Проектирование механической системы промышленного робота манипулятора
Проектирование механической системы промышленного робота манипулятора
21
Факультет экономики и управления в машиностроении.
Кафедра инженерных наук и технологий.
Курсовая работа.
Тема: Проектирование механической системы промышленного робота манипулятора
Санкт - Петербург
2007 год.
Содержание
Введение
1) Часть №1: Проектный расчет вала редуктора
2) Часть №2: Конструирование вала
3) Часть №3: Приложения
Приложение №1
Приложение №2
Приложение №3
Приложение №4
Список литературы
Введение
Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата, и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ременные передачи.
Назначение редуктора - понижение угловой скорости и соответствен но повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами. Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного назначения.
Редукторы классифицируют по следующим признакам: типу передачи, (зубчатые, червячные или зубчато-червячные), числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые), типу зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические), относительному расположению валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные), особенностями кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью).
Возможности получения больших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные и волновые редукторы.
Сборку редуктора производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов: на ведущий вал насаживают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают удерживающие кольца и устанавливают шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле.
Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтоф; затягивают болты, крепящие крышку корпуса.
Таким образом мы видим, что одной из важнейших составляющих редуктора является вал. В этой курсовой работе нам как раз предстоит спроектировать и сконструировать вал редуктора.
Предварительная конструктивная проработка вала и подшипниковых узлов выполняется на стадии эскизного проекта редуктора. Окончательное конструктивное исполнение этих узлов определяется по результатам расчета вала и подшипников по критериям их работоспособности. При известных нагрузках на вал эти расчеты можно произвести, составив расчетную схему вала.
Рассчитаем необходимый нам вал в соответствии с требованиями, изложенными в задании к курсовой работе.
Часть №1: Проектный расчет вала редуктора
Ft = 2200HFt - окружная сила
Fa = 770 HFa - осевая сила
Fr = 836 HFr - радиальное усилие
l = 0,16 м
D = 0,11 м
I. Силу Fa и Ft переносим к центру тяжести вала
Момент Ма вызывает изгиб в вертикальной плоскости XOY.
Сила Fa вызывает растяжение, и в расчетах мы ее учитывать не будем.
Момент Mt вызывает кручение вала относительно оси OX.
II. Изобразим пространственную схему вала
Схема представляет собой балку, лежащую на двух опорах.
Внешние силы лежат в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, поэтому составляющие реакции определим в тех же плоскостях, а затем подсчитаем результирующие реакции.
А) Чертим расчетную схему в вертикальной плоскости XOY и определяем составляющие реакции.
Ray > ?Mв = 0
-Ray • 2l + Fr • l - Ma =0
Rву> ?Mа = 0
Rвy • 2l - Fr • l - Ma =0
Проверка:?Y = 0
Ray - Fr + Rву = 0
285,66H - 836H + 550,34H = 0H =>Решение верно!
Б) Чертим схему вала в горизонтальной плоскости XOZ и определим составляющие реакции в этой плоскости.
-Raz •2l + Ft •l = 0
Rвz > ?Mа = 0
Rвz •2l - Ft •l = 0
Проверка:?Z = 0
Raz - Ft + Rвz = 0
1100H - 2200H + 1100H = 0H =>Решение верно!
В) Определим суммарную радиальную реакцию в опорах.
III.Строим эпюру изгибающих моментов
А) В вертикальной плоскости XOY.
1-й участок 0 ? X1 ? 0,16 м
Mz = Ray • X1
При X1 = 0 м Mz1 = 0 H •м
При X1 = 0,16 м Mz1 = 45,71 H •м
2-й участок 0 ? X2 ? 0,16 м
Mz = Rвy • X2
При X2 = 0 м Mz2 = 0 H •м
При X2 = 0,16 м Mz2 = 88,06 H •м
Б) В горизонтальной плоскости XOZ.
1-й участок 0 ? X1 ? 0,16 м
My = Raz • X1
При X1 = 0 мMy1 = 0 H •м
При X1 = 0,16 м My1 = 176 H •м
2-й участок 0 ? X2 ? 0,16 м
My = Rвz • X2
При X2 = 0 мMy2 = 0 H •м
При X2 = 0,16 мMy2 = 176 H •м
A)
Б)
IV.Определение суммарных изгибающих моментов в сечении С
- Слева:
- Справа:
V. Строим эпюру Мкр. Мкр = -121 Н*м
VI.Используя III и IV теории прочности, определяем эквивалентные (приведенные) моменты характерных сечений
VII.Определим опасное сечение и выпишем величину моментов в этом сечении
Опасное сечение в точке С.
Мизг = 196,8 Н •м
Мкр = 121 Н •м
VIII.Вычисляем диаметр вала d
[у] = 70 МПа
уmax = ? [у]
28 мм округляем до 30 мм.
Из таблицы нормальных линейных размеров выбираем d = 30 мм.
Ориентировочное значение диаметра вала редуктора определено из полного проектного расчета вала на статическую прочность с учетом работы вала на изгиб и кручение. d = 30 мм принимаем в качестве выходного диаметра вала.
Часть №2:Конструирование вала
При конструировании вала необходимо выполнять следующие основные требования:
Конструкция вала должна обеспечивать его легкое изготовление.
Необходимо обеспечить простоту сборки и разборки деталей, сидящих на валу. Необходимо помнить, что многие элементы и размеры являются стандартными и по возможности должны быть выбраны из ряда нормальных линейных размеров ГОСТ 6636-69 (Приложение 1).
I.Подбор подшипника для вала
В качестве опор валов используют подшипники - устройства, предназначенные для направления относительного движения вала, а так же для передачи нагрузок на корпус машины.
В современном машиностроении подшипники качения являются основными видами опор валов. Подшипники качения представляют собой наружные и внутренние кольца, с расположенными между ними телами качения (шарики и ролики).
Для предотвращения соприкосновения тел качения их отделяют друг от друга сепаратором.
Самый распространенный в машиностроении подшипник - шариковый радиальный однорядный подшипник ГОСТ 8338 - 78 (Приложение 2).
Диаметр вала под подшипник качения применяется на 5 - 8 мм больше чем dвала.
dвала под подшипник = 30 мм + 5 мм = 35 мм
dвала под подшипник должен заканчиваться на 0 или 5 и должен быть целым числом.
r - радиус фаски, применяемый при выборе подшипника.
Полученное значение округляем до ближайшего стандартного нормального значения.
dвала под колесо = 42 мм
Dколеса?dвала под колесо
(110 мм ? 42мм + 9мм) => колесо надевается на вал иизготовляется отдельно.
III. Определение диаметра буртика вала
Буртик - участок вала (утолщение), который служит для ограничений перемещений колеса вдоль оси вала.
dбуртика?dвала под колесо + 8мм => dбуртика? 50мм.
Полученное значение округляем до ближайшего стандартного нормального значения. => dбуртика= 50мм.
IV. Подбор шпонки
Для передачи крутящего момента от вала до ступицы колеса и фиксации детали на валу используется шпоночное соединение. Основная деталь соединения - шпонка, устанавливается в паз вала и соединяемой детали.
Размеры шпонок стандартизованы. Наиболее часто применяемые шпонки - призматические шпонки ГОСТ 22360-78 (Приложение №3). Размеры стандартной призматической шпонки (в, h, l) выбирают в зависимости от диаметра вала под колесо и длины ступицы под колесо.
lступицы = (0,8мм…1,5мм) от диаметра вала под колесо
При действии на вал крутящего момента на шпонку действует напряжение смятия. После выбора размеров шпонки необходим проверочный расчет шпоночного соединения на прочность по напряжению смятия (сжатие в зоне контакта).
усмятия ? [у]
[у] = (110Мпа … 190МПа)
120,04МПа ? 190МПа => Условия прочности на смятие шпонки выполняются.
V. Определение длины концевого участка вала
d = 30мм (из первой части расчета).
В соответствии с ГОСТ 12080 - 66 выбираемd= 30мм, l = 80 мм.
I. Приложение №1
Нормальные линейные размеры, мм (ГОСТ 6636-69)
3,2
5,6
10
18
32
56
100
180
320
560
3,4
6,0
10,5
19
34/35
60/62
105
190
190
600
3,6
6,3
11
20
36
63/65
110
200
360
630
3,8
6,7
11,5
21
38
67/70
120
210
380
670
4,0
7,1
12
22
40
71/72
125
220
400
710
4,2
7,5
13
24
42
75
130
240
420
750
4,5
8,0
14
25
45/47
80
140
250
450
800
4,8
8,5
15
26
48
85
150
260
480
850
5,0
9,0
16
28
50/52
90
160
280
500
900
5,3
9,5
17
30
53/55
95
170
300
530
950
II. Приложение №2
Шариковые радиальные однорядные подшипники (ГОСТ 8338 - 75)Размеры, мм
Обозначение подшипников
d
D
В
r
Шарики
Масса, кг
С, кН
С0, кН
nпред ЧЧ10-3, мин_1
Dw
z
Легкая серия диаметров 2, узкая серия ширин 0
205
25
52
15
1,5
7,94
9
0,12
14,0
6,95
12,0
206
30
62
16
1,5
9,53
9
0,20
19,5
10,0
10,0
207
35
72
17
2,0
11,11
9
0,29
25,5
13,7
9,0
208
40
80
18
2,0
12,7
9
0,36
32,0
17,8
8,0
209
45
85
19
2,0
12,7
9
0,41
33,2
18,6
7,5
210
50
90
20
2,0
12,7
10
0,47
35,1
19,8
7,0
211
55
100
21
2,5
14,29
10
0,60
43,6
25,0
6,5
212
60
110
22
2,5
15,88
10
0,80
52,0
31,0
6,0
213
65
120
23
2,5
16,67
10
0,98
56,0
34,0
5,5
214
70
125
24
2,5
17,46
10
1,08
61,8
37,5
5,0
215
75
130
25
2,5
17,46
11
1,18
66,3
41,0
4,8
216
80
140
26
3,0
19,05
10
1,40
70,2
45,0
4,5
217
85
150
28
3,0
19,84
11
1,80
83,2
53,0
4,3
218
90
160
30
3,0
22,23
10
2,2
95,6
62,0
3,8
220
100
180
34
3,5
25,4
10
3,2
124,0
79,0
3,4
Средняя серия диаметров 3, узкая серия ширин 0
304
20
52
15
2,0
9,53
7
0,14
15,9
7,8
13
305
25
62
17
2,0
11,51
7
0,23
22,5
11,4
11
306
30
72
19
2,0
12,3
8
0,34
28,1
14,6
9
307
35
80
21
2,5
14,29
7
0,44
33,2
18,0
8,5
308
40
90
23
2,5
15,08
8
0,63
41,0
22,4
7,5
309
45
100
25
2,5
17,46
8
0,83
52,7
30,0
6,7
310
50
110
27
3,0
19,05
8
1,08
61,8
36,0
6,3
311
55
120
29
3,0
20,64
8
1,35
71,5
41,5
5,6
312
60
130
31
3,5
22,23
8
1,70
81,9
48,0
5,0
313
65
140
33
3,5
23,81
8
2,11
92,3
56,0
4,8
314
70
150
35
3,5
25,4
8
2,60
104,0
63,0
4,5
315
75
160
37
3,5
26,99
8
3,10
112,0
72,5
4,3
316
80
170
39
3,5
28,58
8
3,60
124,0
80,0
3,8
317
85
180
41
4,0
30,16
8
4,30
133,0
90,0
3,6
318
90
190
43
4,0
31,75
8
5,10
143,0
99,0
3,4
320
100
215
47
4,0
36,51
8
7,00
174,0
132,0
3,0
Тяжелая серия диаметров 4, узкая серия ширин 0
403
17
62
17
2,0
12,7
6
0,27
22,9
11,8
12
405
25
80
21
2,5
16,67
6
0,5
36,4
20,4
9
406
30
90
23
2,5
19,05
6
0,72
47,0
26,7
8,5
407
35
100
25
2,5
20,64
6
0,93
55,3
31,0
7,0
408
40
110
27
3,0
22,23
6
1,20
63,7
36,5
6,7
409
45
120
29
3,0
23,02
7
1,52
76,1
45,5
6,0
410
50
130
31
3,5
25,4
7
1,91
87,1
52,0
5,3
411
55
140
33
3,5
26,99
7
2,3
100,0
63,0
5,0
412
60
150
35
3,5
28,58
7
2,8
108,0
70,0
4,8
413
65
160
37
3,5
30,16
7
3,4
119,0
78,0
4,5
414
70
180
42
4,0
34,93
7
5,3
143,0
105,0
3,8
416
80
200
48
4,0
38,1
7
7,0
163,0
125,0
3,4
417
85
210
52
5,0
39,69
7
8,0
174,0
135,0
3,2
418
90
225
54
5,0
-
-
11,4
186,0
146,0
-
Пример обозначения шарикового радиального подшипника легкой серии с d=50 мм, D = 80 мм, 5=16 мм: Подшипник 210 ГОСТ 8338-75
III. Приложение №3
Призматические шпонки (ГОСТ 22360 - 78)
Размеры шпоночных пазов.
IV. Приложение №4
Концы валов цилиндрические (ГОСТ 12080 - 66).
Цилиндрические концы валов предусматриваются в двух исполнениях:
1 - длинные, 2 - короткие.
Список литературы
1. С.А. Чернавский «Курсовое проектирование деталей машин». М.: «Машиностроение» 1987 г.
2. С.А. Чернавский «Проектирование механических передач». М.: «Машиностроение» 1984 г.
3. Дунаев П.Ф. Леликов О.П. . «Курсовое проектирование детали машин». Высшая школа 1990 год.
4. Иванов В.Н. «Детали машин». Высшая школа 1991 год.