• RU
  • icon На проверке: 3
Меню

Модернизация поворотного механизма ПР М20П.40.01

  • Добавлен: 24.01.2023
  • Размер: 559 KB
  • Закачек: 1
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Модернизация поворотного механизма ПР М20П.40.01

Состав проекта

icon
icon Курсовая_1.docx
icon Сборочный чертёж.cdw
icon Спецификация - лист 1.frw
icon Спецификация - лист 2.frw

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Курсовая_1.docx

Данная курсовая работа состоит из 4 частей: общая технологическая проектировочная и конструктивная часть.
В общей части дается классификация промышленных роботов анализ конструкций данного класса и краткие технические характеристики ПР М20П.40.01.
В технологической части определяется назначение промышленного робота М20П.40.01 и рассчитывается производительность данного робота (по переносимой массе деталей за 1 час).
В проектировочной части проводятся патентные исследования связанные с промышленными роботами данного класса задаются данные для проектного расчета.
В конструктивной части описывается механизм поворота руки (координата Q) производится проектный расчет узла с определением нагрузок.
Промышленный робот — автономное устройство состоящее из механического манипулятора и перепрограммируемой системы управления которое применяется для перемещения объектов в пространстве и для выполнения различных производственных процессов.
Промышленные роботы являются важными компонентами автоматизированных гибких производственных систем (ГПС) которые позволяют увеличить производительность труда.
Среди самых распространённых действий совершаемых промышленными роботами можно назвать следующие:
перемещение деталей и заготовок от станка к станку или от станка к системам сменных палет;
сварка швов и точечная сварка;
выполнение операций резанья с движением инструмента по сложной траектории.
Достоинства использования ПР:
достаточно быстрая окупаемость;
исключение влияния человеческого фактора на конвейерных производствах а также при проведении монотонных работ требующих высокой точности;
повышение точности выполнения технологических операций и как следствие улучшение качества;
возможность использования технологического оборудования в три смены 365 дней в году;
рациональность использования производственных помещений;
исключение воздействия вредных факторов на персонал на производствах с повышенной опасностью.
1.Классификация роботов данного класса.
По ГОСТ 25685-83 «Роботы промышленные. Классификация.» все промышленные роботы независимо от их конкретного назначения (сварочные окрасочные сборочные загрузочно-разгрузочные) по признаку специализации делятся на:
- специализированные
Универсальные ПР предназначены для выполнения различных технологических операций и могут работать с различными группами моделей технологического оборудования.
Специализированные ПР имеют более узкое назначение и предназначены для выполнения технологических операций одного вида могут работать с определенной группой моделей технологического оборудования.
По виду выполняемых технологических операций ПР делятся на:
)Основные – осуществляющие основные технологические операции
)Вспомогательные – выполняющие вспомогательные технологические операции по обслуживанию технологического оборудования.
Основные роботы относятся к основному технологическому оборудованию а вспомогательные – к средствам автоматизации.
Дополнительные признаки классификации:
По грузоподъемности.
Сверхлегкие – до 1 кг
Сверхлегкие – от 1 до 10 кг
Средние – от 10 до 200 кг
Тяжелые – от 200 до 1000 кг
Сверхтяжелые – от 1000 и более кг.
По степеням подвижности.
Со степенями подвижности более четырех.
По возможности передвижения:
По способу установки на рабочем месте:
По виду систем координат:
Прямоугольные декартовой системы координат.
Цилиндрической системы координат.
Сферической системы координат.
Угловые (ангулярной) системы координат.
Других систем координат.
С электрическими приводами.
С пневматическими приводами.
С комбинированными приводами.
С программным управлением.
-С цикловым управлением.
-С позиционным управлением.
-С контурным управлением.
С адаптивным управлением.
По способу программирования:
Программирование обучением.
Программирование аналитически.
2 Анализ конструкций роботов данного класса.
ПР М20П.40.01 относится к стационарным напольным роботам среднего класса грузоподъемности. Робот имеет три степени подвижности (2 линейных и одну угловую) что позволяет работать ему в цилиндрической системе координат. Робот имеет комбинированный привод включающий в себя:
) Электропривод выдвижения подъема и поворота руки робота.
) Пневмодвигатели поворота кисти руки и схвата.
Поворот робота относительно вертикальной оси осуществляется за счет передачи усилия электродвигателя червячный редуктор на зубчатую цилиндрическую шестерню находящуюся в зацеплении с зубчатым колесом которое жестко соединено с поворотной колонной робота.
Подъем руки робота осуществляется через передачу «винт-гайка» от электродвигателя расположенного в верхней части поворотной колонны робота.
Выдвижение руки робота осуществляется при помощи передачи «винт-гайка качения». В старых образцах робота усилие от электродвигателя передается на вращающийся винт через ременную передачу. В поздних конструкциях данного робота вал электродвигателя непосредственно соединен с винтом.
Для поворота рабочего органа относительно продольной оси применяется поворотный электродвигатель.
3 Краткие технические характеристики роботов данного класса.
Наименование параметра
Номинальная грузоподъемность: суммарная на один захват
Число степеней подвижности
Захватов на одну руку
Электропневматический
Погрешность позиционирования
Наибольший вылет руки (R)
Тип системы управления
Наибольшее количество одновременно управляемых координат
Число программируемых точек
Способ программирования
Линейные перемещения по координатным осям (величенаскорость)
Габарит системы ЧПУ «Контур-1»
Масса системы ЧПУ «Контур-1»
Габарит робота (без захватов и УЧПУ)
Масса механической системы
ПР М20. П40.01 предназначен для автоматизации загрузки-выгрузки деталей и смены инструмента на различном обрабатывающем оборудовании.
Робот может обслуживать один или два станка и вместе с ними представляет комплекс который служит базой для создания гибких производственных модулей которые могут работать продолжительное время без участия оператора.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
1.Технология применения роботов.
Наиболее эффективно применение промышленных роботов в составе гибких производственных модулей участков и линий в сочетании с автоматизированными станками средней размерной группы обрабатывающими штучные заготовки.
Основными функциями выполняемыми ПР являются: установка заранее ориентированной заготовки в рабочую зону станка снятие деталей со станка и укладка ее в тару (накопитель) кантование деталей (при необходимости) очистка базовых поверхностей деталей и приспособлений выдача технологических команд (управление оборудванием) контроль деталей. Расширение функциональных возможностей промышленных роботов может быть обеспечено за счет применения вспомогательной оснастки и механизмов (координатных тактовых столов подъемных платформ и т. д.).
Управление роботом осуществляется от отдельно стоящей системы ЧПУ. Обучение робота производится с помощью переносного пульта обучения соединенного с системой управления кабелем. Возможен ввод программы с кассеты внешней памяти с объемом памяти 649 кадров.
2 Анализ производительности робота.
Производительность – качественный и количественный показатель эффективности работы робота. Производительность может определяться несколькими способами: количеством операционных циклов количеством обработанных заготовок и массе которую робот переносит за единицу времени.
Чтобы решить задачу оценки производительности робота мы должны выбрать способ оценки производительности и задаться исходными данными. Мы будем оценивать производительность робота по массе переносимой роботом за единицу времени (час) при условии работы каждой из координат во всем рабочем диапазоне. Работа всех пяти звеньев ПР осуществляется последовательно и непрерывно в прямом и обратном направлении. Таким образом мы получаем максимальную производительность робота М20П.40.01 по переносимой массе за 1 час.
Масса объекта манипулирования
Время за которое происходит работа робота
Диапазоны перемещения по координатам
Средние скорости перемещения по координатам
Находим время работы каждого звена робота.
Находим общее время прямого хода всех звеньев.
Находим время цикла.
Находим число циклов за 1 час.
Находим производительность.
Таким образом мы нашли производительность робота М20П.40.01 которая составляет 117 циклов за час или 2340 кгч (при условии последовательной работы всех звеньев во всем рабочем диапазоне без остановки рабочего процесса).
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ (МОДЕРНИЗАЦИИ) МАШИНЫ.
1 Патентные исследования.
09-37.111. Роботы обслуживающие станки.
Kollege Roboter bedient die Werkzeugmaschine. VDI-Nachr. 2007 №36 с. 10 2 ил. Нем.
Утверждается что в подавляющемся большинстве случаев КПД металлорежущих станков на предприятиях не превышает 70% из-за низкой загруженности станков составляющей 8780 ч (по 24 часа в течении 365 дней в году). Отмечается единственный верный способ повышения загрузки станков – поручить управление ими роботам. Все больше и больше промышленных предприятий заводят у себя токарные и обрабатывающие центры обслуживаемые роботами. Многие классические производители станков автоматизируют с помощью роботов весь производственный процесс и полностью производственные линии. Отмечается что к концу 2005 г. Более 8300 роботов было установлено на германских станкостроительных предприятиях. Вместе с тем использование роботов в станкостроении сдерживается тем что роботы целесообразно применять при производствах крупно- или хотя бы среднесерийных деталей. При производствах единичных станков единичных деталей роботы будут слишком много простаивать. Это ограничивает их использование в станкостроении. Станкостроение часто имеет дело с производством малого количества крупных изделий. Роботы здесь целесообразно использовать лишь для производства стандартных деталей либо как вспомогательные машины в автоматизированных производственных линиях. В этом качестве роботы могут существенно повысить эффективность станкостроения.
2 Техническое задание на проектирование (модернизацию робота) РТС.
Задание: Подобрать более мощный электродвигатель для перемещения грузов до 25 кг по координате Q (вращение относительно вертикальной оси).
Двигатель DF4-K-7708:
Номинальный момент – 6.1 Н*м.
Номинальная мощность 1200 Н.
Номинальная частота вращения – 2000 обмин.
Захватного устройства – 8 кг.
Робота (без станины с зубчатой передачей) – 400 кг.
Масса руки с ЗУ – 120 кг
КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ.
1 Описание конструкции модернизируемого (проектируемого узла).
Механизм поворота руки выполнен в виде автономного узла.
На основании 1 робота крепится червячный редуктор 2 соединённый через зубчатую муфту 3 с электродвигателем 4.
На выходном валу червячного редуктора установлена зубчатая шестерня 5. Она входит в зацепление с цилиндрическим зубчатым колесом 6 которое соединено с валом 7. Таким образом вращение электродвигателя постоянного тока через червячный редуктор и пару цилиндрических прямозубых шестерен передаётся валу 7 служащему опорой для механизма подъёма и опускания руки.
Механизм поворота руки робота.
2 Проектный расчёт передачи.
Определение крутящих моментов при массе груза равной m = 25 кг.
- угловая скорость вращения руки.
угол поворота вокруг вертикальной оси (координата Q).
масса захватного устройства.
Передаточное число зубчатой передачи у базового робота Uз.п. = 4
Передаточное число червячной передачи у базового робота Uч.п. = 31
Найдём угловое ускорение:
Тангенциальная составляющая углового ускорения:
Центростремительное ускорение:
Вес груза с захватным устройством:
Момент инерции захватного устройства с грузом:
Суммарный момент инерции:
Крутящий момент на руке робота:
Крутящий момент на двигателе:
Угловая скорость вала двигателя:
Частота вращения вала двигателя:
Берём двигатель DF4-K-7708. Данные двигателя:
Номинальный момент Нм
Номинальная мощность Вт
Номинальная частота вращения мин-1
Исходя из данных двигателя пересчитаем параметры.
Рассчитаем частоту вращения руки (на требуемой скорости):
Найдем общее передаточное число:
Передаточное число червячной передачи примем = 40. Тогда передаточное число зубчатой передачи:
Найдём угловую скорость на элементах робота:
На валу колеса червячной передачи:
На валу колеса зубчатой передачи (угловая скорость руки робота):
Найдём значения крутящих моментов на элементах робота.
- мощность двигателя.
– суммарное КПД всех передач.
На валу колеса зубчатой передачи (руки робота):
Расчёт червячной передачи.
Материалы червяка и колеса.
Частота вращения червячного колеса:
Предварительная скорость скольжения:
Скорость более 5 мс материал зубчатого венца червячного колеса – БрО10Ф1. Параметры материала при отливки в кокиль.
Допускаемые напряжения.
Допускаемое напряжение:
Суммарное число циклов перемены напряжений:
- время работы передачи примем 10000 ч.
- коэффициент эквивалентности
- эквивалентное число циклов нагружения зубьев червячного колеса за весь срок службы
– учитывает интенсивность изнашивания материала.
– коэффициент долговечности.
Допускаемые контактные напряжения:
Допускаемые напряжения изгиба:
Предельные допускаемые напряжения:
Межосевое расстояние.
= 610 для эвольвентных архимедовых и конволютных червяков.
= 1.025 начальный коэффициент концентрации нагрузки.
Принимаем межосевое расстояние = 125 мм.
Основные параметры передачи.
Число зубьев колеса:
= 1 – червяк однозаходный
Принимаем значение модуля m = 5
Коэффициент диаметра червяка:
Коэффициент смещения:
Угол подъёма линии витка червяка.
На начальном и делительном цилиндре
Размеры червяка и колеса.
Делительный диаметр червяка:
Диаметр вершин витков:
Длина нарезанной части червяка:
Диаметры червячного колеса:
Делительный диаметр колеса:
Наибольший диаметр колеса:
- 0355 при однозаходном червяке.
Размеры червячной передачи.
Проверочный расчёт передачи на прочность.
Определим скорость скольжения в зацеплении:
Расчётное напряжение:
K = 10117 – коэффициент нагрузки.
КПД червячной передачи:
приведённый угол трения принимаем по таблице p = 1.
Окружная сила на колесе равная осевой силе на червяке:
Окружная сила на червяке:
для стандартного угла.
Силы зацепления в червяке.
Проверка зубьев колеса по напряжению изгиба.
Расчётное напряжение изгиба:
коэффициент зуба колеса. Принимаем
условие выполняется.
Расчёт зубчатой передачи.
Материал шестерни 40ХН – Улучшение HB = 250 = 630 МПа.
Материал колеса 45 – Нормализация HB = 200 = 320 МПа.
Предел контактной выносливости:
ZN – коэффициент долговечности принимаем = 0.95.
ZR – коэффициент учитывающий шероховатость принимаем = 1
Zv – коэффициент учитывающий окружную скорость принимаем = 1.
Допускаемые напряжения изгиба:
предел выносливости.
Находим предварительное значение межосевого расстояния:
коэффициент зависящий от твёрдости поверхности зубьев.
частота вращения шестерни.
По ГОСТ 164-81 степень точности при данной скорости – 9.
Уточняем межосевое расстояние:
для прямозубых колёс = 450.
коэффициент ширины = 025.
коэффициент нагрузки принимаем = 1.2
размеры колеса и шестерни модуль.
Предварительный делительный диаметр колеса:
Максимальное значение модуля:
Минимальное значение модуля:
для прямозубых = 3.4 103.
коэффициент нагрузки при расчёте по напряжениям изгиба принимаем = 158.
Принимаем модуль m = 2.5
Суммарное число зубьев:
Число зубьев шестерни:
Фактическое передаточное число передачи:
Делительный диаметр:
Размеры зубчатой шестерни (слева) и колеса (справа).
Проверка по контактным напряжениям.
Проверка зубьев по контактным напряжениям:
682 4059091 условие выполняется.
Так как передача прямозубая то осевая сила в зацеплении отсутствует.
Силы зацепления в зубчатой передачи.
Проверка зубьев колёс по напряжениям изгиба.
коэффициент учитывающий форму зуба принимаем = 359
05997 13382 условие выполняется.
76542 16728 условие выполняется.
Материалы для валов:
Сталь 45. Улучшение.
n =15 25 – коэффициент запаса прочности.
= 15 2 – коэффициент концентраций напряжений.
Силы на червячном колесе:
Расчёт вала червячный редуктор - шестерня.
Предварительные размеры вала.
Составим систему линейных уравнений
Решая систему уравнений получаем:
Горизонтальные силы:
Эпюра вала червячный редуктор – шестерня.
Конструктивно принимаем значение d1 = 30 мм
Конструктивно принимаем значение d2 = 30 мм
Конструктивно принимаем значение d1 = 45 мм
Конструктивно принимаем значение d4 = 35 мм – размер под шестерню.
Расчёт вала для зубчатого колеса.
На втором валу с зубчатым колесом держится вес руки.
Vz = 05 мс – скорость перемещения по оси Z.
Z = 05 м – величина перемещения по оси Z.
mр = 120 кг – масса руки.
m = 400 кг – масса всей верхней части робота.
Ускорение руки при движении по оси Z:
Сила инерции при движении руки по оси:
Максимальный вес действующий на вал:
G = 3924 + 120 = 4044 Н
Эпюра вала-шестерни.
Конструктивно принимаем значение d1 = 80 мм.
Конструктивно принимаем значение d2 = 90 мм – размер под подшипник.
Промышленный робот М20П.40.01 является устаревшим образцом промышленных цилиндрических роботов. Несмотря на это он отлично подходит в качестве учебного пособия для студентов технических вузов. Это обеспечивается за счет простоты конструкции высокой надежности и хорошего доступа к узлам робота по которым можно изучать такие кинематические передачи как винтовая пара качения зубчатые передачи ременные передачи пневмоприводы которые обеспечивают движение поступательным и вращательным степеням подвижности робота.

icon Сборочный чертёж.cdw

Сборочный чертёж.cdw
манипулятора ПР М20П. 40. 01.
Сталь 40ХН ГОСТ 4543-71
Сталь 45 ГОСТ 1050-88

icon Спецификация - лист 1.frw

Спецификация - лист 1.frw
Механизм поворота манипулятора
Пояснительная записка
Винты с цилиндрической
1.11.11.КР.06.00.01.СБ
1.12.11.КР.08.03.01.СБ
1.12.11.КП.08.08.00.00
1.12.11.КР.08.08.01.01
1.12.11.КР.08.08.02.01
1.12.11.КР.08.08.03.01
головкой ГОСТ 1491-80

icon Спецификация - лист 2.frw

Спецификация - лист 2.frw
1.11.11.КР.06.00.01.СБ
радиально упорный ГОСТ 831-75
радиальный ГОСТ 8338-75
Зубчатая муфта ГОСТ 50895-96
Шпонка ГОСТ 23360-78
Высокомоментный двигатель

Свободное скачивание на сегодня

Обновление через: 14 часов 45 минут
up Наверх