Hammasvaihteistojen suunnittelu robottikäteen
Lam, Tony (2016)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201605178275
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201605178275
Tiivistelmä
Insinöörityössä suunniteltiin hammasvaihteistot robottikäteen, joka on tarkoitettu ohjelmoinnin opetusvälineeksi. Suunnitteluvaiheen alussa robottikäden hammasvaihteistolle asetettiin seuraavat vaatimukset: kompakti koko, keveys ja kustannustehokkuus. Insinöörityön toimeksiantajana oli Electria, joka on Metropolia Ammattikorkeakoulun tutkimus- ja kehitysyksikkö.
Insinöörityö alkoi määrittämällä robottikäden fyysiset ominaisuudet, joiden perusteella aloitettiin hammasvaihteistojen suunnittelutyö. Fyysisten ominaisuuksien määrittelyn jälkeen hammasvaihteistolle mitoitettiin moottori ja vaihteistolle määriteltiin alustava välityssuhde.
Moottoreiden mitoituksen jälkeen hammasvaihteiston sisällä oleville hammaspyörille määriteltiin hammasluvut ja -moduulit. Seuraavaksi hammaspyörille tehtiin lujuuslaskenta, jolla varmistettiin hammaspyörien kestävän sille kohdistuvia rasituksia. Myös hammasvaihteistojen akseleille tehtiin lujuuslaskenta. Hammaspyörien lujuuslaskennoissa käytettiin Lewisin kaavaa. Hammasmoduuleja ja -lukuja sekä välityssuhdetta iteroitiin, kunnes lujuuslaskennasta saatiin halutut tulokset. Lopputuloksena kehitettiin viisi erilaista hammasvaihteistoa robottikädelle.
Laskentaosuuden jälkeen hammaspyörät mallinnettiin CAD-mallinnusohjelmalla. Hammasvaihteen komponentit asetettiin haluttuun järjestykseen CAD-avaruuteen, jossa mallinnettiin hammasvaihteen kotelo. Valmis kotelo tulostettiin 3D-tulostimella.
Lopuksi hammasvaihteistot testattiin laboratorio-olosuhteissa kuormattomana ja kuormallisena. Testien perusteella hammasvaihteistot toimivat suunnitellusti niille asetuille kuormituksille.
Insinöörityö alkoi määrittämällä robottikäden fyysiset ominaisuudet, joiden perusteella aloitettiin hammasvaihteistojen suunnittelutyö. Fyysisten ominaisuuksien määrittelyn jälkeen hammasvaihteistolle mitoitettiin moottori ja vaihteistolle määriteltiin alustava välityssuhde.
Moottoreiden mitoituksen jälkeen hammasvaihteiston sisällä oleville hammaspyörille määriteltiin hammasluvut ja -moduulit. Seuraavaksi hammaspyörille tehtiin lujuuslaskenta, jolla varmistettiin hammaspyörien kestävän sille kohdistuvia rasituksia. Myös hammasvaihteistojen akseleille tehtiin lujuuslaskenta. Hammaspyörien lujuuslaskennoissa käytettiin Lewisin kaavaa. Hammasmoduuleja ja -lukuja sekä välityssuhdetta iteroitiin, kunnes lujuuslaskennasta saatiin halutut tulokset. Lopputuloksena kehitettiin viisi erilaista hammasvaihteistoa robottikädelle.
Laskentaosuuden jälkeen hammaspyörät mallinnettiin CAD-mallinnusohjelmalla. Hammasvaihteen komponentit asetettiin haluttuun järjestykseen CAD-avaruuteen, jossa mallinnettiin hammasvaihteen kotelo. Valmis kotelo tulostettiin 3D-tulostimella.
Lopuksi hammasvaihteistot testattiin laboratorio-olosuhteissa kuormattomana ja kuormallisena. Testien perusteella hammasvaihteistot toimivat suunnitellusti niille asetuille kuormituksille.