Проектирование захватного устройства

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.

III. По типу привода

IV. 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

— Плотность заготовки, = 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:

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

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

3) меньший вес исполнительных устройств по сравнению с электрическими;

4) 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;

5) простота и экономичность, обусловленные дешевизной рабочего газа;

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

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

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

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

2) ещё более низкий КПД, чем у гидропривода;

3) 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)

Дt — время разгона, Дt = 0,2 с

3.2 При горизонтальном линейном перемещении

а_г — ускорение горизонтального перемещения

— угол центрующих губок, = 45є

— 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

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

— угловое ускорение поворота ЗУ, с^-2

3.4 При торможении всех трех движений

3.5 Эмпирическое усилие зажима ЗУ

— 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, и=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.

Средний диаметр заготовки d_ср = 40 мм Конструктивно назначаем радиус поворота губки R; R> d_ср, принимаем R = 50 м Проводим прямую на расстоянии R/2 (25 мм) Назначаем центральный угол контакта = 40^o — 50^o, принимаем 45 ^o, и проводятся линии bb и cc

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

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

— коэффициент трения, =0,15

_1,2 — угол контакта, _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 [_ср] =115МПа

F_шт — площадь сечения штифта Следовательно, требуемый диаметр штифта:

Принимаем стандартный штифт d=4 мм

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

[] - допустимая прочность на срез, МПа

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

Рассчитаем винты на прочность:

2,7 МПа < 50 МПа, условие выполняется.

Список использованных источников

Романов В.В. «Методические указания к курсовой работе по автоматизации производственных процессов в машиностроении».

Козырев Ю.Г. «Промышленные роботы» Справочник М: Машиностроение, 1983, 378 стр.