Podstawy Konstrukcji Maszyn

Projekt chwytaka

Artur Pytel

AiR IV

1. Pole możliwych rozwiązań

1)

2)

3)

4)

5)

6)

2. Wybór rozwiązania konstrukcyjnego

Do wyboru rozwiązania konstrukcyjnego posłużyły następujące kryteria:

K1 - uchwycenie, na tyle skuteczne by obiekt w czasie działań nie wysunął się

K2 - prostota budowy chwytaka

K3 - niedopuszczenie do odkształcenia plastycznego na powierzchni chwytanego elementu

K4 - zapewnienie szybkiej i prostej wymiany elementów chwytaka

K5 - regulacja siły chwytu

K6 - minimalna liczba napędów

K7 - minimalna waga chwytaka

	K1	K2	K3	K4	K5	K6	K7	ΣK	Wd	W1	W2	W3	W4	W5	W6
K1	X	0,5	0,5	1	0,5	0	0	2,5	5	4	4	3	4	4	3
K2	0,5	X	0,5	0	0	0,5	0,5	2	5	4	5	4	4	3	1
K3	0,5	0,5	X	0	0,5	0	0	1,5	5	4	4	4	4	4	4
K4	0	1	1	X	1	0,5	0,5	4	5	3	5	4	4	4	1
K5	0,5	1	0,5	0	X	0	0	2	5	4	4	4	4	4	5
K6	1	0,5	1	0,5	1	X	0,5	4,5	5	5	5	3	5	5	3
K7	1	0,5	1	0,5	1	0,5	X	4,5	5	4	4	4	4	4	2
									Sd	S1	S2	S3	S4	S5	S6
									1	0,8	0,9	0,73	0,84	0,82	0,49

Na podstawie przeprowadzonej analizy wybieram wariant drugi.

3. Obliczenia mechanizmu chwytaka

1. Schemat kinematyczny mechanizmu chwytaka:

2. Rozkład sił:

1. Skrajne położenia

Dane sytuacyjne:

Średnica zewnętrzna	φz = 200 - 300 [mm]
Średnica wewnętrzna	φw = 160 - 180 [mm]
Wysokość	H =150 [mm]
Promień	R = 4 [m]
Prędkość	V = 1,7 [m/s]
Przyspieszenie	a = 1 [m/s^2]
Współczynnik tarcia	μ = 0,6
Współczynnik bezpieczeństwa	N = 2

Uwzględniając wymiary przedmiotu manipulacji i wymiary przewidywanych końcówek chwytnych przyjmuję następujące dane konstrukcyjne:

a = 80 [mm]

b = 50 [mm]

m = 121 [mm]

n = 40 [mm]

3. Obliczam ciężar chwytanego przedmiotu

Dla ułatwienia obliczeń zamieniam [mm] na [cm]

V = 6782,4 cm³

3a. Chwytany przedmiot wykonany jest ze stali konstrukcyjnej 16M PN-92/H-84009 o gęstości:

ρ = 7,85 [g/cm³]

Wzór na masę chwytanego elementu:

m = 53241,84 g

3b. Zamieniam gramy na kilogramy

m = 53,2 kg

4. Obliczam siłę chwytu

4a. Obliczam wartość siły ciężkości:

Q = 521,8 N

4b. Obliczam wartość siły bezwładności:

F_B = 53,2 N

4c. Obliczam wypadkową siły ciężkości i bezwładności:

F_W = 575 N

4d. Obliczam wartość siły odśrodkowej:

F_O = 38,4 N

4e. Wartość siły chwytu wyliczam ostatecznie ze wzoru:

F_H = 1929 N

5. Obliczam minimalne i maksymalne rozwarcie końcówek chwytnych:

6. Obliczam wartość kąta α

7. Przełożenie siłowe mechanizmu chwytaka wynosi:

8. Obliczam siłę na siłowniku wykorzystując wzór na przełożenie siłowe mechanizmu chwytaka

F_S = 4135,9 N

Wyznaczam charakterystyki statyczne projektowanego chwytaka:

• siłowa

• przemieszczeniowa

gdzie:

Skok siłownika wynosi:

S = x (y_MAX) - x (y_MIN) = 9 - 2 = 7 [mm]

Na podstawie w/w parametrów dobieram siłownik firmy FESTO

4. Dobór cech konstrukcyjnych

1. Dokonuję obliczeń wytrzymałościowych ramienia końcówki chwytnej

1a. Obliczam wartość reakcji w punktach A oraz B

Dane:

F_H = 1929 N

a = 80 mm

b = 50 mm

R_B = 5015,4 N

R_A = 3086,4 N

1b. Obliczam wartości momentów gnących

Dla ułatwienia obliczeń zamieniam [mm] na [m]

a = 80 mm = 0,08 m

b = 50 mm = 0,05 m

M_g(B) = 154,32 Nm

1c. Dla sprawdzenia poprawności obliczeń obliczam jeszcze moment gnący dla siły F_H

M_g(B) = 154,32 Nm

2. Obliczam wskaźnik przekroju ramienia aby mógł bezpiecznie przenieść maksymalny moment zginający

Dla stali konstrukcyjnej stopowej 17HNM PN-89/H-84030/02 k_g = 1480 MPa

Korzystam z normy PN-80/B-03200, obowiązującej w dziedzinie konstrukcji stalowych, która wprowadza pojecie wytrzymałości obliczeniowej przy zginaniu R. Wytrzymałość ta jest odpowiednikiem naprężenia dopuszczalnego k_g i dla stali konstrukcyjnej oraz staliwa ma takie same wartości i takie samo oznaczenie jak wytrzymałość obliczeniowa na rozciąganie i ściskanie.

Ramie będzie wykonane z pręta o przekroju prostokątnym o wymiarach 15 mm na 10 mm

3. Obliczam wskaźnik przekroju oraz moment bezwładności.

Wskaźnik przekroju jest większy od obliczonego minimalnego wskaźnika przekroju.

4. Obliczam strzałkę ugięcia.

Obliczeń dokonuję za pomocą twierdzenia Castigliano.

Przyjmuję E równe 2,1 · 10⁵ [MPa] oraz J równe 1 · 10^-8 [m⁴]

f = 0,16 [mm]

5. Obliczam sworznie.

Sworznie wykonane będą ze stali konstrukcyjnej węglowej St0S o k_g = 320 [MPa]

Siła działająca na sworzeń:

P = 5015 [N]

Obliczenie średnicy sworznia:

• na ścinanie

PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN - PROJEKT CHWYTAKA

3

Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn i Zintegrowanych Systemów Wytwarzania

---