2. Краткое описание кинематической схемы исполнительного механизма

Рисунок 1 - Кинематическая схема привода исполнительного механизма: 1 - исполнительный механизм (конструкция направляющих перемещения); 2 - исполнительный двигатель; 3 - муфта; 4 - редуктор; 5 - реечная пара

Движение на исполнительный механизм подается через механизм муфт, редуктор, необходимый для получения требуемой частоты вращения и реечную пару, преобразующую вращательное движение в поступательное

3. Расчет сил трения и силового заклинивания в направляющих поступательного движения исполнительного механизма

При расчете привода следует учитывать силы сопротивления движению исполнительного механизма. Величина сил трения зависит от величин нормальных реакций в опорах, определяемых весом подвижных частей, схемой приложения внешних сил и конструкцией направляющих.

Значение силы трения определяется по формуле

(1)

где Fi - сила трения в i - ой опоре, n - число опор, F? - сумма модулей нормальных реакций в опорах, µ - коэффициент трения скольжения или качения.

Рисунок 2 - Конструкция направляющих используемая в механизме радиального перемещения робота

Уравнение равновесия исполнительного органа можно записать в виде

(2)

,

где G - вес исполнительного органа с объектом манипулирования т.е. вес схвата плюс вес заготовки (детали);G=274.68;

q - распределенная нагрузка, создаваемая весом G1 направляющей;q=327;

RA и RB реакции в соответствующих опорах А и В.

Из уравнений равновесия можно определить реакции в опорах

(3)

H.

(4)

H.

Условие отсутствия заклинивания для приводов радиального перемещения имеет вид

(5)

где FT = (RA+RB)*µ; FT = (1064.39+1466.6)*0.18=460.87 H.

F>466.87 H.

Если принять tg?=G/FT ; tg?=0.6; ?=h/b ; ?=3.33; k=G1/G ; k=0.46, F=470, условие заклинивания запишется выражением

(6)

 .

При соответствующем конструктивном исполнении направляющей весом G1 последним можно пренебречь, если G1 << G, то к=0 и формула (6) принимает вид

(7)

Анализ формул (6) и (7) показывает, что наличие или отсутствие заклинивания зависит от:

- отношения весов подвижных частей исполнительного механизма;

- внешней нагрузки;

- конструктивных параметров b и h.

Рисунок 3 - Конструкция направляющих используемая в механизме радиального перемещения робота при приложении внешнего усилия к исполнительному органу

Если внешнее усилие F приложено к исполнительному органу на расстоянии а от оси направляющей и действует параллельно оси, как показано на рисунке 2, то решение уравнений равновесия относительно реакций позволяет записать

(8)

(9)

Н .

Н .

Для указанного вида нагружений и в соответствии с расчетной схемой рисунок 2 решение уравнений равновесия для этого случая можно записать относительно усилия F в виде

. (10)

Н .

Требуемая мощность приводного двигателя может быть определена соответственно

(12)

где К ЗАП - коэффициент запаса, учитывающий возможное увеличение требуемой мощности для динамических режимов движения; КЗАП =1.2;

VМАКС - максимальная линейная скорость перемещения звена манипулятора, м/с.

Вт.

Момент инерции нагрузки определяется с учетом преобразования вращательного движения шестерни в поступательное перемещение шестерни по формуле

(13)

Момент вращения JВР можно определить по формуле

(14)

где - плотность материала шестерни для стали =7800 кг/м3;

b1 - ширина шестерни b1=b2+0.6*b2;

b2 - ширина рейки b2=bd*2*RШ ;

bd - коэффициент ширины зубчатого венца; bd =1;

RШ - радиус шестерни RШ =0.05*h; RШ =0.015

b2=1*2*0.015=0.03 м,

b1=0.03+0.6*0.03=0.134 м,

кг*м2,

кг*м2.

Статический момент определяем по формуле

МСТ =F*RШ (15)

МСТ =470*0.015=7.05 Н*м.

Выбираем ДПТ по параметрам близким к расчетным

Таблица 1

Строим энергетические характеристики двигателей

Рисунок 4 - Энергетические характеристики ДПТ

Определяем по рисунку 4 максимальные моменты, вырабатываемые на валах двигателей при обеспечении ими требуемой мощности

МГРАФ1 =2.32 Н*м, МГРАФ2 =1.41 Н*м, МГРАФ3 =5.8 Н*м,

МГРАФ4 =3.87 Н*м, МГРАФ5 =7.74Н*м.

Требуемый момент определяем по формуле

МТР =1.4*МСТ (16)

МТР =1.4*7.05=9.87 Н*м.

Максимальное ускорение определяем по формуле

Н =WМАКС /RШ (17)

Н =2.5/0.015=166.67 рад/с.

Определяем отношение МТР /МГРАФ для каждого двигателя

МТР /МГРАФ1 =4.254,

МТР /МГРАФ2 =7, МТР /МГРАФ3 =1.702

МТР /МГРАФ4 =2.55, МТР /МГРАФ5 =1.275

Определяем коэффициенты редукции для каждого двигателя по формуле

(18)

iОП1 =7.945 iОП2 =18.001

iОП3 =3.15 iОП4 =1.8 iОП5 =0.735

Выбираем двигатель 4ДПУ-450 с коэффициентом редукции 2 т. к. он обеспечивает значения по моменту и по скорости

IОП3 =2, n6=1000, 3=104.72, 3р=3/iОП3 =52.36

Максимальную скорость определяем по формуле

=VМАКС /RШ (19)

=46.667 рад/с.

6р>.