PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN

Projekt typoszeregu chwytaka

Grupa I, AiR

1. Założenia projektowo-konstrukcyjne

Podstawowe relacje realizowane przez chwytak to: uchwycenie, trzymanie, uwolnienie oraz przemieszczenie obiektu. Należało opracować uporządkowaną rodzinę konstrukcji w postaci typoszeregu chwytaków.

Dane:

Średnica przedmiotu manipulowanego	20[mm]
Wysokość przedmiotu manipulowanego	40[mm]
Rodzaj materiału	Ołów
Gęstość ołowiu	11340[kg/m^3]
Prędkość	1[m/s]
Przyspieszenie	1[m/s^2]
Promień	2[m]
Współczynnik tarcia	0,7
Współczynnik bezpieczeństwa	2

2. Kryteria wyboru najlepszej konstrukcji

K1 - Maksymalna zwartość konstrukcji chwytaka

K2 - Minimalna masa

K3 - Maksymalna liczba elementów dobieranych

K4 - Minimalna liczba elementów

K5 - Prostota montażu

K6 - Prostota montażu chwytaka w kiści robota

K7 - Zapewnienie prostoliniowości ruchu końcówek chwytnych

K8 - Stabilna charakterystyka statyczna siłowa i przemieszczeniowa

3. Pole możliwych rozwiązań

Koncepcja 1:

Koncepcja 2:

Koncepcja 3:

Koncepcja 4:

Koncepcja 5:

Koncepcja 6:

Koncepcja 7:

Koncepcja 8:

Koncepcja 9:

Koncepcja 10:

4. Wybór najlepszego rozwiązania technologicznego

	K1	K2	K3	K4	K5	K6	K7	K8	∑K	R1	R2	R3	R4	R5	R6	R7	R8	R9	R10
K1	X	0	0	0	0	0,5	0,5	1	2	2	1	2	3	3	2	2	3	2	3
K2	1	X	1	1	0,5	1	1	1	6,5	3	2	2	2	0	1	2	2	1	2
K3	1	0	X	0,5	0	1	0,5	0,5	3,5	3	3	2	2	1	2	2	2	2	2
K4	1	0	0,5	X	0	0	0,5	0,5	2,5	2	2	1	2	1	2	2	1	1	3
K5	1	0,5	1	1	X	1	1	1	6,5	3	2	2	2	1	2	2	2	2	3
K6	0,5	0	0	1	0	X	0,5	0,5	2,5	2	1	2	2	2	2	2	2	1	0
K7	0,5	0	0,5	0,5	0	0,5	X	1	3	2	2	1	2	3	2	2	3	2	3
K8	0	0	0,5	0,5	0	0,5	0	X	1,5	2	2	1	1	3	2	1	2	2	3
										72,5	55	49	56,5	40	49,5	54,5	58,5	44,5	66,5
										87,3 %	66,2 %	59 %	68 %	47 %	59 %	65 %	70 %	53 %	80 %

5. Obliczenie masy oraz sił działających na przedmiot manipulowany

Masa wałka

[m³]

[kg]

[kg]

Wyznaczenie wypadkowej siły działającej na wałek

F_o - Siła odśrodkowa w ruchu obrotowym

F_b - Siła bezwładności w ruchu obrotowym

F_p = Q + F_bp

Q - Ciężar właściwy

F_bp - Siła bezwładności w ruchu postępowym

F_w - Siła wypadkowa

[N]

[N]

Wyznaczenie wymaganej siły chwytu

4,56[N]

6. Uszczegółowienie konstrukcji chwytaka

Wymiar a powinien być dobrany w taki sposób, aby zapewnić możliwość swobodnego ruchu cięgna. Dla naszych obliczeń przyjmijmy, że wymiar a równy będzie średnicy wałka + 1.5[cm]. Wymiar b i c są głównie zależne od wymiarów siłownika. Dla wyznaczenia charakterystyk przyjmiemy wstępne wartości:

b=85[mm]

c=52[mm]

d=31[mm]

Charakterystyka przemieszczeniowa chwytaka

Charakterystyka przemieszczeniowa chwytaka określa rozwarcie szczęk chwytaka(y) w zależności od wysuwu siłownika(x).

Ustalmy maksymalny skok siłownika

Jeżeli kąt ά przekroczy wartość 90° ramiona chwytaka zaczną się ponownie „zamykać”. Przyjmujemy, zatem że kąt ά może osiągać maksymalnie 90° co odpowiada maksymalnemu skokowi siłownika x_max=16[mm]

gdzie g - grubość szczęk chwytaka

Porównanie charakterystyki wyznaczonej analitycznie z charakterystyką wyznaczoną za pomocą programu SolidWorks:

Metoda analityczna:

Metoda numeryczna:

Wyznaczenie charakterystyki siłowej

Charakterystyka siłowa jest to stosunek siły chwytu F_ch do siły siłownika F_s w funkcji przemieszczenia siłownika. Podzielmy układ na dwa podukłady

Podukład 1:

D=0

A=1.9 [N]

C=7.4[N]

Podukład 2:

Charakterystyka otrzymana metodą analityczną

Charakterystyka otrzymana za pomocą programu SolidWorks

7. Dobór siłownika

Dobieramy siłownik płaski DZF firmy FESTO.

• Skok 20 mm

• Średnica tłoka 10 mm

• Gwintu na tłoczysku M3

• Ciśnienie robocze 0,6 - 10 bar

• Siła przy cofaniu 51 N

8. Obliczenia wytrzymałościowe

Dobór przekroju ramienia

Dobieramy d=8[mm]

Obliczenie minimalnej średnicy sworznia

Warunek wytrzymałościowy na ścinanie sworznia w punkcie C

k_t=80[MPa]

F_max=4.1[N]

Przyjmujemy średnicę sworznia 2[mm]

Obliczenie strzałki ugięcia

E = 210[GPa]

9. Typoszereg wielkości

d[m]	h[m]	m[kg]	Fw [N]	Fch [N]	Max. Fs[N]	a[m]	b[m]	c[m]	d[m]
0.016	0.032	0.07	0.82	2.33	4.24	0.031	0.085	0.06	0.031
0.018	0.036	0.1	1.12	3.32	6	0.033	0.085	0.06	0.031
0.02	0.04	0.14	1.59	4.55	8.3	0.035	0.085	0.06	0.031
0.022	0.044	0.19	2.12	6.3	11.01	0.037	0.085	0.06	0.031
0.024	0.048	0.25	2.75	7.9	14.3	0.039	0.085	0.06	0.031

---