Pramoninio frezavimo roboto projektavimas

UŽDUOTIS: Suprojektuoti pramoninį rtobotą, detalės perkėlimui nuo gręžimo ant frezavimo staklių. Koordinatės C,A,X. Detalės masė 5,5 kg, skersmuo dd= 90mm. 1) Konstrukcinės komponavimo schemos sudarymas. Darbo zonos matmenų ir grandžių poslinkių, bei posūkių nustatymas ir grandžių greičių, bei pagreičių skaičiavimas. Sudarome roboto struktūrinę schemą: 1.1 pav. Struktūrinė roboto schema: Roboto ir žmogaus poslinkių, posukių laikų nustatymas: Nr. Žmogaus operacijos Laikas (s) Roboto operacijos 1. Prieina prie gręžimo staklių 5 Pasisuka link gręžimo staklių 900 2. Ištiesia ranką link ruošinio 0,22 Pasisuka griebtuvinė dalis 900 3. Paima ruošinį 0,264 Ištiesia griebtuvą 4. Atitraukia ranką 0,84 Paima ruošinį 5. Pasisukimas 900 2.5 Griebtuvo sutraukimas 6. Prieina prie frezavimo staklių 5 Pasisuka griebtuvinė dalis 900 . Rankos ištiesimas ruošiniui padėti 0,42 Pasisuka link frezavimo staklių 900 8. Ruošinio centravimas 0,94 Ištiesia griebtuvą 9. Paleidžia ruošinį 0.072 Detalės orientavimas 10. Atitraukti ranką 0,47 Paleidžia detalę 11. Pasuka ranką 900 0,74 Orientavimo mechanizmas grįžta į pradinę padėtį 12. Atitraukia griebtuvą VISO: 15,99 s 1. lentelė:žmogaus ir roboto laikų palyginimas; Nubraižome roboto komponavimo schemą masteliu 1:20 1.2 pav. Roboto komponavimo schema 2) Roboto greičių ir pagreičių apskaičiavimas: (2.1) K – koeficientas įvertinantis darbo našumo padidėjimą; K = 3 … 4; - roboto grandies suminė eiga; tžm - laikas per kurį žmogus atlieka tam tikrą operaciją. Žiūr. lentelę.; td – detalės suspaudimo laikas – 0,3 s; nr – roboto perėjimų skaičius - 12 ; Skaičiuojame vidutinius greičius Paskaičiuojame maksimalius greičius. (2.2) Vidutiniai pagreičiai. (2.3) Čia tis – pavaros įsibėgėjimo laikas ( elektrinei pavarai tis: 0,3 – 0,5 s ,hidraulinėms pavaroms tis 0,15 – 0,25s) Paskaičiuojame maksimalius pagreičius: (2.4) Čia ka – hidraulinei pavarai 1,2 – 1,3 ka – elektrinei pavarai 1,5 - 2 Paskaičiuojame linijinius pagreičius: (2.5) lk = 0.2394m [žr. (2.8)] Atliksime mechaninės sistemos orientacinį skaičiavimą. Tam reikia žinoti maksimalias dinamines jėgas .Orientaciniame skaičiavime atsižvelgsime į orientavimo mechanizmo masę mk ir į manipuliavimo objekto masę m, nes jos yra labiausiai nutolusios nuo stovo ir turi dižiausią įtaka grandžių deformacijoms. Apskaičiuojame roboto keliamąją galią. (2.6) Kg – koeficinetas įvertinantis griebtuvo masę: 1,3 (parenkamas III 59 pusl;) Kp – koeficienatas įvertinantis griebtuvo pavaros tipą: hidraul. 1,1; vakuuminė bei magnetinė 1,15; elektrinė (1,3); priimu:m= 8 kg; Apskaičiuojame orientavimo mechanizmo masę. (2.7) Kp – pavaros koeficientas: cilindrinėm, krumplinėm – 1; sliekinėm – 0,6 …. 0,8; banginės – 0,4…..0,6; Ki – 1,25n-1 koefc. Įvertinantis pavaros laisvės laipsnių laipsnį. n = 0 Km – koefc. Įvertinantis pavaros medžiagą ir konstrukcinius ypatumus esant: plienui – 0,9 Kt – koefc. Įvertinantis tarpelio panaikinimus; įtaisai: automatinis 1,1 …. 1,2 m – detalės masė lk – roboto riešo spindulys lk = lf + d0 (2.8) lf – atstumas nuo manipuliuojamo objekto masės centro iki išėjimo grandies. lf = kf *d (2.9) kf – koefc. įvertinantis griebtuvo žiaunų ilgį 1.9 ; d – charakteringas orientuojamos detalės ilgis 90mm. lf = 1.9 *90 = 0.171m d0 – atstumas nuo mechanizmo flanšo iki sukimosi ašies; d0 = (0,3….0,5)*lf = 0,4*0,171 =0.06840m (2.10) lk = 0,171 + 0,06840 = 0.2394m Paskaičiuojame robotą veikiančias jėgas. (2.11) 3) Laikančiosios konstrukcijos oriantacinis skaičiavimas : Sudaroma laikančioji roboto konstrukcija programa APM WinFrame: 3.1pav. Roboto laikančiosios sistemos skaičiuojamoji schema Roboto charakteringų taškų koordinatės: a) b) c) d) e) 3.2 pav.Roboto konstrukcijos taškų koordinatės: a)-pirmo taško; b)-antro taško; c)-trečio taško; d)-ketvirto taško;e)-penkto taško; Parenkame strypų skerspjūvius: Kad apskaičiuotume maksimalias deformacijas, reikia parinkti grandžių skerspjūvius. a) b) b) d) 3.3 pav.Roboto konstrukcinių elementų skerspjūviai:a)-pirmo strypo; b)-antro strypo; c)-trečio strypo; d)-ketvirto strypo; 3.4 pav. Roboto konstrukcijos trimatis vaizdas; Atidedame dinaminias jėgas P1 ir P2 , veikiančias krovinį ir orientavimo mechanizmą: 3.5 pav.Roboto laikančiosios sistemos schema su dinaminėmis jėgomis Dinaminių jėgų P1 ir P2 , veikiančių krovinį ir orientavimo mechanizmą įvedimas: a) b) 3.6 pav.Dinaminės jėgosą: a)-penktame mazge; b)-ketvirtame mazge Nauododami APM Winframe programą apskaičiuojame maksimalią deformaciją ir įtempimus nuo P1 ir P2 jėgų. 3.7 pav.Roboto mechaninės sistemos maksimalūs įtempimai ir deformacijos Pavaizduojame laikančiosios konstrukcijos įtempimus ir deformacijas 3.8 pav. Laikančiosios konstrukcijos įtempimų ir deformacijų pasiskirstymas IŠVADA: kadangi maksimali deformacija yra 0.183mm [žiūr. 3.7 pav.] ir neviršyja 1mm todėl yra tenkinama stabilumo sąlyga. 4) Laikančios konstrukcijos skaičiavimas nuo visų jėgų Strypu masių skaičiavimas m= *F*l (4.1) - strypo medžiagos tankis (plienas) 7800kg/m3 F- strypo skerspjūvio plotas;[žr.3.3 pav)] l- strypo ilgis;[žr.3.3 pav] 1 strypas F1 0,003450 m2 ; [žr.3.3 pav a)] l1 1,210m ; [žr.3.3 pav a)] m1 7800*0,003450*1,210 32,62 kg; 2 strypas F2 0,003226 m2 ;[žr.3.3 pav b)] l2 0,988m ;[žr.3.3 pav b)] m2 7800*0,003226*0,988 24,80 kg; 3 strypas F3 0,002703 m2 ; [žr.3.3 pav c)] l3  0,2138m; [žr.3.3 pav c)] m3 7800*0,002703*0,2138 4,563 kg; 4 strypas F4 0,002828 m2 ;[žr.3.3 pav d)] l4  0,2394m ;[žr.3.3 pav d)] m4 7800*0,002828*0,2394 5,277 kg; plokštumos maė mpl 40kg variklio masė mv 25kg Apskaičiuojame svorio jėgas (Z kryptimi) Fmg (4.2) F1sz  mpl*g  40*9,8 392N F2sz  m1*g  32,62*9,8 319,6N F3sz  mv*g  25*9,8 245N F4sz  m2*g  24,80*9,8 243,0N F5sz  mv*g  25*9,8 245N F6sz  m3*g  4,563*9,8 44,72N F7sz  mk*g  1,778*9,8 17,42N F8sz  m4*g  5,277*9,8 51,715N F9sz  m*g  8*9,8 78,4N Dinaminių jėgų skaičiavimas X kryptimi : F m*amax(X) (4.3) m- strypo masė amax – maksimalus pagreitis X koordinatei F6dx  m3*amax(X)  4,563*2,375 10,837N F7dx  mk*amax(X)  1,778*2,375 4,223N F8dx  m4*amax(X)  5,277*2,375 12,53N F9dx  m*amax(X)  8*2,375 19N Dinaminių jėgų skaičiavimas Y kryptimi : F m*max(C)*l (4.4) l- veikiančios jėgos petys (4.1 pav.) l20,4944m lv0,9888m l31,096m lk’1,203m l41.3223m l1,442m m- strypo masė F4dy  m2*max(C)*l  24,80*2,463*0,4944 30,2N F5dy  mv*max(C)*l  25*2,463*0,988 60,9N F6dy  m3*max(C)*l  4,563*2,463*1,096 15,9N F7dy  mk*max(C)*l  1,778*2,463*1,203 5,266N F8dy  m4*max(C)*l  5,277*2,463*1,3223 16,5N 4.1.pav. Veikiančių jėgų petys F9dy  m*max(C)*l  8*2,463*1,442 28,41N Strypų spindulių skaičiavimas 2r2a2+b2 (4.5) a,b – strypo skerspjūvio išorinių kraštinių ilgiai 1 strypas 150x150 2r12  0,152 * 0,152 r1 0,106 m; 2 strypas 140x140 2r22  0,142 * 0,142 r2 0,099 m; 3 strypas 120x120 2r32  0,122 * 0,122 r3 0,0845 m; 4 strypas 100 (cilidro formos) r  0,1/2 r1 0,05 m; Inercijos momentų skaičiavimas I m*max*r2 (4.6) m-masė max-maksimalus kampinis pagreitis atitinkamos koordinatės. r- strypo spindulys I1 mpl*max(C)*rpl2 40*2,463*0,15622,23 Nm I2 m1*max(C)*r12 32,62*2,463*0,10620,903 Nm I3 mv*max(C)*rv2 25*2,463*0,12520,962 Nm I4 m2*max(A)*r22 24,80*10,52*0,09922,56 Nm I5 mv*max(A)*rv2 25*10,52*0,12524,11 Nm I6 m3*max(A)*rv2 4,563*10,52*0,12520,75 Nm I7 mk*max(A)*rv21,778*10,52*0,12520,293 Nm I8 m4*max(A)*rv2 5,277*10,52*0,12520,868 Nm I9 m*max(A)*rv2 8*10,52*0,12521,32 Nm C A X 4.2 pav. Roboto mechaninės dalies laikančios konstrukcijos schema Sudedame visas jėgas ir inercijos momentus ant nubraižyto modelio 4.3pav.Modelis su visomis jėgomis ir inercijos momentais Jėgų įvedimas a) b) c) 4.4 pav. Roboto mechanizmą veikiančios jėgos: a),b),c)– pimame strype, d),e) – antrame strype, f),g),h)– trečiame strype, j),k),l). – ketvirtame strype e) d) f) g) h) j) 4.4 pav. tęsinys k) l) 4.4 pav. tęsinys Inercijos momentų įvedimas a) b) c) d) 4.5 pav. Roboto mechanizmą veikiantys inercijos momentai: a),b),c)– pimame strype, d),e) – antrame strype, f),g)– trečiame strype, h), j) – ketvirtame strype e) f) g) h) j) 4.5 pav. tęsinys Naudodami APM Winframe programą apskaičiuojame maksimalią deformaciją ir įtempimusnuo visų jėgų. 4.6pav.Roboto mechaninės sistemos maksimalūs įtempimai ir deformacijos nuo visų jėgų; Pavaizduojame laikančiosios konstrukcijos įtempimus ir deformacijas nuo visų jėgų 4.7 pav. Laikančiosios konstrukcijos įtempimų ir deformacijų pasiskirstymas nuo visų jėgų IŠVADA: kadangi maksimali deformacija yra 0.994mm [žiūr.4.6 pav.] ir neviršyja 1mm, todėl yra tenkinama sistemos stabilumo sąlyga. Apskaičiuojame visų strypų vertikalius ir horizontalius lenkimo momentus, ašines jėgas ir sukimo momentus a) b) c) d) e) f) 4.8pav strypus veikiančios jėgos ir momentai: a – pirmo strypo lenkimo momentas vertikalia kryptimi;b - pirmo strypo lenkimo momentas horizontalia kryptimi; c – pirmo strypo ašinė jėga d – pirmo strypo sukimo momentas ; e – antro strypo lenkimo momentas vertikalia kryptimi f antro strypo lenkimo momentas horizontalia kryptimi; g – antro strypo ašinė jėga h – antro strypo sukimo momentas ; i – trčio strypo lenkimo momentas vertikalia kryptimi j - trečio strypo lenkimo momentas horizontalia kryptimi; k – trečio strypo ašinė jėga l – trečio strypo sukimo momentas; m – ketvirto strypo lenkimo momentas vertikalia kryptimi n - ketvirto strypo lenkimo momentas horizontalia kryptimi; o – ketvirto strypo ašinė jėga p – ketvirto strypo sukimo momentas g) h) j) i) k) l) 4.8pav. tęsinys m) n) o) p) 4.8pav. tęsinys 5) Roboto mechaninė konstrukcija nuo dinaminių jėgų 5.1 pav. Roboto modelis be svorio jėgų Naudodami APM Winframe programą apskaičiuojame maksimalią deformaciją ir įtempimus 5.2pav.Roboto mechaninės sistemos maksimalūs įtempimai ir deformacijos be svorio jėgų Pavaizduojame laikančiosios konstrukcijos įtempimus ir deformacijas tik nuo dinaminių jėgų 5.3 pav. Laikančiosios konstrukcijos įtempimų ir deformacijų pasiskirstymas nuo dinaminių jėgų IŠVADA: kadangi maksimali deformacija yra 0.450mm [žiūr.5.2 pav.] ir neviršyja 1mm, todėl yra tenkinama sistemos stabilumo sąlyga. Apskaičiuojame visų strypų vertikalius ir horizontalius lenkimo momentus, ašines jėgas ir sukimo momentus a) b) c) d) 5.4pav. strypus veikiančios jėgos ir momentai: a) pirmo strypo maksimalūs sukimosi momentai b) antro strypo maksimalūs sukimosi momentai c) trečio strypo maksimalios ašinės jėgos d) ketvirto strypo maksimalios lenkimo momento reikšmės horizontalioje plokštumoje 6) Pavarų skaičiavimas 6.1 Pavaros skaičiavimas C koordinatei: Besisukančių dalių inercijos momentas (6.1.1) m – strypo masė , l – petys r - strypo skerspjūvio spindulys rpl=0.150m r1=0.106m Variklio sukimosi greitis wv nv*1000/30 (6.1.2) nv 1000 aps/min wv  3,14*1000*1000/30 104,6 rad/s Sukimosi momentas ant variklio veleno (6.1.3) Tmax- maksimalus sukimo momentas nuo dinaminių jėgų [žr.5.4 ,a) pav] veleno skersmuo: (6.1.4) Tc- maksimalus sukimo momentas nuo visų jėgų [žr.4.8, d) pav] - 20*106 Pa priimu 0.04m randame reakcija (6.1.5) Fx=Mx/l ; Fy=My/l Mx= lenkimo momentas horizontalia kryptimi [žr.4.8, b) pav ]; My- lenkimo momentas vertikalia kryptimi [žr.4.8, a) pav ]; l- atstumas tarp guolių = 300mm. guolių trinties momentas; (6.1.6) c, f- koeficientai; c=0.2 f=0.003 pavaros perdavimo santykis (6.1.7) = 1.57, =0.8 wv - [žr. (6.1.2)]; Iac- [žr. (6.1.1)]; Tdv - [žr. (6.1.4)]; Ttr - [žr. (6.1.6)]. kadangi perdavimo santykis 4125, parenkame banginę pavarą Nubraižome banginės pavaros kinematinę schemą orientavimo mechanizmui: 6.2.1 pav. Kinematinė schema Apskaičiuojame variklio galingumą banginei pavarai N = T * wmax, W. (6.4.7) T- maksimalus lenkimo momentas horizontalia kryptimi [žr. 4.8pav.n)] Wmax(or) – maksimalus kampinis greitis (Or. Mech.) [žr.(2.2)] N = T *wAmax. = 31,0 *1,575 = 48,83 W. priimu, kad N = 50W Banginės pavaros pradinių parametrų sakaičiavimas : varomojo veleno dažnis: nvel. = , aps/min. (6.4.8) wor.max – orientavimo mechanizmo maksimalus kampinis greitis [žr.(2.2)] variklio veleno dažnis: nv = nvel. *i, aps/min [žr. (6.4.8)] (6.4.9) i – banginės pavaros perdavimo santykis [žr.(6.4.6)] Banginės pavaros parametrai: B A N G I N I S R E D U K T O R I U S ************************************************************ PRADINIAI DUOMENYS : ************************************************************ NOMINALUS VARIKLIO GALINGUMAS P = 50.00 ( W ) VARIKLIO VELENO DAZNIS NV = 1950.00 ( aps/min ) VAROMOJO VELENO DAZNIS NVEL = 15.00 ( aps/min ) TARNAVIMO LAIKAS T = 10000.00 ( h ) MOMENTU SANTYKIS TMAX/TG = 2.50 PERDAVIMO SANTYKIO LEIST.NUKR. 3.00 ( % ) DARBO REZIMAS - VIDUTINIS GENERATORIAUS TIPAS - KUMSTELINIS ************************************************************ ************************************************************ REZULTATAI ************************************************************ PERDAVIMO SANTYKIS i = 130.00 MODULIS m = .40( mm ) VAROMOJO VELENO MOMENTAS Tg = 26.00( N*m ) BANGU SKAICIUS W = 2.00 KRUMPLIU SKAICIUS Zg = 250.00 KRUMPLIU SKAICIUS Zb = 252.00 GUOLIS 100 GOST 23179-78 NAUDINGO VEIKSMO KOEFICIENTAS ETA = .83 TARNAVIMO LAIKAS LH = 13676870.00( h ) ************************************************************ 6.4.2pav.Banginės pavaros pradiniai ir galutiniai rezultatai 7) Sliekinės pavaros projektavimas A koordinatei Veleno projektavimas programa APM WinShaft: Nubraižome veleną ir sudedame jėgas, sukimo ir lenkimo momentus, nubraižome guolius ir pleištinius griovelius 7.1pav. Veleno schema a) b) 7.2 pav. Guolių pastatymo vieta: a) pirmojo guolio; b) antrojo guolio Jėgos veikiančios veleną sliekračio tvirtinimo vietoje (pirmame taške), vertikalioje ir horizontalioje plokštumose Fa125,714 N [žr.6.2.5pav]; Fr45,7563 N [žr.6.2.5pav]; 7.3 pav. Pirmame taške veikiančios jėgos M1 =Ft * , N*m (7.1) Ft – slieką veikianti tangentinė jėga [žr.6.2.5pav]; d – sliekračio skersmuo.(m) [žr.6.2.6,pav]; M1 = Ft * =24.1872 * =2,00 N*m Lenkimo momentas veikiantis veleną sliekračio tvirtinimo vietoje (pirmame taške) 7.4pav.Pirmame taške veikiantis lenkimo momentas Randame sukimo momentą pirmame taške T1 9,901Nm [žr. 6.2.3 pav.] 7.5pav.Pirmame taške veikiantis sukimo momentas Pirmojo pleištinio griovelio parametrai 7.6pav.Pirmame taške esantis pleištinis griovelis Lenkimo momentai veikiantys veleną antrame taške: Mh847,510 - lenkimo momentas veikiantis veleną horizon. plokštumoje [žr. 4.8 pav. f)] Mv200,220 - lenkimo momentas veikiantis veleną vertikal. plokštumoje [žr. 4.8 pav. e)] 7.8pav.Antrame taške veikiantys lenkimo momentas Randame sukimo momentą antrame taške T2 -T1- 9,901Nm 7.9pav.Antrame taške veikiantis sukimo momentas Antrojo pleištinio griovelio parametrai 7.10pav.Antrame taške esantis pleištinis griovelis 7.11pav. Skylės geometriniai parametrai 7.12 pav. Veleno medžiagos (plieno) mechaninės savybės 7.13pav. Veleno ilgaamžiškumas ir sukimosi dažnis Gauti rezultatai: a) 7.14pav. Reakcijų jėgos guoliuose: a) projekcijos; b) moduliai b) 7.14pav. tęsinys 7.15pav. Lenkimo momentų reikšmės vertikalioje plokštumoje : 7.16pav Lenkimo momentų reikšmės horizontalioje plokštumoje 7.17pav. Sukimo momentų reikšmės 7.18pav. Atsargos koeficiento reikšmės IŠVADA: iš paveikslo 7.18 matome, kad veleno minimali atsargos koeficiento reikšmė lygi 2.9172. t.y tenkina sąlygą, kad gautas atsargos koeficientas yra didesnis už minimalų leistiną atsargos koeficientą 2.5. Todėl darome išvadą kad suprojektuotas velenas yra tinkamas eksplotacijai. 8) Guolių skaičiavimas. Guolių skaičiavimui naudojame programą APM Winbear: Parenkame ritininius kūginius guolius 8.1pav. Guolio tipas 8.2pav. Guolio geometriniai parametari 8.2pav. Guolio tikslumo parametrai apskaičiuojame guolius veikiančias jėgas: Fr = 24,1872N[žr. 6.2.5 pav] Fr – slieką veikianti radialinė jėga Fr1 = 11236,1N [žr.7.14pav a)] Fr2 =11190,4N [žr.7.14pav a)] 8.3pav.Guolius veikiančias jėgas 8.4pav. Guolių parametrai Gauti rezultatai: 8.5pav. Guolių skaičiavimo rezultatai 8.6pav.Apkrovos pasiskirstymas guolyje 8.7pav. Guolių vaizdavimas darbo metu IŠVADA: Remiantis skaičiavimais galime teigti, kad guoliai yra tinkami eksplotacijai, nes tarnavimo laikas yra pakankamai didelis (5572103,3 valandos). 9) Išvada: Suprojektavome pramoninį robotą skirtą gręžimo ir frezavimo staklių aptarnavimui. Robotas atlieka judesius C, A, X kryptimis. Pagrindinė roboto funkcija: paimti apdirbamą detalę nuo gręžimo staklių ir įstatyti ją į rezavimo stakles. Roboto maksimali deformacija, apkrovus jį sunkio ir dinaminėmis jėgomis, yra 0.993mm. A ir C kryptims judesį suteikia sliekinės pavaros, X krypčiai – hidraulinė. Orientavimo mechanizmui judesi suteikia banginis reduktorius. Suprojektavus sliekinę pavarą A judesiui atlikti gavome sekančius rezultatus: 1. Veleno atsargos oeficientas 2,91; 2. Guolių ilgaamžiškumas 509967 valandos. 10)Literatūra 1.B.Bakšys. Robotų projektavimo pagrindai.-Kaunas: Technologija, 1993. 2. B.Dragūnas, P. Pilipauskas, A. Stasiūnas. Inžinieriaus mechanimo žinynas.-Vilnius :Mokslas, 1988 3.E.И. Bоробьув, Ф. В. Бфбич, К. П. Жуковю. Механика промышленных роботов 3. –Москва: Высшая школа, 1989. 4.В. И. Анурьев. Справочник конструктора – машино строителя том 2. –Москва: машиностроение, 1980.

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!