Dimensionamento Albero - soggetto a una coppia e carico di trazione

[Tomessiela]

Salve a tutti,

stò lavorando al progetto di un robot per pallettizare (più nello specifico mi devo occupare dell'end-effector) e in questo momento stò cercando di dimensionare l'albero che sorreggerà il peso del mio carico.

L'albero deve avere una lunghezza fissata di circa 30cm. E' allineato verticalmente alla struttura grazie a due cuscinetti. In alto è collegato ad un motore passo passo tramite un giunto elastico (comunque in maniera diretta). In basso è collegato alla struttura che sorregge le pinze per afferrare il carico quindi si può dire che l'albero deve sorreggere un carico complessivo (in esercizio) pari a circa 300Kg.

Deve poter compiere una rotazione di 180° in un secondo e per farlo deve vincere la resistenza d'attrito e le forze d'inerzia dovute al carico appeso.

Difficile dire con che frequenza debba lavorare, comunque minimo dovrebbe potere garantire una rotazione di 360° ogni 5-6 secondi.

La coppia massima che il motore mi può dare è 5 [N*m]. E l'inerzia del rotore è 0.0003911 [Kg * m^2].

Materiale e diametro dell'albero sono da definire.

L'approccio che avevo in mente consiste nel fare un'analisi statica della torsione per calcolare il diametro (magari con un coeff. di sicurezza molto alto) e poi procedere al controllo a fatica prendendo in cosiderazione le forze d'inerzia, ecc...

Sono ancora in alto mare....mi sapete consigliare una strada per procedere?

Grazie,

Thomas

[Babydriver]

Ciao Thomas, per darti una mano avremo bisogno di qualche altro dato: ad esempio se sei vincolato in qualche modo dai cuscinetti (posizione/dimensione)? Più che l'inerzia del motore, sarebbe importante conoscere l'inerzia di tutto il carico che deve sostenere l'albero;

Dacci qualche informazione in più, poi buttiamo giù qualche calcolo!

[Tomessiela]

Grazie mille!!!

Allora diciamo che su un albero di circa 30cm i cuscinetti (assiali entrambi dato che praticamente sono sollecitati solo dal peso del carico) sono posizionati come in figura:

Nel disegno ho cercato di rappresentare schematicamente come sono disposti i vari elementi (anche se in realtà è ancora tutto da definire quindi la posizione potrebbe essere variata in base alle esigenze).

L'albero è più largo in testa per creare una base d'appoggio sul cuscinetto a rulli (praticamente è qui dove viene sorretto tutto il peso). I sistemi per fissare i vari elementi alla struttura esterna (arancione) non li ho rappresentati ma comunque non interferiscono con l'albero. In fondo c'è un tratto filettato e ho anche segnalato la presenza di 4 intagli per altrettante chiavette di fissaggio albero-struttura (l'albero ruotando si deve tirare dietro tutto ciò che è agganciato sotto che per semplicità non ho rappresentato).

Per quanto riguarda l'inerzia c'è da dire che il carico "appeso" all'albero può essere soggetto a accelerazioni inerziali in diverse direzioni essendo mosso da un robot antropomorfo a 6 gradi di libertà....

Termino in giornata i calcoli delle accelerazioni inerziali e poi aggiungo qui i dati con anche un disegno esplicativo!

[Babydriver]

Sei sicuro della configurazione dei cuscinetti? Perchè non metterne due radiali e uno assiale?

[Tomessiela]

Avevo pensato a quelli assiali perchè reggono bene la sollecitazione di carico verticale e anche qualche leggero carico radiale; ne ho messi solo due perchè avevo paura che con tre ci sarebbero potuti essere problemi di centraggio...

Tu mi consigli anzi uno assiale in alto e due radiali sotto?

[Tomessiela]

Intanto aggiungo uno schema che possa far capire come funziona il robot e i suoi gradi di libertà:

[Babydriver]

Io avrei messo due cuscinetti radiali, che reggano solo lo sforzo radiale, mente quello assiale dovrebbe avere gioco radialmente, in modo da reggere effettivamente solo lo sforzo assiale;

Comunque aspetta che qualcuno più esperto ci possa consigliare, poi partiamo con i calcoli...!

[Tomessiela]

Eccomi! Calcoli completati!

Allora per prima cosa confermo che la soluzione con 2 cuscinetti radiali di centraggio e uno assiale che sorregge il carico verticale è sicuramente migliore rispetto alla precedente che noi avevamo ipotizzato quindi, al momento, prendiamola per buona.

Nell'immagine che segue ho inserito tutte le informazioni mancanti per iniziare a fare calcoli, se manca qualcosa fatemi spere!

Modificato: 19 marzo 2009 da Tomessiela

[Tomessiela]

C'è stato un problema durante il calcolo delle accelerazioni e la scelta del motore quindi comunico che i dati numerici riguardanti per l'appunto il motore e le accelerazioni non sono al momento attendibili!

Se qualcuno intanto mi potesse suggerire il giusto approccio al problema gliene sarei molto grato!!

Grazie a tutti,

Thomas

[fulvioromano]

mmhhh...

posso fare una domandina? Perché non usi un tool non motorizzato e sfrutti l'ultimo asse di un robot standard per la rotazione? Così non fai conti, non costruisci custom, compri da catalogo e non hai problemi...

O mi sto perdendo qualcosa?

[Tomessiela]

Ehehe è ovviamente una soluzione ottima ma purtroppo siamo vincolati alle specifiche dateci dal gruppo che ha progettato il robot! Noi ci occupiamo solo dell'end-effector...

Poi questo è un progetto d'esame quindi quello che conta è che la soluzioe sia funzionale

[Tomessiela]

Allora, stiamo rifacendo i calcoli delle accelerazioni!

Intanto non è che qualcuno mi suggerisce l'approccio al problema? Tipo: equazioni da impostare, considerazioni da fare, ecc...

Grazie,

THomas