Efectori Finali Sa Se Proiecteze Un Dispozitiv de Prehensiune Pentru Un Obiect Manipulat cu Urmatoarele Caracteristici

Cuprins:

Listă figuri:

Figura 1 – Forțe bac/piesă 3

Figura 2 – Prehensor soluția 1 3

Figura 3 – Prehensor soluția 2 4

Figura 4 – Prehensor soluția 3 4

Figura 5 – Prehensor soluția 4 5

Figura 6 – Dimensionarea preliminară a prehensorului 6

Figura 7 – Toleranță rotație bucșă 6

Figura 8 – Demonstrație calcul bac 7

Figura 9 – Demonstrație calcul sudură 7

Figura 10 – Demonstrație calcul știfturi 8

Figura 11 – Demonstrație calcul șurub prindere bac 9

Figura 12 – Cremalieră, bac, motor 10

Figura 13 – Demonstrație calcul șurub prindere cremalieră 11

Figura 14 – Demonstrație calcul auto – blocare 12

Figura 15 – Profil dinte 14

Figura 16 – Profilele cremalierelor 15

Figura 17 – Forțe angrenaj 15

Figura 18 – Forțe dinte 16

Figura 19 – Demonstrație calcul închidere carcasă 17

Figura 20 – Șuruburi închidere carcasă 18

Figura 21 – Stift poziționare semi – carcase 18

Figura 22 – Flanșă robot 19

Figura 23 – Pachet flanșă (secțiune) 20

Figura 24 – Prehensor 21

Bibliografie

=== proiect_ef ===

Cuprins:

Listă figuri:

Figura 1 – Forțe bac/piesă 3

Figura 2 – Prehensor soluția 1 3

Figura 3 – Prehensor soluția 2 4

Figura 4 – Prehensor soluția 3 4

Figura 5 – Prehensor soluția 4 5

Figura 6 – Dimensionarea preliminară a prehensorului 6

Figura 7 – Toleranță rotație bucșă 6

Figura 8 – Demonstrație calcul bac 7

Figura 9 – Demonstrație calcul sudură 7

Figura 10 – Demonstrație calcul știfturi 8

Figura 11 – Demonstrație calcul șurub prindere bac 9

Figura 12 – Cremalieră, bac, motor 10

Figura 13 – Demonstrație calcul șurub prindere cremalieră 11

Figura 14 – Demonstrație calcul auto – blocare 12

Figura 15 – Profil dinte 14

Figura 16 – Profilele cremalierelor 15

Figura 17 – Forțe angrenaj 15

Figura 18 – Forțe dinte 16

Figura 19 – Demonstrație calcul închidere carcasă 17

Figura 20 – Șuruburi închidere carcasă 18

Figura 21 – Stift poziționare semi – carcase 18

Figura 22 – Flanșă robot 19

Figura 23 – Pachet flanșă (secțiune) 20

Figura 24 – Prehensor 21

Bibliografie

Tema de proiectare

Să se proiecteze un dispozitiv de prehensiune pentru un obiect manipulat cu următoarele caracteristici:

Masa : 15 kg

Material : fontă cenușie

Forma: prismatică (piese de tip carcasă)

Numărul de degete al dispozitivului de prehensiune: 2 degete

Accelerația maximă la care se supune obiectul de manipulat: 100

De asemenea se cere realizarea centrării piesei dupa planul paralel cu bacurile prehensorului.

Memoriu de prezentare și calcule

Calculul dimensiunilor de gabarit

Densitatea materialului de manipulat, fontă cenușie, este . [1]

dm3 → V=2105263 mm3

Piesă de timp carcasă și respectă rapoartele:

– carcasă turnată în amestec de formare din Fc

– piesă din clasă de greutate mijlocie

Pentru grosime perete 8 mm

Pentru grosime perete 9 mm

Pentru grosime peret 10 mm

S-a considerat o toleranță la volum de ±1000 mm3

Din cele scrise mai sus se va considera gabaritul minim respectiv maxim :

L = 200… 350 mm

l = 200…350 mm

d = 200…350 mm

Calculul forțelor de strângere

Pentru calculul forțelor de strângere s-a considerat cazul cel mai defavorabil în care piesa este ridicată și este prehensată doar prin forță nu și formă.

Figura 1 – Forțe bac/piesă

S-a obținut o forță de strângere maximă de 2200N pe bac.

Scheme cinematice posibile

Pentru tema de proiectare propusă s-au selectat 4 scheme cinematice posibile:

Bacuri în mișcare de translație, sincronizate prin 2 cremaliere și o roată dințată, acționate prin 2 motoare liniare pneumatice.

Figura 2 – Prehensor soluția 1

avantaje soluție:

permite o construcție compactă

gabarit mic

se poate realiza ușor o construcție etanșă dacă este cazul

dezavantaje soluție

relativ scump

relativ complicat de realizat

Bacuri în mișcare de rotație, sincronizate prin sectoare dințate și cremalieră, acționată printr-un motor liniar pneumatic.

Figura 3 – Prehensor soluția 2

avantaje soluție:

bună sincronizare a mișcărilor bacurilor prin utilizarea mecanismelor paralelogram

dezavantaje soluție:

gabaritul pe înălțime mare ( pentru a realiza gama de prehensări necesare este nevoie de lungimi mari de brațe )

este necesare realizarea corectării poziției pe verticală a prehensorului cand se schimbă gama de piese prehensate.

Bacuri în mișcare de translație, sincronizate printr-un mecanism cu bare, acționat cu un motor pneumatic liniar.

Figura 4 – Prehensor soluția 3

avantaje soluție:

construcție relativ simplă

mai ieftin în comparație cu variantele cu roți dințate și cremaliere

dezavantaje soluție:

bare relativ lungi pentru a realiza cursa necesară

gabarit mare pe direcția de prehensare cât și pe verticală

Bacuri în mișcare de translație, sincronizate printr-un mecanism cu bare, acționat cu un motor pneumatic liniar

Figura 5 – Prehensor soluția 4

avantaje soluție:

încărcări relativ mai mici ale motorului liniar

barele au lungimi mai mici decât în cazul precedent

dezavantaje soluție:

mecanism relativ complicat

gabarit relativ mare pentru a realiza cursa impusă

În urma avantajelor și dezavantajelor prezentate mai sus, din cele 4 scheme cinematice s-a ales varianta (a). Ea asigură un gabarit relativ mic, asigură protecție în cazul în care unul dintre motoare cedează.

Dimensionarea preliminară a prehensorului

Având schema cinematică a prehensorului se poate trece la dimensionarea sa preliminară: cote de gabarit, elaborare soluție de ghidare a bacurilor, precum și alegere motoare. (vezi Figura 6)

Pentru acționarea prehensorului s-a ales motorul pneumatic ADN 80 – 80 al firmei FESTO. Pentru ghidare cremalierelor s-a ales o soluție a firmei SKF. Soluția constă dintr-un pachet de 4 bucși cu bile cu auto – aliniere LQCD 12 – 2LS.

Figura 6 – Dimensionarea preliminară a prehensorului

Principalele caracteristici ale motorului ADN 80 – 80 al firmei FESTO sunt:

Forța maximă dezvoltată de motor: 2827 N

Diametrul pistonului: 80 mm

Greutate motor: 7.6 kg

Informații suplimentare referitoare la motor se află în anexe.

Principalele caracteristici ale pachetului cu bucși LQCD 12 – 2 LS sunt:

Diametrul ghidajului: 12 mm

Sarcina dinamică maximă: 2850 N

Sarcina statică maximă: 3250 N

Greutate: 0.52 kg

Toleranța de poziționare bucșă este de ±30’ (vezi Figura 7)

Figura 7 – Toleranță rotație bucșă

Informații suplimentare referitoare la ghidaje și bucși se află în anexe.

Dimensionarea elementelor componente ale prehensorului

Dimensionarea bacurilor prehensorului

Figura 8 – Demonstrație calcul bac

Semnificația notațiilor utilizate:

l, p, b, h – vezi Figura 8

– tensiunea admisibilă

– tensiunea calculată la încovoiere

Verificarea sudurii bacului

Figura 9 – Demonstrație calcul sudură

; ;

Dimensionare corectă a sudurii.

Semnificația notațiilor utilizate:

l, p, h, a – vezi Figura 9

ls – lungimea cordonului de sudură

– tensiunea admisibilă a sudurii

– tensiunea la încovoiere a sudurii

– tensiunea la forfecare a sudurii

– tensiunea echivalenta a sudurii

Verificarea stifturilor de poziționare

Pentru poziționarea bacurilor pe suporții cremalieră se realizează prin intermediul a 2 știfturi spintecate DIN 13337. S-a optat pentru această soluție deoarece permite montarea și demontarea bacurilor relativ ușor și repede. Operația de montare demontare a bacurilor este necesară deoarece acestea se uzează (în urma prehensărilor repetate). De asemenea stifturile preiau și forțele rezultate din strângerea obiectului de prehensat.

Dimensionarea stifturilor s-a facut la forfecare pură. (vezi Figura 10)

Figura 10 – Demonstrație calcul știfturi

D = 8 mm

d = 5 mm

n = 2

pentru ciclu de solicitare pulsatoriu [2]

Dimensionarea corectă a stifturilor. Diamentrul nominal al stiftului este de 8 mm.

Semnificația notațiilor utilizate:

D, d, p – vezi Figura 10

n – numărul de stifturi utilizate

– tensiunea de forfecare admisibilă a materialului din care sunt facute stifturile

c – coeficientul de siguranță

Dimensionare șurub prindere bac

Șurubul de la baza bacului are rolul de al solidariza pe acesta cu cremaliera. Aceasta formează pachetul dar nu preia și solicitări radiale, ci doar axiale. Șurubul este supus la întindere sub acțiunea greutății bacului și a inerției acestuia. Dimensionarea acestuia s-a facut la întindere. (vezi Figura 11)

Figura 11 – Demonstrație calcul șurub prindere bac

Șurubul M6X30 este corect ales. Calculul este acoperitor și la strivire respectiv forfecare a spirei șurubului.

Semnficația notațiilor utilizate:

d, Fi, G – vezi Figura 11

V – volumul bacului

ρ – densitatea materialului

a – accelerația la care este supus bacul

Dimensionare șurub prindere cremalieră

Șurubul care face strângerea este un element important în cadrul prehensorului deoarece prin intermediul lui se face transferul forței de la motor spre bac. Dintre cele 2 capete ale cremalierei s-a ales capatul mai solicitat și anume cel opus motorului. (vezi Figura 12)

Figura 12 – Cremalieră, bac, motor

Șurubul este dimensionat la întindere. (vezi Figura 13)

p = 2200 N

L = 255 mm

l = 22 mm

= 600 pentru oțel C44 6.6 DIN 4762 [2]

Figura 13 – Demonstrație calcul șurub prindere cremalieră

Semnficația notațiilor utilizate:

L, l, p, Fs – vezi Figura 13

– tensiunea de rupere a șurubului

Verificarea condiției de auto – blocare a ghidajului (verificarea motorului)

Pentru ca ghidajului să nu se auto – blocheze trebuie ca motorul pneumatic trebuie să compenseze prin forță. Cele 4 bucși preiau proporțional din sarcină după o prealabilă uzură.

Inițial (înainte de uzură) s-a considerat ca numai 2 din cele 4 bucși preiau sarcina. Așadar acesta este cel mai defavorabil caz. Calculul s-a efectuat în acest caz.

Pentru ghidarea cremalierei s-au folosit bucși cu bile și tije ale firmei SKF. Inițial s-a considerat tije cu diametrul de 12 mm. Pentru bucșele corespunuătoare tijelor alese, parametrii necesari calculului se află în Anexa…

l = 85 mm

mm

F = 220 N

[2]

mm

mm

Pentru cazul cel mai defavorabil:

Figura 14 – Demonstrație calcul auto – blocare

Motorul ales ADN 80 – 80 poate dezvolta 2827N la 6 bar. Deci motorul ales acoperă asigură forța necesară pentru a evita auto – blocarea ghidajului. Presiunea necesară în instalație este de 5.5 bar.

Semnificația notațiilor utilizate:

F, l, φ, Q – vezi Figura 14

Calculul geometric al angrenajului roată – cremalieră

Sincronizarea mișcării celor 2 bacuri se realizeză prin intermediul a 2 cremaliere și a unei roți dințate. Pentru realizarea calculului geometric s-a pornit de la următoarea ipoteză:

S-a ales modulul roții m = 2.

dinți

Profilul roții este 0 deplasat →

Diametrul de vârf:

Diametrul de fund:

Diametrul de bază:

Înălțimea capului de divizare

Înălțimea piciorului de divizare este:

Înălțimea dintelui

Pasul unghiular

Pasul de divizare

Arcul de divizare al dintelui

Arcul de divizare al golului

Semiunghiul de divizare al dintelui

Coarda de divizare al dintelui

Coarda de divizare a golului

Înălțimea la coarda de divizare a dintelui

Pasul de bază

Raza începutului profilului

Lungimea peste n dinți

Se va calcula lungimea peste 4 dinți.

Coarda constantă a dintelui

Înălțimea la coarda constantă a dintelui

Profilul dintelui obținut după calcule este reprezentat în Figura 15.

Figura 15 – Profil dinte

Având parametrii astfel determinați se poate determina și cremaliera care angrenează cu acestă roată.

Ca număr de dinți pentru cremalieră s-au ales . Acest număr de dinți s-a ales în așa fel încât la capetele de cursă să nu existe probleme în angrenare. Cremalierele sunt defazate între ele pentru a putea fi realizată corect sincronizarea. Defazarea are valoarea de 3.14 mm. (vezi Figura 16)

Figura 16 – Profilele cremalierelor

Calculul de rezistență a danturii

Calculul de rezistență al danturii se face în cazul în care unul dintre motoare nu funcționează și forța de 2200 N se transmite prin întermediul angrenajului roată cremalieră. (vezi Figura 17)

Figura 17 – Forțe angrenaj

Figura 18 – Forțe dinte

Pentru roți standardizate se alege factorul de formă YF din nomograme. În cazul de față nomograma din [3 pag. 300]. Astfel din nomogramă pentru 27 de dinți, și dantură nedeplasată →

Pentru grosimea roții dințate s-a ales valoarea maximă recomandată astfel încât:

Roată astfel determinată se verifică la încovoiere. Materialul din care este realizată roata este C45 DIN EN 10083. Pentru un ciclu de solicitare alternant simetric:

– dinții roții rezistă la încovoiere.

Verificare calcul șuruburi închidere carcasă

Pentru a face calculul șuruburilor care închid carcasa este nevoie să cunoaștem greutățile elementelor prehensorului.

semi – carcasă inferioară: M = 5.5 kg

bucși ghidare: M = 2*0.5 = 1 kg

tijă ghidare: M = 4*0.2 = 0.8 kg

profil L: M = 2*2 = 4 kg

cremaliere: M = 2*1.9 = 3.8 kg

profil I: M = 2*1.2 = 2.4 kg

motoare pneumatice: M = 2*7.6 = 15.2 kg

bacuri: M = 2*1.5 = 3 kg

ax pinion: M = 0.1 kg

pinion: M = 0.5 kg

racord motor pneumatic: M = 4*0.02 = 0.08 kg

Masa totală: M = 36.38 kg

Prehensorul este supus la o accelerație maximă de 100 .

Figura 19 – Demonstrație calcul închidere carcasă

Solicitarea în suruburi este:

Pentru a realiza forța de stângere necesară s-au utilizat un număr de n = 6 șuruburi (vezi Figura 20). Astfel această forță se distribuie la toate șuruburile.

Figura 20 – Șuruburi închidere carcasă

(forța exercitată în fiecare șurub în parte)

Șuruburile utilizate sunt M6. Calculul de rezistență este următorul:

Șuruburile sunt bine dimensionate.

Astfel se alege: M6X30, material C44 6.6 DIN 4762.

Poziționarea relativă a celor 2 semicarcase se face prin intermediul a 2 stifturi spintecate. (vezi Figura 21)

Figura 21 – Stift poziționare semi – carcase

Verificare șuruburi prindere flanșă

Pentru prinderea prehensorului de ultimul element al mecanismului de orientare, se folosește o flansă cu 4 șuruburi. (vezi Figura 22)

Figura 22 – Flanșă robot

Pentru dimensionarea șuruburilor de prindere se adaugă la greutatea calculată și greutatea semi – carcasei superioare.

Masă fară semi – carcasă superioară: m1 = 36.38 kg

Masă semi – carcasă superioară : m1 = 3.62 kg

Masa totală prehensor: M = m1 + m2 = 36.38 + 3.62 = 40 kg

Solicitarea în suruburi este:

Pentru a realiza forța de stângere necesară s-au utilizat un număr de n = 4 șuruburi (vezi Figura 23). Astfel această forță se distribuie la toate șuruburile.

(forța exercitată în fiecare șurub în parte)

Figura 23 – Pachet flanșă (secțiune)

Șuruburile utilizate sunt M8. Calculul de rezistență este următorul:

Șuruburile sunt bine dimensionate.

Poziționarea prehensorului relativ la flanșa robotului se face prin intermediul a 2 stifturi spintecate. (vezi Figura 23).

Astfel se alege: M8X30, material C44 6.6 DIN 4762. Lungimea șuruburilor trebuie respectată pentru ca acestea să nu lovească piesele în mișcare.

Prezentare finală prehensor

În urma calculelor efectuate s-a ajuns la următorul design: (vezi Figura 22)

Figura 24 – Prehensor

Desenul de ansamblu, precum și 2 desene de repere (axul roții dințate respectiv bacul) se află atașate documentației.

De asemenea atașat documentației se află și foile de catalog ale:

Bucșilor cu bile

Tijelor

Motoarelor

Ștuțurilor de conectare

Bibliografie

[1]. Ulrich Fischer, ș.a. – Tabellenbuch metall, Verlag Europa Lehrmittel, 2005

[2]. N. Manolescu , ș.a. – Manualul inginerului mecanic, Editura Tehnică, 1976

[3]. M. Gafițanu, ș.a. – Organe de mașini, Volumul I II,Editura Tehnică, 1983