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 = 2200H Ft - окружная сила

Fa = 770 H Fa - осевая сила

Fr = 836 H Fr - 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 м My1 = 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 м My2 = 0 H •м

При X2 = 0,16 м My2 = 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.

d вала под подшипник = 30 мм + 5 мм = 35 мм

d вала под подшипник должен заканчиваться на 0 или 5 и должен быть целым числом.

По ГОСТ 8338-78 выбираем подшипник №207:

d = 35 мм

D = 72 мм

B = 17 мм

r = 2 мм

II. Определение d вала под колесо

d вала под колесо = dподшип +3r = 35 мм + 2 мм •3 = 41 мм

r - радиус фаски, применяемый при выборе подшипника.

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного нормального значения.

d вала под колесо = 42 мм

Dколеса ? d вала под колесо

(110 мм ? 42 мм + 9 мм) => колесо надевается на вал и изготовляется отдельно.

III. Определение диаметра буртика вала

Буртик - участок вала (утолщение), который служит для ограничений перемещений колеса вдоль оси вала.

dбуртика ? d вала 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.

l ступицы = (0,8мм…1,5мм) от диаметра вала под колесо

l шпонки = l ступицы - (5мм…10мм)

в = 12мм

h = 8 мм

t1 = 5мм (паз вала)

l ступицы = 0,8 • d вала под колесо = 0,8 • 42мм = 33,6мм ? 34мм

l шпонки = 34мм • (5мм…10мм)= от 24мм до 29мм

Выбираем l шпонки =28мм

l шпонки рабочая = l шпонки - в = 28мм - 12мм = 16мм

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 выбираем d = 30мм, l = 80 мм.

I. Приложение №1

Нормальные линейные размеры, мм (ГОСТ 6636-69)

II. Приложение №2

Шариковые радиальные однорядные подшипники (ГОСТ 8338 - 75) Размеры, мм

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.

5. Федоренко В.А., Шошин А.И. «Справочник по машиностроительному черчению». Л.: Машиностроение, 1988 г.- 446с

6. Акушина А.И. «Техническая механика: теоретическая механика и сопротивление материалов». М.; Высшая школа, 2003.- 352с

7. Ицкович Г.М. «Сопротивление материалов». М.; Высшая школа, 2001.- 256с