Розрахунок і конструювання захватного пристрої

Змiст

 
 
 
 
 

  Введення 
 
Захватні пристрої (ЗП), звані часто захватами, призначені для захоплення об'єктів маніпулювання, надійного їх утримання в процесі зміни просторового положення, а також забезпечення їх установки із заданою точністю щодо базових поверхонь. 
 
Принцип дії захватних пристроїв і їх конструктивне виконання дуже різноманітні і обумовлені формою, видом, маркою матеріалу, масою, розмірами і фізичними властивостями переміщуваних об'єктів, а також типом обслуговується технологічного обладнання. Застосовуються як універсальні ЗУ, призначені для утримання різних за розмірами, конфігурацією і масі об'єктів, так і спеціальні, призначені для утримання певного типу деталі. Незалежно від конкретного виконання до захватні пристроїв пред'являється ряд загальних вимог: вони повинні забезпечувати надійність захоплювання й утримання об'єктів, швидкодія, стабільність базування, мати достатні міцність і твердість при мінімальних розмірах і масі, не повинні допускати руйнування або пошкодження поверхні об'єктів маніпулювання. Особливу увагу при проектуванні слід звертати на кріплення ЗУ до "руці" робота, яка повинна бути зручним, надійним, а при необхідності - легко-і швидкозмінні. Як правило, роботи, особливо промислові (ПР), забезпечені набором змінних ЗУ, які можна заміняти в залежності від конкретних технологічних умов, а також встановлювати на типові ЗУ змінні робочі елементи (губки, присоси, підхоплення і т.п.), при цьому їх зміна в обгрунтованих випадках проводиться автоматично за допомогою самого робота.

  Захватні  пристрої (ЗП) маніпуляторів служать  для захвату і утримання в певному (конкретному) положенні об'єктів маніпулювання. Ці об'єкти можуть мати різні розміри, форму, масу і характеризуватися різними фізичними властивостями.

  Прикладами  ЗП являються: монтажні інструменти (тиски, ключі і ін.)

  До ЗП ставляться певні вимоги: загального характеру і спеціальні, зв'язані з конкретними умовами праці.

  До числа  обов'язкових вимог відносяться : надійність захвату і утримання об'єкту, стабільність базування, недопустимість пошкоджень або руйнування об'єктів, міцність деталей ЗП.

  Спеціальні  вимоги : можливість захвату і базування деталей в широкому діапазоні (маси, розмірів і форми), легкість і бистрота заміни елементів ЗП, необхідність автоматичної зміни зусиль утримання об'єкта в залежності від його маси.

  В теперішній час ведуться розробки конструкцій ЗП, які можуть захвачувати і базувати неорієнтовано розміщені об'єкти.

  Класифікація  ЗП ведеться по ряду признаків:

1. По способу захвату і утримання об'єкта маніпулювання - механічні, пневматичні (вакуумні), електромагнітні і комбіновані.
2. По виду управління (керування) - некеровані, командні, жостко-програмні, адаптивні (чуттєві).
3. По характеру базування: спроможні (здатні) до перебазування - можуть захвачувати і утримувати об'єкти з широким діапазоном геометричних і фізичних параметрів; центруючі - пристосовані до захвату і утримання об'єктів за обмежену номенклатуру поверхонь, які відрізняються формою і розмірами; базуючі - спеціалізовані, приспособлені до захвату і утримання групи об'єктів, які мають однорідні конструктивно-технологічні параметри; фіксуючі - спеціальні - забезпечують захват і утримання одного виду об'єктів маніпулювання.
4. По числу робочих позицій: однопозиційні, багатопозиційні.
5. По характеру кріплення: незмінні, змінні, швидкозмінні, автоматизовані.
6. По робочому діапазону - широкодіапазонні - можуть удержувати об'єкти в широкому діапазоні розмірів поверхонь захвату ; вузькодіапазонні - можуть удержувати об'єкти в обмеженому діапазоні розмірів поверхонь захвату.

 

  1. Будова захватних  пристроїв і принцип  дії. Механічні  ЗП некеровані 

  Виконуються у вигляді пінцетів, розрізних  пружніх валиків і втулок (цанг) або тисків з одною або двома  рухомими губками, які знаходяться  під дією пружин. 

  пружній валик цанга   тиски

    

  

  рис.5.1 

  Розжим  робочих елементів таких ЗП проходить  при контакті з заготовкою, внаслідок чого можуть бути пошкоджені поверхні деталей або зажимних елементів (недолік). Ці ЗП застосовують в умовах масового виробництва при маніпулюванні з об'єктами невеликих мас і габаритів.

  Непривідні  ЗП із стопорними механізмами забезпечують чергування циклів зажиму і розжиму деталей, не потребують спеціальних команд від системи керування і додаткової енергії. Деталі утримуються силою пружин внаслідок ефекту самозатягування. Як правило, робота таких ЗП можлива тільки при їх вертикальному положенні.

  Командні  ЗП. Широко розповсюджені конструкції тискового типу (обценьки). Рух губок забезпечується пневмо-, гідро-, або електроприводом.

  ЗП  з важільними передаточним механізмом і пневмо-гідро  приводом. 
 
 

  

  

  рис.5.2 

  Центруючі ЗП з рейковим передаточним механізмом. 

  

  рис.5.3 

  ЗП  з розширяючими еластичними  камерами. 

  

  рис.5.4

  Застосування  таких пристроїв обумовлено кригкістю  матерії і складною конфігурацією  поверхонь багатьох деталей.

  Вакуумні, з згинаючими еластичними камерами і електромагнітні ЗП. 

    

  пневмоприсоска  елементи кріплення вакуумного з  кульовою опороюзахватного пристрою 

    

  Захватний пристрій із згинаючими еластичними  камерами для захвату виробів  за зовнішню поверхню: за внутрішню поверхню:

  1-еластичні  камери; 2-базуючаІ, ІІ-форми, які  приймає камера в призма; 3-патрубки; 4-корпус; залежності від тиску  стиснутого 5-різьбовий держакповітря

  

  рис.5.7 

  Адаптивні захватні пристрої:

  а-трьохпалі  з активним тросовим механізмом привода  ланок; б-адаптивний; в-з тактильним щупом;

  1.1 Розрахунок захватних  пристроїв

  Задачі  розрахунку

  Механічні ЗП. Розрахунок включає:

1. Визначення сил, які діють в місцях контакту заготовки і губок елемента ЗП.
2. Визначення сил привода.
3. Перевірка відсутності пошкоджень поверхні деталі при захваті.
4. Розрахунок на міцність деталей ЗП.

  По першому  випадку розрізняють такі схеми  утримання об'єктів в механічних ЗП :

1. Деталь підтримується губкою елемента ЗП, сили тертя мало впливають на механізм утримання деталі.

  рис.. 5.8 

  N =R [sinφ -μcosφ ]/[sin(φ + φ )-2μcos(φ +φ )], 

  де i, j = 1,2, i ≠ j ;

  μ - коефіцієнт тертя губки захвату з деталлю,

  негартована сталь μ = 0.12 … 0.15 - Сталь 45, 50;

  гартованна  сталь μ = 0.3 … 0.35 - сталі 65Г У10А

3. Деталь утримується завдяки запираючій силі губок.

 
 

  φ = 90˚,

  φ = φ.

  R N  

  N =R (sinφ-μcosφ)/(cosφ+2 μsinφ), 

  N =R /(cosφ+2μsinφ). 

  

4. Деталь  утримується силами тертя.

  N = N = R /2μ. 

  На практиці часто зустрічаються складне  навантаження ЗП, при якому має місце комбінація описаних випадків. 

  1.2 Розрахунок зусиль привода

  Розглянемо  на прикладах клинових, важільних  і рейкових передаточних механізмів.

  Клиновий  механізм.

  Для симетричних  губок : F≥ 2Mtg(β+ρ) / bη,

   η- к.к.д. η=0.9 ; 

    β= 4…8°, ρ= 1°…3° ;

  ρ- кут  тертя ;

  β- кут  конуса. 
 

  рис.5.11

  Загальний випадок: 

  F≥  M tg(β+ρ) / bη. 

  Важільний механізм.

  Для симетричних  губок :

   

  рис.5.12 

  F≥ 2M_jcosα / bη. 

  Загальний випадок : 

  F≥ 2M_jcosα / bη, 

  M - момент захвату. 

  M = N cosφ [a tgφ ±C - (a - C tgφ )], 

  φ - кут контакту.

  Рейковий  механізм.

  Загальний випадок: 

  F≥2 M_j /(m z η)

   Для симетричних  губок :F≥ 4M_j/(m z η) 

  

  рис. 5.13 

  де m , z - модуль і число зубців,

  η- к.к.д. η=0.94.