Розрахунок і конструювання захватного пристрої

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  3. Кінематичний розрахунок 
 

  Кінематична схема захватного пристрою кліщового типу з рейковою передавальним механізмом (рис. 3) складається з двох губок 1, зубчастих коліс 2 і 3, жорстко пов'язаних з пальцями і по-повертаються за допомогою зубчастої рейки 4, жорстко пов'язаної з тягою 5 пневмоциліндра. 
Працює механізм наступним чином: при втягуванні тяги 5, а разом з нею і рейки 4 по-повертаються зубчасті колеса 2 і 3, це обумовлює зближення губок 1, в результаті чого здійсню-ється схват деталі. При зворотному русі тяги 5 губки 1 розтискаються і деталь освобо-ждается. 
Виведемо аналітичну залежність переміщення вихідної ланки - губки 1 від положення тяги 5. 
Виберемо систему координат Оxy, за узагальнену координату приймемо переміщення Хd = х (t) вхідної ланки - тяги 5. Висловимо через узагальнену координату переміщення та швидкість З меха-нізму. 
Координати точки С в системі координат Oху:

  x_C=L cos(g) ;  

  y_C=AE - L sin(g) ,  де   

  g - кут повороту зубчастих коліс 2 і 3; 

  L - довжина ланки А₁С=165 мм, прийнята в пункті 1.1. 

            Но x_D=g d , де d - ділильний діаметр зубчастих коліс 2 и 3, d=70 мм , отже 

  x_C=L cos(x_D/d) ; 

  y_C= AE - L sin(x_D/d) .  

  Продифференцировав за часом ці вираз, одержимо лінійну швидкість руху т. С в проекціях на осі координат:

  x_C=-L x_D sin(x_D/d) / d ; 

   y_C= -L x_D cos(x_D/d) / d .

  Абсолютна швидкість:

  Враховуючи, що швидкість переміщення тяги пневмоциліндра не більше 0.5м / с, отримаємо максимальну лінійну швидкість руху губки (т.С):

    м/с     

  Максимальна кутова швидкість: w = u/L = 7.139 об/с 

  Обчислимо максимальне переміщення тяги 5, необхідне для розкриття губок на кут g_отк= 31 : 

  x_D(g) = g d /360

  H= x_D( g_отк ) = g_отк d /360 = 18.055 мм  

  4. Силовий розрахунок 
 

  4.1 Знаходження сил, що діють в місцях контакту деталі і губок 

  4.1.1 Розрахунок навантаження 

  Для твору силового розрахунку необхідно визначити масу захоплюваної заготовки (рис. 4). 
 
Обсяг заготівлі:

  V = [ (90²-54²) 50 + ( 90²- 17²) 10 + ( 35²-17²) 21 ] p /4 = 0.000280 м³ 

  Матеріал деталі:Ст20 ГОСТ 1050-74, щільність r=7.8 10³ кг/м³

  Маса заготовки:

  m = rV = 2.186 кг 

  Розрахункове навантаження Q від ваги деталі G= mg = 21.418 н обчислюється за формулою: 

  Q=G K_д К_з, де 

  K_д - коефіцієнт динамічності, що враховує вплив сил інерції при маніпулюванні, приймаємо K_д=1.4;

   К_з - Коефіцієнт запасу, що забезпечує надійність утримання деталі при захопленні і мані-пулірованіі, приймаємо К_з=1.5. 

  Q=21.418 1.4 1.5 = 44.978 (н)

  4.1.2 Деталь підтримується губкою, cіли тертя мало впливають на механізм утримання деталі (рис. 5).

  Нормальні зусилля:

  N₁= Q sin(a₂)/sin(a₁+a₂) =  44.978 н 0.3583 /0.9945 = 16.205 н

  N₂= Q sin(a₁)/sin(a₁+a₂) =  44.978 н 0.8910 /0.9945 = 40.297 н 

  4.1.3 Деталь утримується завдяки замикаючого дії губок при обмеженому впливі сил тертя (рис. 6) 
нормальні зусилля:  N₁=N₂= Q / 2cos(90 - a₁) =  44.978  н/ 2  0.8910 = 25.24 н

  Сили тертя: F_T1=F_T2=m N₁=0.15 117.97 н= 3.786 н , де  m=0.15- коефіцієнт тертя 
 
 
 

  4.1.4  Деталь утримується силами тертя (рис. 7)

  Нормальні зусилля:

  N₁=N₄=Q sin(a₁)/ 2 m (1+sin(a₂))=44.978  0.8910 / 2 0.15 1.3583 = 98.347 (н)

  N₂=N₃=Q sin(a₂)/ 2 m (1+sin(a₁))=44.978  0.3583 / 2 0.15 1.8910 = 28.407 (н) 

  4.2 Визначення крутного моменту на зубчастому секторі губки

  Від дії нормальних сил N і сил тертя F виникає утримує момент відносно осі обертання поворотної частини губки (точка A на рис. 8). З розглянутих у пунктах 2.1.2 - 2.1.4 схем утримання деталі самої напруженою є третя, тому подальший розрахунок будемо робити для нормальних зусиль знайдених в пункті 2.1.4.M = N₁а₁ [cos(a₁) - m sin(a₁)] + N₂a₂ [cos(a₂) + m sin(a₂)] , де 

  a_i - відстань від точки підвісу А до i-тої точки контакту губки з деталлю

  М = 13.986  н м 

  4.3 Визначення зусилля приводу захватного пристрої

  P = 2M / m z₁h , де

  m - модуль зачеплення зубчастого сектора; z₁=24 - число зубів зубчастого секторного колеса; h - к.п.д. механізму P= 2  13.986 н м / 3 10^-3 м 24 0.95 = 550 н 
 

  5. Міцнісний розрахунок 
 

  5.1 Перевірка відсутності пошкодження поверхні деталі при 
захоплюванні

  У ряді випадків, особливо при утриманні деталі, завдяки силам тертя зусилля, що діють в місцях контакту деталі і губок, бувають значними. Це може привести до пошкодження поверхні деталей, що неприпустимо при їх чистової обробки. 
  Обчислимо розрахункові контактні напруги:

      ;

       , где 

  h - ширина губки;

  Е_пр- Наведений модуль пружності, що визначається за формулою: 

   =2.049 н/см²   , де 

        Е_заг=2 10⁵ МПа - модуль пружності матеріалу заготовки;

        Е_Г =2.1 10⁵ МПа - модуль пружності матеріалу губки. 

      ;

     . 

        Допустимі контактні напруги при статичному характері напруги: 

   = 13.889 МПа , де 

        s_Т = 25 МПа - межа текучості матеріалу деталі;

        S = 1.8 - коефіцієнт безпеки. 

        Розрахункові контактні напруги менше допускаються на 25%, отже пошкодження поверхні деталі при захопленні не буде. 
 

  5.2 Міцнісний розрахунок рейкової передачі.

  Вихідні дані: число зубів колеса z₁=24; профіль зуба не модифікований; навантаження М=13.986 н м ; матеріал рейки - Ст 35 , губки - Ст 45; допустиме напруження згину [s]_і=100 МПа.

  Оцінимо згинальну міцність зубів:

  s_і  = < [s]_і   , де  

        Y_F = 3.85 - коефіцієнт міцності зуба по місцевих напруженням;

        K = 2.1 - коефіцієнт, що враховує додаткові динамічні навантаження;

  y_m = 8 - коефіцієнт ширини зубчастого колеса по модулю. 

  s_і  = = 43.625  МПа < 100 МПа  

        Аналізуючи отриманий результат, робимо висновок, що міцність рейкової зубчастої передачі забезпечена. 
 
 
 
 

  5.3 Розрахунок діаметра різьби тяги 

  Розрахуємо діаметр D1 різьби тяги з умови міцності на розтяг. Матеріал тяги - Ст15 Нормалізація, допустима напруга на розтяг: [s]_р=85 МПа 

  s_р= 4P/pD₁² < [s]_р 

  D₁>

  D₁>   

  D₁> 0.00287  м 

  Вибираємо діаметр різьби тяги D₁=16 мм 

  5.4 Розрахунок діаметра осі 

  Розрахуємо діаметр D2 осі з умови міцності на вигин:

     , де 

        М_изг- згинальний момент у небезпечному перерізі осі; [s_и] - допустима напруга на вигин. 
Довжина осі - 70 мм. Oсь з двох сторін кріпиться за допомогою кронштейна і на неї по центру діє сила: 

    

  F_x=N₁sina₁ - N₂sina₂ + P_Г  ;  

  F_у= N₁cosa₁ - N₂cosa₂   , де