Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
1
TEMA DE PROIECT
Să se proiecteze mecanismul de realizare a mişcării de rotaţie
după axa Oz din cadrul subansamblului cinematic principal ce
constituie parte componentă a structurii mecanice a unui robot
industrial.
DATE DE PROIECTARE
- durata de funcţionare: t=18000 ore;
- Puterea la ieşire: 2P =1,5 kW;
- Turaţia la ieşire: 2n =12 rot/min.
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
2
CAPITOLUL 1
SCHEMA CINEMATICĂ A ROBOTULUI ÎN STRUCTURA R.T.T.
1.1. CONSIDERAŢII GENERALE ASUPRA ROBOŢILOR INDUSTRIALI
Robotul este un produs mecatronic, combinând tehnologia mecanică cu cea
electronică, iar robotizarea industriei este etapa care a urmat firesc mecanizării şi
automatizării.
Robotul este o componentă evoluată de automatizare, care combină
electronica de tip calculator, cu sisteme avansate de acţionare mecanică, pentru
arealiza un echipament independent, de mare flexibilitate.
Robotul industrial este un manipulator automat cu mişcări programabile,
multifuncţional, având câteva grade de mobilitate (libertate) şi capabil să
efectuieze operaţii de manipulare a materialelor, pieselor instrumentelor sau
dispozitivelor tehnologice speciale, prin programarea variabilăa mişcărilor, pentru
realizarea unei varietăţi de funcţii.
Clasificarea roboţilor industriali, în funcţie de complexitatea funcţiunilor pe
care le pot realiza:
- manipulatoare simple, cu secveţe de lucru limitate la operaţii succesive
necomplexe având 2-3 grade de libertate; posibilităţile şi flexibilitatea sistemului
de comandă (limitatoare de cursă, dispozitive cu came, automate programabile şi
altele similare) sunt limitate;
- manipulatoare programabile sau roboţi industriali în sensul adevărat al
cuvântului, ce dispun de 5-6 grade de libertate, comandate de sisteme de comandă
ce dispun de capacitatea de amemora intern programe de efectuare a unor mişcări,
atât simple cât şi compuse, de regulă “însuşite” în timpul efectuării acestora pentru
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
3
prima dată de către un muncitor (roboţi repetitivi), prin formula explicită a
acestora sub formă de comenzi codificate.
- 4 şi 4’ sunt arbori pentru sistemul de orientare
- 2 şi 2’ sunt coloane încastrate în platoul 8 şi sistemul de rotire 1 trecând prin
corpul central 3.
Translaţia pe verticală este realizată printr-o transmisie cu curele dinţate şi
şurub – piuliţă . Piuliţa 9 lăgăruită în corpul central 3 este antrenată de cureaua 10
de la roata de curea 11 cu motoreductorul M1R1.
Pentru deplasarea pe orizontală a platoului 5 se foloseşte un sistem similar
celui utilizat pentru deplasarea pe verticală. Şurubul nerotitor 13 realizează o
rigidizare suplimentară. Arborii 4 şi 4’ sunt acţionaţi de motoreductoarele M3 R3 şi
M4R4 printr-un sistem de roţi conice. Arborii 4 şi 4’ acţionează sistemul de
orientare cu două grade de libertate (1 , 2).
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
4
CAPITOLUL 2
ALEGEREA SISTEMULUI DE ACŢIONARE OPTIM A MODULUI DE
PIVOTARE
2.1. SUBANSAMBLURI PENTRU REALIZAREA ROTAŢIEI PRINCIPALE ÎN
JURUL AXEI VERTICALE OZ.
La roboţii industriali cu structurile R.R.R., R.R.T.,R.T.T., prima mişcare
este orotaţie faţă de batiu. Modul de antrenare, electrică, pneumatică sau
hidraulică,precum şi tipul motorului conduc la realizări specifice.
Antenarea electrică a modului de pivotare (de rotire) se face în patru
variante.
Una din variante este cea care utilizează reductoare armonice care
realizează mişcarea de rotaţieîn jurul axei Oz, conform schemei din figură:
1
2
3
4
5
6
7
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
5
Semnificaţia elementelor modului de rotire este următoarea:
7-arbore de intrare;
6-rulment ce asigură lăgăruirea în consolă;
4-deformator sub formă eliptică (rulment deformabil cu două, trei role
excentrice);
5-coroană dinţată danturată interior;
3-pahar elastic danturat exteriorîn dreptul lui 4, confecţionat din oţel
special;
2-rulment pentru lăgăruirea arborelui de ieşire;
1-arbore de ieşire.
Caracteristicile reductoarelor armonice:
1-au module mici: 0.3; 0.4; 0.5;…0.1.
2-diferenţa între numărul de dinţi ai coroanei dinţate şi ai paharului elastic
este 2 sau 3;
3-au rapoarte de transmitere de ordinul sutelor;
4-se utilizează în robotică în două variante: cu motorul necoaxial cu
reductorul şi cu motorul coaxial cu reductorul.
Utilizând un reductor armonic cu motorul necoaxial cu reductorul şi
transmisie cu curea dinţată, se obţine o construcţie mai puţin înaltă.
Shema modului de rotire cu reductor armonic este prezentată în desenul din
această lucrare.
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
6
CAPITOLUL 3
PROIECTAREA SISTEMELOR DE ACŢIONARE
3.1. ALEGEREA MOTORULUI ELECTRIC
3.1.1. Determinarea puterii necesare la arborele motor
Puterea necesară la arborele motor este:
g
PP
2
1 unde:- 2P =puterea la ieşire;
- g =randamentul global al transmisiei.
3.1.2. Determinarea randamentului transmisiei
ulag 2 unde:
a -randamentul angrenării cu valori între: 0,8…0,9;
l -randamentul lagărelor cu valori între: 0,92…0,99;
u - randamentul ungerii cu valoarea:0,98.
Se adoptă următoarele valori pentru randamente:
a =0,8;
l =0,95;
u =0,98.
707,098,095,08,0 2 g .
Se determină puterea necesară la arborele motor:
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
7
121,2707,0
5,121
g
PP
kW.
3.1.3. Determinarea turaţiei necesare la arborele motor
Din STAS se alege:
1n =1500 rot/min; cu condiţia ca :i=80…250. unde:
i=raportul de transmisie.
2
1
n
ni . i=125.
3.1.4. Alegerea motorului electric
Din tabel se alege motorul electric, conform 11 ,nP cu condiţia ca: 1PPales ;
alesP >2,121kW.
Tipul motorului electric asincron trifazat cu rotor în scurtcircuit: ASI 180L-
48-4 cu următoarele caracteristici:
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
8
Puterea: 1P =2,2 kW;
Turaţia: 1n =1460 rot/min;
Raportul de transmisie i=121.
Pentru motorul ales se extrag din tabele dimensiunile de gabarit:
A=279mm; AA=70mm; AB=349mm; AD=282mm; B=279mm; BB=350mm;
C=121mm; E=110mm; H=180mm; HC=354mm; HD=403mm; K=14mm;
L=642mm.
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
9
CAPITOLUL 4
ALEGEREA ŞI CALCULUL TRANSMISIEI PRIN CURELE DINŢATE
SINCRONE
Curelele dinţate sincrone sunt elemente flexibile care transmit mişcarea fără
alunecare.
Se compun dintr-o reţea de cabluri metalice, sau din fibră de sticlă, reţea
înglobată într-o masă de cauciuc, sau material plastic.
Suprafeţele interioare şi exterioare, fiind protejate de ţesături sinteticerezistente la
uzură.
Roţile se execută din oţel, aliaje din aluminiu sau fontă fiind prevăzute cu
flanşe laterale pentru ghidarea curelei.
4.1. PUTEREA TRANSMISĂ PRIN CUREAUA DINŢATĂ
ce PkP 0 ; unde:
0P =puterea nominală la curea;
cP =puterea la arborele conducător.
isre kkkk ; unde:
rk =coeficient de regim;
sk =0,2;-coeficient ce ţine cont de condiţiile de funcţionare;
ik =0;-coeficient pentru transmisia de multiplicare.
t
ef
c
PP
; unde:
efP =puterea efectivă, (puterea calculată);
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
10
t =0,94…0,95;-randamentul transmisiei.
cP =2,232kW;
0P =3,348Kw.
4.2. ALEGEREA MĂRIMII CURELEI ŞI A PASULUI DANTURII
În funcţie de puterea 0P =3,348kW şi turaţia motorului 1n =1460 rot/min din
diagramă se adoptă tipul curelei.
În funcţie de tipul curelei din tabel se alege pasul danturii.
Am adoptat curea tip H cu pasul p=12,7mm.
4.3. ALEGEREA DIAMETRELOR ROŢILOR ŞI A NUMĂRULUI DE DINŢI
Se adoptă următoarele valori pentru numărul de dinţi:
1z =16 dinţi;
2z =32 dinţi;
1pD =64,66mm;
2pD =124,36mm;
1eD =63,35mm;
2eD =128,07mm.
4.4. ALEGEREA LĂŢIMII CURELEI
Lăţimea curelei se alege din tabele în funcţie de pasul curelei:
Pentru pasul curelei p=12,7mm, se adoptă lăţimea, l=19,05mm.
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
11
4.5. CALCULUL DISTANŢEI DINTRE AXE
mmmmDD
App
160100...502
21
Calculul lungimii primitive a curelei:
mmL
A
DDDDAL
pp
pp
151,6311604
66,6436,12436,12966,6457,11602
457,12
2
2
12
21
Din STAS se adoptă:
L=685,8mm;
Z=54dinţi.
Cu aceste valori se recalculează distanţa A dintre axe:
AA
4
66,6436,12936,12966,6457,128,685
2
A=187,808mm;
Se adoptă A=190mm.
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
12
CAPITOLUL 5
CALCULUL ANGRENAJULUI ARMONIC
5.1. STABILIREA NUMĂRULUI DE DINŢI
Nkzz
zz
zz
zi
21
21
21
1
;
;
unde:1
;2
N
k pentru deformator cu două braţe
.240;2
;24222
;2
212
111
21
zzz
zizz
i
zz
5.2. CALCULUL MODULULUI DANTURII
];[41
32
1
mmpk
Mk
zm
abz
unde:
k =coeficient ce ţine seama de repartizarea neuniformă a sarcinii pe linia
dintelui;
2k pentru deformator cu două braţe;
zk =coeficient ce ţine seama de numărul de dinţi aflaţi simultan în
angrenare;
25,0zk
b =coeficient ce ţine seama de lăţimea danturii;
15,0...11,0b
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
13
ap =presiunea admisibilă la contact a materialului;
ap =(80…120) Mpa
34MoCr11 HB=2800…3200.
5.2.1. Calculul momentului de torsiune transmis de elementul flexibil
gn
ipM
1
1
4
2
10955 [Nmm] unde:
2M =momentul de torsiune transmis de elementul flexibil.
mmm
mmNM
6137,010012,025,0
123105624
242
1
][12310561460
707,01212,210955
3
4
2
In funcţie de modulul calculat adopt din STAS 822-81 următoarea valoare a
modulului: m=0,6mm.
5.3.CALCULUL GEOMETRIEI ANGRENAJULUI ARMONIC
5.3.1. Calculul unghiului profilului
03036,2888,2
k
arctg
5.3.2. Deformarea specifică a elementului elastic
72,0dk
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
14
5.3.3. Grosimea specifică a peretelui elementului flexibil
2,2 .
5.3.4. Grosimea elementului flexibil
mm
mSTAS
32,12,26,0
5.3.5. Deplasarea specifică a profilului elementului flexibil
22
0
2
0
022,020
030
zx
x
5.3.6. Modulul convenţional pe circumferinţa neutră a elementului flexibil
STAS
a
c mz
xchzm
2
2
**
2 2)(2
unde:
1* ah coeficient ce ţine seama de înălţimea dintelui;
25,0* c coeficient ce ţine seama de jocul la fundul dintelui.
mmmc 588,06,0240
2,225,012240
5.3.7. Deplasarea specifică a profilului elementului rigid
mmx
m
mkxx c
d
294,06,0
588,072,010
1
1
21
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
15
5.3.8. Diametrele cercurilor de divizare
mmd
mzd
mmd
mzd
1446,0240
5,1426,0242
2
22
1
11
5.3.9. Diametrele cercurilor de vârf
mmd
mdd
mmd
mxhdd
a
a
a
aa
36,1446,06,0144
6,0
62,142294,0122,145
2
22
1
1
*
11
5.3.10. Înălţimea dintelui
.35,16,025,011
;25,0
;1
;1
;
*
*
*
***
mmh
c
h
h
mchhh
f
a
fa
5.3.11. Diametrele cercurilor de picior
.66,14135,1236,144
;2
;32,14535,1262,142
;2
2
22
1
11
mmd
hdd
mmd
hdd
f
af
f
af
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
16
5.3.12. Lăţimea danturii
aw pmzd
Mb
22
212 unde:
2dw diametrul de rostogolire;
;144
;2
2
222
mmdw
xzmdw
.124,71006,0240144
123105612mmb
5.3.13. Stabilirea elementelor geometrice ale elementului flexibil
;824,916324,0
;732,1278797,0
;604,28197,0
;459,50376,0
1
1
17
1
mmdm
mmdB
mmdd
mmdk
.346,30209,0
;66,141
;178,275,0
;904,202,0
1
2
13
11
mmdj
mmdc
mmSS
mmdS
f
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
17
c
D'
D0
D"'
D"
db
5.3.14. Calcululdimensiunilor generatorului
;8,10075,0
;9,95,1
;6,62
;29,43,1
;3,35,2
2
34
13
12
1
mmdd
mm
mm
mm
mm
b
.22,104
;62,972
;77,1305,2
;02,1392
3
'''''
31
'''
1
'
0
2
'
mmDD
mmdDD
mmDD
mmdD
b
f
556,26
77,130
025,08,10arcsin
1415926,3
03,0...02,0arcsin
0
D
dz
b
se adoptă z=27 bile
5.3.15. Calculul dornului de prelucrare
;29289,070711,04
2
;455,982
;784,9658,072,0262,972
2
''
1
''
1
b
cd
cd
RA
mmmkDB
mmmkDA
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
18
D"'
+0,3
6d
4
B1
D"'
B2
A2
A1
unde:
.95,103
;29289,070711,04
1415,371,20355,32
;29289,070711,04
2
;00,100
;29289,0707,04
1415,371,20355,32
718,20355,32
02,139
2
;355,325,01
2
2
2
2
2
0'
mmB
B
RB
mmA
A
R
D
mmk
R
b
b
d
b
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
19
CAPITOLUL 6
VERIFICAREA ANGRENAJULUI ARMONIC
6.1. VERIFICAREA ELEMENTULUI FLEXIBIL LA SOLICITĂRI VARIABILE
;1
2,1
1
22
c
mvkc
cc
ccc
unde:
.101,2
;3,3
;5,1
;
11366,02
;
11366,02
];[520
);6,1...8,0(9,0
;56,0...83,0
:300...20:
;3...1
;45,1...6,1
5
'
"
22
"'
22
"'
1
2
MPaE
k
k
zzm
E
k
zzm
E
MPa
mRa
dpentru
k
c
m
c
v
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
20
;9,0
;3,1
;63,0...89,0
:300...20:
;2
;
5,0
2
2
2
max
max
1
kk
mmdpentru
zm
Mt
kc
c
.05,0
;1151
MPa
"' -coeficienţi ce ţin seama de acţiunea eforturilor de încovoiere şi de
concentratori în porţiunea dinţată a elementului flexibil în vârfurile axei mari
(mici).
.2,1536,1960,22540,1
960,22540,1
;789,2932,124058824,0
12310562
;960,22
05,07,09,0
5,13,1789,295,0
1150
;540,1
800
074,67
520
817,105
6,09,0
5,1
1
;817,105533,44
484,1963
2
5,13,3
;074,67
172,0
2401366,02405883,0
101,232,1
2
5,13,3
22
2max
5
a
v
m
cc
c
c
MPa
MPa
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
21
6.2. VERIFICAREA LA STABILITATE A ELEMENTULUI FLEXIBIL
23
2
22
2
2
**
2
2
2)1(4,16,28,2
)1(
;5,0)](2[5,0
;2
;5,1
B
B
E
xchazmr
r
Mt
c
cr
cr
unde:
B-lungimea elementului flexibil;
r-raza medie a elementului flexibil;
γ=0,3.
.5,1483,9937,29
93,283
;93,28332,12
731,1273,014,16,28,2
3,01731,127
32,1101,2
;9372,2932,14136,702
1231056
;4136,7032,15,0294,025,122406,05,0
;3,0
23
2
22
25
2
c
r
cr
cr
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
22
6.3. CALCULUL RANDAMENTULUI ANGRENAJULUI ARMONIC
;1,0...05,0
;30
;2
:
;
2cos
11,11
1
1
0
2
1
12
k
unde
Mt
idFkk k
1 -coeficient de frecare între dinţi;
kF -forţa de frecare ce apare în angrenaj;
;
48,43
1
3
21
d
bEhddFk
unde:
h-înălţimea dinţilor; b-lăţimea dinţilor;
2 - coeficient de frecare între generator şi elementul flexibil;
2 =0,0015…0,003;
87,0 .
.8709,0
003,012310562
1212,145464,6205,0
75,0
211,11
1
.464,62,145
124,735,1101,21442,14548,43
35
NFk
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
23
CAPITOLUL 7
DIMENSIONAREA ARBORELUI REDUCTOR ŞI STABILIREA
DIMENSIUNILOR CONSTRUCTIVE ALE CARCASEI
Alegerea materialului pentru arbore se face în funcţie de felul solicitării şi
mărimea acestuia.
Pentru solicitări uşoare şi medii se recomandă oţelul de uz general OL50
sau OL60(stas 500/2-80).
Pentru calculul arborelui sunt necesare următoarele caracteristici mecanice:
r -rzistenţa la rupere la tracţiune;
1 -rezistenţa la oboseală la solicitarea alternant simetrică de încovoiere;
c -limitade curgere;
0 - rezistenţa la oboseală la solicitarea pulsatorie de torsiune.
Aleg pentru arborele reductor materialul OL60 cu următoarele caracteristici
mecanice:
r =600 [Mpa]; 0 =190 [Mpa];
1 =280 [Mpa]; )0(a =96[Mpa];
c =300 [Mpa]; 1 =160[Mpa];
0 =190 [Mpa]; t0 =300[Mpa].
7.1. PREDIMENSIONAREA ARBORELUI
Predimensionarea arborelui se face din condiţia de rezistenţă la torsiune
neglijând încovoierea.
Diametrul minim al arborelui se calculează astfel:
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
24
][10955
;16
1
1
4
1
)0(
10
Nmmn
PM
Md
a
pred
unde:
1M -momentul de torsiune pe arbore;
)0(a -rezistenţa admisibilă la oboseală a materialului arborelui pentru cicluri
pulsatorii caracteristice solicitării de torsiune.
.1395,996
41,1439016
];[41,143901460
2,210955
30
4
1
mmd
NmmM
pred
;)6...4(
;60
;)12...10(
01
0
0
mmdd
mmd
mmDd
.132
;75,95,1
;5,61,0
;8)10...5(
;17)20...15(
;120)2...5,1(
;)3...5,2(
;22
;68)4...2(
13
12
11
4
3
0
1
'
432
1
12
mmSS
mmSS
mmdS
mmmml
mmmml
mmdl
dl
Bll
ll
mmmmdd
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
25
7.2. ALEGEREA ŞI VERIFICAREA PENELOR
Penele se vor executa din OL50 iar dimensiunile penei şi ale canalului de
pană se vor executa conform STAS 1005/71.
d-t
1t1
t2d+
t2
b
d
l
Dimensiunile penelor şi ale canalelor de pană sunt date în tabelul de mai
jos.
Diametrul
arborelui
d
Dimensiunile
nominale ale
penelor
Dimensiunile canalului
b h Lăţimea
b
Adâncimea Raza de
racordare
arbore
t1
butuc
t2
max. min.
48 14 9 14 5,5 3,8 0,40 0,25
60 18 11 18 7,0 4,4 0,60 0,4
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
26
Se calculează lungimea penelor ţinând cont de:
- limitarea presiunii de contact;
- condiţia de rezistenţă la tensiunea de forfecare.
Limitarea presiunii de contact:
mml
mml
ph
Fl
II
I
a
975,07511
759,4022
.492,1759
449,5032
2
1
1
1
unde:
h-înălţimea penei;3.
ap -presiunea admisibilă de contact pentru sarcini pulsatorii;
ap =75N/mm2
.759,4024
15,0160
41,143902
449,5034
15,0148
41,143902
41
2
NF
NF
d
MtF
II
I
j
Condiţia de rezistenţă la tensiunea de forfecare
;331,027025,018
759,402
;533,027025,014
449,503
2
2
2
mml
mml
b
Fl
II
I
af
unde:
b-lăţimea penei;
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
27
af -tensiunea admisibilă la forfecare;
caf )3,0....2,0( .
c -limita de curgere a materialului penei;
Cu lungimea penei calculată, pana se va standardiza conform STAS1005/71
impunând condiţia:
.; 21 lll
Se aleg din STAS următoarele lungimi pentru pene:
lI=36mm; l2=50mm.
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
28
CAPITOLUL 8
DETERMINAREA DIMENSIUNILOR ASAMBLĂRII PRIN CANELURI A
DEFORMATORULUI CU ARBORELE REDUCTORULUI ARMONIC
8.1. DETERMINAREA ELEMENTELOR GEOMETRICE
Asamblările prin caneluri –comparativ cuasamblările prin pene au
următoarele avantaje:
-capacitate de încărcare mare (la aceleaşi dimensiuni de gabarit);
-rezistenţă la oboseală mare;
-centrare şi ghidare precisă a pieselor asamblate.
Asamblările prin caneluri potfi fixe sau mobile,caracterul fix sau mobil,
reflectăndu-se asupra formei şi dimensiunilor profiluluişi asupra modului de
centrare.
În construcţia de maşini se utilizează caneluri dreptunghiulare, în evolventă
şi triunghiulare.
b
dD
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
29
cx45°f
d1 d
cx45°r
.083,9962,0
41,14390
2,033
3 mmMt
dat
Din STAS 1770/68 se alege butucul canelat cu următoarele caracteristici:
Dim.nom.
zxdxD
Nr.
caneluri
d D b d1min. f.min c r.max.
nom. abateri lim.
8x62x68 8 62 68 12 59,8 7,31 0,5 0,3 0,5
8.2. SUPRAFAŢA PORTANTĂ NECESARĂ
2'
3
2
'
535,5805,32
41,14390
;5,324
6268
4
./80
mmS
mmdD
r
mmN
r
MtS
m
as
asm
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
30
8.3. SUPRAFAŢA PORTANTĂ REALĂ RAPORTATĂ LA UNITATEA DE
LUNGIME
.6,12845,022
626875,0
;1,245,02322
;32
6268
2
;45,015,0
;22
75,0
'
3
1
3
3'
mms
mmgdD
h
dDh
gmmhr
zgdD
s
8.4. LUNGIMEA NECESARĂ A BUTUCULUI
.439,06,12
535,5'
'
mms
SL
8.5. MOMENTUL DE TORSIUNE CAPABIL
.16380805,324575,1' NmmrLsMt asmcap
8.6. EFORTUL UNITAR DE ÎNCOVOIERE
.110469,1684128
41,1439048
.110
;.5...3
;8
2
2
MPaMPa
MPa
DLbz
Mt
i
ai
kT
ai
kT
i
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
31
CAPITOLUL 9
ALEGEREA RULMENŢILOR
Pentru a adopta un anumit tip de rulmentse va ţine seama de:
- mărimea şi sensul solicitării;
- turaţie;
- temperatura de lucru;
- condiţii de montaj şi exploatare.
Între capacitatea dinamică sau cifra de incărcare a rulmentului (C), sarcina
dinamică echivalentă (P) şi durabilitatea nominală L10 există relaţia:
;
;2618000 3
11
10
ar
p
FYFXVP
LP
C
unde:
- p=3 pentru rulment cu bile;
- V=coeficient ce ţine seama de inelul care se roteste; V=1- se roteşte inelul
din interior;
- X,Y=coeficienţi ce depind de raportul dintre Fa şi Fr, şi de tipul
rulmentului;
Fa=0; X=1 şi =0; X=1 şi Y=0.
;tgFFXVP tr
unde: ;300
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
32
.681,25
658
2
885,141,14390
82 22
1
N
d
pMtFt
unde:
.885,16,0 STASmp
8
-unghiul de deformaţie al elementului flexibil şi depinde de numărul de
braţe al deformatorului.
.827,1430681,25 NtgtgFFXVP tr
B
d D
Din STAS 3041/1-68, în funcţie de diametrul arborelui d1se aleg rulmenţii
seria 6013 cu următoarele caracteristici
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
33
Dimensiuni mm Capacitate de încărcare Simbol
d D B r dinamică
C
statică
C0
execuţie
normală
65 100 18 2 2400 2000 6013
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
34
CAPITOLUL 10
VERIFICAREA LA ÎNCĂLZIRE A REDUCTORULUI
Temperatura uleiului din baie, în cazul carcaselor închise când nu are loc
recircularea uleiului, se calculează din ecuaţia echilibrului termic:
.80955,37
87,0624,018
87,01150018
;801
0
02
0
Ct
CtS
Ptt a
tc
t
unde:
t0-temperatura mediului ambiant (t0=180C);
P2-puterea la arborele de ieşire din reductor, în [W];
t -randamentul total al reductorului;
Sc-suprafaţa de calcul a reductorului; Sc=1,2S=1,2.0,52=0,624m2.
S-suprafaTa carcasei calculată mai sus. Această suprafaţă se majorează cu
20%, pentru a se ţine seama de nervurile de rigidizare şi de flanşe, obţinându-se
astfel Sc.
-coeficient de transmitere a căldurii între carcasă şi aer; =10W/m2.0C.
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
35
10.1. CALCULUL CAPACITĂŢII DINAMICE
;cos
cos
cos2
cos
cos1
3
2
1,23
07,4
3
1
39,141,0
3,0
3
10
11,03
17,5
1
2
1
2
ZdD
dD
dD
Rr
r
d
R
Rr
Rr
r
r
dD
dD
J
J
J
JAC
bm
bm
bm
i
i
b
i
e
e
i
bm
bm
unde:
A-constanta de material: A=25,1.106 N.mm;
J1=0,5625; J2=0,5875;
γ-unghiul de contact dintre bilă şi calea de rulare: γ=0;
db-diametrul bilei care se calculează cu relaţia:
db=0,3(D-d)=0,3(100-65)=10,5mm, Adopt db=10mm.
ri,re-razele de curburăinterioară şi ezterioară:
rI=re=0,52db=5,2mm;
R-raza de curbură a generatorului corp de rostogolire: R=db/2=5mm;
.5,822
65100
2mm
dDDm
STASC
C
';0cos681,28105,82
0cos105,82
0cos105,82
52,5
2,5
10
52
52,5
52,5
2,5
2,5
0cos105,82
0cos105,82
5625,0
5875,01
5625,0
5875,0101,25
3
2
1,23
07,4
3
1
39,141,0
3,0
3
10
11,03
17,5
6
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
36
Bibliografie
1. Miloiu, Gh. ş.a. Transmisii mecanice moderne. Bucureşti, Editura Tehnică,
1980.
2. Rădulescu, C. D. ş.a. Organe de maşini. Vol. III Transmisii mecanice.
Universitatea din Braşov, 1975.
3. Miloiu, Gh. Bugajevski, E. Transmisii planetare şi diferenţiale. În: Malualul
inginerului mecanic. .
4. Rădulescu, Gh. Miloiu, Gh. ş.a. Îndrumar de proiectare în construcţia de maşini.
Ed. Tehnică, Bucureşti, 1986.
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
37
CUPRINS
CAPITOLUL 1 ............................................................................................................................................. 2
SCHEMA CINEMATICĂ A ROBOTULUI ÎN STRUCTURA R.T.T. ...................................................... 2
1.1. CONSIDERAŢII GENERALE ASUPRA ROBOŢILOR INDUSTRIALI ........................................... 2
CAPITOLUL 2 ............................................................................................................................................. 4
ALEGEREA SISTEMULUI DE ACŢIONARE OPTIM A MODULUI DE PIVOTARE .......................... 4
2.1. SUBANSAMBLURI PENTRU REALIZAREA ROTAŢIEI PRINCIPALE ÎN JURUL AXEI
VERTICALE OZ. .................................................................................................................................... 4
CAPITOLUL 3 ............................................................................................................................................. 6
PROIECTAREA SISTEMELOR DE ACŢIONARE ................................................................................. 6
3.1. ALEGEREA MOTORULUI ELECTRIC .......................................................................................... 6 3.1.1. Determinarea puterii necesare la arborele motor........................................................................................ 6
3.1.2. Determinarea randamentului transmisiei ................................................................................................... 6
3.1.3. Determinarea turaţiei necesare la arborele motor ....................................................................................... 7
3.1.4. Alegerea motorului electric ........................................................................................................................ 7
CAPITOLUL 4 ............................................................................................................................................. 9
ALEGEREA ŞI CALCULUL TRANSMISIEI PRIN CURELE DINŢATE SINCRONE .......................... 9
4.1. PUTEREA TRANSMISĂ PRIN CUREAUA DINŢATĂ .................................................................... 9
4.2. ALEGEREA MĂRIMII CURELEI ŞI A PASULUI DANTURII .......................................................10
4.3. ALEGEREA DIAMETRELOR ROŢILOR ŞI A NUMĂRULUI DE DINŢI ......................................10
4.4. ALEGEREA LĂŢIMII CURELEI ....................................................................................................10
4.5. CALCULUL DISTANŢEI DINTRE AXE ........................................................................................11
CAPITOLUL 5 ............................................................................................................................................12
CALCULUL ANGRENAJULUI ARMONIC ...........................................................................................12
5.1. STABILIREA NUMĂRULUI DE DINŢI .........................................................................................12
5.2. CALCULUL MODULULUI DANTURII ........................................................................................12 5.2.1. Calculul momentului de torsiune transmis de elementul flexibil ............................................................. 13
5.3.CALCULUL GEOMETRIEI ANGRENAJULUI ARMONIC ............................................................13 5.3.1. Calculul unghiului profilului .................................................................................................................... 13
5.3.2. Deformarea specifică a elementului elastic .............................................................................................. 13
5.3.3. Grosimea specifică a peretelui elementului flexibil ................................................................................. 14
5.3.4. Grosimea elementului flexibil .................................................................................................................. 14
5.3.5. Deplasarea specifică a profilului elementului flexibil .............................................................................. 14
5.3.6. Modulul convenţional pe circumferinţa neutră a elementului flexibil ..................................................... 14
5.3.7. Deplasarea specifică a profilului elementului rigid .................................................................................. 14
5.3.8. Diametrele cercurilor de divizare ............................................................................................................. 15
5.3.9. Diametrele cercurilor de vârf ................................................................................................................... 15
5.3.10. Înălţimea dintelui ................................................................................................................................... 15
5.3.11. Diametrele cercurilor de picior .............................................................................................................. 15
5.3.12. Lăţimea danturii ..................................................................................................................................... 16
5.3.13. Stabilirea elementelor geometrice ale elementului flexibil .................................................................... 16
5.3.14. Calcululdimensiunilor generatorului ...................................................................................................... 17
5.3.15. Calculul dornului de prelucrare .............................................................................................................. 17
CAPITOLUL 6 ............................................................................................................................................19
VERIFICAREA ANGRENAJULUI ARMONIC ......................................................................................19
6.1. VERIFICAREA ELEMENTULUI FLEXIBIL LA SOLICITĂRI VARIABILE ..................................19
6.2. VERIFICAREA LA STABILITATE A ELEMENTULUI FLEXIBIL ................................................21
6.3. CALCULUL RANDAMENTULUI ANGRENAJULUI ARMONIC ..................................................22
Proiect-Construcţii mecanice în mecatronică
38
CAPITOLUL 7 ............................................................................................................................................23
DIMENSIONAREA ARBORELUI REDUCTOR ŞI STABILIREA DIMENSIUNILOR
CONSTRUCTIVE ALE CARCASEI ........................................................................................................23
7.1. PREDIMENSIONAREA ARBORELUI ...........................................................................................23
7.2. ALEGEREA ŞI VERIFICAREA PENELOR ....................................................................................25
CAPITOLUL 8 ............................................................................................................................................28
DETERMINAREA DIMENSIUNILOR ASAMBLĂRII PRIN CANELURI A
DEFORMATORULUI CU ARBORELE REDUCTORULUI ARMONIC ........................................28
8.1. DETERMINAREA ELEMENTELOR GEOMETRICE ....................................................................28
8.2. SUPRAFAŢA PORTANTĂ NECESARĂ .........................................................................................29
8.3. SUPRAFAŢA PORTANTĂ REALĂ RAPORTATĂ LA UNITATEA DE LUNGIME ........................30
8.4. LUNGIMEA NECESARĂ A BUTUCULUI .....................................................................................30
8.5. MOMENTUL DE TORSIUNE CAPABIL .......................................................................................30
8.6. EFORTUL UNITAR DE ÎNCOVOIERE .........................................................................................30
CAPITOLUL 9 ............................................................................................................................................31
ALEGEREA RULMENŢILOR .............................................................................................................31
CAPITOLUL 10 ..........................................................................................................................................34
VERIFICAREA LA ÎNCĂLZIRE A REDUCTORULUI ....................................................................34
10.1. CALCULUL CAPACITĂŢII DINAMICE......................................................................................35
BIBLIOGRAFIE .........................................................................................................................................36