения (вращательного в поступательное и наоборот) оно становится размерной величиной (/). 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 или обратимости, габаритные размеры и масса, удобство компоновки, уровень шума при работе, долговечность, сложность, технологичность изготовления и стоимость.

Зубчатые цилиндрические редукторы имеют высокую жесткость и долговечность, технологичны в производстве. Высокие значения КПД позволяют без больших потерь мощности применять специальные методы устранения люфтов. Приемлемый уровень шума достигается достаточно высокой степенью точности изготовления. Недостатком зубчатых передач для применения в механических системах роботов 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.