Thiết kế cơ cấu kẹp cho robot công nghiệp dùng để vận chuyển các tấm phi kim loại có khối lượng 3kg

Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Đề bài: Thiết kế cấu kẹp cho robot công nghiệp dùng để vận chuyển phi kim loại có khối lượng m  3kg, trọng lượng cấu mCC  kg I) Phân tích lựa chọn sơ đồ nguyên lý tay kẹp cần thiết kế: Hiện nay, tay kẹp dùng cho Robot đa dạng, phong phú kết cấu nguồn động lực tạo chuyển động mở kẹp có loại dùng động servo, động bước, có loại dùng khí nén, dùng thuỷ lực Hơn thế, đa dạng số khâu, số khớp cổ tay kẹp khâu nhiều khâu Ở yêu cầu đặt thiết kế cấu kẹp cho robot công nghiệp dùng để vận chuyển phi kim loại gồm hai khâu để kẹp phi kim loại có trọng lượng m = kg Trong điều kiện giá thành động servo động bước cao khơng phổ biến chúng em chọn nguồn động lực xylanh thuỷ lực LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hoá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Qua trình phân tích kết cấu động lực học tay máy chúng em 1: Xylanh     2: Pitton 3: trục pitton +   4: Khâu 5: Khâu 6: Má kẹp  7: Lò xo  định lựa chọn kết cấu tay gấp sơ đồ sau: Giải thích kết cấu: Thanh gắn với trục pitton chuyển động tịnh tiến làm cho khấu quay quanh trục O cố định vào thân Robot Nhờ hệ thống dẫn động hợp lý dẫn động đến khâu để đảm bảo má kẹp song song với vị trí khoảng cơng tác Ngun lí hoạt động: Ở trạng thái bình thường chưa cấp dầu vào xi lanh tay kẹp ln đóng nhờ có lực đẩy lị xo ln chịu nén Khi bơm dầu vào xylanh thắng lực đẩy lò xo pittong xuống nhờ chuyển động tịnh tiến LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 pitton nên xuống làm cho khoá quay quanh O tạo độ mở cần thiết tay kẹp Khi dừng bơm dầu vào xylanh nhờ có lực đẩy lị xo bị nén làm cho tay kẹp chuyển động ngược chiều lúc mở thực qua trình kẹp chi tiết Dầu xylanh ép trở thiết bị chứa dầu Ưu điểm tay kẹp: + Đơn giá kết cấu, chế tạo + Chi tiết kẹp lực lò xo nén có cố nguồn động lực tay kẹp kẹp chặt chi tiết II) Chọn má kẹp: Để kẹp chi tiết dạng phi kim loại có trọng lượng m  kg Nên ta chọn má kẹp phiến tì có khía nhám Ta có: B = 14 mm d = 5,5 mm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 H = mm L = 60 mm Trọng lượng phiến tỳ Vphiến tỳ = 6,2*10-6 m3  = 7,8*103 kg/m3  Gphiến tỳ = Vphiến tỳ* = 0,0484 kg khoảng cách hai mép phiến tỳ kẹp phi kim loại bề dày  phi kim loại l   III) Lập phương trình giàng buộc kết cấu chọn số kích thước để đảm bảo kích thước tay gắp có kích thước kết cấu hợp lý: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hoá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 1- Tại vị trí cấu kẹp phi kim loại mở cực đại Vị trí hình l1 vị trí ngang Để tay gắp xuống kẹp phi kim loại khoảng cách hai phiến tỳ ta chọn A = 40 mm để tránh va chạm tay robot đưa vào kẹp Phương trình theo phương ngang: a  Do  l  20  H  l * cosα 2 a  Do  l1  28  l * cosα (III.1) Phương trình theo phương đứng L  h ct  h d -  h at  l * sin α Chọn hat = hdư =  (mm) L  h ct  h d -  10  l * sin α (III.2) 2- Tại vị trí cấu kẹp khơng làm việc Phương trình theo phương ngang: H  l * cosα  a  Do  l1 * sin  LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 l1 – l1*cos = 20 (III.3) 3- Liên hệ hct với Do : h ct  * DO Thay vào (III.2) thay L = 60 mm ta được:  * Do  40  l * sin α (III.4) Từ (III.1), (III.3) (III.4) ta có hệ phương trình: a  Do  l1  28  l2 * cos  l1 * (1  cos  )  20 * (III*) Do  40  l2 * sin  Hệ (III*) có ẩn mà phương trình liên hệ: Ta chọn trước l1 = 45 mm a = 12 mm Do = 20 mm Thay vào ta tính thơng số sau:  = 56015’ W N LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3  = 5404’ chọn  = 540 IV) Lực kẹp cần thiết W: Fms W=N (IV.1) Giả sử trọng lượng vật cần nâng G N Điều kiện nâng vật: N 2*Fms  G  2*N*f  G  2*N*f = K*G K: Hệ số an toàn N= K*G 2*f (IV.2) Từ (IV.1) (IV.2) ta có: W= K*G 2*f Chọn hệ số an tồn K = Hệ số ma sát f chi tiết phiến tỳ có khía nhám f = 0,25 trọng lượng vật nặng G = kg = 30 N LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất W= Phan Đăng Quang – CTM3 * 30  120 (N) * 0,25 V) Tính chọn lị xo xy lanh thuỷ lực: Ở ta sử dụng lò xo để làm áp lực kẹp để đảm bảo an toàn xylanh thuỷ lực bị hỏng hay cấu gắn với xylanh bị hỏng Vì ta phải tính chọn lò xo Để đảm bảo đủ lực kẹp cần thiết ta phải tính cho trường hợp cấu kẹp phi kim loại có bề dày 2 Vì bề dày 2 lớn lị xo bị nén  lực đẩy lớn  lực kẹp lớn mà Gct = const Xét vị trí cấu kẹp kẹp chi tiết có bề dày 2 Ta có: a  D0  l1 * cos 1 = l2*cos + H + min                   LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hoá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3  min = 45*cos1 – 25 Lực kẹp W = 200 N để đảm bảo chi tiết không bị biến dạng lực kẹp ta chọn bề dày cảu phi kim loại là: 2*min = (mm)  min = 1,5 (mm) Vậy góc 1 vị trí min 1 = 53055’ Đặt lực lên sơ đồ ta có: Viết phương trình cân momen O có: Plx1 D o *  P * [l sin  +l2*sin( - 1)] – Gct*lv + Gi*li = (V.1) 2 Coi ảnh hưởng chi tiết kết cấu lên cấu kẹp = 10% P1x Ta có qua trọng lượng Gi; lv nhỏ bỏ qua  P' lx1 D o *  P * [l sin  +l2*sin( - 1)] = 2 P’lx1 = 2184 N Plx1 = P’lx1 – 0,1*P’lx1 = 0,9*P’lx1 = 1965 N Xét vị trí tay kẹp mở max Khi lị xo bị nén thêm: l1 = 1 180 * Do = 94 mm = 94*10-3 m LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Giả thiết chọn lực nén lúc là: Plx2 = 1,3*Plx1 = 2555 N Plmax = 2555 N  Độ cứng lò xo: C= ΔPlx1 0,3 * 1965 = = 6,3 * 10 [N/m] -3 Δl1 9,4 * 10 VI) Tính kích thước lại chi tiết theo điều kiện bền: Tính OA OB: Trong phần ta tính cho trường hợp xấu để kết cấu đủ bền Trường hợp xấu kẹp phi kim loại có max 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3               a Xác định thông số trường hợp này: Ta có a + Do + l1*cos2 = l2*cos + H + max  max = 45*cos2 – 25 Độ mở lớn cấu kẹp ta chọn 40 mm  chiều dày max phi kim loại là: 2*max = 30  max = 15 Góc 2 vị trí max 2 = 27015’ l2 = 2 180 * Do = 4,76 mm = 94*10-3 m 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Plx3 = c*l2 = 300 N Plx3 = Plx2 – Plx3 = 2255 N Tính lực kẹp lúc bỏ qua trọng lượng chi tiết kẹp tạo momen với O nhỏ khoảng cách nhỏ trọng lượng nhỏ so với Plx3 Mo = P3**(l2sin + l1sin2) – Plx3* Do =0 Plx3*Dp P3 = 4*(l2sin +l1sin2) = 170 N b Tính AB: G    P3 b l  Gphiến tỳ nhỏ  bỏ qua Py = P3*sin + G*cos = 138 N Pz = P3*cos + G*sin = 100 N 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hoá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Ứng suất điểm nguy hiểm A max = σ u + σ nen = = 12 * Py * l * h b*h *2 * Py * l + Pz 2*b Py + Pz b*h  [] Chọn vật liệu thép C45 [] = 160 N/mm2 * Py * l + Pz * b3  160 Py*l2 M Qy Py Qx Px - (VI.1)  b 4,2 mm Kết luận để đảm bảo điều kiện bền kích thước cần nhỏ ta chọn kết cấu OA AB lớn chút đảm bảo điều kiện bền Ta chọn b =  h = 14 Ta chọn b = thiết kế tách thành hai, có dạng: b=1 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Tính tốn truyền động bánh răng: Trường hợp chịu tải lớn tay kẹp vị trí mở cực đại lực lị xo max Mơ men xoắn: T= Plx D o 2555 * 20 * = = 12775 Nmm 2 Tính truyền cần đảm bảo độ bền uốn trường hợp tốc độ chuyển động  Tính modul theo cơng thức: M  1,4* T * K FP * FF z * ψd * [σp ] (VI.2) Chọn vật liệu thép 40x cải thiện phần bánh làm việc: Có F = 1400 (theo bảng 6.1 trang 92 TKHDĐ khí tập 1) [F]  0,8*ch = 1120 N/mm2 z số bánh có đường kính Do chọn z lớn để chuyển động xác chọn z = 40 Do = m *z  m = 20 = 0,5 (mm) 40 Theo đồ thị 10_21 chi tiết máy tập Với hệ số dịch chỉnh  = z = 40  = 3,7 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Giả sử với d = 0,4 bố trí theo sơ đồ vật liệu có HB < 350  Theo đồ thị hình 10 – 14  KFP = 1,05 Phải xác định hệ số chiều rộng b = d  1,43* b Do T * K FP * YF = 0,6 z * m * [σF ] Chọn d = 0,6  b = d*Do = 12 mm Chia thành hai hai đầu có b’ = b/2 = mm VII Tính tốn động học cấu kẹp: Điều kiện làm việc vị trí hai má kẹp song song với theo phương đứng Vì địi hỏi lắp ghép chi tiết phải có độ xác cao Và tính tốn động học phải có mối liên hệ động học hợp lý Giả sử lắp ráp đảm bảo độ xác điều kiện động học để hai má kẹp song song vị trí OA quay góc  quanh tâm A Hay nói cách khác: Tốc độ góc OA quay quanh O w1 = w Tốc độ góc AB quay quanh A w2 = -w 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Thì AB chuyển động tịnh tiến theo đường cong đảm bảo hai má kẹp ln song song Vì tốn đặt tìm hệ dẫn động phù hợp để tạ mối liên hệ hai chuyển động quay Trong trường hợp ta chọn hệ dẫn động bánh hành tinh ưu điểm hệ dẫn động bánh răng: + Đảm bảo ăn khớp dịch chuyển khoảng cách tâm + Đảm bảo tỷ số truyền không thay đổi ăn khớp + Hiệu suất truyền cao 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hoá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3   Bánh d0 = 10 gắn cứng vào trục O Các bánh O1, O2, O3 có trục nằm OA bánh A chuyển động quay trơn trục A gắn cứng với AB bánh A quay AB quay theo Với sơ đồ đảm bảo w1 = wOA ngược chiều với w2 = wAB Bây phải tìm đường kính để đảm bảo w1= w2 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Phân tích cặp O – O1 cặp bánh hành tinh bánh O cố định bánh O1 lăn bánh d01  ' d02  O  " WOO1 = wOA = w1 = w Ta có Vo1 = w* d o + d1 O’ tâm vận tốc bánh O1 chuyển động hành tinh  Giả sử có O” điểm thuộc bánh O1 có vị trí hình vẽ VO” = 2*VO1 = 2*w* d o + d1 Ta cần tốc độ quay tương đối bánh O1 quanh tâm WRO1 = VO" VO1 = d O1 w* d o + d1 d + d1 =w* o d O1 d O1 Chọn = 10 mm dO1 = 15 mm wro1 = 10 + 15 *w= *w 15 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3                 Ta phân tích lựa chọn đường kính cịn lại theo hình bên VIII Tính độ bền dẫn động từ OA AB: Với bánh có dA = 7,5 mm nhỏ, yếu có mơ men xoắn trục lớn Xét trường hợp nguy hiểm trường hợp cấu kẹp kẹp chi tiết    có chiều dày 2max = 30 Khi P3 = 170 N  T = P3*l2*sim = 170*56,25*sin540 = 7736 Nmm Ở ta cần xét d đảm bảo điều kiện bền Chọn vật liệu thép 40X có ch = 1400 Mpa  [F] = 0,8*ch = 1120 Mpa 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hoá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Chọn tất bánh dẫn động có m = 0,5 mm ZA = d A 7,5 = = 15 (răng) m 0,5 Theo đồ thị 10 – 21 chi tiết máy tập với hệ số dịch chỉnh x = 0, z = 15  YF = 4,4 Giả sử bố trí theo sơ đồ vật liệu có HB > 350 Theo đồ thị hình 10 – 14 d  1,43* d = T * K FB * YF z * m * [F] KFP = 1,15 = 0,9 b  b = dA*d = 6,75 dA  Chọn b = mm Hệ dẫn động hai trục O’ O” có cặp chia đôi bề rộng b’ = b = 3,5 mm IX, Tính tốn hệ thống thuỷ lực: Hệ thống thuỷ lực có nhiệm vụ tạo lực mở cấu kẹp thay đổi tốc độ mở đóng tay kẹp cấu tay kẹp 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hoá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Ở ta phải thiết kế xy lanh để đảm bảo tạo đủ lực kẹp cần thiết để mở tay kẹp với vận tốc Vmax cho trước Đồng thời phải thiết kế cấu van tiết lưu, van điều khiển, van an tồn để điều khiển đóng mở tay kẹp với vận tốc tuỳ ý áp suất q [Pth] van an tồn mở để giảm áp Các van an toàn, van tiết lưu, van điều khiển không đặt trực tiếp tay kẹp mà ta đặt vị trí khác cho ro bot thực công việc cách linh hoạt 12345678- Xylanh Van tiết lưu đầu vào Van điều khiển Van tiết lưu đầu Bơm Đồng hồ đo áp Van an toàn Thùng đầu Sơ đồ ngun lý: Ngun lý Ở vị trí bình thường pitton ln điểm chết bên phải, tay kẹp ln đóng, tức trượt van điều khiển hình vẽ Khi có dịng điện chạy cuộn nam châm điện van điều khiển sinh lực từ kéo trượt 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 chuyển động sang trái mở thông dầu qua van tiết lưu vào xylanh đẩy pitton sang trái với tốc độ vm mà ta điều chỉnh nhờ van tiết lưu Khi pitton sang trái độ lớn lò xo tăng dần sinh lực cản chống lại chiều pitton sang trái Khi lực lò xo đủ lớn để cân với áp lực dầu lên pitton có pitton tới điểm chết trái (ứng với tay kẹp mở cực đại) pitton đứng lại Khi ngắt dịng điện qua nam châm điện trượt van điều khiển vị trí đầu lúc cửa áp suất vào đóng lại mở cửa để dầu từ xylanh qua van tiết lưu trở thùng dầu lực đẩy lò xo xylanh, lúc tay kẹp thực q trình đóng kẹp chi tiết với vận tốc đóng v d (có thể điều chỉnh nhờ điều chỉnh van tiết lưu 4) Đến giai đoạn má kẹp chạm vào bề mặt chi tiết lực kẹp dc tạo nhờ lực nén dư lò xo xylanh Trong trường hợp có cố P vượt giới hạn van an tồn mở dầu trở thùng dầu Tính xylanh Giả sử ta cần mở tay kẹp khoảng giây Theo phần trước ta có: 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Lực đẩy cần tạo PLxmax = 2555 N Chiều dài hành trình cơng tác: hct = * Do = 9,82 mm ta có vận tốc trung bình Vtb = h ct -3 = 9,82 mm/s = 9,8*10 m/s 1s Mà chuyển động pitton chuyển động chậm dần có F lx ngày tăng giả sử chuyển động  vận tốc ban đầu phải đạt : vo = 2*vtb = 19,6*10-3 m/s Chọn trước Dxh = 20 mm Lưu lượng dầu: Q = * D xl *vo = 6,16*10-6 m3/s = 6,16*10-3 l/s Ta bỏ qua ma sát pitton thành xylanh chúng nhỏ Ta có phương trình cân lực: D 2o PLxmax = P** áp suất P cần  P = * PLx max = 8,1*106 N/m2  81 Dar * D o 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hoá q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Tính chiều dày thành xylanh theo điều kiện bền Công thức tính: = 10 * p * D Xl  [] 2*s [] : ứng suất cho phép chọn ống thép có [] = 1,6*108 N/m3 s: chiều dày thành ống 10 * p * D Xl 81 * 10 * 20 * 10 s = 5,06*10-1 m  0,5 mm = * [σ] * 1,3 * 10 chiều dày thành cần nhỏ thép có sức bền cao Nhưng để đẽ dàng lắp ráp xylanh với tay gắp ta chọn hình dáng kết cấu sau để đẽ lắp ghép DXl Tính tốn loại van: thời gian có hạn chúng em chưa tính toán thiết bị Mà dừng sơ đồ nguyên lý hệ thống thuỷ lực X Tài liệu tham khảo: 24 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tự động hố q trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Tự động hoá trình sản xuất – NXB khoa học kỹ thuật Hệ thống thuỷ lực, khí nén ROBOTICS Chi tiết máy tập Sức bền vật liệu tập 1, Nguyên lý máy Sổ tay công nghệ chế tạo máytập / 25 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... trở thiết bị chứa dầu Ưu điểm tay kẹp: + Đơn giá kết cấu, chế tạo + Chi tiết kẹp lực lị xo nén có cố nguồn động lực tay kẹp kẹp chặt chi tiết II) Chọn má kẹp: Để kẹp chi tiết dạng phi kim loại có. .. Tại vị trí cấu kẹp phi kim loại mở cực đại Vị trí hình l1 vị trí ngang Để tay gắp xuống kẹp phi kim loại khoảng cách hai phi? ??n tỳ ta chọn A = 40 mm để tránh va chạm tay robot đưa vào kẹp Phương... L = 60 mm Trọng lượng phi? ??n tỳ Vphiến tỳ = 6,2*10-6 m3  = 7,8*103 kg/m3  Gphiến tỳ = Vphiến tỳ* = 0,0484 kg khoảng cách hai mép phi? ??n tỳ kẹp phi kim loại bề dày  phi kim loại l   III) Lập