Конспект лекций по КММ

На рис. 11.3 изображена конструкция многодисковой электромагнитной тормозной муфта ЭТМ…6. Ее изготовляют десяти типов от 5 до 14 (ЭТМ056, ЭТМ066, …, ЭТМ146). Муфта состоит из электромагнита, включающего в себя корпус 1 и катушку 2, фланцевого поводка 3, якоря 4, свободно перемещающегося в кольце 5, которое закреплено в поводке 3, внутренних 6 и наружных 7 фрикционных дисков и шлицевой втулки 8. Наружные фрикционные диски 7 подвижно установлены на стержне 11 фланцевого поводка 3, а внутренние диски 6 подвижно закреплены на шлицевой втулке 8. Винтами 9 поводок 3 муфты прикрепляют к преобразователю движения10.

Рис. 11.3

При отсутствии тока в катушке 2 шлицевая втулка 8 вместе с валом 11 преобразователя движения свободно вращается. При подаче тока в катушку фрикционные диски 6 и 7 смещаются, прижимаются друг к другу и притягиваются к электромагниту. Возникает момент трения между ними, который и приводит к торможению вала 11 и его остановке.

Основные параметры многодисковых электромагнитных тормозных муфт ЭТМ…6 приведены в таблице 11.2.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ ТОРМОЗНЫЕ УСТРОЙСТВА 303

Т а б л и ц а 11.2

Основные параметры тормозных муфт ЭТМ…6

Фрикционные электромагнитные нормально замкнутые тормоза НТЗ-02 (рис. 11.4, а), а также НТЗ-04 и НТЗ-30 (рис. 11.4, б) предназначены для фиксации рабочих органов мехатронных устройств в требуемом положении. Они состоят из электромагнита, включающего в себя корпус 1, установленный во фланце 4, и катушку 2, регулировочной гайки 5, служащей упором для фрикционного диска 6 с внутренним квадратным отверстием, изготовленного из композиционного фрикционного материала, и прижимаемого к гайке 5 якорем 7 под действием пружин 3. Фиксацию гайки 5 осуществляют винтами 8, а якоря 7 – выступами, входящими в пазы фланца 4. Тормоз НТЗ-02 устанавливают в механизм по посадочной цилиндрической поверхности диаметра D, а тормоза НЗТ-04 и НЗТ-30 – с использованием крепежных отверстий о 5,5 мм во фланце 4. На затормаживаемый вал, имеющий участок квадратного поперечного сечения, тормоз устанавливают так, чтобы квадратные поперечные сечения вала и диска 6 совпали.

В нормальном состоянии вал заторможен. При подаче тока в катушку якорь 7 притягивается к электромагниту, освобождая фрикционный диск 6, и вал может свободно вращаться.

305

Глава 12 НАПРАВЛЯЮЩИЕ

Направляющими называют устройства, обеспечивающие заданное относительное движение элементов механизма.

Вмехатронных модулях 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 к точности 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».

12.1. 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.

Направляющие с трением скольжения изготовляют из стали ма-

рок 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. 12.1, б, где по цилиндрическим направляющим 1, закрепленным на неподвижном основании 3, перемещается каретка 2 с призматическими рабочими поверхностями

[35].

г)

Рис. 12.1

Схемы тех же направляющих закрытого типа приведены на рис. 12.1, а,в,г. На схеме (рис. 12.1, а) по цилиндрическим направляющим 1 и 3 перемещается ползун 2 с цилиндрической и плоской рабочими поверхностями; по прямоугольным призматическим направляющим 1 (рис. 12.1, в) перемещается П-образная призма 2; по призматическим направляющим 1 типа «ласточкин хвост» с углом профиля (обычно=300) перемещается призма 2 (рис. 12.1, г). Для призматических направляющих типа «ласточкин хвост» требуется тщательная сборка и регулировка, так как при незначительном перекосе деталей возможно заедание направляющих.

Для проверки правильности выбора посадки и класса точности сопрягаемых деталей направляющих проводят проверочный расчет по формуле:

где – минимальный зазор при данной температуре, мм; D1 – наименьший при данном допуске диаметр (или линейный размер) охватывающей детали, мм; D2 – наибольший при данном допуске диаметр (или линейный размер) охватываемой детали, мм; t0 и t – соответственно начальная и конечная температура, град, направляющих; 1 и2 – коэффициенты линейного расширения материалов сопрягаемых деталей (табл. 12.1).

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

длина направляющей превышала ширину H 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. 12.3, а). Если сила F приложена к ползуну на плече h параллельно направлению перемещения, то она создает момент M=Fh, уравновешиваемый моментом пары сил, образованных реакциями Fr в опорах.

Рис. 12.3

Уравнение равновесия ползуна имеет вид:

Fh Fr L .

Откуда реакции в опорах равны:

Fr FhL .

Полная сила трения равна:

FT 2FTP 2Fr f 2Fhf , L

где FTP – сила трения в одной направляющей; f – коэффициент трения скольжения.

Заклинивания не будет при условии FT F , т.е.

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 профиля:

для направляющих цилиндрической формы: hfL 0,20 .

Движущую силу найдем из условия:

где Q – сила полезного сопротивления.

При приложении силы F под углом к направлению перемещения (рис. 12.3, б) реактивные силы найдем из уравнений статики:

Fr1 F L sin ; L

Fr2 F sin .

L

Полная сила трения равна:

Из условий отсутствия заклинивания следует, что для уменьшения длины L направляющей необходимо коэффициент f трения скольжения уменьшить. Этого можно достичь подбором материалов пары и соответствующей обработкой трущихся поверхностей.

Движущую силу найдем из условия отсутствия заклинивания:

Рабочие поверхности направляющих проверяют на ограничение давления:

P FAr P ,

где Fr – нормальная сила в точке соприкосновения трущихся поверхностей, Н; A – площадь соприкосновения, мм2; [P] – допускаемое давление. При скоростях относительного перемещения до

1 м/с [P]=3...4 MПа.

12.2. Направляющие с трением качения

Направляющие с трением качения применяют в тех случаях, когда требуется обеспечить легкость и плавность движения. По сравнению с направляющими трения скольжения эти направляющие имеют меньшие потери на трение, долговечны, малочувствительны к перепадам температуры.

Направляющие с трением качения изготовляют из закаленных сталей марок ШХ15, 40Х, У8А, У10А, ХВГ, 38ХМЮА.

Направляющие с трением качения по форме тел качения делят на шариковые и роликовые. В качестве промежуточных элементов качения в шариковых направляющих используют шарики, в роликовых – цилиндрические и конические ролики, которые помещают между подвижной и неподвижной деталями направляющих. Для удержания шариков или роликов на определенном расстоянии друг от друга применяют сепараторы, изготовленные из латуни или текстолита. Иногда применяют стандартные шариковые или роликовые подшипники.

Для направляющих с трением качения отсутствие заклинивания определяют по тем же формулам, что и для направляющих с трением скольжения, только вместо коэффициента f трения скольжения в формулы подставляют коэффициент fк трения качения.

В роликовых направляющих основной деталью является ролик, который может перекатываться по цилиндрической или плоской поверхности. В качестве роликов иногда используют стандартные радиальные подшипники. В роликовых направляющих (рис. 12.4, a) ролики 1 перекатываются по цилиндрической поверхности 2.

Для обеспечения контакта всех роликов с направляющими должна быть предусмотрена специальная регулировка, один из вариантов которой показан на рис. 12.4, б. Ролик 4 укрепляют на оси 1 с эксцентриситетом е=0,2...0,5 мм. Окончательно гайки 2 и 3 закрепляют после регулирования положения ролика.

Для направляющих (рис. 12.4, в) ролики с эксцентричными осями необязательны, так как каждый ролик удерживается в отдельной державке. Регулирование осуществляют за счет перемещения державок в пределах зазоров в проходных отверстиях под крепежные винты.

На рис. 12.5, a, б приведены конструктивные схемы роликовых направляющих закрытого типа.

Рис. 12.5

В последнее время применяют более экономичные шариковые направляющие линейного перемещения, которые уменьшают габаритные размеры конструкции, массу и общую стоимость робота.