Проектирование захватного устройства

Проектирование захватного устройства

Введение

захватный манипулятор промышленный зажим

Захватные устройства промышленных роботов и манипуляторов служат для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования. Эти объекты могут иметь различные размеры, форму, массу и обладать разнообразными физическими свойствами, поэтому ЗУ относятся к числу сменных элементов ПР. К захватным устройствам предъявляются требования общего характера и специальные, связанные с конкретными условиями работы. К числу обязательных требований относятся: надежность захватывания и удержания объекта, стабильность базирования, недопустимость повреждения или разрушения объектов. Прочность ЗУ должна быть высокой при малых габаритных размерах и массе.

Классификация ЗУ ПР.

I.        По способу взаимодействия с объектом манипулирования

II.     

.        
По типу привода

.         По типу передаточного механизма

V.     

В данном проекте рассматривается принцип действия механического ЗУ с клиновым ПМ.

1.      
Кинематическая схема механического ЗУ с клиновым ПМ.

Рис. 1. Кинематическая схема ЗУ

2.       Выбор типа ПР по грузоподъемности

V - объём заготовки, мм³

r - Плотность заготовки, r = 7800 кг/м³

g - Ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²

D - Наибольший диаметр заготовки, мм

l - Длина заготовки, мм

Следовательно, находим G:

Принимаем промышленный робот КМ.2,5Ц.42.14 с пневмоприводом и грузоподъемностью 25 Н. Большинство современных заводов имеют компрессорные установки и обеспечены сжатым воздухом. Для механизации и автоматизации станочных приспособлений по этой причине широко используется пневмопривод.

Преимущества:

)         в отличие от гидропривода - отсутствие необходимости возвращать рабочее тело (воздух) назад к компрессору;

)         меньший вес рабочего тела по сравнению с гидроприводом (актуально для ракетостроения);

)         меньший вес исполнительных устройств по сравнению с электрическими;

)         возможность упростить систему за счет использования в качестве источника энергии баллона со сжатым газом, такие системы иногда используют вместо пиропатронов, есть системы, где давление в баллоне достигает 500 МПа;

)         простота и экономичность, обусловленные дешевизной рабочего газа;

)         быстрота срабатывания и большие частоты вращения пневмомоторов (до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту);

)         пожаробезопасность и нейтральность рабочей среды, обеспечивающая возможность применения пневмопривода в шахтах и на химических производствах;

)         в отличие от гидропривода, пневмопривод менее чувствителен к изменению температуры окружающей среды вследствие меньшей зависимости КПД от утечек рабочей среды (рабочего газа)

Недостатки:

)         нагревание и охлаждение рабочего газа в процессе сжатия в компрессорах и расширения в пневмомоторах

)         ещё более низкий КПД, чем у гидропривода;

)         низкие точность срабатывания и плавность хода;

3.       Определение усилия зажима

3.1     При вертикальном линейном перемещении

k - Коэффициент запаса, k = 2

G - Вес детали, Н

f - Коэффициент трения губок, f = 0,15 (губки нерифлёные)

a_в - ускорение вертикального движения, м/с²

g - Ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²

- скорость подъема максимальная, = 0,6 м/с (2, с.33)

Δt - время разгона, Δt = 0,2 с

3.2     При горизонтальном линейном перемещении

а_г - ускорение горизонтального перемещения

a - угол центрующих губок, a = 45º

- скорость подъема максимальная, = 0,8 м/с (2, с.33)

3.3     При вращении ЗУ в горизонтальной плоскости

R - длина вылета руки ПР, R = 0,8 м

w - угловая скорость вращения ЗУ, w = 1,57 с^-1 (2, с.33)

e - угловое ускорение поворота ЗУ, с^-2

.4       При торможении всех трех движений

- масса заготовки, кг;

- ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;

- коэффициент запаса,  = 2;

A - максимальное ускорение, действующее на деталь, м/с²; (≤4g)

коэффициент, зависящий от расположения губок и формы поперечного сечения детали.

Следовательно, :

Выбираем максимальное усилие зажима P₁ = 281,02 H и по нему ведем дальнейший расчет.

4.       Определение тягового усилия пневмоцилиндра Р₂

усилие пневмоцилиндра, передаваемое передаточному механизму, Н;

Р=0,6 МПа - давление воздуха в системе, Р=0,5-1 МПа;

S - площадь поршня, мм²

d - диаметр поршня пневмоцилиндра ПР, d=25 мм;

Получаем:

5.       Определение силового передаточного отношения механизма K_р

Рис. 2. Кинематическая схема ЗУ

Силовое передаточное отношение рассчитывается по формуле:

Р₁ =281,02 Н - усилие, необходимое для удержания заготовки;

Р₂ =294,375 Н - усилие, передаваемое от пневмоцилиндра передаточному механизму;

Получаем:

Примем: с=80 мм, θ=15°

При помощи формулы по рассчитанному силовому передаточному отношению определим :

Получаем:

6.       Схема построения профиля центрующих губок

При захвате призматическими губками детали переменного диаметра возникает погрешность центрирования заготовок. Для устранения этого недостатка плоские поверхности губок заменяются цилиндрическими определенного радиуса.

Порядок построения:

Определим возможный перепад диаметров:

Условие выполняется.

1) Средний диаметр заготовки d_ср = 40 мм

2) Конструктивно назначаем радиус поворота губки R; R> d_ср, принимаем R = 50 м

3) Проводим прямую на расстоянии R/2 (25 мм)

4) Назначаем центральный угол контакта a = 40^o - 50^o, принимаем 45 ^o, и проводятся линии bb и cc

5) На пересечении горизонтали (R/2) и линии bb и cc строим точки B и С

горизонтальная координата:

6) Из точек B и C очерчиваем дуги радиусами r₁ и r₂

Рис. 3. Профиль губок

Для минимально диаметра d=30 мм:

Для максимального диаметра d=50 мм:

7.       Расчет сил, действующих в местах контакта

N_1,2 - усилия контакта между деталью и губкой, Н

R_н - реакция на губку захвата, Н

m - коэффициент трения, m=0,15

j_1,2 - угол контакта, j_1,2 =45°

(2, с. 182)

8.       Расчёт губок на прочность

Рис. 4. Расчётная схема пальца

М_х - момент, создаваемый силой Р₁, Н*мм,

W_x - полярный момент сопротивления, мм³

Принимаем среднее сечение губки в виде прямоугольника со сторонами b/h=3

предельно допустимое напряжение изгиба (материал губок - Сталь 45);

l_в=50 мм

Принимаем h=6 мм.

Принимаем h = 6 мм, b = 18 мм.

9.       Расчет напряжений на поверхности контакта

E_пр - приведённый модуль упругости (Е_пр = 1,27*10⁵ МПа)

N - усилия контакта между деталью и губкой, Н

l - ширина губки, 18 мм

d_ср - средний диаметр детали, 40 мм

r - радиус губки, мм

 (выпуклый участок)

 (вогнутый участок)

Найдём :

, где

E_пр= E₀

E₁= E₀/2

 - Условие выполняется.

10.     Расчет губок на изгиб

P₁ - усилие зажима, Н

l_в - длина вылета губок, l_в =50 мм

[y] - допустимый изгиб, мм

J_x - полярный момент инерции, м⁴

Находим действительный прогиб:

Условие выполняется

11.     Расчет на срез и выбор штифтов

l_b, l_c - длины звеньев, мм

Р₁ - усилие зажима, Н

l_b=42 мм, l_c=80 мм, P₁=281.02 Н

Найдём сумму моментов относительно точки С:

Следовательно, :

Найдём сумму моментов относительно точки В:

Следовательно, :

Проверка:

0=0 верно

Рассчитаем штифт на срез:

Допустимое напряжение [t_ср] =115МПа

F_шт - площадь сечения штифта

Следовательно, требуемый диаметр штифта:

12.     Оценка прочности болтовых креплений между ЗУ и рукой ПР

Р - сила действующая на болты, Н

d₁ - внутренний диаметр болтов, мм

H - глубина вывинчивания, мм

k - коэффициент зависящий от профиля резьбы

k_m - коэффициент неравномерности нагрузки резьбы

[t] - допустимая прочность на срез, МПа

(для резьбы М8: d₁ = 6,647 мм, Н = 15 мм, k = 0,87, k_m = 0,65, [t] = 50 МПа).

Рассчитаем винты на прочность:

,7 МПа < 50 МПа, условие выполняется.

Список использованных источников

1. Романов В.В. “Методические указания к курсовой работе по автоматизации производственных процессов в машиностроении”.

2. Козырев Ю.Г. “Промышленные роботы” Справочник М: Машиностроение, 1983, 378 стр.