Конспект лекций по КМР

На рис. 12.30 изображено исполнительное устройство робота, включающее в себя: колонну 1, уравновешенное звено 2 массой m2, совершающее вращательное движение относительно точки O, уравновешиваемое звено 3 массой m3, сосредоточенной в центре CO масс, вращающееся вместе со звеном 2 и совершающее поступательное движение.

пары до центра CO масс звена 3 при его крайнем левом (втянутом) положении, мм; S – линейное перемещение звена 3, мм; – угол между продольной осью звена 3 и горизонталью, град; – угол поворота звена 3.

Так как момент изменяется по закону косинуса, то для уравновешивания подвижного звена 3 может быть использована пружинная система уравновешивания, включающая в себя: рамку 4, на которой установлен ролик 5 для поддержания гибкого элемента 6, соединенного одним концом с пружиной 7, а вторым – с рычагом 8 длиной r, соединяющим рамку 4 и центр CO масс подвижного звена 3. Рамка 4 может свободно перемещаться в направляющих роликах 9.

Введение звена 8 позволяет в силовом отношении как бы исключить звено 3. В этом случае уравновешивается звено 8, нагруженное силой G m3 g (см. раздел 12.7).

Эта система уравновешивания позволяет уравновесить звено 3 как при его повороте относительно оси O на угол , так и при линейном перемещении на величину S.

Жесткость пружины уравновешивающего механизма равна:

c m3 g r . a b

357

12.11. Системы уравновешивания переменных статических нагрузок

Системы уравновешивания переменных статических нагрузок – это системы уравновешивания статических нагрузок от постоянных масс звеньев исполнительного устройства робота и переменной массы объекта.

Рассмотрим исполнительное устройство робота с объектом, масса m которого в процессе технологического цикла может изменяться (рис. 12.31).

Рис. 12.31 Рис.12.32

Составим уравнение моментов относительно точки O:

Момент изменяется по косинусоидальному закону. Поэтому для уравновешивания исполнительного устройства робота с объектом может быть использована пружинная система уравновешива-

ния (рис. 12.32).

Если масса объекта равна нулю, то уравнение моментов относительно точки О можно записать в виде (рис. 12.27):

358

Здесь K1 и K2 – переменные величины, зависящие от массы объекта.

Отсюда

Для уравновешивания исполнительного устройства с объектом

но

Ò1max c1 a1 b1 ;

Ò2max c2 a2 b2 ,

где c1 и c2 – жесткости пружин первого и второго уравновешивающих устройств соответственно; a1 и a2, b1 и b2 – геометрические параметры первого и второго уравновешивающих механизмов соответственно.

Тогда уравновешивающие моменты будут равны:

Эти выражения можно представить в виде:

В этом случае для уравновешивания исполнительного устройства робота с переменной массой m объекта необходимо изменять параметры b1 и b2 в зависимости от изменения массы m.

Если обозначить:

то уравновешивающие моменты получим в виде:

359

Для уравновешивания необходимо выбрать пружины, жесткости C1 и C2 которых изменяются в зависимости от изменения массы объекта.

Таким образом, для компенсации переменных статических нагрузок от массы объекта необходимо создавать самонастраивающиеся системы уравновешивания. Но они являются дорогостоящими и сложными. Поэтому использование таких систем не всегда экономически целесообразно.

Можно частично компенсировать переменные статические нагрузки от массы объекта без использования самонастраивающихся систем. Для этого обычную систему уравновешивания статических нагрузок исполнительного устройства робота настраивают с учетом постоянной оптимальной массы mопт объекта, т.е. вместо переменной массы m объекта в расчет вводят оптимальную массу

mопт.

Значение оптимальной массы объекта находят из условия:

a – ускорение центра масс объекта, м/с2; – угол между вектора-

дения, град; t – время, при котором достигается максимальное значение мощности, необходимой для перемещения объекта, с.

Для малодинамичных исполнительных устройств, при a t g cos t или Ò Í 10Ò È оптимальный коэффициент пере-

компенсации равен:

Ê îïò 0,5,

360

Таким образом, для систем уравновешивания с частичной компенсацией переменных статических нагрузок оптимальный коэффициент перекомпенсации находится в пределах:

Введение в пружинную систему уравновешивания перекомпенсации приводит к снижению мощности двигателя, необходимой для преодоления максимальной нагрузки от массы объекта, примерно в два раза.

361

Глава 13 НАПРАВЛЯЮЩИЕ

Направляющими называют устройства, обеспечивающие заданное относительное движение элементов механизма.

Вроботах в основном применяют направляющие для поступательного движения.

Направляющие для поступательного движения используют тогда, когда необходимо осуществить перемещение одной детали относительно другой с заданной точностью. К направляющим предъявляют следующие требования: обеспечение плавности перемещения, незначительность силы трения, большой ресурс работы, износостойкость, способность к перемещению при резких перепадах температуры.

Взависимости от вида трения различают направляющие с трением скольжения и качения. Выбор типа направляющих и конструктивных схем зависит от их назначения, а также от требований

кточности направления перемещения, допускаемой нагрузки, значений сил трения, стоимости изготовления.

Направляющие с трением скольжения и качения по характеру (виду) воспринимаемой нагрузки подразделяют на открытые и закрытые. К открытым относят направляющие, у которых для замыкания силовой цепи используют дополнительные прижимные усилия (масса подвижной детали, усилие плоской или спиральной пружины, мембраны). Закрытыми являются направляющие, у которых замыкание силовой цепи происходит с использованием конструктивных факторов.

Направляющие в зависимости от формы исполнения рабочих поверхностей делят на цилиндрические, призматические, Н-, П-, Т-образные, в том числе призматические направляющие типа «ласточкин хвост».

13.1. Направляющие с трением скольжения

По конструктивному исполнению направляющие с трением скольжения проще направляющих с трением качения и меньше их по габаритным размерам. При соответствующем выборе материалов они испытывают незначительное влияние температурных перепадов. Основной их недостаток – относительно большие потери на трение.

362

Направляющие с трением скольжения изготовляют из стали марок 40, 50, У8А, чугуна марок СЧ12-28, СЧ15-32, бронзы БрОС10-2, БрОФ10-1, БрОЦС, латуни. Предпочтительны следующие сочетания материалов: сталь-бронза, сталь-латунь, сталь-чугун. Если робот работает при резких перепадах температуры, то для сопряжения деталей направляющих рекомендуют выбирать материалы с близкими значениями теплового коэффициента линейного расширения.

Конструктивная схема призматической открытой направляющей с трением скольжения приведена на рис. 13.1, б, где по цилиндрическим направляющим 1, закрепленным на неподвижном основании 3, перемещается каретка 2 с призматическими рабочими поверхностями [42].

г)

Рис. 13.1

Схемы тех же направляющих закрытого типа приведены на рис. 13.1, а,в,г и рис. 13.2, а-г. На схеме (рис. 13.1, а) по цилиндрическим направляющим 1 и 3 перемещается ползун 2 с цилиндрической и плоской рабочими поверхностями; по прямоугольным призматическим направляющим 1 (рис. 13.1, в) перемещается П- образная призма 2; по призматическим направляющим 1 типа «ласточкин хвост» с углом профиля (обычно =300) перемещается призма 2. Для призматических направляющих типа «ласточкин хвост» требуется тщательная сборка и регулировка, так как при незначительном перекосе деталей возможно заедание направляющих.

Цилиндрические направляющие 1 изготавливают без устройства от осевого проворачивания (рис. 13.2, а) и с устройством в виде планки 2 (рис. 13.2, б, в) или штифта 2 с головкой, входящей в паз корпуса (рис. 13.2, г).

363

Знак «плюс» берут в том случае, когда t t0 , знак «минус» – при t t0 . Посадка считается допустимой, если 0. В случае за-

клинивания ( 0 ) следует назначить более свободную посадку или применять материалы, имеющие одинаковые или мало различающиеся между собой температурные коэффициенты линейного расширения. В отдельных случаях можно уменьшить ширину или диаметр направляющих, но при этом должны соблюдаться требования жесткости и износостойкости конструкции.

ползуна, т.е. 2 3 H .

При конструировании направляющих возможно появление перекоса, который зависит от длины L между направляющими и плеча h приложения движущей силы F и ее направления, что приводит к заклиниванию (рис. 13.5, а). Если сила F приложена к ползуну на плече h параллельно направлению перемещения, то она создает момент M=Fh, уравновешиваемый моментом пары сил, образован-

365

ных реакциями Fr в опорах.

Рис. 13.5

где FTP – сила трения в одной направляющей; f – коэффици-

Для обеспечения плавности хода, малого износа рабочих поверхностей и отсутствия заклинивания необходимо выполнять следующие рекомендации: для плоских направляющих прямоугольной формы:

hfL 0,25;

для направляющих типа «ласточкин хвост» при угле профи-

ля:

для направляющих цилиндрической формы: hfL 0,20.

366