123856 (Проектирование механической системы промышленного робота манипулятора)

Факультет экономики и управления в машиностроении.

Кафедра инженерных наук и технологий.

Курсовая работа.

Тема: Проектирование механической системы промышленного робота манипулятора

Санкт - Петербург

2007 год.

Содержание

Введение

1) Часть №1: Проектный расчет вала редуктора

2) Часть №2: Конструирование вала

3) Часть №3: Приложения

Приложение №1

Приложение №2

Приложение №3

Приложение №4

Список литературы

Введение

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата, и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ременные передачи.

Назначение редуктора - понижение угловой скорости и соответствен но повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами. Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного назначения.

Редукторы классифицируют по следующим признакам: типу передачи, (зубчатые, червячные или зубчато-червячные), числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые), типу зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические), относительному расположению валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные), особенностями кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью).

Возможности получения больших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные и волновые редукторы.

Сборку редуктора производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов: на ведущий вал насаживают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают удерживающие кольца и устанавливают шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле.

Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтоф; затягивают болты, крепящие крышку корпуса.

Таким образом мы видим, что одной из важнейших составляющих редуктора является вал. В этой курсовой работе нам как раз предстоит спроектировать и сконструировать вал редуктора.

Предварительная конструктивная проработка вала и подшипниковых узлов выполняется на стадии эскизного проекта редуктора. Окончательное конструктивное исполнение этих узлов определяется по результатам расчета вала и подшипников по критериям их работоспособности. При известных нагрузках на вал эти расчеты можно произвести, составив расчетную схему вала.

Рассчитаем необходимый нам вал в соответствии с требованиями, изложенными в задании к курсовой работе.

Часть №1: Проектный расчет вала редуктора

F_t = 2200H F_t – окружная сила

F_a = 770 H F_a – осевая сила

F_r = 836 H F_r – радиальное усилие

l = 0,16 м

D = 0,11 м

I. Силу Fa и Ft переносим к центру тяжести вала

Момент М_а вызывает изгиб в вертикальной плоскости XOY.

Сила F_a вызывает растяжение, и в расчетах мы ее учитывать не будем.

Момент M_t вызывает кручение вала относительно оси OX.

II. Изобразим пространственную схему вала

Схема представляет собой балку, лежащую на двух опорах.

Внешние силы лежат в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, поэтому составляющие реакции определим в тех же плоскостях, а затем подсчитаем результирующие реакции.

А) Чертим расчетную схему в вертикальной плоскости XOY и определяем составляющие реакции.

R_ay → ∑M_в = 0

–R_ay ∙ 2l + F_r ∙ l – M_a =0

R_ву → ∑M_а = 0

R_вy ∙ 2l – F_r ∙ l – M_a =0

Проверка: ∑Y = 0

R_ay – F_r + R_ву = 0

285,66H – 836H + 550,34H = 0H =>Решение верно!

Б) Чертим схему вала в горизонтальной плоскости XOZ и определим составляющие реакции в этой плоскости.

–R_az ∙2l + F_t ∙l = 0

R_вz → ∑M_а = 0

R_вz ∙2l – F_t ∙l = 0

Проверка: ∑Z = 0

Raz – Ft + Rвz = 0

1100H – 2200H + 1100H = 0H =>Решение верно!

В) Определим суммарную радиальную реакцию в опорах.

III. Строим эпюру изгибающих моментов

А) В вертикальной плоскости XOY.

1-й участок 0 ≤ X₁ ≤ 0,16 м

M_z = R_ay ∙ X₁

При X₁ = 0 м M_z1 = 0 H ∙м

При X₁ = 0,16 м M_z1 = 45,71 H ∙м

2-й участок 0 ≤ X₂ ≤ 0,16 м

M_z = R_вy ∙ X₂

При X₂ = 0 м M_z2 = 0 H ∙м

При X₂ = 0,16 м M_z2 = 88,06 H ∙м

Б) В горизонтальной плоскости XOZ.

1-й участок 0 ≤ X₁ ≤ 0,16 м

M_y = R_az ∙ X₁

При X₁ = 0 м M_y1 = 0 H ∙м

При X₁ = 0,16 м M_y1 = 176 H ∙м

2-й участок 0 ≤ X₂ ≤ 0,16 м

M_y = R_вz ∙ X₂

При X₂ = 0 м M_y2 = 0 H ∙м

При X₂ = 0,16 м M_y2 = 176 H ∙м

A)

Б)

IV. Определение суммарных изгибающих моментов в сечении С

- Слева:

- Справа:

V. Строим эпюру М_кр. М_кр = -121 Н*м

VI. Используя III и IV теории прочности, определяем эквивалентные (приведенные) моменты характерных сечений

VII. Определим опасное сечение и выпишем величину моментов в этом сечении

Опасное сечение в точке С.

М_изг = 196,8 Н ∙м

М_кр = 121 Н ∙м

VIII. Вычисляем диаметр вала d

[σ] = 70 МПа

σ_max = ≤ [σ]

28 мм округляем до 30 мм.

Из таблицы нормальных линейных размеров выбираем d = 30 мм.

Ориентировочное значение диаметра вала редуктора определено из полного проектного расчета вала на статическую прочность с учетом работы вала на изгиб и кручение. d = 30 мм принимаем в качестве выходного диаметра вала.

Часть №2: Конструирование вала

При конструировании вала необходимо выполнять следующие основные требования:

Конструкция вала должна обеспечивать его легкое изготовление.

Необходимо обеспечить простоту сборки и разборки деталей, сидящих на валу. Необходимо помнить, что многие элементы и размеры являются стандартными и по возможности должны быть выбраны из ряда нормальных линейных размеров ГОСТ 6636-69 (Приложение 1).

I. Подбор подшипника для вала

В качестве опор валов используют подшипники – устройства, предназначенные для направления относительного движения вала, а так же для передачи нагрузок на корпус машины.

В современном машиностроении подшипники качения являются основными видами опор валов. Подшипники качения представляют собой наружные и внутренние кольца, с расположенными между ними телами качения (шарики и ролики).

Для предотвращения соприкосновения тел качения их отделяют друг от друга сепаратором.

Самый распространенный в машиностроении подшипник – шариковый радиальный однорядный подшипник ГОСТ 8338 – 78 (Приложение 2).

Диаметр вала под подшипник качения применяется на 5 - 8 мм больше чем d_вала.

d _{вала под подшипник} = 30 мм + 5 мм = 35 мм

d _{вала под подшипник} должен заканчиваться на 0 или 5 и должен быть целым числом.

По ГОСТ 8338-78 выбираем подшипник №207:

d = 35 мм

D = 72 мм

B = 17 мм

r = 2 мм

II. Определение d вала под колесо

d _{вала под колесо} = d_подшип +3r = 35 мм + 2 мм ∙3 = 41 мм

r – радиус фаски, применяемый при выборе подшипника.

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного нормального значения.

d _{вала под колесо} = 42 мм

D_колеса ≥ d _{вала под колесо}

(110 мм ≥ 42 мм + 9 мм) => колесо надевается на вал и изготовляется отдельно.

III. Определение диаметра буртика вала

Буртик – участок вала (утолщение), который служит для ограничений перемещений колеса вдоль оси вала.

d_{буртика} ≥ d _{вала под колесо} + 8мм => d_{буртика} ≥ 50мм.

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного нормального значения. => d_{буртика} = 50мм.

IV. Подбор шпонки

Для передачи крутящего момента от вала до ступицы колеса и фиксации детали на валу используется шпоночное соединение. Основная деталь соединения – шпонка, устанавливается в паз вала и соединяемой детали.

Размеры шпонок стандартизованы. Наиболее часто применяемые шпонки – призматические шпонки ГОСТ 22360-78 (Приложение №3). Размеры стандартной призматической шпонки (в, h, l) выбирают в зависимости от диаметра вала под колесо и длины ступицы под колесо.

l _{ступицы} = (0,8мм…1,5мм) от диаметра вала под колесо

l _шпонки = l _{ступицы} – (5мм…10мм)

в = 12мм

h = 8 мм

t₁ = 5мм (паз вала)

l _{ступицы} = 0,8 ∙ d _{вала под колесо} = 0,8 ∙ 42мм = 33,6мм ≈ 34мм

l _шпонки = 34мм ∙ (5мм…10мм)= от 24мм до 29мм

Выбираем l _шпонки =28мм

l _{шпонки рабочая} = l _шпонки – в = 28мм – 12мм = 16мм

При действии на вал крутящего момента на шпонку действует напряжение смятия. После выбора размеров шпонки необходим проверочный расчет шпоночного соединения на прочность по напряжению смятия (сжатие в зоне контакта).