Методические указания
К выполнению лабораторной работы № 7 на тему
« Силовой расчёт манипулятора»
Цель работы: Провести силовой расчёт и расчёт звеньев манипулятора заданной конструкции на прочность.
Теоретические сведения
Силовой расчет рассматривается как одна из задач динамики манипуляторов. При силовом расчете манипуляторов решается задачи по определению внешних силовых управляющих воздействий, обеспечивающих требуемый закон движения механизма, и по расчету реакций в кинематических парах. Первую часть часто называют задачей синтеза управления.
При силовом расчете обычно применяется метод кинетостатики, основанный на принципе Даламбера. По этому методу к внешним силам и моментам, приложенным к звеньям механизма, добавляются расчетные силы инерции, которые обеспечивают силовую уравновешенность системы и позволяют рассматривать подвижную систему в квазистатическом равновесии, то есть, как условно неподвижную. Силовой расчет выполняется при заданной полезной нагрузке, известных законах движения звеньев (из предварительного кинематического расчета), известных инерционных характеристиках звеньев: массах звеньев mi и их моментах инерции Isi.
По этим данным определяются главные вектора 
и главные моменты 
сил инерции для каждого из звеньев механизма. Для открытой кинематической цепи решение начинаем с выходного звена - схвата.
Отброшенные связи звена n со звеном (n- 1) и выходным валом привода звена n заменяем реакциями 
и 
составляем кинетостатические векторные уравнения равновесия сил и моментов для звена n (рис. 1):
(1)
(2)
где - вектор момента в кинематической паре (проекция этого вектора на ось z является движущим моментом привода в КП, то есть 
.
|
| Рисунок 1 – Схема манипулятора с заменой связей звена n со звеном (n- 1) на реакции и
|
Проецируя векторные уравнения на оси координат, получим систему шести алгебраических уравнений откуда определим шесть неизвестных:
(3)
Далее рассматривается равновесие звена n-1. При этом в месте его присоединения к звену n прикладываются реакции со стороны звена n, равные по величине и противоположные по направлению реакциям, определенным на предыдущем этапе расчета. Так, последовательно составляются уравнения силового равновесия для всех n -звеньев механизма. Из решения полученной системы 6n уравнений определяются реакции в кинематических парах, движущие силы и моменты.
Порядок выполнения работы
1. Выбрать схему манипулятора и таблицу с расчётными данными в соответствии с вашим вариантом.
2. Определить схему нагружения каждого звена манипулятора, начиная с последнего.
3. На основе схем нагружения составить для каждого звена манипулятора кинетостатические уравнения проекций поперечных сил на оси координат и изгибающих моментов относительно соответствующих осей.
4. Определить эквивалентную нагрузку в опасном сечении и момент сопротивления поперечного сечения.
5. Выбрать вид сечения звена манипулятора, исходя из условий его работы.
6. Определить приближенно массу каждого звена, величину распределенной нагрузки от веса звена, а затем пересчитать вес каждого звена с учётом распределённой нагрузки, эквивалентную нагрузку в опасном сечении и момент сопротивления поперечного сечения.
7. Провести расчёт на прочность звеньев манипулятора: определить действующие моменты сопротивления каждого звена и величину напряжения, сравнить полученные напряжения с эквивалентным и сделать вывод о запасе прочности.
8. Оформить отчёт в виде текстового документа в формате *.doc или *.docx.