Захватные устройства клещевого типа

Механические захватные устройства работают по принципу удержания объекта манипулирования с помощью сил трения и запирающего действия рабочих элементов. Эти устройства характеризуются функциональной универсальностью и конструктивным разнообразием (см. подраздел 3.1). Общая структура механических захватных устройств показана на рис. 4.6. При этом, как правило, предусматривают блокировку ЗУ с помощью муфт и различных запирающих устройств, а также — компенсаторы (см. подраздел 9.1), обеспечивающие податливость и компенсацию погрешностей взаимного положения ПП и ЗУ.

Структура механических захватных устройств

Рис. 4.6. Структура механических захватных устройств

В классе механических ЗУ наиболее распространены захватные устройства клещевого типа.

Последовательность проектирования клещевых механических ЗУ

включает пп. 1...11, сформулированные в подразделе 4.1.

Расчет механических захватных устройств включает определение сил и моментов, воздействующих на ЗУ, установление силовых и динамических характеристик привода ЗУ, проверку отсутствия повреждений поверхности детали при ее захватывании и расчет на прочность деталей ЗУ, а также значений геометрических параметров захватного устройства.

Определение сил и моментов, воздействующих на ЗУ при удерживании и манипулировании ПП (см. рис. 4.5), позволяет выбрать способ захватывания, определить кинематику ЗУ, установить прочностные и динамические характеристики конструкции.

Способ захватывания связан с выбором схем базирования ПП (рис. 4.7), его геометрических, инерционных и прочностных характеристик, с качеством обработки его поверхностей и т.д. Для захватывания не могут быть использованы участки поверхностей, по которым базируется объект при захватывании и отпускании. Нежелательно захватывание за грубообработанные участки поверхностей, на которых имеются заусенцы, задиры, облой, а также за поверхности, прошедшие чистовую обработку, без принятия дополнительных мер предосторожности.

Примеры схем базирования предметов производства в захватных устройствах

Рис. 4.7. Примеры схем базирования предметов производства в захватных устройствах:

а — цилиндр по трем точкам; б — цилиндр в призмах по образующим; в — цилиндр по торцам; г — цилиндр по трем образующим; д — квадрат в призмах; е — квадрат по двум плоскостям; ж — шар по двум конусам; з — шар по двум призмам

Усилие захватывания N (Н) определяют из предположения, что удерживание объекта манипулирования происходит за счет сил трения, создаваемых этим усилием. В первом приближении эта величина может быть определена:

где т — масса объекта манипулирования; g — ускорение свободного падения (9,81 м/с2); а — максимальное ускорение центра масс объекта манипулирования, м/с2; К — коэффициент, зависящий от положения объекта манипулирования по отношению к губкам ЗУ и направления действия силы тяжести и коэффициента р, выбирают по табл. 4.2 [15]; К2 = 1,3... 2,0 — коэффициент запаса, большие значения К2 принимают для ЗУ, в которых отсутствует самоторможение; р — коэффициент трения губки ЗУ с поверхностью ПП (см. табл. 4.2); (для незакаленных губок и губок без насечки, изготовленных из сталей марок 45, 50; выбирают р = 0,12... 0,15; для закаленных губок в виде гребенки с острой насечкой, изготовленных из сталей марок 65Г, 60С2, У8А, УЮАпри твердости HRC > 55 выбирают р = 0,3... 0,35).

Таблица 4.2

Значения коэффициента Kt в зависимости от схемы удерживания груза в захватном устройстве

Примечания: 1. Заштрихованные области на эскизах характеризуют форму поперечного сечения ПП.

2. т, g, р — соответственно масса ПП, ускорение свободного падения, коэффициент трения между поверхностями зажимных губок и ПП.

Силы, действующие в местах контакта поверхностей ЗУ и ПП, определяют по формулам табл. 4.3 [10].

Если ЗУ с ПП движется с переменной скоростью, то расчетное усилие Q, воздействующее на губки захвата, может быть записано в виде:

где т — масса детали; g — ускорение свободного падения; а — ускорение при перемещении схвата; 0 — угол между вектором ускорения и вертикальной осью.

Различают следующие (см. табл. 4.3) схемы удержания ПП в клещевом механическом ЗУ:

  • • центр тяжести объекта манипулирования находится между двумя парами губок ЗУ (см. табл. 4.3, позиция а схемы 1);
  • • центр тяжести объекта манипулирования смещен в сторону относительно одной или двух пар губок ЗУ (см. табл. 4.3, позиция б схемы 1); реакции губок направлены в разные стороны, т.е. имеют разные знаки;
  • • деталь поддерживается губкой ЗУ, силы трения мало влияют на механизм удерживания детали (см. табл. 4.3, схема 4);
  • • деталь удерживается благодаря запирающему действию губок при ограниченном влиянии сил трения (см. табл. 4.3, схемы 2 и 5);
  • • деталь удерживается силами трения (см. табл. 4.3, схемы 3 и 6).

На практике обычно встречается сложное нагружение ЗУ с комбинацией описанных случаев (см. табл. 4.3, схема 2), при этом в процессе манипулирования объектом характер нагрузки ЗУ и схемы удержания детали могут изменяться. Поэтому расчет должен вестись для критического случая нагрузки. При ротации наиболее тяжелым является положение ЗУ, когда удержание объекта происходит за счет сил трения, а силы прижатия в контакте между губками и деталью перпендикулярны направлению сил тяжести (см. табл. 4.3, схема 3).

Дополнительные силы и моменты, воздействующие на элементы конструкции ЗУ, определяют из условий эксплуатации (возможностей соударений с окружающими предметами, экстренного торможения и других экстремальных нагрузок). Эти силовые факторы учитывают при расчетах на прочность. Так, например, дополнительные динамические усилия возникают в момент захватывания рабочими элементами (губками ЗУ) объекта манипулирования. Они могут значительно превышать статические усилия и приводить к повреждению поверхности объекта, его деформированию и разрушению.

Таблица 4.3

Силы, действующие в местах контакта ПП и ЗУ

Окончание

Обозначения: Q — расчетная нагрузка; / — размер ЗУ; с — расстояние от точки приложения нагрузки до рассматриваемой губки ЗУ;

R„ — реакция на п-ю губку захвата; 0— угол между осью ПП и силой R„; Nj— сила на поверхности контакта ПП и губкой ЗУ; <р,— угол между проекцией силы R„ и силой /V,- ц — коэффициент трения между поверхностями зажимных губок и ПП.

На рисунке 4.8 изображен момент захватывания упругого объекта массой т упругими рабочими элементами, масса т каждого равна половине приведенной к рабочим элементам массы тпр механизма схва- та, т.е. т = 0,5тпр.

Схема к определению дополнительной динамической силы при захватывании объекта плоскими губками ЗУ

Рис. 4.8. Схема к определению дополнительной динамической силы при захватывании объекта плоскими губками ЗУ

Дополнительную динамическую силу Na в момент захватывания можно определить по формуле:

где С — эквивалентная жесткость объекта и рабочих элементов:

где Ci — жесткость накладок рабочего элемента; С2 — жесткость объекта; Д — совместная деформация объекта и рабочего элемента; v — скорость рабочего элемента в момент касания; 6 — ход рабочего элемента; 1 — время перемещения рабочего элемента.

Если захватываемый объект первоначально расположен на различных расстояниях от рабочих элементов, то захватыванию предшествуют удары рабочих элементов по отдельности. Динамические усилия при этом оказываются меньшими, чем в предыдущем случае.

Расчет привода ЗУ сводится к определению сил, моментов, динамических и некоторых конструктивных характеристик и позволяет выбрать тип привода.

Усилие привода ЗУ определяют из условия равенства элементарных работ, совершаемых приводом и губками ЗУ:

или

откуда

где /'з = Sm/S„ = 2Vm/vp — передаточное отношение захватною устройства, которое определяют, исходя из кинематического анализа ЗУ, по соотношениям пути, проходимого пальцами ЗУ к пути конечного звена привода (Syn/SXp), или по соотношению скоростей движения пальцев и конечного звена привода (2vN/vP).

Расчет требуемого усилия привода сводится к нахождению удерживающего момента Mj и силы Р на штоке пневмо- или гидроцилиндра по известным силам прижатия на губках N, или удерживающему моменту Mj.

Расчет сил и моментов привода для ЗУ с симметричными губками ведется по формулам табл. 4.4, где рассмотрены примеры применения клиновых, рычажных, винтовых и реечных передаточных механизмов. Соотношение между Р и М зависит от типа передаточного механизма ЗУ.

В общем случае (для ЗУ с несимметричными губками) для расчетных схем, представленных в табл. 4.4, удерживающий момент Mj (Н м) для j-й губки, определяемый из условия удержания детали:

где N/— сила контакта между губкой и деталью, Н, определенная по формулам табл. 4.3 (остальные обозначения — см. в табл. 4.4 [10]).

Тип привода ЗУ выбирают, исходя из требований производства, наличия энергоносителя, элементной базы.

Диаметр поршня привода ЗУ определяют из соотношения (мм):

где d — диаметр поршня; P — усилие привода ЗУ, Н; р — давление энергоносителя: для пневмопривода 0,4 МПа, для гидропривода 3... 12,5 МПа; г|„, пзу — к.п.д. привода и механизма ЗУ: г|п = 0,85...0,95; Пзу = 0,9...0,95; г|р =ПпОзуВремя срабатывания пневмоцилиндра можно приближенно определить по формуле

где D и L — диаметр и ход поршня; d — внутренний диаметр воздухопровода; v — скорость течения воздуха в трубопроводе, v = 15...25 м/с.

Ход поршня L находят из условия: L = б / /'. Скорость поршня: vn = v /, где v — скорость перемещения рабочих элементов губок ЗУ; б — ход рабочего элемента.

Требуемый расход воздуха пневмоцилиндра

где vn — скорость перемещения поршня; S — эффективная площадь поршня.

Диаметр пневмоцилиндра уточняют в соответствии с нормализованным рядом (ГОСТ 12 447—80). Ход штока определяют исходя из кинематической схемы с запасом 10...20 мм для компенсации возможных отклонений от расчетных параметров. Типоразмер и исполнение пневмоцилиндра и гидропневмоцилиндра можно выбрать согласно рекомендациям [10, 12, 30].

Применение электродвигателя в захватном устройстве не требует подвода сжатого воздуха, исключает уплотнения и использование электропневмопреобразователей, упрощает наладку и обслуживание. Однако пневмопривод имеет лучшие массогабаритные характеристики, простую конструкцию, высокое быстродействие. Передача от электродвигателя требует достаточно высокой редукции, а также принятия специальных мер для сохранения усилия захватывания при отключенном электродвигателе. Существуют различные конструктивные приемы, позволяющие исключить возможность выпадания захваченного объекта из захватного устройства или уменьшить вероятность этого. Наиболее простой и широко распространенный из них — использование усилия пружины для зажатия губками объекта, а усилия привода — для их разжатия. При этом пружина чаше всего помещается в одну из полостей гидро- или пневмоцилиндра. Захватные устройства, у которых зажимное движение губок обеспечивается пружиной, являются нормально зажатыми, их удерживающая способность не зависит от наличия давления питания и его величины. Этот способ повышения надежности удерживания объектов имеет ряд недостатков: непостоянство усилия зажатия на всем диапазоне рабочего хода губок; сложность обеспечения точного значения требуемого захватного усилия даже для одного положения губок (ввиду разброса фактических усилий пружины) и регулирования этого усилия; установка

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >