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        全向輪主軸的設(shè)計(jì)與分析

        2019-10-14 03:56:20
        福建質(zhì)量管理 2019年18期
        關(guān)鍵詞:全向校核主軸

        (安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 安徽 淮南 232001)

        引言

        隨著物流行業(yè)的飛速發(fā)展,貨物的分揀形式、分揀效率與分揀準(zhǔn)確率得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究,本文所設(shè)計(jì)的全向輪主軸是運(yùn)用在一種新型物流分揀平臺(tái)上,該物流分揀平臺(tái)由多組全向輪、動(dòng)力系統(tǒng)等組成,可以對(duì)貨物進(jìn)行輸送、分揀、碼垛,根據(jù)運(yùn)行速率的不同,對(duì)全向輪主軸的尺寸與材料等要求也不同,因此對(duì)于全向輪主軸的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

        一、全向輪主軸的設(shè)計(jì)及校核

        (一)全向輪主軸的設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的全向輪主軸是運(yùn)用在一種新型物流分揀平臺(tái)上,該物流分揀平臺(tái)主要由全向輪、動(dòng)力系統(tǒng)等組成,其中全向輪主軸通過(guò)聯(lián)軸器連接全向輪與電機(jī),通過(guò)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向控制全向輪的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向,進(jìn)而控制貨物在該物流分揀平臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)路徑,并可以在規(guī)定分揀口將該貨物分揀出去。

        所設(shè)計(jì)的物流分揀平臺(tái)的運(yùn)行速率為1m/s,則其轉(zhuǎn)速為:

        (1-1)

        全向輪主軸按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算,軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為:

        (1-2)

        式中:——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力;

        ——軸所受到的扭矩;

        ——軸的抗扭截面系數(shù);

        ——軸的轉(zhuǎn)速;

        ——軸傳遞的功率,此處=0.12kw;

        ——計(jì)算截面處軸的直徑;

        ——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,見(jiàn)表1。

        初步確認(rèn)全向輪主軸尺寸:

        (1-3)

        (1-4)

        表1 軸常用幾種材料的屈服強(qiáng)度表

        (二)全向輪主軸的校核。按第三強(qiáng)度理論,計(jì)算應(yīng)力

        (1-5)

        式中:—軸的計(jì)算應(yīng)力;

        M——軸所受的彎矩;

        T——軸所受的扭矩;

        W——軸的抗彎截面系數(shù);

        經(jīng)查閱資料,受到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時(shí),軸的許用彎曲應(yīng)力為。結(jié)合軸的尺寸經(jīng)計(jì)算得,遠(yuǎn)小于的許用疲勞極限。

        根據(jù)設(shè)計(jì)的需求及全向輪的安裝等因素,全向輪軸的設(shè)計(jì)如圖1所示:

        圖1 全向輪主軸的三維結(jié)構(gòu)模型

        二、全向輪主軸的有限元分析

        將上述主軸的三維模型模型導(dǎo)入Solidworks的simulation中,設(shè)置其材料為45#鋼,彈性模量E=206GPa,泊松比為0.3,采用自由劃分網(wǎng)格的方式去劃分網(wǎng)格,設(shè)置網(wǎng)格尺寸為5mm,在全向輪主軸末端施加62.5N的切向力,分別得出全向輪主軸的應(yīng)力、應(yīng)變和位移云圖。

        圖2 全向輪主軸應(yīng)力圖

        圖3 全向輪主軸應(yīng)變圖

        圖4 全向輪主軸位移圖

        由上圖2可得,應(yīng)力最大的地方位于右側(cè)動(dòng)力傳遞的位置,最大值為,小于全向輪主軸的材料的許用應(yīng)力。如圖3,可以看出應(yīng)變最大的位置是位于右側(cè)動(dòng)力傳遞的位置,應(yīng)變也很小。從圖4位移圖來(lái)看,位移最大的位置是傳遞動(dòng)力的最末端,因?yàn)檩S可以看成一根梁,位移最大的肯定是最遠(yuǎn)處。由于本結(jié)構(gòu)的精度要求不是那么高,而且軸的位移也很小,所以符合要求。綜上所述:全向輪主軸的位移,應(yīng)力,應(yīng)變都符合要求。

        三、結(jié)論

        經(jīng)過(guò)理論計(jì)算對(duì)全向輪主軸進(jìn)行設(shè)計(jì)以及校核,通過(guò)仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)出的全向輪主軸進(jìn)行仿真分析,得出全向輪主軸的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等仿真結(jié)果,將仿真得出的結(jié)果與理論值進(jìn)行比較,滿足其強(qiáng)度、安全性、可靠性等要求。

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