КОНСТРУКЦІЯ І РОЗРАХУНОК захватні пристрої
При конструюванні найбільш поширених захватних пристроїв (ЗП) роботів необхідно враховувати конкретний тип деталі або групи деталей, їх форму, матеріал і умови ТП. Важливі критерії при цьому - необхідна точність утримання деталі і допустиме зусилля на губках. Виходячи з цього розроблено велику кількість різних ЗУ, які розрізняються кінематичною схемою та іншими конструктивними параметрами.
Зусилля ЗУ має відповідати одному із значень ряду Ra 10 в межах 1 - 8000 Н: 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6 , 3; 8,0; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250 ; 1600; 2000; 2500; 3200; 4000; 5000; 6300; 8000.
Розрахунок ЗУ включає знаходження сил, які діють у місцях контакту заготовки і губок; визначення зусиль приводу; перевірку відсутності пошкоджень поверхні об'єкта при схопили; розрахунок на міцність деталей пристрою.
Малюнок 1.1 - Розрахункова схема захоплення
Зусилля контактування між деталлю і губкою визначається за формулою
(1.1)
де i, j = 1,2; i j,
Оскільки розраховується захоплення симетричний, розглянемо схему навантаження однієї з губок (див. рис. 1.2)
Малюнок 1.2 - Схема навантаження
Робочі губки 4 з'єднані тягами з зубчастими секторами 3, які знаходяться в зачепленні з рейкою 2, пов'язаної з тягою 1 приводу. При переміщенні рейки 2 під дією зусилля F електромагніту відбувається поворот губок 4 в напрямку центру на однакові кути і охоплення об'єкта маніпулювання.
Розраховуємо зусилля контактування між об'єктом і губкою. Хай об'єкт маніпулювання буде у вигляді циліндра масою m = 1 кг.
Реакція на одну губку захоплення.
(1.2)
де g - прискорення вільного падіння.
Посилення контактування між деталлю і губкою визначимо за формулою (1.1).
При отримаємо:
(1.3)
Коефіцієнт тертя для пари фторопласт - кераміка 0,2.
Зусилля затиску на губці схвата одно:
(1.4)
Зусилля, які виникають в ланках схвата при його роботі, позначені на рис. 1.2. Передавальний коефіцієнт механізму можна знайти з умови:
(1.5)
Для визначення цієї залежності складемо умови рівноваги системи відносно точки А (див. рис. 1.2).
(1.6)
тобто сума проекцій всіх сил на довільно вибрані осі прямокутних координат x, y і сума моментів цих сил щодо точки А дорівнюють нулю.
У нашому випадку умови рівноваги системи відносно точки А записи у вигляді:
(1.7)
Вирішивши систему відносно G і F отримаємо рівняння:
, (1.8)
перетворивши яке отримаємо:
або
(1.9)
Поставивши собі за співвідношенням коефіцієнтом запасу
і коефіцієнтом корисної дії механізму 0,9, знайдемо:
(1.10)
Що ми програємо в важільному механізмі, в силі то ми виграємо в відстані. Хід губок 20 мм, хід штока електромагніту 10мм.
Таким чином зусилля електромагніта повинно бути F = 65 H, а хід мм.
Для розрахунку електромагніту беремо короткоходовую магнітну систему постійного струму (Мал. 1.3).
Прямоходовие системи постійного струму виконуються, як правило, у вигляді соленоїдів. Тому такі системи часто називаються соленоїдних. У застарілих конструкціях соленоїдні системи виконуються з відкритим магнітопроводом.
Для зручності вибору форми електромагніту вводиться поняття про конструктивну факторі (к. ф.), Що представляє собою відношення
к.ф. = , (1.11)
де - Сила електромагніта, кг;
- Хід штока електромагніту, див.
Вибір формули визначається на підставі таких міркувань:
а) довжина електромагніту пропорційна необхідної величиною ходу - ;
б) поперечний переріз стали електромагніту визначається величиною необхідною початковою сили .
Кожній формі електромагніту відповідає певна зона величини к.ф., при яких ця система виконується з оптимальними даними по витраті матеріалу.
Короткоходовие системи - передбачаються для отримання більших значень сил при відносно малому ході якоря. Такі системи приймаються при великих значеннях конструктивного чинника.
Вихідними є наступні дані:
початкова сила на якорі ;
робочий хід мм;
робоча напруга 24В.
При проведенні попереднього розрахунку не враховують соленоїдний сили, а приймають тільки силу тяжіння якоря до стопу.
Деякими значеннями параметрів, що визначають собою габарити системи, доводиться задаватися: індукцією в якорі робочого зазору, падінням магнітного потенціалу в сталі і в неробочих зазорах -
, Температурою перевищення котушки, відношенням довжини намотування котушки до товщини її. Правильний вибір зазначених параметрів визначає економічність конструкції.
Малюнок 1.3 прямоходовие система з плоским стопом
Відношення довжини котушки до товщини намотування.
Площа перерізу міді котушки приймають залежно від необхідного значення н.с. F. Значення
може бути отримано при різних відносинах
.
При зміні цього відношення отримують різні умови відносно витрати міді і сталі:
1) збільшення призводить до зменшення витрат міді, тому що при цьому зменшується обсяг міді і збільшується поверхня охолодження котушки;
2) зменшення призводить до збільшення витрати сталі, тому що при цьому збільшується довжина муздрамтеатру.
Мінімальна вага всієї конструкції досягається для різних видів електромагнітів і умов їх роботи різними шляхами.
Практикою встановлено наступне: при відносно великому ході якоря і малому значенні сили приймаються великі значення , При збільшенні сили і зменшенні ходу - це відношення зменшується.
Таким чином, і ставлення можна фіксувати у функції значення к.ф. Значення коливається в практично виконаних конструкціях у межах 1
8.
Значення вибирається в залежності від конструктивного фактора і від режиму роботи котушки: чим більше значення к.ф., тим більше значення
(Див. Рис. 1.4)
Малюнок 1.4 - Криві залежності для магнітних систем: масштаб I - суцільні лінії; масштаб II - пунктирні.
Короткоходовие системи передбачаються для отримання більших значень сил при відносно малому ході якоря.
Розрахуємо коефіцієнт форми к.ф. для взятої короткоходовой системи:
(1.11)
Рівняння сили електромагніта має вигляд:
(1.12)
Згідно графіка малюнка 4 (масштаб 1) приймаємо індуктивність в якорі
(1.13)
У раціонально побудованих конструкціях падіння магнітного магнітного потенціалу в сталі магнітопровода складається при початковому положенні якоря 10-20% від величини н.с. котушки, а у неробочих зазорах 5-10%
Отже
(1.14)
Індукція в сталі кожуха
(1.15)
Неробочий зазор визначається товщиною латунної направляючої трубки (близько 0,5 мм) і зазор між трубкою і якорем. Цей зазор приймають порядку 0,125 мм для випадку, коли внутрішня поверхня трубки не оброблена, і 0,05 мм для трубки з обробленою внутрішньою поверхнею.
Ставлення буває в межах 5
8 і вибирається також залежно від значення к.ф. (Графік рис. 1.4). Товщина намотування
приймається з умови
, Тоді
Приймаються = 0,7 тоді сила тяжіння електромагніту буде дорівнює
(1.12)
У процесі виконання розрахунку короткоходовой системи ми отримали силу тяжіння електромагніта дорівнює 70 Н.
Література
Аш Ж., Андре П., Бофрон Ж. Датчики вимірювальних систем. У 2 т. Пер з фр. М.: Світ, 2002;
Бауман Е. Вимірювання сил електричними методами: Пер. з нім. Світ, 1978. Вища школа, 2007;
Воротніков С.А. Інформаційні пристрої робототехнічних систем. М.: Изд. МГТУ ім. Н. Е. Баумана, 2005
Вульвет Дж. Датчики в цифрових системах: Пер. з англ. М.: Енергоіздат, 2001;
Гориневский Д.М. Формальскій А.М., Шнейдер А.Ю. Управління маніпуляційними системами на основі інформації про зусилля. М.: Ізд.фірма «Фізико-математична література», 2004;
Погрібний В.О., Рожанковський І.В., Юрченко Ю.П. Основи інформаційних процесів в роботизованому виробництві;
Письмовий Г.В., Солнцев В.І., Воротніков С.А. Системи сіломоментного очувствленія роботів. М.: Машинобудування, 2000
Системи очувствленія і адаптивні промислові роботи. Під ред.Попова Є.П., Клюєва В.В.;
Фу К., Гонсалес Р., Лі К. Робототехніка. Пер. з англ.; Під ред В.Г. Градецький. Світ, 2009.