МОПО РФ Тольяттинский политехнический институт Кафедра Автоматизации технологических процессов и производств машиностроения Пояснительная записка к курсовому проекту по предмету Прикладная механика Тема: Расчет и конструирование захватного устройства Группа Э-210 Студент Преподаватель Прищепов А.С. Тольятти 1998 Содержание Задание на курсовой проект................................................................................. 2Введение............................................................................................................... 31. Геометрический расчет ................................................................................... 41.1 Расчет основных геометрических параметров губки............................... 4 1.2 Определение погрешности центрирования............................................... 7 1.3 Расчет углов контакта губок с деталью a1 и a2....................................... 8 1.4 Определение максимального угла отклонения отк между положе- ниями губок при захвате детали................................................................ 91.5 Расчет реечной цилиндрической зубчатой передачи.............................. 101.5.1 Расчет геометрических параметров зубчатого секторного колеса................................................................................................ 101.5.1 Расчет геометрических параметров рейки...................................... 112. Кинематический расчет.................................................................................. 123. Силовой расчет............................................................................................... 143.1Нахождение сил, действующих в местах контакта детали и губок........ 143.1.1 Расчет нагрузки ............................................................................. 143.1.1 Деталь поддерживается губкой, cилы трения мало влияют на механизм удержания детали...................................................... 153.1.3 Деталь удерживается благодаря запирающему действию губок при ограниченном влиянии сил трения............................... 153.1.4 Деталь удерживается силами трения ........................................... 163.2 Определение крутящего момента на зубчатом секторе губки ............. 163.3 Определение усилия привода захватного устройства .......................... 174. Прочностной расчет....................................................................................... 184.1 Проверка отсутствия повреждения поверхности детали при захватывании .........................................................................................184.1 Прочностной расчет реечной передачи .............................................. 194.2 Расчет диаметра резьбы тяги................................................................ 19 4.3 Расчет диаметра оси.............................................................................. 204.4 Подбор и проверка долговечности подшипников............................... 22 4.5 Расчет пружины .................................................................................... 235. Точностной расчет ......................................................................................... 25 6. Выбор пневмоцилиндра ................................................................................ 29 Вывод................................... ............................................................................... 30 Список используемой литературы..................................................................... 31 Приложение........................................................................................................ 32 Задание на курсовой проект Спроектировать центрирующее захватное устройство клещевого типа с реечным передаточным механизмом для данной детали типа тело вращения - полумуфты маслонасоса. Введение В данном курсовом проекте будет разработано центрирующее захватное устройство клещевого типа с реечным передаточным механизмом для детали типа тело вращения - полумуфта маслонасоса (см. приложение). Диапазон изменения диаметров захватываемых деталей : Dmin= 80 мм Dmax= 140 мм Двигательное усилие создается под действием сжатого воздуха. 1.Геометрический расчет 1.1 Расчет основных геометрических параметров губки Конструктивные параметры, определяющие габариты захватного устройства: 1) Условная длина пальца АС=165 мм 2) Половина расстояния между осями поворота пальцев АЕ=65 мм 3) Диапазон захватываемых диаметров заготовок Dminполучим линейную скорость движения т. С в проекциях на оси координат : xC=-L xD sin(xD/d) / d ; yC= -L xD cos(xD/d) / d . Абсолютная скорость: Учитывая, что скорость перемещения тяги пневмоцилиндра не более 0.5м/с, получим максимальную линейную скорость движения губки (т.С): м/с Максимальная угловая скорость: = /L = 7.139 об/с Вычислим максимальное перемещение тяги 5, необходимое для раскрытия губок на угол отк= 31 : xD() = d /360 H= xD( отк ) = отк d /360 = 18.055 мм 3. Силовой расчет 3.1 Нахождение сил, действующих в местах контакта детали и губок 3.1.1 Расчет нагрузки Для произведения силового расчета необходимо определить массу захватываемой заготовки (рис 4). Объем заготовки : V = [ (902-542) 50 + ( 902- 172) 10 + ( 352-172) 21 ] /4 = 0.000280 м3 Материал детали: Ст20 ГОСТ 1050-74, плотность =7.8 103 кг/м3 Масса заготовки : m = V = 2.186 кг Расчетная нагрузка Q от веса детали G= mg = 21.418 н вычисляется по формуле : Q=G Kд Кз, где Kд - коэффициент динамичности, учитывающий влияние сил инерции при манипулировании, принимаем Kд=1.4; Кз - коэффициент запаса, обеспечивающий надежность удержания детали при захвате и манипулировании, принимаем Кз=1.5. Q=21.418 1.4 1.5 = 44.978 (н) 3.1.2 Деталь поддерживается губкой, cилы трения мало влияют на механизм удержания детали (рис. 5). Нормальные усилия: N1= Q sin(2)/sin(1+2) = 44.978 н 0.3583 /0.9945 = 16.205 н N2= Q sin(1)/sin(1+2) = 44.978 н 0.8910 /0.9945 = 40.297 н 3.1.3 Деталь удерживается благодаря запирающему действию губок при ограниченном влиянии сил трения (рис. 6) Нормальные усилия: N1=N2= Q / 2cos(90 - 1) = 44.978 н/ 2 0.8910 = 25.24 н Силы трения: FT1=FT2= N1=0.15 117.97 н= 3.786 н , где =0.15-коэффициент трения 3.1.4 Деталь удерживается силами трения (рис. 7) Нормальные усилия: N1=N4=Q sin(1)/ 2 (1+sin(2))=44.978 0.8910 / 2 0.15 1.3583 = 98.347 (н) N2=N3=Q sin(2)/ 2 (1+sin(1))=44.978 0.3583 / 2 0.15 1.8910 = 28.407 (н) 3.2 Определение крутящего момента на зубчатом секторе губки От действия нормальных сил N и сил трения F возникает удерживающий момент относительно оси вращения поворотной части губки (точка A на рис. 8 ). Из рассмотренных в пунктах 2.1.2 - 2.1.4 схем удержания детали самой напряженной является третья, поэтому дальнейший расчет будем производить для нормальных усилий найденных в пункте 2.1.4 . M = N1а1 [cos(1) - sin(1)] + N2a2 [cos(2) + sin(2)] , где ai - расстояние от точки подвеса А до i-той точки контакта губки с деталью М = 13.986 н м 3.3 Определение усилия привода захватного устройства P = 2M / m z1 , где m - модуль зацепления зубчатого сектора ; z1=24 - число зубьев секторного зубчатого колеса; - к.п.д. механизма P= 2 13.986 н м / 3 10-3 м 24 0.95 = 550 н 4. Прочностной расчет 4.1 Проверка отсутствия повреждения поверхности детали при захватывании В ряде случаев, особенно при удерживании детали, благодаря силам трениям усилия, действующие в местах контакта детали и губок, бывают значительными. Это может привести к повреждению поверхности деталей, что недопустимо при их чистовой обработке. Вычислим расчетные контактные напряжения : ; , где h - ширина губки; Епр- приведенный модуль упругости, определяемый по формуле : =2.049 н/см2 , где Езаг=2 105 МПа - модуль упругости материала заготовки; ЕГ =2.1 105 МПа - модуль упругости материала губки. ; . Допускаемые контактные напряжения при статическом характере напряжения : = 13.889 МПа , где Т = 25 МПа - предел текучести материала детали ; S = 1.8 - коэффициент безопасности. Расчетные контактные напряжения меньше допускаемых на 25%, следовательно повреждения поверхности детали при захвате не будет. 4.2 Прочностной расчет реечной передачи. Исходные данные: число зубьев колеса z1=24; профиль зуба немодифицированный; нагрузка М=13.986 н м ; материал рейки - Ст 35 , губки - Ст 45; допускаемое напряжение изгиба []И=100 МПа. Оценим изгибную прочность зубьев: И = D1> D1> 0.00287 м Выбираем диаметр резьбы тяги D1=16 мм 4.4 Расчет диаметра оси Расчитаем диаметр D2 оси из условия прочности на изгиб : , где Мизг- изгибающий момент в опасном сечении оси ; [и] - допустимое напряжение на изгиб. Длинна оси - 70 мм. Oсь с двух сторон крепится с помощью кронштейна и на нее по центру действует сила: Fx=N1sin1 - N2sin2 + PГ ; Fу= N1cos1 - N2cos2 , где N1, N2 - силы, действующие в местах контакта детали и губок ( вычислены в пункте 2.1.4 ); PГ = 33.32 н - вес губки. Fx = 98.347 н 0.8910 - 28.407 н 0.3583 + 33.32 н =110.769 н Fy = 98.347 н 0.4539 + 28.407 н 0.9336 =71.169 н F= =131.661 н Опорные реакции (рис. 9): RA= RB = F/2 =131.661 н / 2 = 65.83 н Строим эпюры усилий и изгибающих моментов (рис. 9). Разбиваем ось-балку на два участка, на которых ее поочередно рассекаем. Отбрасываем левую часть, а действие последней на правую заменяем изгибающим моментом в сечении : Mx1=R A x1 , при x1=0 Mx1=0, при x1=0.035 Mx1 =2.304 н м ; Mx2=R A x2 - F x2 , при x2=0.035 Mx2=-2.304 н м, при x2=0.07 Mx2 =0 . Очевидно, что опасное сечение - сечение, в котором действует сила F. В этом сечении Mизг= 1.938 н м. Материал оси - Ст35 Нормализация, допустимое напряжение на изгиб : [и]=88 МПа, если концентратор напряжения - насаженное на ось кольцо подшипника. По технологическим соображениям выбираем D2=15 мм. 4.5 Подбор и проверка долговечности подшипников Исходя из диаметра оси будем ориентироваться на подшипник 160502 ГОСТ 8882-75 - шариковый однорядный подшипник с уплотнением, легкой широкой серии с диаметром 15 мм. Динамическая грузоподъемность С=5213.6 н, статическая грузоподъемность С0=3028.2 н. Определим эквивалентную нагрузку. Для шариковых однорядных подшиников: PЭ=(XVRg+YAg)KKT при Ag/VRg > e PЭ=RgVKKT при Ag/VRg однорядных подшипников; KT - температурный коэффициент ; K - коэффициент нагрузки . Осевая нагрузка отсутствует, следовательно Ag/VRg=0 - 80 мм; - ход поршня не более 50 мм ; - габаритные размеры не превышают 400х400х600 мм. Двигательное усилие создается под действием сжатого воздуха. Список используемой литературы 1. Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя: В 3-х т.-6-е изд., перераб и доп.-М.: Машиностроение, 1982. 2. Горецкий Е.В. Проектирование широкодиапазонных центрирующих захватных устройств промышленных роботов с реечным передаточным механизмом (для деталей типа тел вращения) : Методические указания к курсовому и дипломному проектированию.- Тольятти, 1986.- 23 с. 3. Горшков Б.М., Лукин В.И. Расчет и конструирование центрирующих элементов захватных устройств клещевого типа : Методические указания к курсовому проекту по прикладной механике для студентов спец. 21.02.- Тольятти, 1995.-14 с. 4. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для машиностроит. Спец. Вузов.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1985. - 416 с.: ил. 5. Зубчатые передачи : Справочник / Е.Г.Гинзбург, Н.Ф.Голованов, Н.Б.Фирун, Н.Т.Халебский ; под общей редакцией Е.Г.Гинзбурга.-2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Машиностроение. Ленингр.отд-ние, 1980.-416 с.: ил. 6. Механика промышленных роботов : Учеб. пособие для втузов : В 3 кн./ Под ред. К.В.Фролова, Е.И.Воробьева. Кн.2: Расчет и проектирование механизмов / Е.И.Воробьев, О.Д.Егоров, С.А.Попов.-М:Высш. шк., 1988.-367 с.: ил. 7. Промышленные роботы в машиностроении : Альбом схем и чертежей : Учеб. Пособие для технических вузов / Ю.М.Соломенцев, К.П.Жуков, Ю.А.Павлов и др.; Под общей редакцией Ю.М.Соло-менцева.- М.: Машиностроение, 1986.-140 с.: ил. 8. Равва Ж.С. Расчет и конструирование приводов датчиков обратной связи систем управления : Учебное пособие.- Куйбышев : КуАИ, 1987.-70 с.