Tự động hoá quá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Đề bài: Thiết kế cơ cấu kẹp cho robot công nghiệp dùng để vận chuyển các tấm phi kim loại có khối lượng m ≤ 3kg, trọng lượng cơ cấu m CC ≤ 3 kg. I) Phân tích và lựa chọn sơ đồ nguyên lý của tay kẹp cần thiết kế: Hiện nay, tay kẹp dùng cho Robot rất đa dạng, phong phú về kết cấu cũng như nguồn động lực tạo ra chuyển động mở và kẹp như có loại dùng động cơ servo, động cơ bước, có loại dùng khí nén, dùng thuỷ lực. Hơn thế, nó cũng rất đa dạng về số khâu, số khớp cổ tay kẹp một khâu hoặc nhiều khâu. Ở đây yêu cầu đặt ra là thiết kế cơ cấu kẹp cho robot công nghiệp dùng để vận chuyển các tấm phi kim loại gồm hai khâu để có thể kẹp được tấm phi kim loại có trọng lượng m = 3 kg. Trong điều kiện hiện nay giá thành của động cơ servo cũng như động cơ bước khá cao và không phổ biến vì vậy ở đây chúng em chọn nguồn động lực là xylanh thuỷ lực.         Qua quá trình phân tích kết cấu cũng như động lực học tay máy chúng em quyết định lựa chọn kết cấu của tay gấp như sơ đồ sau: Giải thích kết cấu: Thanh răng được gắn với trục pitton khi thanh răng chuyển động tịnh tiến sẽ làm cho khấu 1 quay quanh trục O được cố định vào thân Robot. Nhờ hệ thống dẫn động hợp lý sẽ dẫn động đến khâu 2 để đảm bảo 2 má kẹp luôn song song với nhau ở bất kì vị trí nào trong khoảng công tác. 1 1: Xylanh 2: Pitton 3: trục pitton + thanh răng 4: Khâu 1 5: Khâu 2 6: Má kẹp 7: Lò xo 1 Tự động hoá quá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Nguyên lí hoạt động: Ở trạng thái bình thường khi chưa cấp dầu vào xi lanh 1 thì tay kẹp luôn đóng nhờ có lực đẩy của lò xo 7 luôn chịu nén. Khi bơm dầu vào trong xylanh thắng được lực đẩy của lò xo thì pittong đi xuống nhờ chuyển động tịnh tiến của pitton nên thanh răng đi xuống làm cho khoá 2 quay quanh O tạo ra độ mở cần thiết của tay kẹp. Khi dừng bơm dầu vào xylanh nhờ có lực đẩy của lò xo bị nén làm cho tay kẹp chuyển động ngược chiều lúc mở và thực hiện qua trình kẹp chi tiết. Dầu trong xylanh được ép ra ngoài trở về thiết bị chứa dầu. Ưu điểm của tay kẹp: + Đơn giá trong kết cấu, chế tạo. + Chi tiết được kẹp bằng lực lò xo nén khi có sự cố về nguồn động lực thì tay kẹp vẫn kẹp chặt chi tiết. II) Chọn má kẹp: Để kẹp chi tiết dạng tấm phi kim loại có trọng lượng m ≤ 3 kg. Nên ta chọn má kẹp là 2 phiến tì có khía nhám. Ta có: B = 14 mm d = 5,5 mm H = 8 mm L = 60 mm Trọng lượng phiến tỳ. V phiến tỳ = 6,2*10 -6 m 3 γ = 7,8*10 3 kg/m 3 ⇒ G phiến tỳ = V phiến tỳ *γ = 0,0484 kg khoảng cách giữa hai mép phiến tỳ khi kẹp tấm phi kim loại là bề dày δ của tấm phi kim loại. 2 2 Tự động hoá quá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 l α ϕ III) Lập các phương trình giàng buộc kết cấu và chọn một số kích thước để đảm bảo kích thước của tay gắp có kích thước và kết cấu hợp lý: 1- Tại vị trí cơ cấu kẹp tấm phi kim loại mở cực đại. Vị trí đó như ở hình 1 thanh l 1 ở vị trí ngang. Để tay gắp đi xuống kẹp tấm phi kim loại thì khoảng cách giữa hai tấm phiến tỳ ta chọn A = 40 mm để tránh va chạm khi tay robot đưa vào kẹp tấm. Phương trình theo phương ngang: αcos* 2 lH20 1 l 2 o Da ++=+ + αcos* 2 l 28 1 l 2 o Da =−+ + (III.1) Phương trình theo phương đứng αsin*lhhh 2 L 2atdct =+++ Chọn h at = h dư = δ (mm) αsin*l10hh 2 L 2dct =+++ (III.2) 2- Tại vị trí cơ cấu kẹp không làm việc 3 3 Tự động hoá quá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Phương trình theo phương ngang: sin*l 2 Da αcos*lH 1 o 2 + + =+ ϕ hoặc l 1 – l 1 *cosα = 20 (III.3) 3- Liên hệ giữa h ct với D o và ϕ: = ct h ϕ* 2 D O Thay vào (III.2) và thay L = 60 mm ta được: ⇒ ϕ* αsin*l40 2 D 2 o =+ (III.4) Từ (III.1), (III.3) và (III.4) ta có hệ phương trình: 20)cos1(* cos*28 2 1 21 =− =−+ + α α l ll Da o (III*) ϕ* α sin*40 2 2 l D o =+ Hệ (III*) có 6 ẩn mà 3 phương trình liên hệ: Ta chọn trước l 1 = 45 mm a = 12 mm D o = 20 mm Thay vào ta tính được các thông số sau: ϕ = 56 0 15’ α = 54 0 4’ chọn α = 54 0 IV) Lực kẹp cần thiết W: W = N (IV.1) Giả sử trọng lượng vật cần nâng G. Điều kiện nâng vật: 2*F ms ≥ G ⇒ 2*N*f ≥ G 4 N G W F ms N N 4 Tự động hoá quá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 ⇒ 2*N*f = K*G K: Hệ số an toàn ⇒ N = f*2 G*K (IV.2) Từ (IV.1) và (IV.2) ta có: W = f*2 G*K Chọn hệ số an toàn K = 2 Hệ số ma sát f của chi tiết và phiến tỳ có khía nhám f = 0,25 trọng lượng vật nặng G = 3 kg = 30 N ⇒ W = 120 0,25*2 30*2 = (N) V) Tính và chọn lò xo trong xy lanh thuỷ lực: Ở đây ta sử dụng lò xo để làm áp lực kẹp để đảm bảo an toàn khi xylanh thuỷ lực bị hỏng hay các cơ cấu gắn với xylanh bị hỏng. Vì vậy ta phải tính và chọn lò xo. Để đảm bảo đủ lực kẹp cần thiết ta phải tính cho trường hợp cơ cấu kẹp tấm phi kim loại có bề dày 2δ min. Vì khi bề dày 2δ lớn thì lò xo càng bị nén → lực đẩy càng lớn → lực kẹp càng lớn mà ở đây G ct = const. Xét vị trí cơ cấu kẹp khi kẹp chi tiết có bề dày 2δ min. Ta có: 5 5 Tự động hoá quá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 α   ϕ 1 ∆ϕ ϕ             δ cos*l 2 Da 1 0 + + ϕ 1 = l 2 *cosα + H + δ min ⇒ δ min = 45*cosϕ 1 – 25 Lực kẹp W = 200 N để đảm bảo chi tiết không bị biến dạng do lực kẹp do vậy ta chọn bề dày min cảu tấm phi kim loại là: 2*δ min = 3 (mm) ⇒ δ min = 1,5 (mm) Vậy góc ϕ 1 tại vị trí δ min là ϕ 1 = 53 0 55’ Đặt lực lên sơ đồ ta có: Viết phương trình cân bằng momen tại O có: sinl[*P 2 D * 2 P 2 o1lx − α +l 2 *sin(ϕ - ∆ϕ 1 )] – G ct *l v + ∑G i *l i = 0 (V.1) Coi ảnh hưởng của các chi tiết kết cấu lên cơ cấu kẹp = 10% P 1x Ta có qua các trọng lượng G i ; l v rất nhỏ bỏ qua. ⇒ sinl[*P 2 D * 2 'P 2 o1lx − α +l 2 *sin(ϕ - ∆ϕ 1 )] = 0 P’ lx1 = 2184 N P lx1 = P’ lx1 – 0,1*P’ lx1 = 0,9*P’ lx1 = 1965 N Xét tại vị trí tay kẹp mở max 6 6 Tự động hoá quá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Khi đó lò xo bị nén thêm: ∆l 1 = π∗ϕ 1 180 D o 2 * = 94 mm = 94*10 -3 m Giả thiết chọn lực nén lúc đó là: P lx2 = 1,3*P lx1 = 2555 N P lmax = 2555 N ⇒ Độ cứng của lò xo: C = 4 3 1 1lx 10*3,6= 10*4,9 1965*3,0 = lΔ PΔ - [N/m] VI) Tính các kích thước còn lại của các chi tiết theo điều kiện bền: 1. Tính thanh OA và OB: Trong phần này ta tính cho trường hợp xấu nhất để kết cấu đủ bền. Trường hợp xấu nhất là khi kẹp tấm phi kim loại có δ max 7 7 Tự động hoá quá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 α ϕ 2 ∆ϕ ϕ        δ   a. Xác định các thông số trong trường hợp này: Ta có + 2 D+a o l 1 *cosϕ 2 = l 2 *cosα + H + δ max ⇒ δ max = 45*cosϕ 2 – 25 Độ mở lớn nhất của cơ cấu kẹp ta chọn là 40 mm ⇒ chiều dày max của tấm phi kim loại là: 2*δ max = 30 ⇒ δ max = 15 Góc ϕ 2 tại vị trí δ max là ϕ 2 = 27 0 15’ ∆l 2 = π∗ϕ 2 180 D o 2 * 8 8 Tự động hoá quá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 = 4,76 mm = 94*10 -3 m ∆P lx3 = c*∆l 2 = 300 N P lx3 = P lx2 – P lx3 = 2255 N Tính lực kẹp lúc này bỏ qua trọng lượng chi tiết được kẹp vì nó tạo momen với O nhỏ do đó khoảng cách nhỏ và trọng lượng các thanh vì nó rất nhỏ so với P lx3 ∑M o = P 3* *(l 2 sinα + l 1 sinϕ 2 ) – P lx3 * 4 D o = 0 P 3 = = 170 N b. Tính thanh AB: G P 3 l b α    G phiến tỳ nhỏ ⇒ bỏ qua P y = P 3 *sinα + G*cosα = 138 N P z = P 3 *cosα + G*sinα = 100 N Ứng suất tại điểm nguy hiểm A σ max = ne nminu σσ + P y 9 P lx3 *D p 4*(l 2 sinα +l 1 sinϕ 2 ) 9 Tự động hoá quá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 M Q y Q x P y *l 2 P y P x - = h*b P + 2*h*b h*l*P*12 z 3 2y = 3 z2y b*2 P+l*P*3 ≤ [σ] Chọn vật liệu thép C45 [σ] = 160 N/mm 2 3 z2y b*2 P+l*P*3 ≤ 160 (VI.1) ⇒ b≥ 4,2 mm Kết luận để đảm bảo điều kiện bền thì kích thước cần rất nhỏ vì vậy ta chọn kết cấu của các thanh OA và AB lớn một chút sẽ đảm bảo điều kiện bền luôn. Ta chọn b = 8 ⇒ h = 14 Ta chọn b = 8 bởi khi thiết kế các thanh được tách thành hai, có dạng: b=1 2. Tính toán bộ truyền động bánh răng thanh răng: Trường hợp chịu tải lớn nhất là khi tay kẹp ở vị trí mở cực đại vì khi đó lực lò xo là max. Mô men xoắn: 10 10 [...]... có nhi m vụ tạo ra lực m cơ cấu kẹp và thay đổi tốc độ m hoặc đóng tay kẹp trong cơ cấu tay kẹp này Ở đây ta phải thiết kế xy lanh để đ m bảo tạo ra đủ lực kẹp cần thiết để m tay kẹp với m t vận tốc V max cho trước Đồng thời phải thiết kế các cơ cấu như van tiết lưu, van điều khiển, van an toàn để điều khiển đóng m tay kẹp với vận tốc tuỳ ý và khi áp suất quá [Pth] thì van an toàn sẽ m để gi m. .. do có m men xoắn trên trục lớn Xét trường hợp nguy hi m nhất là trường hợp cơ cấu kẹp kẹp chi tiết có chiều dày 2δmax = 30 Khi đó P3 = 170 N T = P3*l2*simα = 170*56,25*sin540 = 7 736 Nmm Ở đây ta chỉ cần xét ψd đ m bảo điều kiện bền Chọn vật liệu là thép 40X có σch = 1400 Mpa ⇒ [σF] = 0,8*σch = 1120 Mpa Chọn tất cả các bánh răng trong bộ dẫn động có m = 0,5 mm d A 7,5 = = 15 m 0,5 ZA = (răng) Theo đồ. .. 10 = 2 * [σ] 2 * 1 ,3 * 105 3 = 5,06*10-1 m ≈ 0,5 mm chiều dày thành cần rất nhỏ do thép có sức bền cao Nhưng để đẽ dàng lắp ráp xylanh với tay gắp ta chọn hình dáng kết cấu như sau để đẽ lắp ghép DXl 3 Tính toán các loại van: vì thời gian có hạn hơn nữa hiện tại chúng em chưa có thể tính toán các thiết bị này M ở đây chỉ dừng ở sơ đồ nguyên lý các hệ thống thuỷ lực X Tài liệu tham khảo: 1 Tự động hoá... phần trước ta có: Lực đẩy cần tạo PLxmax = 2555 N Chiều dài hành trình công tác: Do 2 hct = ϕ* = 9,82 mm như vậy ta có vận tốc trung bình h ct = 9,82 1s Vtb = mm/s = 9,8*10 -3 m/ s M chuyển động của pitton là chuyển động ch m dần đều do có F lx ngày càng tăng giả sử đó là chuyển động đều → vận tốc ban đầu phải đạt : vo = 2*vtb = 19,6*10 -3 m/ s Chọn trước Dxh = 20 mm Lưu lượng của dầu: 16 16 Tự động hoá quá... đầu có răng b’ = b/2 = 6 mm VII Tính toán động học cơ cấu kẹp: Điều kiện l m việc là ở m i vị trí thì hai m kẹp song song với nhau theo phương đứng Vì vậy đòi hỏi khi lắp ghép các chi tiết phải có độ chính xác cao Và khi tính toán động học phải có các m i liên hệ động học hợp lý 11 11 Tự động hoá quá trình sản xuất Phan Đăng Quang – CTM3 Giả sử khi lắp ráp đã đ m bảo độ chính xác thì điều kiện động học. .. D o chọn z lớn để chuyển động chính xác chọn z = 40 răng 20 = 0,5 40 Do = m *z ⇒ m = (mm) Theo đồ thị 10_21 chi tiết m y tập 1 Với hệ số dịch chỉnh α = 0 z = 40 ⇒ = 3, 7 Giả sử với ψd = 0,4 bố trí theo sơ đồ 6 vật liệu có HB < 35 0 → Theo đồ thị hình 10 – 14 ⇒ KFP = 1,05 Phải xác định hệ số chiều rộng ψb = ψd ≥ 1, 43* b Do T * K FP * YF = 0,6 z 2 * m 3 * [σF ] Chọn ψd = 0,6 ⇒ b = ψd*Do = 12 mm Chia thành... – 21 chi tiết m y tập 1 với hệ số dịch chỉnh x = 0, z = 15 ⇒ YF = 4,4 Giả sử bố trí theo sơ đồ 6 vật liệu có HB > 35 0 14 14 Tự động hoá quá trình sản xuất Theo đồ thị hình 10 – 14 T * K FB * YF 2 z * m 3 * [σF] ψd ≥ 1, 43* ψd = b dA Phan Đăng Quang – CTM3 KFP = 1,15 = 0,9 ⇒ b = dA*ψd = 6,75 ⇒ Chọn b = 7 mm Hệ dẫn động giữa hai trục O’ và O” có m t cặp chia đôi bề rộng b’ = b 2 = 3, 5 mm IX, Tính toán... kiện động học để hai m kẹp luôn song song ở m i vị trí là khi OA quay m t góc ϕ quanh t m A Hay nói cách khác: Tốc độ góc của OA quay quanh O là w1 = w thì Tốc độ góc của AB quay quanh A là w2 = -w Thì khi đó AB chuyển động tịnh tiến theo m t đường cong nào đó và đ m bảo hai m kẹp luôn song song Vì vậy bài toán đặt ra là t m một hệ dẫn động nào đó phù hợp để tạ ra m i liên hệ giữa hai chuyển động quay... Đăng Quang – CTM3 *vo = 6,16*10-6 m3 /s = 6,16*10 -3 l/s Ta có thể bỏ qua ma sát giữa pitton và thành xylanh bởi chúng rất nhỏ Ta có phương trình cân bằng lực: PLxmax = P*π* áp suất P cần ⇒ P = D2 o 4 4 * PLx ma x 2 πD o = 8,1*106 N /m2 ≈ 81 Dar Tính chiều dày thành xylanh theo điều kiện bền Công thức tính: σ= 105 * p * D Xl 2*s ≤ [σ] [σ] : ứng suất cho phép chọn ống thép có [σ] = 1,6*108 N /m3 s: chiều dày... Quang – CTM3 Plx 2 D o 2555 * 20 * = = 12775 2 2 4 T= Nmm Tính bộ truyền ở đây chỉ cần đ m bảo độ bền uốn vì ở trường hợp này tốc độ chuyển động ⇒ Tính modul theo công thức: 3 M ≥ 1,4* T * K FP * FF z 2 * ψd * [σp ] (VI.2) Chọn vật liệu là thép 40x tôi cải thiện phần bánh răng l m việc: Có σF = 1400 (theo bảng 6.1 trang 92 TKHDĐ cơ khí tập 1) [σF] ≤ 0,8*σch = 1120 N/mm2 z số răng của bánh răng có đường . – CTM3 Đề bài: Thiết kế cơ cấu kẹp cho robot công nghiệp dùng để vận chuyển các t m phi kim loại có khối lượng m ≤ 3kg, trọng lượng cơ cấu m CC ≤ 3 kg. I) Phân tích và lựa chọn sơ đồ nguyên. dùng để vận chuyển các t m phi kim loại g m hai khâu để có thể kẹp được t m phi kim loại có trọng lượng m = 3 kg. Trong điều kiện hiện nay giá thành của động cơ servo cũng như động cơ bước. là 2 phi n tì có khía nh m. Ta có: B = 14 mm d = 5,5 mm H = 8 mm L = 60 mm Trọng lượng phi n tỳ. V phi n tỳ = 6,2*10 -6 m 3 γ = 7,8*10 3 kg /m 3 ⇒ G phi n tỳ = V phi n tỳ *γ = 0,0484 kg khoảng