Анализ существующих конструкций (стр. 4 из 5)
Выбираем резиновый шланг с нитяной оплеткой
[P] = 2…5МПа и = 6мм.
Проверяем на прочность:
Рв = 0,6МПа << 2 - 5МПа –допустимое давление,
Время работы:
= 20м/с – скорость движения воздуха по воздухопроводу.Расход воздуха на одно включение пневмопривода:
Расчёт механизма манипулятора.
Схема для расчёта приведена на рисунке 9. Так как манипулятор приводится во вращательное движение со стороны головки схвата, а сопротивление в подшипниках опорно-поворотного устройства пренебрежимо мало, считаем, что механизм манипулятора плоский и все нагрузки приложены в плоскости чертежа.
Рис. 9. Схема для расчёта манипулятора.
Исходные расчётные данные приведены в таблице 6.
Продольные силы не учитываются в расчетах, т.к. они пренебрежительно малы.
Таблица 6. Исходные расчётные данные.
| Наименование исходных данных и размерность | Обозначение | Числовоезначение |
| Масса груза, кг. | Q' | 100 |
| Масса груза совместно с грузозахватным управлением, кг. | Q | 106 |
| Масса руки и тяги, приложенная в середине руки, кг. | G1 | 8,2 |
| Масса серьги, кг. | G2 | 0,8 |
| Масса плеча и тяги, приложенная в середине плеча, кг. | G3 | 7,6 |
| Масса тяги горизонтальной, кг. | G4 | 6 |
| Масса тяги вертикальной, кг. | G5 | 7 |
| Расстояние от оси вращения головки схвата до оси приложения внешней нагрузки, мм. | L8 | 0 |
| Размеры элементов по рисунок 9, мм: 1-4 4-6 1-2 3-5 4-5 | L1L2L3L4L6 | 220016005001200600 |
1. Определим усилия, действующие на руку (элемент 4-6).
Рука воспринимает растягивание силы и изгибающие моменты. Для упрощения расчёта не будем учитывать напряжения от растягивающих руку усилий, так как они пренебрежимо малы по сравнению с напряжениями от изгиба.
Рис. 10. Расчетная схема элемента 4-6.
Рассмотрим равновесие сил, приложенных к руке в проекции на ось ”Y”.
∑Y
= -Q-(G1+G4/2)+Y4=0 (1)Откуда
Y4=Q+ (G1+G4/2)
Подстановкой числовых значений из таблицы 6, получаем:
Y4=1060+82+30 = 1172 Н
Равновесие сил, приложенных к руке в проекции на ось ”Х” рассматривать не имеет смысла, так как на рисунке 10, видно что силы Х4 и Х5 равны и противоположно направлены.
Поэтому рассмотрим условие равновесия моментов внешних сил относительно точки 4 на рисунке 10.
(2)Подстановкой числовых значений из таблицы 6, получаем:
Откуда
для сил X2 = X3 получаем значение, равное 944,17 Н.
2. Определим усилия, действующие на плечо (элемент 1-4) и нижнюю тягу (элемент 2-3) по рисунку 11.
Определим усилие R3, сжимающие тягу вертикальную (элемент 2-3).
(3) 
Рис. 11. . Расчетная схема элемента.
Подстановкой числовых значений, взятых из таблицы 6, получаем:
Определим усилие Y1, которое действует на ось 1, несущую основную нагрузку, с помощью уравнения суммы проекции сил на ось У.
(4)
Усилие Х1 определим из уравнения суммы проекций сил на ось Х.
(5)
Рассмотрим усилия, действующие на ось 3. Усилие Х3 (сопротивление горизонтальному перемещению) найдём через уравнение суммы проекций сил на ось Х.
(6)
Усилие У5 определим через уравнение суммы проекций сил на ось У.
(7)3. Расчёт элементов манипулятора на прочность
Исходя из величин усилий, действующие на элементы манипулятора, определённых в предшествующих подпунктах, подбираем сечения рычагов, тяг, осей; выбираем соответствующие материалы и термообработку и проверяем указанные элементы на прочность по допускаемым напряжениям. Материалы и допускаемые напряжения принимаем по данным, приведённым в «Справочнике конструктора-машиностроителя» В.И. Анурьев, М., «Машиностроение»,1980 г., т. 1 стр. 84….91.
Для рычагов и тяг принимаем материал – прокатные профили, изготовленные из стали марки Ст 3 ГОСТ 380-74, оси выполняем из стали 40Х ГОСТ 4543-71. Для деталей из СТЛОХ термообработка М39, для стали 45 – термообработка М35.
4. Расчёт руки (звено 4-6), рисунок 12.
На руку действуют внешние силы, создающие изгибающие моменты, которые являются основными для данного узла манипулятора.На схеме расчёта по рисунку 12 «а» показаны внешние силы, на рисунке 12 «б» проекции сил на направление, перпендикулярное к продольной оси руки, на рис.12 «в» - эпюра изгибающих моментов.
Опасное сечение в сечении 1-1. Геометрическое сечение руки в сечении 1-1представлено на рисунке 13 с относящимися к нему размерами.
Рис.12. Схема нагрузок, действующих на руку
Рис. 13. Рис. 14.
Геометрическое сечение руки 1-1.
Расчёты геометрических характеристик сечения, представленного на рис. 13 выполняем по формулам, приведённым в литературе [4] табл..
В результате расчёта получаем:
Момент сопротивления (W):
Относительно оси Х-Х, м3
Относительно оси У-У, м3
Расстояние V0 нейтральной оси, мм 44
Напряжение в опасном сечение при номинальной нагрузке (500 Н)
(8)Графоаналитическим методом определяем из рисунка 12 момент в сечении 1-1 (при L5=0,3 м.). Подставляя в формулу значения момента в сечении 1-1 и момента сопротивления относительно оси Х-Х получаем:
Допускаемое напряжение для Ст.3 [GT]=1900 кг/см2
Запас прочности по опасному сечению руки равен 5,1.
Рука выдерживает двукратную перегрузку, которая может возникнуть при резком торможении на спуске или других динамических явлениях.
Напряжения в руке в плоскости У-У невелики, так как манипулятор приводится во вращения вручную за конец руки, а момент инерции масс манипулятора, в основном сосредоточенных около оси вращения невелик. При расчёте мы их не учитываем, так как запас прочности по основным нагрузкам достаточен.
5. Расчёт плеча (звено 1-4) рисунок 15.
Так как плечо расположено горизонтально, то на рисунке 15 «а» показаны сразу проекции сил на направление перпендикулярное продольной оси плеча, на рис. 15 «б» показана эпюра изгибающих моментов.
В результате расчёта получаем:
Момент сопротивления (W):
Относительно оси Х-Х м3
Относительно оси У-У м3
Напряжения в опасном сечение от изгиба при номинальной нагрузке подсчитываем по формуле (7), графическим методом определяем из рис. 15. момент в точке 21. Подставляя в формулу значения момента в сечении 1-1 и момента сопротивления, получаем:
Так как материал плеча такой же, как и материал руки, то запас прочности плеча в опасном сечении равен 7,9.
Рис. 15. Схема нагрузок, действующих на плечо.Опыт эксплуатации (стендовой) макетных образцов манипуляторов, рука и плечо которых практически не отличается от тех, по которым проводится расчёт, показал, что даже при двукратной перегрузке не наблюдается остаточных деформаций в проушинах руки и плеча, которыми они соединяются между собой и крепятся к стойке и головке схвата. В силу указанных обстоятельств расчёты проушин опускаются.