Конструкция и расчет захватного устройства (стр. 1 из 2)

КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ ЗАХВАТНОГО УСТРОЙСТВА

При конструировании наиболее распространенных захватных устройств (ЗУ) роботов необходимо учитывать конкретный тип детали или группы деталей, их форму, материал и условия ТП. Важные критерии при этом – необходима точность удержания детали и допустимое усилие на губках. Исходя из этого разработано большое количество разных ЗУ, которые различаются кинематической схемой и другими конструктивными параметрами.

Усилие ЗУ должно соответствовать одному из значений ряда Ra10 в пределах 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.

Расчет ЗУ включает нахождение сил, которые действуют в местах контакта заготовки и губок; определение усилий привода; проверку отсутствия повреждений поверхности объекта при схвате; расчет на прочность деталей устройства.

Рисунок 1.1 - Расчетная схема захвата

Усилие контактирования между деталью и губкой определяется по формуле

(1.1)

где i, j = 1,2; i

j,

Т.к. рассчитываемый захват симметричный, рассмотрим схему нагрузки одной из губок (см. рис. 1.2)

Рисунок 1.2 - Схема нагрузки

Рабочие губки 4 соединены тягами с зубчатыми секторами 3, которые находятся в зацеплении с рейкой 2, связанной с тягой 1 привода. При перемещении рейки 2 под действием усилия F электромагнита происходит поворот губок 4 в направлении центра на одинаковые углы и охват объекта манипулирования.

Рассчитываем усилие контактирования между объектом и губкой. Пусть объект манипулирования будет в виде цилиндра массой m = 1кг.

Реакция на одну губку захвата.

(1.2)

где g – ускорение свободного падения.

Усиление контактирования между деталью и губкой определим по формуле (1.1).

При

получим:

(1.3)

Коэффициент трения для пары фторопласт – керамика 0,2.

Усилие зажима на губке схвата равно:

(1.4)

Усилия, которые возникают в звеньях схвата при его работе, обозначены на рис. 1.2. Передаточный коэффициент механизма можно найти из условия:

(1.5)

Для определения этой зависимости составим условия равновесия системы относительно точки А (см. рис. 1.2).

(1.6)

т.е. сумма проекций всех сил на произвольно выбранные оси прямоугольных координат x,y и сумма моментов этих сил относительно точки А равняются нулю.

В нашем случае условия равновесия системы относительно точки А записуется в виде:

(1.7)

Решив систему относительно G и F получим уравнение:

, (1.8)

преобразовав которое получим:

или (1.9)

Задавшись соотношением

коэффициентом запаса и коэффициентом полезного действия механизма 0,9, найдем:

(1.10)

Что мы проигрываем в рычажном механизме, в силе

то мы выигрываем в расстоянии. Ход губок 20 мм, ход штока электромагнита 10мм.

Таким образом усилие электромагнита должно быть F=65H, а ход

мм.

Для расчета электромагнита берем короткоходовую магнитную систему постоянного тока (Рис. 1.3).

Прямоходовые системы постоянного тока исполняются, как правило, в виде соленоидов. Поэтому такие системы часто называются соленоидными. В устарелых конструкциях соленоидные системы выполняются с открытым магнитопроводом.

Для удобства выбора формы электромагнита вводится понятие о конструктивном факторе (к. ф.), представляющим собой отношение

к.ф.=

, (1.11)

где

- сила электромагнита, кг;

- ход штока электромагнита, см.

Выбор формулы определяется на основании следующих соображений:

а) длина электромагнита пропорциональна требуемой величине хода -

;

б) поперечное сечение стали электромагнита определяется величиной требуемой начальной силы

.

Каждой форме электромагнита соответствует определенная зона величины к.ф., при которых эта система выполняется с оптимальными данными по расходу материала.

Короткоходовые системы – предусматриваются для получения больших значений сил при относительно малом ходе якоря. Такие системы принимаются при больших значениях конструктивного фактора.

Исходными являются следующие данные:

начальная сила на якоре

;

рабочий ход

мм;

рабочее напряжение

24В.

При проведении предварительного расчета не учитывают соленоидной силы, а принимают только силу притяжения якоря к стопу.

Некоторыми значениями параметров, определяющих собой габариты системы, приходится задаваться: индукцией

в якоре рабочего зазора, падением магнитного потенциала в стали и в нерабочих зазорах - , температурой превышения катушки, отношением длины намотки катушки к толщине ее. Правильный выбор указанных параметров определяет экономичность конструкции.

Рисунок 1.3 Прямоходовая система с плоским стопом

Отношение длины катушки к толщине намотки.

Площадь сечения меди катушки

принимают в зависимости от требуемого значения н.с. F. Значение может быть получено при разных отношениях .

При изменении этого отношения получают разные условия в отношении расхода меди и стали:

1) увеличение

приводит к уменьшению расхода меди, так как при этом уменьшается объем меди и увеличивается поверхность охлаждения катушки;

2) уменьшение

приводит к увеличению расхода стали, так как при этом увеличивается длина магнитопровода.

Минимальный вес всей конструкции достигается для различных видов электромагнитов и условий их работы разными путями.

Практикой установлено следующее: при относительно большом ходе якоря и малом значении силы принимаются большие значения

, при увеличении силы и уменьшении хода – это отношение уменьшается.

Таким образом, и отношение можно фиксировать в функции значения к.ф. Значение

колеблется в практически выполненных конструкциях в пределах 1 8.

Значение

выбирается в зависимости от конструктивного фактора и от режима работы катушки: чем больше значение к.ф., тем больше значение (см. Рис. 1.4)

Рисунок 1.4 - Кривые зависимости

для магнитных систем: масштаб I – сплошные линии; масштаб II – пунктирные.

Короткоходовые системы предусматриваются для получения больших значений сил при относительно малом ходе якоря.

Рассчитаем коэффициент формы к.ф. для взятой короткоходовой системы:

(1.11)