钢球式无级变速器结构设计

目 录摘要Abstract1 绪论 11.1 研究的意义及背景 11.2 国内外机械无级变速器的研究现状 11.3 毕业设计的内容和要求 22 总体类型的比较与选择 32.1 钢球外锥无级变速器 32.2 钢球长锥式无级变速器 52.3 两类型的比较与选择 53 主要零件的计算与设计 63.1 输入、输出轴的计算与设计 63.2 输入、输出轴上轴承的计算与设计 73.3 输入、输出轴上端盖的计算与设计 83.4 加压盘的计算与设计 83.5 调速齿轮上变速曲线槽的计算与设计 93.6 钢球与主、从动锥轮的计算与设计 103.7 调速机构的计算与设计 113.8 无极变速器的装配 124 主要零件的校核 144.1 传动部件的受力分析与强度计算 144.2 轴承的校核 164.3 轴的校核 174.4 传动钢球的转速校核 194.5 键的校核 19参考文献 22附录 23钢球式无级变速器结构设计摘要：本文简要介绍了摩擦式钢球无极变速器的基本结构、设计计算、材质及润滑等方面的知识，并以此作为本次无级变速器设计的理论基础。本设计采用的是以钢球作为中间传动元件，通过改变钢球主动侧和从动侧的工作半径来实现输出轴转速连续变化的钢球锥轮式无级变速器。由钢球、主动锥轮、从动锥轮和内环所组成。动力由输入轴输入，带动主动锥轮同速转动，经钢球利用摩擦力驱动内环和从动锥轮，再经从动锥轮，形槽自动加压装置驱动输出轴将动力输出，调整钢球轴心的倾斜角就可达到变速的目的。本设计为恒功率输出特性，输出转速恒低于输入转速，运用于低转速大转矩传动。本文分析了在传动过程中主、从动轮，钢球和外环的工作原理和受力关系；通过受力关系分析，并针对具体参数对输入轴、输出轴、端盖、加压盘、主动追率、从动锥轮、涡轮盘等进行了计算与设计。并对调速结构进行合理设计。本文根据传动锥轮的工作应力和材料疲劳强度 ,建立起锥面传动功率、锥轮直径与材料疲劳寿命及可靠度等因素之间的关系，合理设计锥轮的结构尺寸。关键词：无级变速器、摩擦式、钢球锥轮式、设计Design of ball-type CVTAbstract: This paper briefly describes the basic structure, design calculations, materials and lubrication knowledge of friction ball CVT, and theoretically bases on this as a continuously variable transmission design. This design adopts the method of steel ball as an intermediate drive component, and changing the working radius of the active side and driven side to achieve the continuous variation of the output shaft speed cone wheel CVT ball, which composes steel ball, active cone wheel, driven wheels and the inner cone. Input shaft inputs power to drive the same speed active cone wheel rotation, and through the ball friction to drive the inner cone and wheel drive, and then through the driven wheel cone, V-shaped groove automatic compression devices of drive the output shaft will output power, and adjusting the ball axis tilt angle can achieve the purpose of changing speed. The design is for the constant power output characteristics, and output rotating speed is lower than input rotating speed constantly, used in low speed for high torque drive. This paper analyzes the working principle and force relations of the main, driven wheel, steel ball and outer ring in the transmission process. Through force relationship analysis, we calculate and design on the input shaft, output shaft, cover, pressure plate, active recovery rate, the driven bevel wheel, turbine disc, etc on account of specific parameters, and reasonably design the speed controlling structure, the drive cone wheel stress and material fatigue strength, This essay establishes a drive power cone rate, cone wheel diameter, material fatigue life and relationship between reliability factors, and rationally design the size of cone wheel, according to work force and material fatigue life of the drive cone wheel.Keywords: continuously variable transmission, friction, steel ball cone wheel, designII1绪论1.1研究背景及意义机械无极变速器是一种传动装置，其功能特征主要是：在输入转速不变的情况下，能实现输出轴在一定范围内连续变化，以满足机械或生产系统在运转过程中各种不同工况的要求：其结构特征主要是：需由变速传动机构、调速机构及加压装置或输出机构三部分组成。机械无级变速器的适用范围广，有在驱动功率不变的情况下，因工作阻力变化而需要调节转速以产生相应的驱动力矩者（如化工行业中的搅拌机械，即需要随着搅拌物料的粘度、阻力增大而能相应减慢搅拌速度）；有根据工况要求需要调节速度者（如起重运输机械要求随物料及运行区段的变化而能相应改变提升或运行速度，食品机械中的烤干机或制药机械要求随着温度变化而调节转移速度）;有为获得恒定的工作速度或张力而需要调节速度者（如断面切削机床加工时需保持恒定的切削线速度，电工机械中绕线机需保持恒定的卷绕速度，纺织机械中的浆纱机及轻工机械中的薄膜机皆需调节转速以保证恒定的张力等）；有为适应整个系统中的各种工况、工位、工序或单元的不同要求而需协调运转速度以及需要配合自动控制者（如各种各样半自动或自动的生产、操作或装配流水线）；有为探求最佳效果而需变换速度者（如试验机械或李心机需调速以获得最佳分离效果）；有为节约能源而需要进行的调速者（如风机、水泵等）：此外还有各种规律的不规律的变化而进行速度调节以及实现自动或程序控制等。综上所述，可以看出采用无极变速器，尤其是配合减速传动时进一步扩大其变速范围与输出转矩，能更好的适应各种工况要求，使之效能最佳，在提高产品的产量和质量。适应产品更换需要，节约能源，实现整个系统的机械化、自动化等各方面皆具有显著的效果。故无极变速器目前已成为一种基本的通用传动形式，应用于纺织、轻工、食品、包装、化工、机床、电工、起重运输矿山冶金、工程、农业、国防及试验等各类机械。1.2国内外机械无极变速器的研究现状国内：我国最早是在一汽生产的CA770红旗轿车上装备了自动变速器。国内CVT的批量装车始于2003年, 目前正以递增的态势发展。在CVT 方面的研究我国尚处于起步阶段, 自 “九五” 期间开始, 轿车金属带式无级自动变速器的开发和研制已经被列入国家的重大科技攻关计划, 由吉林工业大学、 东北大学、 东风汽车公司合作, 共同承担并完成了这个攻关项目, 对CVT 技术进行实用化研究, 在CVT 传动机理、 CVT 控制策略、 CVT 数字建模与仿真等方面, 取得了一些突破性成果并成功试制出国内首台CV T 产品, 进行了台架实验和道路实验, 取得了一些宝贵的实验数据和开发经验, 目前该课题组仍在进行CVT 的开发研究工作。目前我国 CVT已进入使用阶段 ,据报道,一汽大众生产的大排量 6 缸内燃机(2. 8L)的奥迪 A6轿车上装备的带式无级变速器 CVT ,能传动功率为142 kW ,扭矩为 280 Nm ,已能达到轿车实用的要求。国外：CVT 技术的发展, 可以追溯到十九世纪末, 德国Daimler- Benz 公司在 1896 年就将V 型橡胶带式无级变速技术用于该公司生产的汽车上, 但材料较差、 传递力矩小, 没有什么实用价值。自从冯杜纳博士的VDT公司于20世纪80年代研制成功金属带式无级变速器并使之进入商品化阶段后，目前世界度宽钢带和一个高液压控制系统。 通过采用这些先进的技术来获得较大的转矩能力, 日产公司研究开发CV T 的电子控制技术, 传动比的改变实行全档电子控制, 汽车在下坡时可以一直根据车速控制发动机制动, 而且在湿滑路面上能够平顺地增加速比来防止打滑。 日产公司还计划将它的CV T 的应用范围从1.0L 扩大到3.0L 的轿车。另外, 日本三菱、 富士重工也都在不断改进无级变速器, 从而实现汽车从有级变速阶段向无级变速阶段的飞跃。据统计，截止2005 年底，装备金属带式无级变速器的轿车已达500 万辆。由最初的日本、欧洲, 已经渗透到北美市场。 随着上已出现了一批生产金属带式无级变速器的厂家。日本本田汽车公司和VDT变速器公司共同研制的新型无级变速器已装备在了本田公司的轿车上。包括通用汽车公司在内的国外企业都在加速发展无级自动变速器技术。进入九十年代,日产公司开发了一种为中型轿车设计的包含一个手动换档模式的CV T。 新型CV T 采用一个最新研制的高强电子控制技术、 材料及加工技术的进步, CV T 未来的发展将成本更低廉、控制更便捷、使用范围更广泛。因此无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势。1.3毕业论文设计内容和要求设计内容：小功率机械无极变速器结构的十二级；比较和选择合适的方案，无极变速器的结构设计与计算；对关键部件进行强度和寿命校核。设计要求：输入功率P=2.2Kw，输入转速n=1500rpm，调速范围R=10；结构设计室应使制造成本尽可能低；安装拆卸要方便；外观要匀称，美观；调速要灵活，调速过程中不能出现卡死现象，能实现动态无级调速；关键部件满足强度和寿命要求；画零件图和装配图。2总体类型的选择钢球锥轮式无级变速种类繁多，在此，我只选择了两种方案供参考，作比较，选出比较理想合理的方案。该两种方案分别是钢球外锥式（Kopp-B型）无级变速器和钢球内锥式无级变速，分别描述如下。2.1钢球外锥（Kopp-B型）无级变速器Koop-B型变速器的皱构如图2-1所示。动力由轴1输入，通过自动加压装置2，带动主动轮3同速转动，经一组(38个)钢球4利用摩擦力驱动外环7和从动锥轮9；再经锥轮轮9、自动加压装置10驱动输出轴11，最后将动力输出。传动钢球的支承轴8的两端嵌装在壳体两端盖12和l3的径间弧形导槽内，并穿过调速蜗轮5的曲线槽；调 图2-1 无级变速器装配图 1、11-输入、输出轴 2、10-加压装置 3、9-主、从锥轮4-传动钢球 5-调速涡轮 6-调速蜗杆 7-外环 8-传动钢球 12、13-端盖调速是通过蜗杆6使蜗轮5转动。由于曲线槽(相当于一个控制凸轮)的作用，使钢球轴心线的倾斜角发生变化，导致钢球与两锥轮的工作半径改变，输出轴的转速便得到调节。其动力范围为：=9，Imax=1/Imin，P11KW，4% ，0.800.92 ，应用甚广。从动调速齿轮5的端面分布一组曲线槽，曲线槽数目与钢球数相同。曲线槽可用阿基米德螺旋线，也可用圆弧。当转动主动齿轮6使从动齿轮5转动时，从动齿轮的曲线槽迫使传动钢球轴8绕钢球4的轴心线摆动，传动轮3以及从动轮9与钢球4的接触半径发生变化，实现无级调速。2-2 调速涡轮的槽型曲线钢球外锥式无级变速器变速如图2-3所示：中间轮为一钢球，主、从动轮式母线均为直线的锥轮，接触处为点接触。主、从动轮的轴线在一直线上，调速时主、从动轮工图2-3 钢球锥轮无级变速器的变速作半径不变，而是通过改变中间轮的回转轴线的倾斜角籍以改变其两侧的工作半径来实现变速。2.2钢球长锥式（RC型）无级变速器如图2-4所示，为一种早期生产的环锥式无级变速器，是利用钢环的弹性楔紧作用自动加压而无需加压装置。由于采用两轴线平行的长锥替代了两对分离轮，并且通过移动钢环来进行变速，所以结构特别简单。但由于长锥的锥度较小，故变速范围受限制。RC型变速器属升、降速型，其机械特性如下图2-5所示。技术参数为：传动比 i21 = n2/n1 =20.5,变速比= 4,输入功率P1=（0.12.2）KW，输入转速n1=1500 r/min ,传动效率85% 。一般用于机床和纺织机械等。 2-4 RC型变速器结构的简图 2-5 RC变速器的机械2.3两方案的比较与选择钢球长锥式(RC型)无级变速器结构很简单，且使用参数更符合我们此次设计的要求，但由于调速是通过钢环移动还实现的，而怎样移动钢环有比较大的难度，需要精密的装置，用于制造，成本会大大的提高，显得不合理。 而钢球外锥式(Koop-B型)无级变速器的结构也比较简单，原理清晰，各项参数也比较符合设计要求，故选择此变速器。 3主要零件的计算与设计设计一台钢球外锥式（Koop-B）型无级变速器，输入功率为N1=2.2KW，=10，np=1500 r/min。由以上数据查表，故选用Y100L1-4型电机驱动。N=2.2KW，n=1430 r/min,=0.87。输入转速n1=1430 r/min。3.1输入、输出轴的计算与设计由于本方案为钢球外锥式无级变速器，机械传动平稳，弯曲振动小。故选用45号钢作为轴的材料，调质220260HBS，。（1）输出轴的计算与设计1）最小轴径的确定初步计算按轴的最小轴径公式估算，取，于是得： 输出轴的最小直径为与锥轮连接处（图2-1）。由于锥轮与轴是过渡配合，且锥轮工作直径为95mm，为了保证锥轮与轴配合有良好的对中性，采用锥轮标准的推荐直径为20mm。（2）轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案本方案如图2-1所示的装配的方案。2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度I轴段安装锥轮及加压盘保持架，保证与轴配合的毂孔长度，取， mm。II段轴安装加压盘一侧和轴承，加压盘用花键移动实现对锥轮的加压，取花键 GB/T1144-2001， 。III轴段对轴II上的轴承内圈起定位作用并作为轴承座，取。IV轴段与III轴段上的轴承内圈起定位作用，取。V轴段根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑剂的要求，采用迷宫式密封，根据标准取。轴VI作为轴承座，。轴段由计算得,至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。V带轮和迷宫式密封与轴的周向定位均采用平键连接。按各段轴径查得平键截面: ，.为保证带轮与轴配合有良好的对中性，故选择带轮轮毂与轴的配合为；同样，密封挡圈与轴的配合为。滚动轴承与轴定位是由过渡配合来保证的，轴承段的直径尺寸公差为m6.取轴端倒角为。 图3-1 输出轴3）由于主、从动锥轮一致，轴上零件布置也相同。同时主动轮的最小轴径估算为。为了节省工艺及成本。主动轴轴段其余相同。3.2输入、输出轴上轴承的选择与计算因为轴承为标准件，只需挑选合适的参数的轴承即可，主、从动轴轴III段由于轴承到径向力与周向力的作用，所以选用角接触球轴承7006AC GB/T292-1994。从动轴IV段为限制轴（外壳）的向右的轴向移动选用角接触球轴承7008AC GB/T292-94，两轴承的基本额定动载荷均大于10KN，所以角接触轴承采用正装可满足要求。表3-1 角接触球轴承 7006AC GB/T 292-1994轴承代号基本尺寸（mm）安装尺寸（mm）70000AC极限转速(r/min)原轴承代号 dDBrmindminDra(mm)基本额定脂润滑油润滑max动载荷静载荷(KN)7006AC30551313649116.414.59.8595001400036106表3-2 角接触球轴承 7008C GB/T 292-1994轴承代号基本尺寸（mm）安装尺寸（mm）70000AC极限转速(r/min)原轴承代号 dDBrmindminDra(mm)基本额定脂润滑油润滑max动载荷静载荷(KN)7008AC40681514662120.119.014.5800011000361083.3输入、输出轴上端盖的计算与设计 图3-2 端盖由于输入、输出轴与端盖是间隙配合，确定孔径为30，与箱体盖连接确定外径112。按Q/ZB100-73规定，选用毡封油圈时，其毡圈尺寸：在轴径50240mm时，毡圈外径D较大2mm,厚度B较大2mm。3.4加压盘的计算与设计加压装置采用钢球V形槽式加压盘，此加压盘动作灵敏，工艺要求高，承载能力符合要求。（1)加压装置有关参数加压盘作用直径 加压盘V形槽倾角 取加压钢球按经验公式取、。经验算接触强度均不足，故改用腰鼓形滚子8个，取滚子轴向截面圆弧半径，横向中间截面半径。曲率系数 由表1-2按 查得，代入式得加压盘处的最大接触应力为 工作应力在许用应力范围之内。故可以采用。3.5调速齿轮上变速曲线槽的计算与设计调速涡轮槽形曲线及传动钢球的尺寸符号如图2-2所示。整个调速过程通常在涡轮转角的范围内完成，大多数取。槽形曲线可以为阿基米德螺旋线，也可以采用圆弧代替。本方案采用圆弧槽线，变速槽中心线必须通过A、B、C三个点，它们的极坐标（以o点为极点）分别为：A： mmB： mmC： mm 定出A、B、C三点，采用做图画做出弧形槽，槽宽10mm。3.6钢球与主、从动锥轮的计算与设计（1）选材料：钢球、锥轮、外环及加压盘均匀GCr15,表面硬度HRC61，摩擦系数f=0.04，许用接触应力：传动件j=2200025000kgf/cm2,加压元件j=40000500000kgf/cm2。（2）预选有关参数：锥轮锥顶半角=45o，传动钢球个数z=6，加压钢球个数m=8，锥轮于钢球的直径比c1=1.5,kf=1.25、=0.8。（3）有关运动参数计算；传动比 钢球支承轴的极限转角 （增速范围） （减速范围）（4）计算确定传动钢球的直径: 按表1-2（机械无级变速器）由查得，代入式得 按钢球规格圆整取锥轮直径 圆整取 则 验算接触应力在许用接触应力范围之内，故可用。（5）计算有关尺寸：钢球中心圆直径 钢球侧隙 外环内径 外环轴向截面圆弧半径R 取锥轮工作圆之间的轴向距离B 3.7调速机构的计算与设计调速操纵的基本原理都是将其个某一个滚动体沿另一个(或几个)滚动体母线移动的方式来进行调速。一般滚动体均是以直线或圆弧为母线的旋转体；因此，调速时使滚动体沿另一滚动体表面作相对运动的方式，只有直线移动和旋转(摆动)两种力式。这样可将调速机构分为下列两大类：1通过使滚动体移动来改变工作半径的。主要用于两滚动体的切线均为直线的情况，且两轮的回转轴线平行或梢交，移动的方向是两轮的接触线方向。2通过使滚动体的轴线偏转来改变工作半径的。主要用于两滚动体之一的母线为圆弧的情况。钢球外锥轮式无级变速器是采用第二种调速类型，通过涡轮-凸轮组合机构，经涡轮转动再经槽凸轮而使钢球心轴绕其圆心转动，以实现钢球主、从动侧工作半径的改变。调速涡轮在设计上应保证避免与其它零件发生干涉，同时采用单头蜗杆，以增加自锁性，避免自动变速而失稳。 根据整体设计，蜗杆传动的基本尺寸及参数匹配如下：表3-3 蜗杆的基本尺寸 （GB 10085-88）模数mm轴向齿距mm分度圆直径mm头数直径系数mm齿顶圆直径mm齿根圆直径mm值分度圆柱导程角818.133342110.00046383120表3-4 涡轮、蜗杆参数的匹配（GB 10085-88）中心距mm传动比模数(mm)蜗杆分度圆直径(mm)蜗杆头数涡轮齿数涡轮变位系数127.524842141-0.500传动钢球小轴摆角与手轮转角的关系为：在制造时，蜗轮上的z条槽要保证其圆周不等分性不超过。否则会造成钢球转速不一，引起磨损、嗓声过大及温升过高等现象。支承轴与曲线槽的侧隙约为0.03mm左右，过大会在开车时引起冲击现象，易导致钢球支承轴弯曲甚至折断。3.8无级变速器的装配1.变速器的装配 1）所有零件应彻底清洗并用压缩空气吹净或擦干。 2）各轴承及键槽在安装前，应涂以齿轮油或机械油。 3）装入轴承前时，应使用铜棒在轴承四周均匀敲入，避免用手锤直接敲击轴承，以防止损伤轴承。也可将轴承在机械油中加热到60-100后装入。 4）壳体上的螺孔和轴承孔，在安装轴承端盖时，应涂以密封胶以防漏油。 5）各紧固螺栓应按规定锁止方法进行锁止。 2.变速器在装配中的调整 1）锥轮端面与涡轮之间的间隙，一般应为0.10-0.35mm。 2）轴的轴向间隙一般为0.10-0.40mm，可在轴承盖内增减垫片进行调整。 3）检查蜗杆传动的啮合与调速情况，各档涡轮应具备良好的自锁性。齿的啮合痕迹应大于全齿工作面积的三分之一。4主要零件的校核本章根据传动要求对无级变速器做一个整体的校核。在4.2节对变速器的承加压装置及钢球与主、从动锥轮之间的接触强度进行校核，钢球的强度校核在设计过程中已经符合要求。同时在制造与安装过程中应保证一组钢球的直径的一致性。轴承采用标准件，由于蜗杆是用于调速，其轴承主要起支撑作用，受力时间短，故在此不进行校核，对轴上轴承进行强度与寿命计算。轴上键的连接，迷宫式密封圈的键起固定作用，并不传递较大的作用力，故在此不校核，轴段VI的键为V带轮传递力以及花键为加压盘传递主要的载荷。键的主要失效形式是工作表面被压溃（平键）或工作表面过渡磨损（动连接），在此方案中花键进行静连接的校核。4.1传动部件的受力分析与强度计算此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩键的校核达到要求。综合上述可得，该设计符合工程要求。本文简要介绍了摩擦式钢球无极变速器的基本结构、设计计算、材质及润滑等方面的知识，并以此作为本次无级变速器设计的理论基础。本设计采用的是以钢球作为中间传动元件，通过改变钢球主动侧和从动侧的工作半径来实现输出轴转速连续变化的钢球锥轮式无级变速器。由钢球、主动锥轮、从动锥轮和内环所组成。动力由输入轴输入，带动主动锥轮同速转动，经钢球利用摩擦力驱动内环和从动锥轮，再经从动锥轮，形槽自动加压装置驱动输出轴将动力输出，调整钢球轴心的倾斜角就可达到变速的目的。本设计为恒功率输出特性，输出转速恒低于输入转速，运用于低转速大转矩传动。本文分析了在传动过程中主、从动轮，钢球和外环的工作原理和受力关系；通过受力关系分析，并针对具体参数对输入轴、输出轴、端盖、加压盘、主动追率、从动锥轮、涡轮盘等进行了计算与设计。并对调速结构进行合理设计。本文根据传动锥轮的工作应力和材料疲劳强度 ,建立起锥面传动功率、锥轮直径与材料疲劳寿命及可靠度等因素之间的关系，合理设计锥轮的机构尺寸。最后要感谢我的指导老师聂老师对我的悉心指导，感谢同学们对我的帮助。在设计过程中，通过查阅大量有关的资料，与同学交流经验和自学，并想老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少的艰辛，在艰辛中设计过程中磨练提升自己。通过此次毕业设计我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，对今后的学习、工作和生活都有非常大的帮助。而且大大的提高了动手能力，是我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功的喜悦。虽然此次设计做的不够太好，但是在设计过程中所学的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终生受益。参考文献 1阮忠唐主编. 机械设计无级变速器S. 北京：机械工业出版社， 1983.10.128234.2周有强.机械无级变速器M.北京:机械工业出版社,2011.35158.3吴宗泽,罗圣国,卢颂峰等.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版, 2006.143193.4濮良贵,纪名刚主编.机械设计S.北京:高等教育出版社,2005.32201.5周有强主编.机械无级变速器S.北京:机械工业出版社,2001.154184.6朱张校主编.工程材料S.北京:清华大学出版社,2001.139168.7杨叔子.机械加工工艺师手册M.北京:机械工业出版社,2001.12185.8成大先主编.机械设计手册S.北京:化学工业出版社,2001.174208.9郑提,唐可洪主编.机电一体化设计基础S.北京:机械工业出版社,2003.204233.10陈秀.机械设计课程设计图册M.北京:高等教育出版社,1997.152242.附录：并联位移机器人的设计Jacques M.HERVEECELE CENTRALE PARIS92295 CHATENAY MALABRY CEDEXFRANCE摘要:本文目的是对偶具有人性化机器人的应用做一个完全的介绍,并将着重讨论并行机器人特别是那些能够进行空间平移的机器人。在许多工业的应用过程中这种机器人被证明其末端执行器在空间上的定位是没必要的。这个方法的优点是我们能系统地导出能预期得到位移子群的所有运动学链。因此，我们调查了机器人的整个家族。T-STAR机器人现在就是一台工作装置。而H-ROBOT,PRISM-ROBOT是新的可能的机器人。这些机器人能满足现代生产快节奏工作中价格低以及符合挑选的工作环境，如选料、安排、包装、装配等发日益增长的需求。关键词：运动学,并行机器人引言群论可以运用于一系列位移当中。根据这个理论，如果我们能够证明群D包含所有的可能的位移，那么D就具有群结构。刚体的最显著运动是由群D表现出来的。这方法导致机械装置的分类 1。建立这样的一个分类的主要的步骤是将位移群的所有子群导出。这能通过检验所有具有旋转和平移特性的2产品直接推理出。然而,一个更有效的方法存在于假设群论3,4中。假设群论是在取决于许多有限实参数的全纯映射的基础上定义的。位移群D是六维假设群的一个特例。假设理论在假设群论的框架内,我们将用于补偿李代数的微元变换与通过其前面幂运算得到的有限运算结合起来。连续群通过与群微元变换有关的微分幂运算描述出来。另外，群体特性通过微分运算及其逆运算所得到的李代数的代数结构而得到了解释。让我们回忆一下李代数主要的定义公理：一个李代数是一个具有封闭乘积的反对偶称双线性的矢量空间。众所周知 5，螺旋速度场是在给定点N的条件下通过运算得到的一个六维的矢量空间。由下面3中步骤表明，我们能得完整的欧几里得位移D子群列表（见大纲表1）。该列表是通过首先定义一个与速度场有关的微分运算符得到的。然后，通过幂运算，得到了李代数有限位移的表达式。此表达式相当于仿射的直接归一正交变换。螺旋速度场的子李代数是对偶位移子群组的直接描述。X (w)子群为了利用平行机理得到空间平移，我们需要找到所有位移子群的交集空间平移子群T。我们考虑的子群交集将严格的包含于两个“平行”子群内。此类别的最重要的情况是2个X (w) 子群和2个不同矢量方向w和w的平行关系。这很容易证明： X(w) X(w)=T,ww子群X (w)在机制设计起一个很重要的作用。该子群由带有旋转运动的空间平移组成,其旋转主轴方向与所给定的矢量w的方向始终平行。X(w)机械联系的实际实施是通过子群X(w)代表的系列运动学对偶中的命令实现的。实际上棱柱对偶和旋转对偶P,R,H都用于构造机器人(圆柱体对偶C以紧凑的方式结合棱柱对偶和旋转对偶)。产生的这些运动学对偶的所有可能组合由子群组X (w)在6中给出。同时它们必须连续的满足两种几何情况：旋转轴与螺旋轴要与给定的矢量w平行；不是被动运动。Xw子群的位移运算符,在M点的作用是:M N + u + bv + cw +exp(hw) N M 是矢量乘积标志。点N和矢量u,v,w组成了空间的正交标架的基准。a, b, c, h为具有四维空间的子群的四个参数。空间平移的并联机器人当两子群组X(w) 和X(w),ww,满足ww，但矢量平行时，在移动平台和固定马达之间，其机械生成元就足以能产生空间平移。三个子群组X (w),X(w),X(w),ww时其生成元同样也能产生空间平移。P，R或H的任何系列组成群组X (w)生成元的对偶的空间平移都能被实现。此外，这3种机械生成元可以是不同或一样但都取决于所需的运动学结果。这种组合范围很广，使得整个能进行空间平移的机器人家族成员得到了增加。最有趣的是建筑的模拟能容易地是完成，机器手的选择也能适应委员的需要。Clavel的Delta机器人属于这个家族，因为它基于相同的运动学原理7。并行操作机器人Y-STARSTAR 16 由3个能产生X (u), X (u), X(u) (fig 1)子群组的协作操作臂组成。3只机械臂是相同且每只都能通过一系列的RHPaR生成一个子群X (u)，其中Pa代表循环平移协作，此平移协作由一块绞接的平行四边形的两对偶立的杆控制决定。两旋转对偶轴与螺旋对偶轴必须平行以保证能生成X (u)子群组。每条机械臂，第一个2对偶,即同轴旋转对偶和螺旋对偶组成固定机器人的固定部分，同时形成处于相同平面的轴的机械结构，将其分为三个相同部分，从而形成了Y行状。因此任意两轴之间的角度都占整个空间角度的2 /3。机器人的移动部分由PaR系列组成，都能集中于移动平台做指定的某点位置。平台与参考平面保持平行，不能绕垂直于参考平面的轴旋转。任何的一种专有的末端执行器都能是放置在这流动的平台上。 所得到的反应移动平台的T子群仅能在空间进行平移,在8中给出。H型机器人 大部分并型机器人包括Delta机器人和Y Star机器人，其末端执行器的工作空间与整个装置相比较小。这是此类机器人的一个缺陷。为了避免这种工作空间的限制，对偶此装置安装具有平行轴的电动千斤顶。与Y Star相似的机器人臂不能使用：三个相同集X (v)的交集等于X (v)而不是T。因此，在计新的H机器人16时，我们选择与Y-Sta相同的两条手臂，第三条手臂可与Delta手臂相比。这第三条机械臂开始形成带有与第一个两电动千斤顶平行的机动化柱状对偶的固定框架。继以之绞接的二维平行四边形，此四边形由于其中一根杆的缘故能绕垂直于P对偶的轴转动。与此杆相对偶的杆经由平行轴的旋转对偶R被连结到移动平台上。当平行四边形形状变化时，这个性质被保持(自由度为一)。此机器人的第一个样机有一个团队的学生在Pastor教授的指导下于法国“IUT de Ville DAvray”完成的。此H型机器人安装了具有3种系统的螺杆(1)大间距的螺母(2)，能允许快速移动。它由轴承(6)通过执行机构M控制。三个绞接的平行四边形位于（4）的两端，在（5）的中间将螺母与水平平台（3）连接。机架（7）支撑着整个结构（图2）。边螺旋杆允许沿着其轴转动和移动。中心螺母则不允许平行四边形构架的转动。移动平台与半气缸相似，其自由度为3。这装置的主要优点是那工作空间是直接与平行轴长度成比例，能得到一个较大工作空间。柱状-机器人滑动对偶偶P较好的性有能在在工业机械元件上得到应用的可能。一个平行四边形能够利用四转动对偶偶R得到一个移动自由度。因此，利用柱状对偶偶代替平行四边形（Star机器人）进行机器人设计是一个经济可行的方法。人们想象出了由CPR三重次序组成的很多几何排列（圆柱形对偶偶C可能能被RP代替以得到一电动千斤顶）。轴C必须在每次排列中与R轴平行。P对偶偶的方向可以是任意的。柱状机器人的草图见图3。两固定电动千斤顶是同轴的。第三个电动千斤顶为垂直安装。实际上，这些轴都是水平的。两柱状对偶偶相对偶于前两轴呈45度角。第三柱状对偶偶与第三轴垂直。移动平台在不需要人为调节的条件下在较大工作空间内自行移动。结论很多资料10, 11, 12, 13, 14, 15表明了假设群论的，特别是其动力学的重要性。通过对偶新的并行机器人的查证能够对偶我们进行机器人原型的构造有很大帮助。其机械性能的日益增加和制造费用的降低用使得机器人在当今工业制造中越来越具有吸引力。这种新机器人具有通用并行机器人在定位、灵敏性和马达定位安装方面的优点，可代替DELTA机器人。简写列表 1置换组的子群E 恒等。t(D) 对直线 D 的平移。R(N,u) 绕轴旋转装置.( 或同等物对 N,和 NN 的 uu=O)H(N,u,p) 转轴 (N ,u,p)= 2 k 的螺旋运动。t(P) 对平面 P 的平移。C(N,u) 沿轴平移的组合旋转装置.(N,u)t 空间的平移。G(P) 对平面P的平行平面运动。Y(w,p) 平面垂直平移到 w 所允许的平移旋转和沿任何轴平行到 w 的旋转动作。S(N) 在点N周围的额球状的旋转装置。X(w) 允许空间和沿任一轴旋转到 w 的平移旋转装置运动。 D 综合刚体运动。 Design of parallel manipulators via the displacement groupJacques M.HERVEECELE CENTRALE PARIS92295 CHATENAY MALABRY CEDEXFRANCE Abstract: Our aim is to give a complete presentation of the application of Life Group Theory to the structural design of manipulator robots. We focused our attention on parallel manipulator robots and in particular those capable of spatial translation. This is justified by many industrial applications which do not need the orientation of the end-effectors in the space. The advantage of this method is that we can derive systematically all kinematics chains which produce the desired displacement subgroup. Hence, an entire family of robots results from our investigation. The T-STAR manipulator is now a working device. H-ROBOT, PRISM-ROBOT are new possible robots. These manipulators respond to the increasing demand of fast working rhythms in modern production at a low cost and are suited for any kind of pick and place jobs like sorting, arranging on palettes, packing and assembly.Keywords: Kinematics, Parallel Robot.IntroductionThe mathematical theory of groups can be applied to the set of displacements. If we can call D the set of all possible displacements, it is proved, according to this theory, that D have a group structure. The most remarkable movements of a rigid body are then represented by subgroups of D. This method leads to a classification of mechanism 1. The main step for establishing such a classification is the derivation of an exhaustive inventory of the subgroups of the displacement group. This can be done by a direct reasoning by examining all the kinds of products of rotations and translations 2. However, a much more effective method consists in using Lie Group Theory 3 , 4.Lie Groups are defined by analytical transformations depending on a finite number of real parameters. The displacement group D is a special case of a Lie Group of dimension six. Lies TheoryWithin the framework of Lie Theory, we associate infinitesimal transformations makingup a Lie algebra with finite operations which are obtained from the previous ones by exponentiation. Continuous analytical groups are described by the exponential ofdifferential operators which correspond to the infinitesimal transformations of the group.Furthermore, group properties are interpreted by the algebraic structure of Lie algebra of the differential operators and conversely. We recall the main definition axiom of a Lie algebra: a Lie algebra is a vector space endowed with a bilinear skew symmetric closed product. It is well know 5 , that the set of screw velocity fields is a vector space of dimension six for the natural operations at a given point N.By following the steps indicated in 3 we can produce the exhaustive list of the Lie subgroup of Euclidean displacements D (see synoptical list 1). This is done by first defining a differential operator associated with the velocity field. Then, by exponentiation, we derive the formal Lie expression of finite displacements which are shown to be equivalent to affine direct orthonormal transformations. Lie sub-algebras of screw velocity fields lead to the description of the displacement subgroups.The X (w) subgroupIn order to generate spatial tra