VDI 2740 Blatt 2-2002 Mechanical devices for automation equipment - Guidance mechanisms.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREMechanische Einrichtungen in der AutomatisierungstechnikFhrungsgetriebeMechanical devices forautomation equipment Guidance mechanismsVDI 2740Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion VertriebFachausschuss Getriebe in

2、 der HandhabungstechnikVDI-Handbuch Getriebetechnik IVDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 3VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure,Dsseldorf 2002Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche

3、Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 25.040.30;21.200 April 2002No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken asauthoritative.Inhal

4、t SeiteVo r b e m erkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Begriffsbestimmungen und Kennwerte fr Fhrungsgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1 Begriffsbestimmungen . . . . . . . . . . . 52.1.1 Fhrungsgetriebe . . . . . . . . . . . 5

5、2.1.2 Punktfhrung . . . . . . . . . . . . . 62.1.3 Ebenenfhrung . . . . . . . . . . . . 82.1.4 Krperfhrung . . . . . . . . . . . . 82.1.5 Antriebsbezogene Fhrung, Fhrungsfunktionsgetriebe. . . . . . 102.2 Kennwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.2.1 Allgemeine Kennwerte. . . . . . . . 102.2

6、.2 Spezielle Kennwerte . . . . . . . . . 123Getriebearten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.1 Ebene Fhrungsgetriebe. . . . . . . . . . . 153.2 Rumliche Fhrungsgetriebe . . . . . . . . 26Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Anhang Lsungssammlung . . . . . . . . . . . . 31Con

7、tents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Definitions and parameters for guidance mechanisms. . . . . . . . . . . . . . 52.1 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1.1 Guidance mechanisms . . . . . . . . 52.1.

8、2 Point guidance. . . . . . . . . . . . . 62.1.3 Plane guidance . . . . . . . . . . . . 82.1.4 Body guidance . . . . . . . . . . . . 82.1.5 Drive-related guidance,mechanisms for guidance-function . . 102.2 Characteristic values . . . . . . . . . . . . . 102.2.1 General characteristic values . . . .

9、. 102.2.2 Special characteristic values . . . . . 123Types of mechanism . . . . . . . . . . . . . . . 153.1 Planar guidance mechanisms . . . . . . . . 153.2 Three-dimensional guidance mechanisms. . 26Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Annex Collection of examples . . . . . . .

10、. . . . 31Frhere Ausgabe: 3.2000 Entwurf,deutschFormer edition: 3/2000 draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20022 VDI 2740 Blatt 2 / Part 2VorbemerkungViele typische Bewegungsaufgaben der H

11、and-habungstechnik wie das Fhren von Werkstckenoder Arbeitsorganen in der Fertigung und Montageknnen durch zwanglufige, ungleichmig berset-zende Getriebe oft kostengnstiger und sicherer alsdurch mehrachsige, frei programmierbare Hand-habungsgerte (Industrieroboter nach VDI 2860) er-fllt werden. Dies

12、 gilt vor allem dann, wenn der tech-nologische Ablauf ber einen lngeren Zeitraum un-vernderlich ist und wenn groe Krfte zu bertragenund schnelle Bewegungen zu erzeugen sind. Darberhinaus knnen viele Fhrungsgetriebe, deren Struk-tur auf geschlossenen kinematischen Ketten aufbaut,zur Erzeugung flexibl

13、er Bewegungsablufe einge-setzt werden, wenn ein oder mehrere Antriebe elek-tronisch gesteuert werden, um somit eine den techno-logischen Anforderungen gengende Teilflexibilittzu gewhrleisten.Mit dieser Richtlinie soll der Konstrukteur in dieLage versetzt werden, Fhrungsgetriebe entspre-chend seiner

14、spezifischen Fhrungsaufgabe auszu-whlen. Im Rahmen einer Lsungssammlung werdenihm die verschiedenen Fhrungsgetriebe aufgezeigtund gleichzeitig Auswahlkriterien vorgestellt, um dasfr seine Aufgabe optimale Fhrungsgetriebe zu er-halten. Auerdem werden Kennwerte zur Beurtei-lung und zum Vergleich versc

15、hiedener Fhrungs-getriebe vorgestellt und erlutert. Diese Richtlinie enthlt im Anhang als Schwerpunkteine Lsungssammlung fr Fhrungsgetriebe, die vorallem zwanglufige Getriebe behandelt, die ebene,sphrische und rumliche Bewegungen ausfhren.Daher wird im Folgenden auf Syntheseverfahren frFhrungsgetrie

16、be nur am Rande oder durch entspre-chende Literaturhinweise eingegangen. Hier kannz.B. die Richtlinie VDI 2741 als Konstruktions-grundlage fr Kurvengetriebe dienen. Auf weitereLiteratur zu Syntheseverfahren fr Koppelgetriebewird in Abschnitt 3 eingegangen.1EinleitungDer Begriff Fhren“ wird in der Ha

17、ndhabungstech-nik und in der Getriebetechnik in hnlicher Weise ver-wendet. In der Handhabungstechnik wird der BegriffFhren“ vor allem mit Bezug auf die Bewegungsauf-gabe definiert, ohne einen direkten Bezug zur Lsungbzw. zum Funktionstrger, wie z.B. Industrieroboter,Koppelgetriebe und Schwingfrderer

18、. In VDI 2860wird Fhren“ definiert als das Bewegen von Krpernaus einer vorgegebenen Position im Raum, festgelegtPreliminary noteMany typical movements to be performed in handlingand manipulation technology, such as guiding work-pieces or working organs in manufacturing and as-sembly, can often be pe

19、rformed less expensively andmore reliably by constrained mechanisms with vary-ing speed ratios than by multi-axis, programmablehandling devices (industrial robots as per VDI 2860).This is particularly true when the technical processremains unchanged for an extended period of timeand when large force

20、s have to be transmitted andrapid movements to be generated. In addition, manyguidance mechanisms whose structure is based onclosed kinematic chains can be used for creating flex-ible sequences of movements if one or more drivesare controlled electronically in order to thereby en-sure a partial flex

21、ibility sufficient to meet the techni-cal requirements.This guideline is intended to help the designer selectthe guidance mechanisms appropriate for the specificguidance task to be performed. A collection of possi-ble solutions is provided as a way of presenting thevarious guidance mechanisms and at

22、 the same timesetting out selection criteria. This should ensure thatthe designer finds the guidance mechanism whichbest solves his design problem. In addition, charac-teristic values which can be used for evaluating andcomparing different guidance mechanisms are pre-sented and explained.This guidel

23、ine includes an appendix which primarilyconsists of a collection of examples of guidancemechanisms, concentrating in particular on con-strained mechanisms which perform planar, sphericaland three-dimensional movements. For this reasonthis guideline will deal with procedures for the syn-thesis of gui

24、dance mechanisms only marginally or byproviding the corresponding references. In this con-text, guideline VDI 2741, for example, could serve asa basis for the design of a guidance mechanism usingcams. References to procedures for the synthesis ofcoupler mechanisms are provided in Section 3.1Introduc

25、tionThe term ”guidance“ is used in a similar manner bothin handling technology and in mechanism design.Handling technology primarily defines the term”guidance“ with respect to the movement required fora task and without a direct relation to the solution orthe device that is actually performing the o

26、peration,such as for example industrial robots, coupler mech-anisms and vibration conveyors. VDI 2860 definesguidance as causing bodies to move from a specifiedB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2002 VDI

27、2740 Blatt 2 / Part 2 3 durch mindestens drei Punkte eines Krpers im Be-zugskoordinatensystem, entlang einer vorgegebenenBahn. Die Orientierung, d.h. die Lage der Achsen derkrperfesten Koordinatensysteme gegenber dem Be-zugskoordinatensystem, ist dabei in jedem Punkt derBahn vorgegeben. Das Fhren“ i

28、st hierbei gemBild 1 als eine zusammengesetzte Funktion der Teil-funktion Bewegen“ definiert. Sie kann durch die Ele-mentarfunktionen Drehen“ und Verschieben“ be-schrieben werden. In bestimmten Anwendungsfllenkann sie in die Elementarfunktion Halten“ der Teil-funktion Sichern“ und in eine weitere zu

29、sammenge-setzte Funktion der Teilfunktion Bewegen“, wie z.B.position in space, as defined in the three-dimensionalcoordinate reference system, by at least three pointsof the body and along a specified path. Here the ori-entation in other words, the position of the axes inthe bodys own coordinate sys

30、tem with respect to thereference system is predetermined for every pointon that path. ”Guidance“ is thus defined as a compos-ite function of the subfunction ”move“ as can be seenin Figure 1. It can be described by the elementaryfunctions of ”rotate“ and ”translate“. In certain appli-cations, it can

31、be broken down into the elementaryfunction ”hold“ of the subfunction ”secure“ and into afurther composite function of the subfunctionBild 1. Teilfunktionen des Handhabens und deren Gliederung*) Diese Funktionen sind nach Definition keine Handhabungsfunktionen, wurden jedoch hier mit aufgenommen, um

32、Funktionsfolgen voll-stndig beschreiben zu knnen.MaterialflussbewirkenSpeicherngeordnetesSpeichernteilge-ordnetes SpeichernAbteilenVereinigenTeilenZuteilenVerzweigenZusammen-fhrenSortierenSchwenkenVerschiebenDrehenOrientierenPositionierenOrdnenFhrenWeitergebenSpannenLsenHaltenEntspannenAnwesenheitpr

33、fenPrfenIdentittprfenFormprfenGreprfenFarbeprfenGewichtprfenPositionprfenOrientierungprfenMessenOrientierungmessenPositionmessen(Frdern) *) ungeordnetes *)SpeichernZhlenTeilfunktionenElementar-funktionenzusammengesetzte FunktionenergnzendeFunktionenMengenverndernKontrollierenBewegen SichernFrdernVDI

34、 2411HandhabenVDI 2860Lagern(Speichern)VDI 2411B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20024 VDI 2740 Blatt 2 / Part 2Schwenken“, Orientieren“, Positionieren“, Ord-nen“ oder Weitergeben“, zerlegt werden. Der Begri

35、ffHalten“ ist in diesem Zusammenhang als eine Ein-schrnkung von maximal fnf Bewegungsmglich-keiten (Freiheiten) durch Verkleinerung des Freiheits-grades eines Krpers zu verstehen. Das Halten“ bzw.das Einschrnken des Freiheitsgrades kann dabei auchdurch Fhrungselemente, wie z.B. eine schiefe Ebeneode

36、r Fhrungskanle, erfolgen.Der gefhrte Krper ist in der Handhabungstechnikein Element des Materialflusses und gehrt nicht un-mittelbar zum Funktionstrger. Als Beispiel hierfr”move“, such as ”swivel“, ”orient“, ”position“, ”or-der“ or ”pass on“, for example. In this context theterm ”hold“ is to be unde

37、rstood as a limit on a maxi-mum of five possible movements (freedoms) effectedby reducing the amount of freedom of a body. ”Hold-ing“ or restricting the amount of freedom can also beeffected here by means of guide elements, such as aninclined plane or guideways, for example.In handling technology th

38、e body being guided is con-sidered to be an element of the flow of material andnot a direct part of the motion generating mechanism.Fig. 1. Subfunctions of handling and their classification*) By definition these functions are not handling functions but have been included here so as to describe funct

39、ion sequences withoutomissions.causematerial flowstorearrangedstoragepartiallyarrangedstoragedivideinto singlesmarshal unitsassignbranchmergesortswiweltranslaterotateorientpositionorderguidepass onclampreleaseholdunclampcheckpresencecheckcheckidentitycheckformchecksizecheckcolourcheckweightcheckposi

40、tioncheckorientationmeasuremeasureorientationmeasureposition(convey) *) non-arranged *)storagecountsubfunctionselementaryfunctionscomposite functionssupplementaryfunctionschangequantitiescheckmove secureconveyVDI 2411handleVDI 2860storeVDI 2411B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - S

41、tand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2002 VDI 2740 Blatt 2 / Part 2 5 ist das Fhren einer Rolle durch eine schiefe Ebeneoder einer Kugel durch eine Kugelrollbahn unterAusnutzung der Schwerkraft anzusehen.Unter Fhren“ versteht man in der Getriebetechnikim Allgeme

42、inen das gleichzeitige Positionieren undOrientieren eines Getriebegliedes eines gleichmigoder ungleichmig bersetzenden Getriebes imRaum. Die dabei erzeugte allgemeine rumliche Be-wegung des gefhrten Getriebegliedes gegenbereinem Bezugsglied ist momentan eine Schraubung,d.h. das Glied fhrt augenblick

43、lich eine Drehung umeine Schraubachse und eine Schiebung entlang der-selben Schraubachse aus 1. Sie kann also auch hiernach VDI 2127 mit den Elementarfunktionen Dre-hen“ und Schieben“ beschrieben werden. Wird dieallgemeine rumliche Bewegung, die durch dreitranslatorische und drei rotatorische Bewegu

44、ngsmg-lichkeiten gekennzeichnet ist, eingeschrnkt bzw. derFreiheitsgrad reduziert, so erhlt man eine sphrischeoder eine ebene Bewegung des Getriebegliedes. Diesphrische Bewegung liegt vor, wenn die Bewegungdes Getriebegliedes um einen Festpunkt mit drei rota-torischen Bewegungsmglichkeiten erfolgt.

45、Wird daseinzelne Getriebeglied mit zwei Schiebungen undeiner Drehung parallel zu einer Ebene gefhrt, han-delt es sich um eine ebene Bewegung. Entsprechendder geforderten Aufgabenstellung werden rumliche,sphrische oder ebene ungleichmig bersetzendeKoppel-, Kurven- oder kombinierte Getriebe als Fh-run

46、gsgetriebe verwendet.Ein Vergleich des Begriffes Fhren“ in der Hand-habungstechnik und in der Getriebetechnik machtdeutlich, dass in der Handhabungstechnik die Bewe-gungsaufgabe und damit das Handhabungsobjekt imMittelpunkt der Definition steht, whrend in der Ge-triebetechnik der die Bewegung erzeug

47、ende Mecha-nismus in den Vordergrund gestellt wird. Im Folgen-den wird im Wesentlichen die getriebetechnischeDefinition des Begriffes Fhren“ verwendet.2Begriffsbestimmungen und Kennwerte fr Fhrungsgetriebe2.1 Begriffsbestimmungen2.1.1 FhrungsgetriebeFhrungsgetriebe dienen zum Fhren von Punkteneinzel

48、ner Getriebeglieder auf vorgeschriebenen Bah-nen (Punktfhrung) oder zur Fhrung von Getriebe-gliedern durch vorgeschriebene Lagen (Ebenenfh-rung) 2 bis 4. Bei Fhrungsgetrieben handelt es sichmeist um Koppelgetriebe, die die vorgeschriebenenPunktbahnen oder Gliedlagen entweder exakt odernur angenhert

49、erfllen. In Bild 2 ist eine Zusam-menstellung von typischen Aufgaben fr ebene Fh-One example is a cylinder being guided down an in-clined plane or a ball sent down a ball race while ex-ploiting the force of gravity.In the field of linkages and mechanisms, however,”guiding“ generally means the simultaneous posi-tioning and orienting in space of a mechanism ele-ment belongi