Конструирование модуля поворота с электродвигателем. Определение геометрических и функциональных соотношений между основными элементами конструкции модулей подвижности

Министерство  образования  Российской  Федерации

Тульский  государственный  университет

Кафедра  робототехники  и  автоматизации  производства

КОНСТРУИРОВАНИЕ  МОДУЛЯ ПОВОРОТА С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Расчетно-пояснительная  записка  к  курсовому  проекту

по  дисциплине  “Механика  и конструирование роботов”

Студент  группы 230371        ______________                

Консультант                            ______________       к.т.н., проф.

Тула  2011 г.

Министерство образования Российской  Федерации

Тульский  государственный  университет

Кафедра  робототехники  и  автоматизации  производства

ЗАДАНИЕ

на  курсовой  проект  по  дисциплине________________________________

________________________________________________________________

студенту ____________________________ группы_____________________

Тема___________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Исходные  данные:_______________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Перечень  вопросов,  требующих  проработки_________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________

Графическая  часть_______________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дата  выдачи  задания:____________________________________________

Срок  защиты  курсового  проекта:__________________________________

Задание  принял__________________________________________________

Задание  выдал___________________________________________________

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 6

1.РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО МОДУЛЯ ПОДЪЁМА.. 7

1.1Анализ технического задания на конструирование и формирование технических предложений. 7

1.2. Анализ  различных  вариантов  решения, выбор  и обоснование  основной конструктивно-компоновочной  схемы  модуля. 8

1.3. Определение геометрических и функциональных соотношений между основными элементами конструкции модулей подвижности. 10

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИВОДА.. 11

3. РАСЧЁТ ПЕРЕДАЧИ КОЛЕСО-РЕЙКА.. 13

3.1 Определение делительного диаметра колеса  d₁ 13

3.2 Определение кинематических параметров рейки. 14

3.3 Определение геометрических параметров колеса. 15

3.4 Определение геометрических параметров рейки. 16

4.РАСЧЁТ ПНЕВМОЦИЛИНДРА И ПАРАМЕТРОВПИТАЮЩЕЙ МАГИСТРАЛИ.. 17

4.1 Определение потребной мощности привода. 17

4.2 Определение параметров линии пневмопитания. 21

4.3. Оценка величины движущей силы сопротивления. 23

4.4. Выбор площади сечения поршня. 24

4.5.Определение конструктивных размеров. 25

4.6. Выбор пневмоцилиндра. 26

4.7.Выбор пневмораспределителя. 27

5.ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ МОДУЛЯ.. 29

5.1. Структура модуля. 29

5.2. Принцип действия модуля. 30

6. Система управления модулем.. 32

7. УНИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ.. 34

8. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ.. 35

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 37

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 38

ВВЕДЕНИЕ

Расчет модуля поворота включает в себя следующие пункты:

- определение момента сопротивления привода

- расчет волнового редуктора

- расчет параметров и выбор электродвигателя

В результате расчета строятся следующие узлы:

1.  сборочный чертеж модуля поворота

2.  деталировка основных деталей модуля поворота

3.  расчёт основных параметров модуля вращения

1.РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО МОДУЛЯ ПОДЪЁМА

1.1 Выбор конструктивно компоновочной схемы.

Требуется спроектировать модуль поворота  руки промышленного робота.

Модуль должен содержать электродвигатель и волновой редуктор.

В данной работе будет использован редуктор с неподвижным гибким колесом, так как такое конструкторское решение обеспечивает просто конструкции и необходимое передаточное отношение.

Редуктор с неподвижным зубчатым колесом, для данной задачи не походит так, как усложняет конструкцию и повышает требования к изготовлению гибкого колеса.

Установка электродвигателя не соосно с выходным валом не целесообразна так, как  приведет к необходимости установки дополнительной передачи, что приведет к снижению кпд редуктора.

2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МОДУЛЯ

2.1 Определение момента сопротивления привода

Момент сопротивления привода М (Н×м) складывается из момента сопротивления от неуравновешенности масс М_н  звеньев и объекта манипулирования и динамического момента М_и, возникающего в периоды разгона и торможения этих же звеньев и объекта манипулирования:

М = М_н + М_и.

Момент сопротивления от неуравновешенностти масс определяется по выражению:

М_н = m_нg×в×cosa, где в - расстояние от оси вращения рассматриваемой системы до центра масс звена робота с объектом манипулирования, м.

Введем в рассмотрение коэффициент конструкции К₂, учитывающий момент неуравновешенности масс подвижных звегьев исполнительного устройства относительно оси вращения в зависимости от конструкции степени подвижности ПР, ее удаления от основания и типа привода:

К₂ = .

С учетом этого коэффициента момент от неуравновешенности масс  можно записать:

M_н = К₂×m×g×R×cosa..

Если механизм уравновешен без труда, то К₂ = 1.0, если механизм не уравновешен величина коэффициента К₂ = 1.1 - 2.0.

Величина динамического момента определяется по выражению:

M_и = J_н×e,

где J_н - момент инерции вращающихся звеньев исполнительного устройства робота и объекта манипулирования, кг×м².

Момент инерции J_н определяется по выражению:

J_н = J_ом + J_иу = J_ом , где J_ом - момент инерции объекта манипулирования при максимальном радиусе действия;

J_иу - момент инерции вращающихся звеньев исполнительного устройства робота. Величина момента инерции J_ом определяется по выражению:

J_ом = m×R².

Введем коэффициент конструкции К₃ робота:

К₃ = 1 + , тогда выражение для момента инерции J_н с учетом (5) и(6) можно записать:

J_н = К₃×J_ом = К₃×m×R².  

Величина коэффициента К₃ для современных конструкций роботов составляет К₃ = 1.8 - 2.3.

Угловое ускорение e определяется по выражению:

e =  = .

Подставляя значения J_н и e  в М_и окончательно получим выражение для динамического момента:

М_и = .

С учетом (4) и (11) выражение для момента сопротивления привода примет вид:

М = m×R

Для привода вращения звена относительно вертикальной оси, угол a остается неизменным и равным первоначальному углу установки звена.

В частном случае, при вращении вокруг вертикальной оси звена