Podstawy Konstrukcji Maszyn

Temat: Projekt chwytaka

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 = 150 [mm]
Średnica wewnętrzna	φw = 130 - 120 [mm]
Wysokość	H =200 [mm]
Promień	R = 2,5 [m]
Prędkość	V = 2,5 [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 = 879,2 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 = 6901,72 g

3b. Zamieniam gramy na kilogramy

m = 6,901 kg

4. Obliczam siłę chwytu

4a. Obliczam wartość siły ciężkości:

Q = 67,69 N

4b. Obliczam wartość siły bezwładności:

F_B = 6,901 N

4c. Obliczam wypadkową siły ciężkości i bezwładności:

F_W = 74,59 N

4d. Obliczam wartość siły odśrodkowej:

F_O = 17,252 N

4e. Wartość siły chwytu wyliczam ostatecznie ze wzoru:

F_H = 256,2 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 = 918,78 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 = 256,2 N

a = 80 mm

b = 50 mm

R_B = 666,12 N

R_A = 409,92 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) = 20,49 Nm

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

M_g(B) = 20,49 Nm

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

Dla stali konstrukcyjnej stopowej 15HM PN-75/H-84024 k_g = 450 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 wytrzymałości przekroju W oraz moment bezwładności J.

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
[m⁴]

f = 0,12 [mm]

5. Obliczam sworznie.

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

Siła działająca na sworzeń:

P = 666,12 [N]

Obliczenie średnicy sworznia:

• na ścinanie

10

---