Đang tải... (xem toàn văn)
II. Phân tích và lựa chọn sơ đồ nguyên lý của tay kẹp cần thiết kế:Hiện nay, tay kẹp dùng cho Robot rất đa dạng, phong phú về kết cấu cũng như nguồn động lực tạo ra chuyển động mở và kẹp như có loại dùng động cơ servo, động cơ bước, có loại dùng khí nén, dùng thuỷ lực. Hơn thế, nó cũng rất đa dạng về số khâu, số khớp cổ tay kẹp một khâu hoặc nhiều khâu.Ở đây yêu cầu đặt ra là thiết kế cơ cấu kẹp cho robot công nghiệp dùng để vận chuyển các tấm phi kim loại gồm hai khâu để có thể kẹp được tấm phi kim loại có trọng lượng m = 19,5 kg.Trong điều kiện hiện nay giá thành của động cơ servo cũng như động cơ bước khá cao và không phổ biến vì vậy ở đây chọn nguồn động lực là xylanh thuỷ lực.Qua quá trình phân tích kết cấu cũng như động lực học tay máy quyết định lựa chọn kết cấu của tay gấp như sơ đồ sau:Giải thích kết cấu:Thanh răng được gắn với trục pitton khi thanh răng chuyển động tịnh tiến sẽ làm cho khấu 1 quay quanh trục O được cố định vào thân Robot. Nhờ hệ thống dẫn động hợp lý sẽ dẫn động đến khâu 2 để đảm bảo 2 má kẹp luôn song song với nhau ở bất kì vị trí nào trong khoảng công tác. Nguyên lí hoạt động:Ở trạng thái bình thường khi chưa cấp dầu vào xi lanh 1 thì tay kẹp luôn đóng nhờ có lực đẩy của lò xo 7 luôn chịu nén. Khi bơm dầu vào trong xylanh thắng được lực đẩy của lò xo thì pittong đi xuống nhờ chuyển động tịnh tiến của pitton nên thanh răng đi xuống làm cho khoá 2 quay quanh O tạo ra độ mở cần thiết của tay kẹp. Khi dừng bơm dầu vào xylanh nhờ có lực đẩy của lò xo bị nén làm cho tay kẹp chuyển động ngược chiều lúc mở và thực hiện qua trình kẹp chi tiết. Dầu trong xylanh được ép ra ngoài trở về thiết bị chứa dầu.Ưu điểm của tay kẹp:+ Đơn giản trong kết cấu, chế tạo.+ Chi tiết được kẹp bằng lực lò xo nén khi có sự cố về nguồn động lực thì tay kẹp vẫn kẹp chặt chi tiết.III. Chọn má kẹp:Để kẹp chi tiết dạng tấm phi kim loại có trọng lượng m = 19,5 kg. Nên ta chọn má kẹp là 2 phiến tì có khía nhám. Ta có: B = 40 mm d = 11 mmH = 25 mmL = 140 mmTrọng lượng phiến tỳ.Vphiến tỳ = 140000 m m3 = 140.106 m3 = 7,8103 kgm3 Gphiến tỳ = Vphiến tỳ = 1,092 kgKhoảng cách giữa hai mép phiến tỳ khi kẹp tấm phi kim loại là bề dày của tấm kim loại.IV.Lập các phương trình ràng buộc kết cấu và chọn một số kích thước để đảm bảo kích thước của tay gắp có kích thước và kết cấu hợp lý:1). Tại vị trí cơ cấu kẹp tấm phi kim loại mở cực đại. Vị trí đó như ở hình 1 thanh l1 ở vị trí ngang.Để tay gắp đi xuống kẹp tấm phi kim loại thì khoảng cách giữa hai tấm phiến tỳ ta chọn A = 40 mm để tránh va chạm khi tay robot đưa vào kẹp tấm.Phương trình theo phương ngang: (III.1)Phương trình theo phương đứng
Tự động hoá trình sản xuất Đỗ Minh Thành - CTM4 - K43 Đề : Thiết kế cấu kẹp cho robot công nghiệp dùng để vận chuyển kim loại có kích thớc L * B * L = 500*500*10 I.Tính trọng lợng chi tiết: Trọng lợng chi tiết đợc tính theo công thức: G = .V Với + : Trọng lợng riêng vật liệu, có = 7,8 (kg/dm3) + V: Thể tích chi tiết, có V = 500*500*10 = 25.105 mm3 Trọng lợng chi tiết: G = 7,8*2,5 = 19,5 (Kg) II Phân tích lựa chọn sơ đồ nguyên lý tay kẹp cần thiết kế: Hiện nay, tay kẹp dùng cho Robot đa dạng, phong phú kết cấu nh nguồn động lực tạo chuyển động mở kẹp nh có loại dùng động servo, động bớc, có loại dùng khí nén, dùng thuỷ lực Hơn thế, đa dạng số khâu, số khớp cổ tay kẹp khâu nhiều khâu yêu cầu đặt thiết kế cấu kẹp cho robot công nghiệp dùng để vận chuyển phi kim loại gồm hai khâu để kẹp đợc phi kim loại có trọng lợng m = 19,5 kg Trong điều kiện giá thành động servo nh động bớc cao không phổ biến chọn nguồn động lực xylanh thuỷ lực Qua trình phân tích kết cấu nh động lực học tay máy định lựa chọn kết cấu tay gấp nh sơ đồ sau: 1: Xylanh 2: Pitton 3: trục pitton + 4: Khâu 5: Khâu 6: Má kẹp 7: Lò xo Giải thích kết cấu: Thanh đợc gắn với trục pitton chuyển động tịnh tiến làm cho khấu quay quanh trục O đợc cố định vào thân Robot Nhờ hệ thống dẫn động hợp lý dẫn động đến khâu để đảm bảo má kẹp song song với vị trí khoảng công tác Nguyên lí hoạt động: Tự động hoá trình sản xuất Đỗ Minh Thành - CTM4 - K43 trạng thái bình thờng cha cấp dầu vào xi lanh tay kẹp đóng nhờ có lực đẩy lò xo chịu nén Khi bơm dầu vào xylanh thắng đợc lực đẩy lò xo pittong xuống nhờ chuyển động tịnh tiến pitton nên xuống làm cho khoá quay quanh O tạo độ mở cần thiết tay kẹp Khi dừng bơm dầu vào xylanh nhờ có lực đẩy lò xo bị nén làm cho tay kẹp chuyển động ngợc chiều lúc mở thực qua trình kẹp chi tiết Dầu xylanh đợc ép trở thiết bị chứa dầu u điểm tay kẹp: + Đơn giản kết cấu, chế tạo + Chi tiết đợc kẹp lực lò xo nén có cố nguồn động lực tay kẹp kẹp chặt chi tiết III Chọn má kẹp: Để kẹp chi tiết dạng phi kim loại có trọng lợng m = 19,5 kg Nên ta chọn má kẹp phiến tì có khía nhám Ta có: B = 40 mm d = 11 mm H = 25 mm L = 140 mm Trọng lợng phiến tỳ Vphiến tỳ = 140000 m m3 = 140.10-6 m3 = 7,8*103 kg/m3 Gphiến tỳ = Vphiến tỳ* = 1,092 kg Khoảng cách hai mép phiến tỳ kẹp phi kim loại bề dày kim loại IV.Lập phơng trình ràng buộc kết cấu chọn số kích thớc để đảm bảo kích thớc tay gắp có kích thớc kết cấu hợp lý: 1) Tại vị trí cấu kẹp phi kim loại mở cực đại Vị trí nh hình l1 vị trí ngang Để tay gắp xuống kẹp phi kim loại khoảng cách hai phiến tỳ ta chọn A = 40 mm để tránh va chạm tay robot đa vào kẹp Phơng trình theo phơng ngang: a + Do + l1 = 40 + H + l2 cos a + Do + l1 65 = l2 cos (III.1) Phơng trình theo phơng đứng Tự động hoá trình sản xuất Đỗ Minh Thành - CTM4 - K43 L + h ct + h d + h at = l * sin Chọn hat = hd = (mm) ( : Độ dày chi tiết) L + hct + 20 = l sin (III.2) 2) Tại vị trí cấu kẹp không làm việc Phơng trình theo phơng ngang: H + l cos = 25 + l cos = a + Do + l1 cos a + Do + l1 cos (III.3) l 3).Liên hệ hct với Do : DO Thay vào (III.2) thay L = B = 40 mm ta đợc: h ct = L + hct + 20 = l sin Do + 40 = l sin W (III.4) Từ (III.1), (III.3) (III.4) ta có hệ phơng trình: a + Do + l1 65 = l cos a + Do 25 + l cos = + l1 cos Do + 40 = l sin Hệ (III*) có ẩn mà phơng trình liên hệ: Ta chọn trớc l1 = 100 mm l2 = 80 mm N Fms N G N Tự động hoá trình sản xuất Đỗ Minh Thành - CTM4 - K43 a = 10 mm Do = 33 mm Thay vào ta tính đợc thông số sau: = 350, = 450 V Lực kẹp cần thiết W: W = N (IV.1) Giả sử trọng lợng vật cần nâng G Điều kiện nâng vật: 2.Fms G 2.N.f G 2.N.f = K.G K: Hệ số an toàn K G N = f Từ (IV.1) (IV.2) ta có: (IV.2) W= K G f Chọn hệ số an toàn K = Hệ số ma sát f chi tiết phiến tỳ có khía nhám f = 0,25 trọng lợng vật nặng G = 19,5 kg = 195 N 2.195 a + D0 + l1 cos = l2.cos + H + W = 2.0,25 = 780 (N) VI Tính chọn lò xo xy lanh thuỷ lực: ta sử dụng lò xo để làm áp lực kẹp để đảm bảo an toàn xylanh thuỷ lực bị hỏng hay cấu gắn với xylanh bị hỏng Vì ta phải tính chọn lò xo Để đảm bảo đủ lực kẹp cần thiết ta phải tính cho trờng hợp cấu kẹp kim loại có bề dày Vì bề dày lớn lò xo bị nén lực đẩy lớn lực kẹp lớn mà Gct không đổi Xét vị trí cấu kẹp kẹp chi tiết có bề dày Ta có: = 100.cos1 60 Lực kẹp W = 780 N để đảm bảo chi tiết không bị biến dạng lực kẹp ta chọn bề dày kim loại (Tính phía): 2.min = 10 (mm) = (mm) Vậy góc vị trí = 123021 Tự động hoá trình sản xuất Đỗ Minh Thành - CTM4 - K43 Đặt lực lên sơ đồ ta có: Viết phơng trình cân momen O có: Plx1 Do P [l sin +l2.sin( - 1)] Gct.lv + Gi.li = (V.1) 2 Coi ảnh hởng chi tiết kết cấu lên cấu kẹp = 10% P1x Ta có qua trọng lợng Gi; lv nhỏ bỏ qua P ' lx1 Do P [l sin +l2.sin( - 1)] = 2 Plx1 = 7184 N Plx1 = Plx1 0,1.Plx1 = 0,9.Plx1 = 6465.6 N Xét vị trí tay kẹp mở max Khi lò xo bị nén thêm: D -3 * o = 38,9 mm = 38,9*10 m 180 Giả thiết chọn lực nén lúc là: Plx2 = 1,3*Plx1 = 8405,28 N Plmax = 8405,28 N Độ cứng lò xo: l1 = Plx1 0,3.6465,6 = = 4,9.10 [N/m] C= -3 l1 39,8.10 VII Tính kích thớc lại chi tiết theo điều kiện bền: Tính OA OB: Trong phần ta tính cho trờng hợp xấu để kết cấu đủ bền Trờng hợp xấu kẹp phi kim loại có max a Xác định thông số trờng hợp này: Ta có a + Do + l1.cos2 = l2.cos + H + max max = 100.cos2 60 Độ mở lớn cấu kẹp ta chọn 40 mm chiều dày max phi kim loại là: 2.max = 10 max = Góc vị trí max = 1200 D .21 -3 * o =34,54 mm = 34.54*10 m 80 Plx3 = c.l2 = 1692,4 N Plx3 = Plx2 Plx3 = 6712,88 N l2 = Tự động hoá trình sản xuất Đỗ Minh Thành - CTM4 - K43 Tính lực kẹp lúc bỏ qua trọng lợng chi tiết đợc kẹp tạo momen với O nhỏ khoảng cách nhỏ trọng lợng nhỏ so với Plx3 D Mo = P3**(l2sin + l1sin2) Plx3* o = Plx3*Dp P3 = = 170 N 4*(l2sin +l1sin2) G b Tính AB: P3 Py = P3.sin + (G + Gpt).cos = 288 N Pz = P3.cos + (G + Gpt).sin = 288 N ứng suất điểm nguy hiểm A max = u + nen = = 12 Py l h + b.h Py l + Pz 2.b Pz b.h 3.Py l + Pz 160 l Py Py*l2 M Qy Py [] Chọn vật liệu thép C45 [] = 160 N/mm2 2.b b Qx - Px (VI.1) b mm Kết luận để đảm bảo điều kiện bền kích thớc cần nhỏ ta chọn kết cấu OA AB lớn chút đảm bảo điều kiện bền Ta chọn b = h = 14 Ta chọn b = thiết kế đợc tách thành hai, có dạng: b=1 Tính toán truyền động bánh răng: Trờng hợp chịu tải lớn tay kẹp vị trí mở cực đại lực lò xo max Mô men xoắn: T= Plx Do 8405,28.33 = = 69347,85 Nmm 2 Tự động hoá trình sản xuất Đỗ Minh Thành - CTM4 - K43 Tính truyền cần đảm bảo độ bền uốn trờng hợp tốc độ chuyển động Tính modul theo công thức: T K FP FF M 1,4 z [ ] (VI.2) d p Chọn vật liệu thép 40x cải thiện phần bánh làm việc: Có F = 1400 (theo bảng 6.1 trang 92 TKHDĐ khí tập 1) [F] 0,8*ch = 1120 N/mm2 z số bánh có đờng kính Do chọn z lớn để chuyển động xác chọn z = 66 Do = m z m = 33 = 0,5 66 (mm) Theo đồ thị 10_21 chi tiết máy tập Với hệ số dịch chỉnh = z = 66 Giả sử với d = 0,4 bố trí theo sơ đồ vật liệu có HB < 350 Theo đồ thị hình 10 -14 KFP = 1,05 b Phải xác định hệ số chiều rộng b = Do T K FP YF d 1,43 z m [ ] = 0,6 F Chọn d = 0,6 b = d.Do = 20 mm Chia thành hai hai đầu có b = b/2 = 10 mm VIII Tính toán động học cấu kẹp: Điều kiện làm việc vị trí hai má kẹp song song với theo phơng đứng Vì đòi hỏi lắp ghép chi tiết phải có độ xác cao Và tính toán động học phải có mối liên hệ động học hợp lý Giả sử lắp ráp đảm bảo độ xác điều kiện động học để hai má kẹp song song vị trí OA quay góc quanh tâm A Hay nói cách khác: Tốc độ góc OA quay quanh O w1 = w Tốc độ góc AB quay quanh A w2 = -w Thì AB chuyển động tịnh tiến theo đờng cong đảm bảo hai má kẹp song song Tự động hoá trình sản xuất Đỗ Minh Thành - CTM4 - K43 Vì toán đặt tìm hệ dẫn động phù hợp để tạ mối liên hệ hai chuyển động quay Trong trờng hợp ta chọn hệ dẫn động bánh hành tinh u điểm hệ dẫn động bánh răng: + Đảm bảo ăn khớp dịch chuyển khoảng cách tâm + Đảm bảo tỷ số truyền không thay đổi ăn khớp + Hiệu suất truyền cao Bánh d0 = 33 đợc gắn cứng vào trục O Các bánh O1, O2, O3 có trục nằm OA bánh A chuyển động quay trơn trục A gắn cứng với AB bánh A quay AB quay theo Với sơ đồ đảm bảo w1 = wOA ngợc chiều với w2 = wAB Bây phải tìm đờng kính để đảm bảo w1= w2 Phân tích cặp O - O1 cặp bánh hành tinh bánh O cố định bánh O1 lăn bánh O WOO1 = wOA = w1 = w d + d1 d01 Ta có Vo1 = w o Olà tâm vận tốc bánh O1 0' chuyển động hành tinh d02 Giả sử có O điểm thuộc bánh O1 có vị trí nh hình vẽ d + d1 0" VO = 2.VO1 = 2.w o Ta cần tốc độ quay tơng đối bánh O1 quanh tâm V V WRO1 = O"d O1 = O1 w d o + d1 d + d1 = w o d O1 d O1 Chọn = 20 mm dO1 = 25 mm wro1 = 20 + 25 w = w 25 Ta phân tích lựa chọn đờng kính lại theo nh hình bên 80 125 Tự động hoá trình sản xuất Đỗ Minh Thành - CTM4 - K43 IIX Tính toán hệ thống thuỷ lực: Hệ thống thuỷ lực có nhiệm vụ tạo lực mở cấu kẹp thay đổi tốc độ mở đóng tay kẹp cấu tay kẹp ta phải thiết kế xy lanh để đảm bảo tạo đủ lực kẹp cần thiết để mở tay kẹp với vận tốc Vmax cho trớc Đồng thời phải thiết kế cấu nh van tiết lu, van điều khiển, van an toàn để điều khiển đóng mở tay kẹp với vận tốc tuỳ ý áp suất [Pth] van an toàn mở để giảm áp Các van an toàn, nh van tiết lu, van điều khiển không đặt trực tiếp tay kẹp mà ta đặt vị trí khác cho ro bot thực công việc cách linh hoạt Sơ đồ nguyên lý: 1- Xylanh 2- Van tiết lu đầu vào 3- Van điều khiển 4- Van tiết lu đầu 5- Bơm 6- Đồng hồ đo áp 7- Van an toàn 8- Thùng đầu Nguyên lý vị trí bình thờng pitton điểm chết bên phải, tay kẹp đóng, tức trợt van điều khiển nh hình vẽ Khi có dòng điện chạy cuộn nam châm điện van điều khiển sinh lực từ kéo trợt chuyển động sang trái mở thông dầu qua van tiết lu vào xylanh đẩy pitton sang trái với tốc độ vm mà ta điều chỉnh đợc nhờ van tiết lu Khi pitton sang trái độ lớn lò xo tăng dần sinh lực cản chống lại chiều pitton sang trái Khi lực lò xo đủ lớn để cân với áp lực dầu lên pitton có pitton tới điểm chết trái (ứng với tay kẹp mở cực đại) pitton đứng lại Khi ngắt dòng điện qua nam châm điện trợt van điều khiển vị trí đầu lúc cửa áp suất vào đóng lại mở cửa để dầu từ xylanh qua van tiết lu trở thùng dầu lực đẩy lò xo xylanh, lúc tay kẹp thực trình đóng kẹp chi tiết với vận tốc đóng vd (có thể điều chỉnh đợc nhờ điều chỉnh van tiết lu 4) Đến giai đoạn má kẹp chạm vào bề mặt chi tiết lực kẹp dc tạo nhờ lực nén d lò xo xylanh Trong trờng hợp có cố P vợt giới hạn van an toàn mở dầu trở thùng dầu Tính xylanh Giả sử ta cần mở tay kẹp khoảng giây Theo phần trớc ta có: Lực đẩy cần tạo PLxmax = 8405,28 N Tự động hoá trình sản xuất Đỗ Minh Thành - CTM4 - K43 Chiều dài hành trình công tác: hct = nh ta có vận tốc trung bình Do = 15,82 mm hct = 15,82 Vtb = 1s mm/s = 15,82.10-3 m/s Mà chuyển động pitton chuyển động chậm dần có F lx ngày tăng giả sử chuyển động vận tốc ban đầu phải đạt : vo = 2.vtb = 31,64.10-3 m/s Chọn trớc Dxh = 30 mm Lu lợng dầu: D Q = xl vo = 7,45.10-6 m3/s = 7,45.10-3 l/s Ta bỏ qua ma sát pitton thành xylanh chúng nhỏ Ta có phơng trình cân lực: D 2o PLxmax = P. 4.PLx max áp suất P cần P = D = 9,83.106 N/m2 98 Dar o Tính chiều dày thành xylanh theo điều kiện bền Công thức tính: 10 p.D Xl = [] 2.s [] : ứng suất cho phép chọn ống thép có [] = 1,6.108 N/m3 s: chiều dày thành ống 10 p.D Xl 98.10 5.35.10 = s = 10,7*10-1 m 1,1 mm 2.[ ] 2.1,6.10 Chiều dày thành cần nhỏ thép có sức bền cao Nhng để dễ dàng lắp ráp xylanh với tay gắp ta chọn hình dáng kết cấu nh sau để đễ lắp ghép DXl Tài liệu tham khảo: Tự động hoá trình sản xuất NXB khoa học kỹ thuật; Hệ thống thuỷ lực, khí nén; ROBOTICS; Chi tiết máy tập 1; Sức bền vật liệu tập 1, 2; Nguyên lý máy; Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 10 Tự động hoá trình sản xuất Đỗ Minh Thành - CTM4 - K43 11