Разработка звена манипулятора
Пространственные механизмы со многими степенями свободы. Синтез четырехзвенного манипулятора. Выбор передачи редуктора для требуемых звеньев. Расчет мощности привода четвертого звена. Расчет вала на прочность. Основные параметры и подбор подшипников.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 05.01.2013 |
Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
Введение
1. Техническое задание
2. Расчет мощности привода четвертого звена
3. Расчет мощности привода третьего звена
4. Расчет вала на прочность
5. Подбор подшипников
7 Проектирование звеньев в КОМПАС 3D V13
Заключение
Список литературы
Введение
Промышленный робот - управляемое устройство или машина для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом.
Манипулятор - это устройство дистанционно управляемое оператором и (или) программным устройством, содержащее рабочий орган, который предназначен для имитации перемещений и рабочих функций кисти руки
Основу манипуляторов составляют пространственные механизмы со многими степенями свободы. Манипуляторы выполняют работы в средах, недоступных или опасных для человека (подводные глубины, вакуум, радиоактивная среда и другие агрессивные среды), вспомогательные работы в промышленном производстве. Манипуляторы используются в медицинской технике (например, в протезировании).
В системе автоматического регулирования и управления, существует устройство, непосредственно осуществляющее механическое перемещение (или поворот) регулирующего органа объекта управления, называющееся исполнительным механизмом. По типу привода различают гидравлический, пневматический, электрический и комбинированный исполнительный механизм (напр., электрогидравлический). Исполнительные механизмы предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств. Исполнительные механизмы перемещают рабочие органы неполноповоротного принципа действия (шаровые и пробковые краны, поворотные дисковые затворы, заслонки).
Они устанавливаются вблизи регулирующих устройств и связываются с ними посредством тяг и рычагов.
Исполнительные механизмы изготовляются с датчиком обратной связи (блоком сигнализации положения выходного вала) для работы в системах автоматического регулирования или без датчиков обратной связи - с блоком концевых выключателей для режима ручного управления.
Одним из видов исполнительных механизмов является привод.
Шаговый электродвигатель -- это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток подаваемый в одну из обмоток статора вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора
Конструктивно шаговые электродвигатели состоят из статора, на котором расположены обмотки возбуждения, и ротора выполненного из магнито-мягкого (ферромагнитного) материала или из магнито-твёрдого (магнитного) материала. Шаговые двигатели с магнитным ротором позволяют получать больший крутящий момент и обеспечивают фиксацию ротора при обесточенных обмотках. Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами. Ротор гибридного двигателя имеет зубцы, расположенные в осевом направлении. Ротор разделен на две части, между которыми расположен цилиндрический постоянным магнит. Таким образом, зубцы верхней половинки ротора являются северными полюсами, а зубцы нижней половинки - южными. Кроме того, верхняя и нижняя половинки ротора повернуты друг относительно друга на половину угла шага зубцов. Число пар полюсов ротора равно количеству зубцов на одной из его половинок. Зубчатые полюсные наконечники ротора, как и статор, набраны из отдельных пластин для уменьшения потерь на вихревые токи. Статор гибридного двигателя также имеет зубцы, обеспечивая большое количество эквивалентных полюсов, в отличие от основных полюсов, на которых расположены обмотки. Обычно, используются 4 основных полюса для 3.6 град. двигателей и 8 основных полюсов для 1.8 - 0.9 град. двигателей. Зубцы ротора обеспечивают меньшее сопротивление магнитной цепи в определенных положениях ротора, что улучшает статический и динамический момент. Это обеспечивается соответствующим расположением зубцов, когда часть зубцов ротора находится строго напротив зубцов статора, а часть между ними.
В машиностроении наибольшее распространение получили высокомоментные двухфазные гибридные шаговые электродвигатели с угловым перемещением 1,8°/шаг (200 шагов/оборот) или 0,9°/шаг (400 шаг/об). Точность выставления шага определяется качеством механической обработки ротора и статора электродвигателя. Производители современных шаговых электродвигателей гарантируют точность выставления шага без нагрузки до 5% от величины шага.
Устройства, предназначенные для передачи мощности двигателя исполнительным органам, машин, называются передаточными механизмами или кратко передачами.
1. Техническое задание
Для данной схемы манипулятора (рисунок 1, таблица 1) выполнить:
- расчет мощности двигателя для звена 4;
- выбор передачи (редуктора) для требуемых звеньев, согласно рассчитанным параметрам;
- выбор привода для заданного движения звеньев, исходя из требуемой мощности;
- выбор системы управления приводами;
- подбор муфт для соединения валов;
- расчет вала на прочность в САПР;
- подбор подшипников;
- расчет исследуемого звена на прочность в САПР;
- проектирование крепления двигателя к звену и расположения передачи в звене;
- уравновешивание звеньев;
- статический расчет уравновешенных звеньев.
Рисунок 1-Кинематическая схема четырёхзвенного манипулятора
Таблица 1 - Техническое задание
№ Варианта |
Звено |
Длина, м |
Угол поворота, град |
Перемещение, м |
||||||||
Общ |
Расч |
Общ |
Расч |
|||||||||
1 |
1 |
1,5 |
360 |
180 |
0,2 |
0,2 |
||||||
2 |
0,5 |
1,0 |
0,5 |
0,2 |
0,2 |
|||||||
3 |
1 |
1,0 |
0,5 |
0,2 |
0,2 |
|||||||
4 |
0,7 |
0,3 |
360 |
0 |
0,2 |
0,2 |
2. Расчет мощности привода четвертого звена
Исходя из данных схемы, четвертое звено совершает вращательное движение вокруг оси х. Следовательно, для определения мощности привода можно воспользоваться следующей зависимостью
,
где - крутящий момент, - масса, состоящая из массы звена,захватного устройства и груза, - угловая скорость вращения звена. Значение угловой скорости необходимо перевести в об/мин для подбора привода по значениям крутящего момента, подставим данные из таблицы 1:
,
Для выбора привода необходимо знать крутящий момент, поэтому момент посчитаем отдельно:
Так как двигатель, обладающий таким крутящим моментом, имеет большие габариты, необходимо использовать мотор-редуктор. Выбираем мотор-редуктор 3МП-25.Характеристики выбранного мотор-редуктора представлены в таблице 2.
Таблица 2 Характеристики мотор-редуктора:
Номинальная частота вращения выходного вала, об/мин |
3,55 |
|
Номинальный крутящий момент на выходном валу, Н.м |
90 |
|
Марка электродвигателя |
АИР56А4 |
|
Мощность, кВт |
0,12 |
|
Допускаемая радиально-консольная нагрузка на выходном валу, Н |
800 |
|
КПД редукторной части, % |
0,95 |
Рисунок 2- Чертеж двигателя
манипулятор редуктор привод подшипник
В соответствии ГОСТ 14084-93 для компенсация динамических нагрузок используем муфту упругую со звёздочкой. Муфта состоит из двух полумуфт с тремя или четырьмя торцевыми кулачками треугольного или трапецевидного сечения. Кулачки входят в соответствующие впадины промежуточного тела -- упругой звёздочки, которая служит упругим элементом. Звёздочка работает на сжатие. При передаче момента в каждую сторону работают три (четыре) зуба звёздочки.
Рисунок 2- 3D модель сборки
4. Расчет вала на прочность
Для подбора подшипников, нам нужно рассчитать вал на прочность методом конечных элементов. Длина вала l=1м, внешний диаметр d=22мм. Вал выполнен из материала - литая углеродистая сталь. Предел прочности стали при растяжении, сталь для конструкций :373МПа. 3D модель вала для дальнейшего расчета представлена на рисунке 8.
Рисунок 8 - 3D модель вала
Выполним вал, закрепленный с обеих сторон подшипниками. По длине всего вала действует изгибающий момент. На конце вала нужно учесть действие силы тяжести груза и захватного устройства 100Н. В таблице 6 представлены свойства выбранного материала, формируемые в процессе исследования самим программным продуктом. Схема нагружения представлена на рисунке 9.
Рисунок 9 - Схема нагружения.
Следующим этапом будет наблюдение эксперимента. На рисунках 10,11 представлены результаты вычислений в виде полей напряжений и схемы перемещений.
Рисунок 10 - Поля напряжений
Из данной диаграммы видно, что вал выдержит прилагаемые к нему нагрузки без разрушения детали. Даже в самых опасны сечениях будут возникать напряжения, в три раза меньшие, чем прилагаемая нагрузка в них:
Следовательно, условие прочности выполняется.
Рисунок 11 - Поля перемещений
На рисунке 11 видно, что в среднем сечении вала возникают наибольшие перемещения. Это означает, что необходимо добавить как минимум одну опору. Тем не менее, значения максимальных прогибов не превышают допускаемых, которые равны
.
Добавив 2 опоры, мы будем уверены в том, что условие жесткости соблюдается и при работе механизма вал не будет сильно прогибаться.
5. Подбор подшипников
Следующим этапом выполнения курсового проекта является подбор подшипников на 3 звено, распределяющих нагрузку от 4 звена .
Подшипник -- изделие, являющееся частью опоры или упора, которое поддерживает вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью.
Основные параметры подшипников:
- максимальные динамическая и статическая нагрузка (радиальная и осевая);
- максимальная скорость (оборотов в минуту для радиальных подшипников);
- посадочные размеры;
- класс точности подшипников;
- требования к смазке;
- ресурс подшипника до появления признаков усталости, в оборотах;
- шумы подшипника.
На рисунке 12 предоставлена схема установки подшипников на 3 звено.
Тип подшипников 2007113А внутренним диаметром 65мм и 2007112А внутренним диаметром 60мм
Рисунок 12 - схема установки подшипников
7. Проектирование звеньев в КОМПАС 3D V13
Выбор сечения звена 3 :
h=120мм; d=114мм;
b=70мм; b'=64мм;
Выбор сечения звена 4 :
Так как звено 4 вращается,то оно должно иметь круглое сечение.
D=70мм
D=64мм
После всех необходимых расчетов необходимо создать модель каждого элемента манипулятора. В данной работе были разработаны модель манипулятора и его звеньев. Все вышеперечисленные модели представлены на рисунках 14-17.
В соответствии с ГОСТ 26063-84 был выбран фланец для захватного устройства, на рисунке 13 представлена 3D модель фланца к которому крепится захватное устройство винтами с цилиндрической головкой ГОСТ 1491-80
Рисунок 14 - 3D модель фланца захватного устройства
Рисунок 15 - 3D схема четвертого звена манипулятора
Четвертое звено манипулятора является полым, для того чтобы внутри расположить механизм схвата с пневмоцилиндром и уменьшить вес конструкции.
Рисунок 15 - 3D схема третьего звена манипулятора
Рисунок 16 - 3D схема второго звена манипулятора
Рисунок 17 - 3D схема противовеса
Последним этапом проектирования 3D модели манипулятора, является сборка отдельных его частей в единое целое. Модель манипулятора представлена на рисунке 18.
Рисунок 18 - модель манипулятора 3D
Заключение
В ходе выполнения данного курсового проекта была поставлена задача синтеза четырехзвенного манипулятора. Эта задача заключалось в правильном подборе шагового электродвигателя для оптимального поворота и работы звена, точности хвата, в рациональном выборе передачи для осуществления и преобразования движения, правильном выборе системы управления шаговым двигателем четвертого звена, подборе муфт, соединяющих валы, подшипников. Рассчитать нагрузки, действующие на валы и звенья манипулятора, построить поля напряжений и перемещения. Необходимо было учесть форму и габариты получившегося манипулятора и наглядно отобразить его модель с помощью программного продукта SolidWorks.
Список литературы
1 Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. -- М.: Издательский центр "Академия", 2004. -- С. 416. -- ISBN 5-7695-1384-5.
2 Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И. Н. Жестковой -- 8-е изд., перераб. и доп.. -- М.: Машиностроение, 2001. -- ISBN 5-217-02962-5.
3 Богданов В. Н., Малежик И. Ф., Верхола А. П. и др. Справочное руководство по черчению. -- М.: Машиностроение., 1989. -- С. 438-480. -- 864 с. -- ISBN 5-217-00403-7.
4 Добровольский В.И., Добровольский С.В. Расчет на прочность, жесткость и устойчивость элементов констукций. - учеб. пособие- Ижевск: Изд-во ИжГТУ,2004-212 с.
5 Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин - Москва: «Наука»,1975 -638 с.
6 Иосилевич Г.Б. и др. Прикладная механика: Для студентов ВУЗов - Машиностроение, 1985 - 576 с.
7 Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Детали машин: Курсовое проектирование: Учеб. пособие для машиностроит. спец. Учреждений среднего профессионального образования - 5-е изд., доп. - М.: Машиностроение, 2007. - 560с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Описание схемы и расчет дифференциальных уравнений движения манипулятора с двумя степенями свободы. Кинематический анализ схемы и решение уравнений движения звеньев и угловых скоростей механизма. Реакции связей звеньев и мощность двигателя управления.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 06.08.2013Кинематический расчет привода. Расчет закрытой зубчатой косозубой передачи. Расчет тихоходного вала привода. Расчет быстроходного вала привода. Подбор подшипников быстроходного вала. Подбор подшипников тихоходного вала. Выбор сорта масла.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 16.05.2007Определение потребной мощности и выбор электродвигателя. Расчет подшипников и шпоночного соединения. Выбор редуктора и подбор муфт. Определение передаточного отношения привода и его разбивка по ступеням передач. Расчет вала на статическую прочность.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 13.09.2009Основные параметры зубчатой передачи цилиндрического редуктора. Расчет долговечности принятых подшипников для ведущего вала. Статическая и усталостная прочность ведомого вала. Подбор шпонок и проверка шпоночного соединения. Расчет шпоночных соединений.
курсовая работа [398,9 K], добавлен 16.03.2015Расчет зубчатых и цепных передач, закрытой цилиндрической передачи и предварительных диаметров валов привода. Подбор подшипников для выходного вала редуктора. Расчет выходного вала редуктора на прочность. Проверка прочности шпоночного соединения.
курсовая работа [185,8 K], добавлен 01.03.2009Кинематический расчет привода. Расчёт цилиндрической зубчатой передачи и клиноремённой передачи. Первый этап компоновки редуктора. Расчет и подбор муфты. Проверочный расчет долговечности подшипников и тихоходного вала на выносливость. Выбор сорта масла.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 22.11.2015Проектные и проверочные расчеты закрытых передач привода. Расчет клиноременной передачи. Проектировочный расчет валов. Подбор и расчет подшипников, шпонок. Проверочный расчет ведомого вала. Конструктивные размеры корпуса редуктора. Выбор способа смазки.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 16.07.2009Выбор параметров редуктора и определение мощности электродвигателя. Проектировочный расчёт зубчатой передачи и зубьев на изгибную выносливость. Подбор подшипников качения. Шпоночные соединения и смазка редуктора. Проверка вала на прочность и выносливость.
курсовая работа [241,3 K], добавлен 05.10.2013Кинематический расчет электромеханического привода. Определение требуемой мощности и выбор электродвигателя. Расчет тихоходной зубчатой цилиндрической передачи редуктора. Выбор материала и твердости колес. Расчет на прочность валов редуктора, подшипников.
курсовая работа [8,5 M], добавлен 09.10.2011Кинематический расчет привода и подбор электродвигателя. Расчет зубчатой передачи. Проектный расчет валов редуктора. Выбор и расчет подшипников на долговечность. Выбор и расчет муфт, шпонок и валов. Выбор смазки редуктора. Описание сборки редуктора.
курсовая работа [887,5 K], добавлен 16.02.2016