Sistemas Mecatrônicos 1

Transcrição

1 Sistemas Mecatrônicos 1 Módulo 5 Elementos mecânicos de sistemas mecatrônicos Prof. Leonardo Marquez Pedro

2 Os elementos mecânicos são utilizados na construção da cadeia cinemática dos diferentes tipos de robôs e em sistemas mecatrônicos em geral Nos diferentes tipos de sistemas utilizam-se dois tipos fundamentais de juntas: Juntas rotacionais (1GDL) Junta de translação

3 As juntas são acionados, na grande maioria, por motores elétricos cujas características principais são: Elevada rotação Baixo torque Estas características são válidas para motores DC e AC Os elementos mecânicos utilizados são aqueles tradicionais Eixo-árvore Engrenagens Polias Correias Acoplamento eixo cubo Chavetas Anéis elásticos Parafusos Rolamentos

4 Requisitos de sistemas mecatrônicos Velocidade Precisão de posicionamento Peso reduzido Repetibilidade Tempo de vida elevado Fácil manutenção e troca Resistência Os requisitos não são totalmente atendidos pelos elementos de máquinas convencionais Folga Peso Capacidade de carga

5 Novos elementos especiais foram desenvolvidos para atender aos novos requisitos de equipamentos Redução União eixo-cubo Acoplamento elástico Ringfeders Rolamentos Slip-rings Rolamentos lineares Guias lineares Fusos de esferas Roller Screws Sistemas modulares

6 Esboço de uma junta de rotação de 1GDL Rotação elevada Torque baixo Precisão de posicionamento (encoder) Rotação baixa Torque alto Precisão de posicionamento Peso reduzido Esforços em várias direções

7 Redução de velocidade Redutor de velocidade de eixos paralelos Baixa relação de transmissão Peso elevado (componentes) Folgas Problemas de inércia Baixa eficiência Eixos entrada e saída não são concêntricos Utilizado em sistemas mecatrônicos quando a redução necessária e a capacidade de carga são pequenas

8 Redutor planetário Redução de velocidade Eng. Sol Braço Boa relação de redução Multi-estágios Problemas de inércia menores Peso médio Capacidade de carga média Folga Eng. Planeta Eng. Externa

9 Folga em engrenagens: vão-largura do dente

10 Redutor harmônico Redução de velocidade

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13 Vantagens do redutor Harmônico Número de dentes engrenados Relação de transmissão elevada em um único estágio Folga baixa (material flexível) Capacidade elevada de carga Peso reduzido Ótimo rendimento Problemas de inércia são menores Desvantagens Custo elevado

14 Características comuns às reduções Capacidade de exercer grandes torques no eixo de giro Forças e torques em outras direções não são bem tolerados É necessário utilizar elementos de apoio Rolamentos Redutores planetários Características específicas Fator de engrenamento baixo Ausência ou elementos de rolagem pequenos Cargas axiais e radiais permitidas são baixas Redutores harmônicos Fator de engrenamento elevado Elementos de rolagem maiores Cargas axiais e radiais permitidas são maiores

15 Rolamentos especiais Rolamento de rolos cruzados Capacidade de carga em várias direções em espaço e peso reduzido Utilização de apenas um rolamento por eixo

16 Acoplamento eixo-cubo Acoplamento eixo-cubo convencionais Chaveta Interferência Solda/cola Possuem problemas de montagem, manutenção e folga

17 Ringfeder

18 Transmissão de dados Junta de apoio simples (unilateral) Junta de apoio duplo (bilateral ou garfo)

19 Transmissão de dados e potência Transmissão pra as juntas mais distantes Potência dos motores Sinais de sensores Sinais de redes de comunicação Para juntas de apoio duplo Curso reduzido (<360º) Eixos vazados Esteira porta cabos Cabos flexíveis. Capa de silicone Conexões folheadas a ouro Espirais de cobre em centro de poliester

20 Para juntas de apoio simples Possibilidade de rotação contínua Slip-ring Trilhas externas de cobre sinal de potência Trilhas de mercúrio sinal de dados

21 Esboço de uma junta de translação Rotação elevada Torque baixo Precisão de posicionamento (encoder) Aplica força em uma direção Resiste a esforços nas demais Precisão de posicionamento Peso reduzido

22 Acoplamento direto x indireto Direto Acoplamento elástico eixos concêntricos Indireto Acoplamento por correias eixos paralelos Ambos compensam desalinhamentos Acoplamento por correis permite redução extra

23 Acoplamento elástico com Ringfeder

24 Guia cilíndrica Rolamento linear Permite Roll Utilização de duas ou mais evitam Roll Problemas de alinhamento

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26 Guia linear cilíndrica Buchas de material mais tenazes que eixo Desgaste Problemas de alinhamento Utilização de 2 ou mais guias para eliminar Pitch e Yaw Capacidade de carga média Problemas de travamento

27 Rolamento linear Patim de esferas recirculantes em guia prismática Apenas uma guia é necessária Baixo atrito Baixo desgaste Elevada capacidade de carga Não há travamento

28 Fuso de esferas recirculantes

29 Fuso de esferas recirculantes Rendimento elevado (>85%) Sem folgas Precisão de posicionamento Cargas médias Devem trabalhar em conjunto com as guias lineares

30 Para cargas elevadas Roller Screw

31 Problemas de montagem Motores vêm de fábrica com redutores montados Redutores planetários Características específicas Fator de engrenamento baixo Ausência ou elementos de rolagem pequenos Cargas axiais e radiais permitidas são baixas Redutores harmônicos Fator de engrenamento elevado Elementos de rolagem maiores Cargas axiais e radiais permitidas são maiores

32 PDFs Maxon Redutores Planetários

33 Redutores Planetários Limitação da força radial e axial

34 Modelo CPU-17A-100 Redutores Harmônicos

35 Capacidade de transmissão de torque

36 Capacidade de carga Radial e Axial

37 Redutor Planetário Sugestões de montagem Junta de translação Direta Pode-se utilizar apenas acoplamento elástico Indireta É aconselhável utilizar acoplamento elástico e rolamento extra Junta de Rotação Direta Indireta É aconselhável utilizar acoplamento elástico e rolamento extra Redutor Harmônico Junta de translação Direta Indireta Pode-se utilizar apenas acoplamento elástico Junta de Rotação Direta Indireta Pode-se utilizar acoplamento direto (sem acoplamento elástico) Para cargas leves e médias

38 Sistemas modulares (Schunk) Novas tendências Sistemas integrados Eletrônica integrada Comandos integrados Comunicação via rede de comunicação industrial CAN, Profibus, etc. Desvantagens: custo $$$$

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43 Bibliografia BÁSICAS: Bolton, Capítulo 8 Cetinkunt, Capítulo 3