外文翻译--间接功率传输设备 中文版

1 间接功率传输设备 正如在第一章中，电动机如果在机器人中使用 就存在 一个必须解决 的问题。高速 小转矩 的电机在许 多机器人的应用中是非常 多 ，如果 用 电机的速度控制他们放慢到一个 合理 的速度 那 效率 会 下降，有时会大幅下降。即使他们 使用 一些系统效率非常低的速度 ， 但步进电机容易出现这种问题。步进电机有效体积也 小 ，他们需要特殊的电子驱动器，和不简单运行的永久的顺利进行磁（ PMDC）电动机。转矩是解决问题的关键将电机的一些系统的高速 /低扭矩的变 成 在电机输出轴插入低速 /高扭矩的要求在 运动 机器人的大多数应用。 幸运的是，执行此转换多种机 制的速度扭矩。一些直接连接到电机和实质上使它成为一个更大，更重，但更有效的电机。他人所需要的马达和输出之间的单独的轴和安装件轴 ；还有人直接耦合电机的输出轴，处理任何偏差，并在一个机构的扭矩交换速度。功率传输机制通常分为五个一般类别： 1.带（平圆， V 型皮带，正时） 2.链（滚子，梯形，时序） 3.塑料和电缆链（珠，梯形，固定） 4.摩擦驱动器 5.齿轮（正齿轮，斜齿轮，锥齿轮，蜗杆，齿轮齿条，和许多其他） 其中一些，如 V 型皮带和摩擦驱动器，可以用来提供机械地改变输出速度的另一个好处。这种能力通常不需要 用 在 运 动 机器 中 ，在某些情况下它的确会引起控制问题，因为电脑上没有直接控制在输出轴的实际速度。其他 能量 传输像正时皮带，塑料和电缆链，各类钢材的设备由链齿单元的输入连接到输出的机械刚 性 齿轮。这些设备都可以被称为同步，因为它们保持的输入和输出轴同步，但滚子链通常是从这类由于滚轮允许一些相对运动链条和链轮之间离开。同步通常是长期的只适用于符合他们的链轮齿形带比滚子链更严格。 能量 传输的方法需要连接到另一个轴，如电机齿轮箱驱动安装一个单独的输出轴，一个方法 处理偏差和振动应纳入。这是通过联轴器和挠性传动。在某些情况下，冲击 负载可能高，过载和保护的一种方法应包括动力传递机构断裂。这样做是扭矩限制器和离合器。让我们看一看在每个方法。我们将开始与机制轴是非内联之间传输能量，然后看看耦合器和扭矩限制器。每一节有多好，一个简短的讨论方法应用到 运动 机器人。 带 带至少有 4 个主要的变化和许多较小的变化是可 以被利 用的。他们可以用在从分数马力的功率水平 到 数万马力。他们可以用在变速驱动器， 记住 这可能会导致在自主机器人控制问题。在大多数情况下它们是持久的安静 的 和处理一些错位。 四 种 变 形 平皮带 O 型环带 V 型皮带 同步带 有很多公司 ，使皮带，其中许多有 优秀的网站在万维网上。他们的网站包含一个信息量巨大， 包含 所有类型的带。 V- 2 平皮带 平带 在 今天是一个 古 老的设计，只有有限的使用。带原本平面主要因为唯一可用的耐用带材料是皮革。在第十八年末和第十九世纪初，它被用来广泛应用于几乎每一个需要运动旋转动力从一个地方到另一个 的 设备。有 实例运行在博物馆和一定时期的 机器 ，但大部分是过时的平带。皮革的平带 的 寿命相对较短效率中度。说了这么多，他们还可用于低功率器件 运行 的带 材料是 更耐用的聚氨酯橡胶，有时尼龙或涤纶，芳纶，受拉构件。他们要求驱动程序和驱动滑轮之间的良好的定位滑轮自己其实不是平坦的 有 微凸。虽然他们做工作，有较好的带风格对于大多数应用程序使用的。他们在一些真空吸尘器找到因为他们抵抗灰尘堆积。 O 形圈带 O 形圈带用于在一些应用中，主要是因为他们非常便宜。他们也有中度的效率，但它们的成本是如此之低，他们正在用玩具和低功耗设备如录像机等他们是 在他们的能力范围的一个很好的选择，但需要适当的张力和良好的 环境 和工作效率校准。 三角皮带 三角带 是从 带的横截面形状得到他们的名字，这类似于 V 的底部切平。他们的设计依赖于摩擦，就像平带和 O 形圈带，但他们的优势在一个匹配的 V 形皮带轮的凹槽中 V 形堵塞。这增大摩擦力由于 V 陡峭的角度增加转矩同样的张力下用于平面或 O 型圈带所需的。 V 带也很安静 和 惊人的有效。他们是一个很好的选择功率水平的分数阶数马力。他们唯一的缺点是轻微的倾向滑动时间。这意味着计算机滑移没有精确控制输出轴的取向， 除非一个反馈装置在从动轮。有几个应用，然 而，其中一些滑移不太多的问题，如在车轮和轨道驱动。图 2-1 所示的截面每个带形状。 尽管调速器在使用变量问题的可能性警告，这里有不同的速度方法的一些例子并通过使用可变直径的滑轮扭矩。图 2-2（从机制和机械设备的原始资料，因为有很多的在这本书中的数 3 字）显示变速驱动器是如何工作的。他们可能有一些应用，特别是在遥控轮式车辆。 平滑的无齿轮传动 在图 2-3 摩托车的这个传动扭矩的敏感；电机的转速控制连续可变传动比。操作者光是油门和刹车。可变直径的皮带轮连接电动机和传动链链轮提供范围广泛的减速。前皮带轮采用一三球 的离心式离合器，当发动机加速迫使法兰连接在一起。在怠速时球轴承缩进法兰之间的滑轮。在启动和预热 需要 一个锁定装置防止前进离合器运行。 在初始的参与，整体传动比是约 18:1。随着发动机转速的增加，带着更高的在前带轮法兰直至整体传动比变为约 6:1。由此产生的在皮带张力的变化是由弹簧式法兰的尾部滑轮吸收。当离合器处于怠速位置， V 带是被迫通过弹簧力的后轮的外边缘。当离合器接合，前皮带轮的浮动的一半向内移动，增加其的凸缘之间的有效直径、牵引皮带下尾部滑轮。传动转矩响应。发动机突然加速增加后皮带轮的有效直径，降低传动比。 它的工作原理是这样的：在皮带张力的增加使浮动法兰相对于传动法兰之前。现在出现轻微的皮带驱动。在这个时候，尼龙滚轮在浮动法兰接合凸轮上驱动法兰，法兰一起牵引的增加有效的轮直径。 图 2-3 平滑的无齿轮传动 同步齿形带 正时皮带解决 平带的 O 形环滑移问题，与 V 带的采用柔性齿，塑 料制 造成带，张力建立在齿是弹性的允许负荷被分散在所有的牙齿与滑轮接触。同步带是一个大的范畴的一部分动力传动装置叫做同步驱动器。这些带或电缆的传动不打滑的独特优势，因此名称同步。同步或积极的传动也意味着这些带甚至可以用在潮湿的条件下， 使用的 滑轮 材料是 不锈钢或耐腐蚀塑料。 同步带有几种类型，根据其齿廓和制造方法。最常见的同步带具有梯形形齿。这个形状已多年来，标准化，但它也有缺点。每个齿来与配合的接触在带轮的齿，齿往往是由悬臂偏转力，变形带的牙齿，只有该牙和基保持联系。这弯曲的变形消耗能量而也可以使牙齿骑上滑轮的牙齿和跳过的牙齿。变形也增加了磨损的牙齿的材料和导致的定时带传动，有点吵。其他几个形状已经发展到提高对这个设计，其中最好的是弯曲的齿廓。这一形状的商标名是我们的高转矩的设计。同步带可以用在非常低的转速，高转矩，和在功率高达 250 马力。他们 是一个功率传输很好的方法，但是一个比稍高的价格链条或塑料电缆链在本章的后面讨论。 4 表 2-1 同步带 图 2-4 梯形齿同步带 图 2-5 HTD 皮带齿廓 塑料电缆链 同步驱动另一类是基于钢丝绳芯。它是实际上反向的带结构钢或综合电缆模制在橡胶或塑料带。塑料电缆链开始与钢丝绳和模具塑料或硬橡胶齿上电缆。结果看来几乎就像一个滚子链。这种风格有时所谓的位置驱动，塑料电缆，或电缆链。这是在三种基本形式。 最简单的是成型珠到电缆如图 2-6 所示。图 2-7 显示了一个单索的形式在塑料齿突出电缆的两端，甚至 4 两侧的电缆。第三种形式是在图 2-8 所示。这有时被称为塑料链梯。这是一个双电缆形式，是那种看起来像一个滚子链，除了辊与非轧制塑性交叉件更换。这些齿接合类似的形状的轮廓在配 合滑轮。 5 图 2-6 聚氨酯涂层钢丝绳的“枷锁” -串珠和 4-pinned-can 是 应付不适合传统条件的链。 图 2-7 塑料针 可以 消除胎圈链的 带 滑出轮的凹槽，并允许更高 的 角精度传输。 6 图 2-8 齿轮链作为一个梯形链，作为一个宽 V 带，在这里齿轮替代与一个标准的啮合小齿轮。 基于电缆的驱动器的另一种形式包装的塑料涂覆的螺旋围绕基座的电缆钢线。滑轮这种形式有一个匹配的螺旋齿沟。这种类型的可以在任何方向弯曲，使它也可以用来改变驱动器的面。这两个同步驱动的类型是便宜和功能的低功耗应用。 链 链有三种基本类型。 梯 形链，一般用于功率水平低于 1 / 4 马力 滚子链，分数到几百马力 定时链，也被称为无声链，在几十到功率水平数百马力 图 2-9 梯链 阶梯链 阶梯链如此命名是因为它看起来像一个非常小的阶梯。其结构非常简单和廉价。短的金属丝 7 被弯曲成 U 形，环绕在链中的下一个 U。参见图 2-9。这种结构不是很强劲，因此这条链主要应用于在低成本是最重要的和正在传输的功率小于 1/4 马力。 滚子链 滚子链是一种高效的动力传输方法。它是所谓的滚子链因为它具有钢质滚柱导通了链接在一起销。滚子链是强大，可以处理驱动器之间的一些偏差和从动 齿轮，并且在许多应用中并不需要精确的预张紧的滑轮。它有两个小缺点。 1。它不容沙子或磨蚀性的环境非常好。 2。它可以是嘈杂的。 滚子链可用于单级高达 6:1 减少仔细留意轮间距，使一个简单的方法来获得一个有效的，高还原系统。这也是令人惊讶的强劲。最常见的尺寸链， # 40（从一个滚下的距离。 4”）图 2-9梯链可以传送高达 2 马力在 300 转无特殊的润滑。即使是最小的尺寸， # 25，可以传送超过5 马力 3000 转和足够的强制润滑和足够大的滑轮。有几个很好的参考在线给更多的细节比在这本书是他们的范围 如图 2-10（ A-D），滚子链有多种尺寸和款式，其中一些事情不是简单地转让其他有用的功率从一个滑轮到另一个。 图 2-10A 标准滚子链，传动用和输送。 图 2-10b 的扩展节距链式输送 图 2-10c 标准节距 变形 8 图 2-10d 标准节距 变形 图 2-11 弯曲的凸滚轮用于齿条和小齿轮链线性执行器。 巧妙的，市售的修改的滚子链延伸弯耳。这些凸耳可直接连接到焊盘和用于履带车辆的轨道，这有时简化复杂的一个高速移动机器人的部分。必须注意 保持垫尽可能薄，或空间给其他弯曲的凸耳碎片堵塞问题的焊盘和因果关系。这就是为什么跟踪对挖掘机和军用坦克是专门设计的枢轴点尽可能接近地面。除了这个小问题，但是，可这链已作为骨干的轨道。 齿轮齿条传动 链弯曲凸耳滚子链也可以用来作为一种低成本齿轮齿条传动从旋转运动得到直线运动。虽然粗制，该系统效果很好，如果噪音和稍微不光滑的直线运动是可以容忍的 。 图 2-11 显示了这个概念的基本布局。 定时或无声链 无声链从事实上这是非常安静的得名，即使在高速度和负载。它也比滚子链更有效，因为 它的倒齿形提供聪明的权力从链滑轮顺利 转移。这是不容砂砾，有点贵，并要求驱动程序之间的一致性精度更高驱动轮比滚子链。 图 2-12 无声链齿概况 9 它是在成千上万传输高马力的一个非常不错的选择 由电动机或内燃机的转速的 传输大型车辆。它是在奥兹莫比尔 Toranado 使用汽车在 70 年代末，它传输几百马力从发动机到变速器。这不是在小尺寸制造由于其齿的特殊形状（图 2-12）和被设计主要用于功率范围从几十到几百的马力。 通过适当的设计，维护简单，无声链传动会持续数千小时。如果高效率和高功率的具有操作在一个干净的环境，以及更高的价格需要可以被给予，无声链 条在任何功率传输装置的最佳选择这本书。 摩擦驱动 电力可以通过摩擦单独转让。这种技术通常是保留在特殊情况下，在其寿命短是可接受的。其要求名声是效率高和调速能力。通常的布局用于变速摩擦驱动是淬火钢轮安装在输入轴，这是很难推钢盘的安装在输出轴。效率可以很高，但高力量所需扭矩仅通过摩擦磨损表面的交配率很高。该驱动器已成功用于步行的割草机，但其生活在该应用程序通常是 只有两个季节。图 2-13 显示一个不同版本的摩擦传动。 锥齿轮传动装置无需齿轮或滑轮组 一种可变速率传输锥驱动器，无需齿轮或运作滑轮。驱动单元都有自己的 限滑差速器和离合器。正如图中显示，国产刹车片材料两个圆锥体是安装在直接连接到发动机的轴。这些驱动两个较大的钢锥形盘安装在输出轴上。外盘安装在枢轴，可以通过简单的控制来移动框杆。居中框，并提供了一些阻力，此时外部磁盘被移动时，连接到主框架 2 扭杆连接并支持磁盘支持框架。通过改变的位置相对于驱动锥框，旋转和速度的方向可以变化。该装置发明了印第安纳州的马里昂 H.戴维斯。 图 2-13 锥变频器运行无润滑 齿轮 齿轮是有以下几个原因的电力传输的最常见的形式。他们可以缩放到从小型电池供电的传输功率看汽车（甚至微观），从几千到功率马力的燃气涡轮发动机。正确安装和润滑，他们 传递 功率高效，平稳，安静。他们可以传递动力轴是平行，相交，甚至扭曲。为所有的优点，有一些重要的事情要记住齿轮。是有效的，安静的，他们对高精度的要求，在一个齿轮的齿和交配之间的距离和形状齿轮。他们不能容忍的污垢和必须被封闭在一个密封的情况保持齿 10 清洁和包含所需的润滑油或润滑脂。一般来说，齿轮是 传递 传输的大部分的一个很好的选择应用。 齿轮有多种形式和标准尺寸，这两个英制和公制。他们在不同的直径，牙齿大小，面宽度（齿轮的宽度），和齿形。任何两个齿轮具有相同齿的大小可以用在一起，允许在一个单级很大的比例。大比例一对齿轮之间的齿磨损问题和原因利用齿轮组降低变速箱的整体通常得到的 大小。图 2-14 显示一个齿轮组为例。齿轮组通过增加齿轮的一个过渡阶段，减少变速箱的尺寸。他们普遍存在于几乎每一个变速箱的一个以上的齿轮比 5:1，随着行星蜗杆齿轮箱例外。 齿轮有直，内，螺旋，双螺旋（人字），锥，螺旋锥齿轮，人字，脸，准双曲面齿轮，齿条，蜗杆双直 环面蜗杆，谐波。每种类型都有自己的优点和缺点，包括效率的差异，可比，配合轴角，噪声，和成本。图 2-15 显示的一个基本齿廓直齿圆柱齿轮。 齿轮是通用机械部件能够执行许多不同种类的动力传动和运动控制。的例子 这些都是 改变转速。 改变旋转方向。 改变旋转运动的角度方向。 倍增或扭矩或旋转幅度的划分。 旋转转换为直线运动和它的反向。 抵销或改变旋转运动的位置。 图 2-14 齿轮组 11 图 2-15 齿轮齿的术语 齿轮齿几何：这主要是由节距，深度决定，和压力角。 齿轮术语 齿顶高：齿顶圆和分度圆之间的径向 距离。 齿顶圆：圆确定齿轮的外径。 齿距：距离在分度圆从一个点上在相邻的齿齿对应点。它也是总结齿厚和空间的宽度，以英寸或毫米为单位测量。 间隙：底部的 圆 和间隙之间的径向距离圆。 接触率：在接触齿数，数的比率对那些没有在接触。 齿根圆：通过一个底部的 圆 理论界齿轮。 齿根：节圆与齿根之间的径向距离圆。 深度：一个数的间距标准。全深度的牙齿有一工作深度为 2 / P。如果齿相等的 模数 （如标准可互换齿轮）， 模数 1 / P 全深度齿轮有比短齿接触比越大，其工作深度约为 20%比短齿牙。用少齿数齿轮可能需要比以防止相互干扰时 接合。 径节（ P）：的齿数，螺距直径比。衡量一个齿轮的粗糙度，这是牙齿大小的指标当美国的单位使用，表示为每英寸齿。间距：一个标准节距是一个典型的整数测量时，作为一个径节（ P）。粗齿齿轮齿大于直径距 20（通常为 0.5 到 19.99）。细间距齿轮通常有齿的直径大于20。通常的最大细度 120 径节，但渐开线齿形齿轮可采用直径距高达 200，和摆线齿齿轮可以用直径 350。 分度圆：理论界上所有的计算都是的基础。 分度圆直径： 分度圆 的直径，假想圆滚动无滑动的啮合齿轮的分度圆，测量以英寸或毫米。 压力角：齿廓和垂直线之间的角 度在分度圆处，通常在节圆与齿形交叉。标准的角度为 20和 25。压力角的影响力，往往会配对齿轮。高压角减小接触率，但它允许有齿的更高的容量，它允许有无根切齿轮少齿。 齿轮动力学的术语 侧隙：指一个齿槽宽度超过的啮合齿节圆上的测厚。它是短距离的非接触式表面相邻齿之间。 齿轮传动效率：输出功率与输入功率的比值，并考虑功率损失在齿轮和轴承的游隙搅动润滑油。 齿轮传动：齿轮的载荷和速度的能力，由齿轮尺寸和类型。螺旋和螺旋型齿轮有能力大约30000 马力 ，螺旋锥齿轮和蜗轮蜗杆 5000 马力 齿轮 750 马力 。 传动比：在齿轮齿 数（较大的一个）除以在小齿轮齿数（一对小）。同时，该比率的小齿轮的转速齿轮的速度。在减速齿轮，比的输入输出速度。 齿轮速度：由一个特定的 pitchline 速度确定的值。它可以增加了提高齿轮精度和平衡旋转部件。 12 根切：齿轮齿面间隙的 基础 ，提高间隙。 齿轮的分类 外齿轮上有一个盘或轮的外表面的齿。内部齿轮具有在圆筒的内表面上的齿。圆柱齿轮的齿圆柱齿轮齿是直的并且平行于旋转轴线。它们被用来传输并行之间的运动轴。齿条齿具有在一个平面而不是曲面，提供直线，而不是旋转运动。 螺旋齿轮具有圆柱形形状，但它们的牙齿是一个角 度设置对轴。他们有能力非直的平滑和安静的行动齿轮。当他们的轴线是平行的，他们被称为平行轴斜齿轮，当他们在直角，他们被称为斜齿轮。人字齿轮和蜗轮是基于斜齿轮。人字形齿轮人字齿轮与右旋和左手螺旋角齿轮副在脸侧。这种几何结构中和轴向推力的螺旋齿。交错轴斜齿轮蜗轮的螺旋角一个齿轮（蜗轮）具有较高的螺旋角，像螺丝。齿轮互相啮合的两齿轮小；较大的一个称为齿轮或齿轮。 锥齿轮有齿圆锥表面上配合相交轴，通常成直角。它们在有应用程序使用的输入轴和输出轴之间成直角。本类包括齿轮最常见的直链和螺旋锥，以及斜角度和准双曲面。 直齿 锥齿轮是最简单的锥齿轮。他们直齿产生瞬时线接触时，他们交配。这些齿轮提供适度的扭矩传递，但他们并不像运行平稳或静如螺旋锥齿轮，因为直齿与全行接触。他们允许中等负载能力。螺旋锥齿轮有弯曲的斜齿。曲率的螺旋角相对于所述齿轮轴允许大量齿的重叠。因此，齿啮合逐渐和至少两个齿相接触在同一时间。这些齿轮具有低齿比负载直齿锥齿轮，它们可以把多达 8 倍的速度。他们允许高负载能力。人字齿轮交配锥齿轮的齿数目相等，并用成直角的轴。准双曲面齿轮的螺旋锥齿轮偏移相交轴。 端面齿轮有直齿面，但他们的轴在垂直的平面轴的轴线。他们的目的是 配合瞬间点接触。这些齿轮是用直角驱动器，但他们低负荷能力。设计一个适当大小的变速箱并不是一项简单的任务和表格或制造商的建议通常是寻找最好的地方的帮助。该功率量将是受齿轮变速箱大小，齿的大小，转速最快的轴，润滑方法，可用冷却方式（从什么都没有到强制空气），齿轮材料，轴承类型，等等。所有这些因素必须被考虑到提出了一个有效的大小的变速箱。不要被吓倒，这。在大多数情况下，变速箱的不是设计所有，而且容易地选择从一个大分类了很多厂家做架齿轮箱。让我们现在把注意力放在更复杂的齿轮箱这不仅仅只是交换速度转矩。 蜗杆齿轮 蜗 轮传动得到它们的名字从不同寻常的输入齿轮看起来有点像蠕虫一样缠绕在轴。他们主要用于高压缩比，从 5:1 至 100： 1。他们的主要缺点是效率低下的蜗杆齿轮的滑动接触造成的 蜗轮。在较大的减速比，他们可以自锁，意义当输入电源被关闭，输出不能旋转。以下部分讨论了一个不寻常的环面，内润滑蜗杆齿轮的布局，以提高效率的一种尝试变速器的寿命。 静压蜗杆接合 摩擦会大大降低。 刘易斯研究中心，克利夫兰，俄亥俄州 提出 蜗轮蜗杆传动，石油将在高速被泵送通过齿轮的齿与