20

Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра инженерной графики

Индивидуальная работа

МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА РУКИ РОБОТА С ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧEЙ

Выполнил студент

Группы 222404

_________Трухан А.В.

Принял

_________Назаренко В.Г.

Минск 2013 Содержание

Содержание 2

1 Описание работы механизма 3

2 Предварительный выбор двигателя 3

2.1 Расчет требуемой мощности двигателя 3

2.2 Выбор двигателя 5

3 Расчет редуктора 6

3.1 Кинематический расчет 6

3.2 Расчет геометрических размеров 7

4 Проверочный расчет требуемой мощности двигателя 12

5 Предварительный расчет валов 15

6 Расчет момента инерции редуктора 17

7 Расчет мертвого хода 19

Литература 20

1 Описание работы механизма

По мере развития машиностроения прежде всего автоматизировались наиболее сложные и трудоемкие операции, связанные с изменением формы и размеров изделий. Загрузка и разгрузка технологического оборудования осуществлялась обычно вручную или простейшими средствами механизации. В последнее время в связи с задачами комплексной автоматизации производства и освоением новых областей деятельности человека большое внимание уделяется автоматизации операций манипулирования – перемещения и ориентации изделий и инструмента.

Манипуляторы при свободном перемещении рабочего органа представляют собой пространственный механизм с разомкнутой кинематической цепью. Его звенья связаны вращательными или поступательными кинематическими парами, оснащенными приводами. Каждая такая кинематическая пара с приводом обеспечивает одну степень подвижности манипулятора. Число, вид и взаимное расположение степеней подвижности определяют манипуляционные возможности устройства.

Рисунок 1 – Кинематическая схема механизма поворота руки робота, I-IV – валы, 1 - электродвигатель, 2 – соединительная муфта, 3-6 – зубчатые передачи, 7 – платформа для крепления руки робота

Движение от электродвигателя 1 передается на поворотную платформу для крепления руки робота 7 по кинематической цепи состоящей из вала I, муфты 2, вала II, зубчатых колес 3, 4, вала III, зубчатых колес 5, 6, вала IV.

2 Предварительный выбор двигателя

2.1 Расчет требуемой мощности двигателя

Для того, чтобы правильно подобрать электродвигатель для привода необходимо знать:

1. тип привода, для которого подбирается двигатель и режим его работы: нерегулируемый длительного действия, нерегулируемый кратковременного или повторного кратковременного действия, регулируемый следящий привод;

2. тип источника питания и его характеристику: для источника постоянного тока – напряжение и силу тока, для источника переменного тока – напряжение, силу тока и частоту;

3. характеристику нагрузки: максимальную величину момента сил сопротивления при установившемся режиме работы, номинальную угловую скорость вращения, момент инерции нагрузки и требуемое быстродействие привода;

4. эксплуатационные условия: условия окружающей среды (температура, давление, влажность), возможность воздействия линейных вибрационных нагрузок, необходимый ресурс работы, максимально допустимые габариты и массу.

Электромеханическим приводом (ЭМП) называется устройство, состоящее из двух основных частей: электродвигателя, осуществляющего преобразование электрической энергии в механическую, и редуктора, связывающего электродвигатель с рабочим органом. Рабочий орган создает нагрузку на выходном или рабочем валу редуктора.

В зависимости от характера работы ЭМП можно разбить на две категории: нерегулируемый ЭМП и регулируемый, или следящий, ЭМП.

Нерегулируемые ЭМП предназначены для приведения в движение различных механизмов и аппаратов и в зависимости от режима работы могут в свою очередь подразделяться на ЭМП длительного действия, для которых характерны продолжительный режим работы, редкие пуски, отсутствие реверсов или малая частота их, большой ресурс работы; ЭМП кратковременного действия, для которых характерны кратковременный или повторно-кратковременный режим работы с небольшой длительностью рабочего цикла, малая частота пусков или реверсов, небольшой ресурс работы. Нерегулируемые приводы имеют широкое применение при дистанционном управлении различными рабочими объектами.

Регулируемые электромеханические приводы характеризуются возможностью управления параметрами движения рабочих органов механизма в течение одного цикла включения привода. Это управление может достигаться путем изменения напряжения питания электродвигателя. Регулируемые ЭМП работают в повторно-кратковременных режимах и в отличие от нерегулируемого привода, где нагрузка носит статический характер, для регулируемого привода характерны динамические нагрузки, поэтому одним из основных требований к регулируемым электромеханическим приводам является малая инерционность. Регулируемый является более сложным устройством; его применяют в автоматических системах управления или регулирования. Для следящего электромеханического привода характерны высокое быстродействие и большая частота пусков и реверсов.

Таким образом, механизм поворота руки робота представляет собой регулируемый ЭМП.

В регулируемом приводе применяют электродвигатели с минимальным значением величины электромеханической постоянной времени и с максимально допустимой частотой пусков и реверсов: исполнительные двигатели постоянного и переменного токов. При этом лучше выбирать двигатели со скоростью вращения 2500 – 6000 об/мин, так как при малых скоростях снижается КПД двигателя, увеличиваются его габариты и масса.

Анализ перечисленных требований позволяет необходимую серию, а выбор конкретного типа двигателя производится с учетом требуемой мощности.

При постоянной статической или мало изменяющейся нагрузке на рабочем органе исполнительного устройства с учетом запаса в связи с возможным изменением нагрузки расчет мощности электродвигателя основывается на балансе мощностей в статическом режиме работы:

, (1)

где P – минимально необходимая мощность двигателя, Вт;

η – коэффициент полезного действия передачи электромеханического привода;

k_p – коэффициент запаса по мощности;

P_вых – мощность на выходном валу двигателя, Вт.

Из выражения (1) получим:

(2)

Значение коэффициента полезного действия η на этапе выбора электродвигателя неизвестно, так как пока не выбран тип двигателя, неизвестна частота его вращения, нельзя спроектировать механическую передачу и, соответственно определить ее коэффициент полезного действия. Поэтому величиной η надо задаться, а после выбора электродвигателя необходимо произвести проверочный расчет и при необходимости повторить выбор двигателя.

Коэффициент полезного действия механической передачи может принимать значения от 0,4 до 0,8, причем с увеличением передаточного числа и уменьшением передаваемой мощности коэффициент полезного действия (КПД) передачи уменьшается.

Зададимся предварительным значением КПД передачи η=0,7 и запасом мощности k_p=1,7. Мощность двигателя определим по формуле (2):

Вт.