全向輪主軸的設(shè)計(jì)與分析

(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。