Конспект лекций по КМР

Движущую силу найдем из условия:

При приложении силы F под углом к направлению перемещения (рис. 13.5, б) реактивные силы найдем из уравнений статики:

Заклинивание будет отсутствовать при условии:

Окончательно условие отсутствия силового заклинивания направляющих получим в виде:

Из условий отсутствия заклинивания следует, что для уменьшения длины L направляющей необходимо коэффициент f трения скольжения уменьшить. Этого можно достичь подбором материалов пары и соответствующей обработкой трущихся поверхностей.

367

Движущую силу найдем из условия отсутствия заклинивания:

Рабочие поверхности направляющих проверяют на ограничение давления:

верхностей, Н; A – площадь соприкосновения, мм2; [P] – допускаемое давление. При скоростях относительного перемещения до

1 м/с [P]=3...4 MПа.

13.2. Направляющие с трением качения

Направляющие с трением качения применяют в тех случаях, когда требуется обеспечить легкость и плавность движения. По сравнению с направляющими трения скольжения эти направляющие имеют меньшие потери на трение, долговечны, малочувствительны к перепадам температуры.

Направляющие с трением качения изготовляют из закаленных сталей марок ШХ15, 40Х, У8А, У10А, ХВГ, 38ХМЮА.

Направляющие с трением качения по форме тел качения делят на шариковые и роликовые. В качестве промежуточных элементов качения в шариковых направляющих используют шарики, в роликовых – цилиндрические и конические ролики, которые помещают между подвижной и неподвижной деталями направляющих. Для удержания шариков или роликов на определенном расстоянии друг от друга применяют сепараторы, изготовленные из латуни или текстолита. Иногда применяют стандартные шариковые или роликовые подшипники. В зависимости от способа установки шариков или роликов различают направляющие с перекатывающимися и вращающимися вокруг своих осей шариками. В направляющих с перекатывающимися шариками при перемещении каретки 1 шарики 2 перекатываются по основанию 3 и оси тел качения перемещаются как относительно каретки, так и относительно основания (рис. 13.6, а). В направляющих с вращающимися шариками тела качения 2 закреплены на осях и при перемещении каретки 1 вращаются в своих гнездах, а оси тел остаются неподвижными относительно каретки и основания 3 (рис. 13.6, б).

368

Анализ направляющих с перекатывающимися и вращающимися шариками показывает, что теоретическая длина L1 каретки и основания в случае применения перекатывающихся шариков равна:

где L – расстояние между центрами шариков, S – ход каретки, а в случае вращающихся шариков:

Следовательно, при проектировании роботов с большими перемещениями подвижных звеньев более целесообразна конструкция, в которой тела качения перемещаются вместе с подвижной кареткой, что позволяет уменьшить ее длину. В то же время, при установке шариков во вращающихся гнездах исключается влияние погрешности формы поверхности основания. Поэтому такие направляющие при прочих равных условиях обеспечивают более высокую точность перемещения каретки.

Для определения сопротивления движению каретки 1 выясним, каким коэффициентом трения покоя должны обладать шарик 2 и направляющая 3 для того, чтобы между ними не было проскальзывания.

Условие равновесия шарика (рис. 13.7):

скольжения должно быть гарантировано, то наибольший коэффициент трения покоя в момент перехода к скольжению равен:

369

где fк – коэффициент трения качения.

Для направляющих с трением качения отсутствие заклинивания определяют по тем же формулам, что и для направляющих с трением скольжения, только вместо коэффициента f трения скольжения в формулы подставляют коэффициент fк трения качения.

Существенными факторами, оказывающими отрицательное влияние на работу направляющих с трением качения, являются зазоры между сопряженными через тела качения поверхностями каретки и основания. В открытых направляющих зазоры выбираются автоматически, а в закрытых требуется их регулировка.

На рис. 13.8 приведена конструктивная схема закрытой шариковой направляющей с сепараторами 2, в которой регулировку зазора между шариками 1 и кареткой 3 проводят при помощи перемещения одной или двух планок 4 с последующим их закреплением винтами 5 [42].

В роликовых направляющих основной деталью является ролик, который может перекатываться по цилиндрической или плоской поверхности. В качестве роликов иногда используют стандартные радиальные подшипники. В роликовых направляющих

Рис. 13.8 (рис. 13.9, a) ролики 1 перекатываются по цилин-

дрической поверхности 2. Для обеспечения контакта всех роликов с направляющими

должна быть предусмотрена специальная регулировка, один из вариантов которой показан на рис. 13.9, б. Ролик 4 укрепляют на оси

370

1 с эксцентриситетом е=0,2...0,5 мм. Окончательно гайки 2 и 3 закрепляют после регулирования положения ролика.

Для направляющих (рис. 13.9, в) ролики с эксцентричными осями необязательны, так как каждый ролик удерживается в отдельной державке. Регулирование осуществляют за счет перемещения державок в пределах зазоров в проходных отверстиях под крепежные винты.

На рис. 13.10, a, б, в приведены конструктивные схемы роликовых направляющих закрытого типа.

в)

Рис. 13.10

371

В последнее время применяют более экономичные шариковые направляющие линейного перемещения, которые уменьшают габаритные размеры конструкции, массу и общую стоимость робота.

13.3. Шариковые LM – направляющие

На рис. 13.11 представлены шариковые LM-направляющие фирмы ТНК (Япония), предназначенные для обеспечения прямолинейного перемещения.

Рассмотрим LMнаправляющую типа

HSR (рис. 13.12).

Она представляет собой систему, состоящую из LMрельса 1 и LM-блока 2, между которыми расположены шарики 3, находящиеся в сепараторе 4, конце-

вой плиты 5, концевого уплотнения 6, ниппеля 7 для подачи консистентной смазки и бокового уплотнителя 8. Четыре ряда шариков, расположенные под углом 45° к поверхностям качения LMрельса и LM-блока, могут воспринимать нагрузку сверху, снизу, справа, слева. Радиусы rK кривизны поверхностей качения составляют 52%...53% диаметра dш шарика, т.е. rK = (0,52...…0,53)dш.

Рис. 13.12

Геометрические параметры LM-направляющих типа HSR и их значения приведены в табл. 13.2.

LM-направляющая типа HR изображена на рис. 13.13. Она состоит из LM-рельса 1, LM-блока 2, между которыми расположены два ряда осуществляющих циркулирующее перемещение шариков 3, находящихся в сепараторе 4, вступающих в контакт с поверхностями качения под углом 45° и воспринимающих нагрузку сверху,

372

снизу, справа и слева, возвратного канала 5, концевой плиты 6, уплотнения 7 и отверстия 8 для смазки.

Геометрические параметры LM-направляющих типа HR и их значения приведены в табл. 13.3.

Конструкция LM-направляющей типа SR (рис. 13.14) состоит из LM-рельса 1,

LM-блока 2, между которыми размещены четыре ряда осуществляющих циркулирующее перемещение шариков 3, расположен-

ных в сепараторе 4, вступающих в кон-

такт с поверхностями качения LM-рельса под углом 30° и LMблока под углом 90° и воспринимающих нагрузку сверху, снизу, справа, слева, концевой плиты 5, концевого уплотнения 6, бокового уплотнителя 7 и ниппеля 8 для запрессовки консистентной смазки.

Рис. 13.14

Геометрические параметры LM-направляющих типа SR и их значения приведены в табл. 13.4.

LM-направляющая типа RSR представлена на рис. 13.15. Она представляет собой систему, состоящую из LM-рельса 1 и LMблока 2, между которыми расположены два ряда осуществляющих циркулирующее перемещение шариков 3, концевого уплотнения 4, резинового уплотнителя 5 и стопора 6, препятствующего снятию LM-блока.

373

375

Т а б л и ц а 13.3

Геометрические параметры LM-направляющих типа HR

LM-блок, мм

LM-рельс, мм

376