機器人升降機構(gòu)與軸承設(shè)計方案分析計算案例 0 1 21.5軸的校核 3 41.1推動驅(qū)動電機的計算與選型在對推動驅(qū)動電機選型需之前需要先對負(fù)載情況進(jìn)行計算。首先對受力過程進(jìn)行分析，升降機構(gòu)運動過程中，提升輪被拉升至固定位置并產(chǎn)生壓力進(jìn)而摩擦輪產(chǎn)生支持力。因此升降機構(gòu)采用減速電機帶動履帶傳動進(jìn)而帶動滾珠絲杠運動[22]最終完成升降效果，此處機構(gòu)原理圖如圖2-6所示。根據(jù)以上計算已知滾珠絲杠副的所需輸出力F為3200N,設(shè)定推動速度v為0.1m/s,則可計算出的輸出功率P出為由于機構(gòu)中同時存在滾珠絲杠副和帶傳動機構(gòu)，因此系要考慮到驅(qū)動電機的輸入功率到輸出功率的效率關(guān)系，滾珠絲杠副的效率η1和帶傳動的效率η2均為0.95,則可計算出所需電機功率P入為運行速度v為0.1m/s,將滾珠絲杠副的導(dǎo)程Ph初始設(shè)定為5mm,則可計算出絲杠輸出轉(zhuǎn)速n出為故輸出轉(zhuǎn)矩為在本次設(shè)計中，帶傳動只需要傳遞運動效果而不需要減速，因此電機的輸出速度也20r/min,則選擇步進(jìn)電機型號為BJO9[23],額定電壓為12~24V,步距角1.875°,實物圖如圖2-7所示。1.2絲杠選型及校核絲杠兩端支撐，根據(jù)其跨度L為240mm,可以確認(rèn)支撐系數(shù)a=0.039,根據(jù)公式可粗略計算出允許的最大軸向形變量Qm為進(jìn)而可粗略計算出絲杠底徑dm為則初選絲杠公稱直徑為16mm,型號為1605,由此根據(jù)機械設(shè)計手冊進(jìn)行滾珠絲杠Dpwnm=(dm+Dw)nm=(10.9+3.175)×20=281Dn值不大于要求值70000,Dn合格(2)穩(wěn)定性Fc驗算由公式計算可得壓桿穩(wěn)定性Fc為式中K1為安全系數(shù)，K?為支撐系數(shù)，Lc為最大受壓長度(3)強度驗算高，傳動能力更強，與本次設(shè)計要求最為契合，從而根據(jù)機械設(shè)計手冊對同步帶傳動進(jìn)Pa=KP=1×0.35=0.35kW由于此傳送帶傳動比為1,可以確定兩個帶輪的基準(zhǔn)直徑d相等，且等于40mm,根據(jù)功率傳遞范圍選擇選擇梯形同步帶，模數(shù)制為m2,節(jié)距6.283mm,帶寬bs為16mm,帶輪齒數(shù)z為10。(1)剪切應(yīng)力驗算嚙合齒數(shù)Zm為帶速v為由公式計算出剪切應(yīng)力1為剪切應(yīng)力驗算合格。(2)壓強P驗算壓強驗算合格。1.5軸的校核對軸進(jìn)行強度校核時，需要同時在兩種滾輪機構(gòu)中進(jìn)行，包括滾輪機構(gòu)和隨動滾輪機構(gòu)。軸的材料選用45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，熱處理方式則選擇調(diào)質(zhì)處理。首先是要估算軸徑：查閱機械設(shè)計手冊，確認(rèn)對于滾輪機構(gòu)中的軸取C=112,轉(zhuǎn)速為：代入數(shù)據(jù)v=0.1m/s,r=0.1m求得，n=9.6r/min。而P=0.1kW,帶入數(shù)據(jù)求得d=25mm在滾輪軸中[25],由于兩端均被固定，因此兩端均只有一個旋轉(zhuǎn)自由度且中間部分載扭轉(zhuǎn)力矩M?=50N·m,則當(dāng)量彎矩為查閱機械設(shè)計手冊可以得到45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼的許用應(yīng)力值為解得d>1.6mm,故d=25mm顯然滿足要求。對于隨動滾輪機構(gòu)的軸，軸上功率P=0,彎矩最大點同樣在中間位置同樣代入上式，解得d>1.4mm,故選擇直徑為10mm的軸強度合格軸承主要滑動軸承和滾動軸承兩大類，滑動軸承構(gòu)造相對簡單，容易裝拆且多數(shù)被對比滾動軸承，其主要特點體現(xiàn)在相對效率高、容易施加潤滑，不能承受沖擊力、噪聲大、工作壽命短?？偟膩砜丛诒敬卧O(shè)計中的幾對軸承均不承受沖擊載荷，而且考慮在升降機構(gòu)中有三個軸承，分別為支撐輪軸承、驅(qū)動輪軸承和絲杠軸承其受力情況也不盡相同，前兩組組軸承均只受徑向載荷，故按承載方向來看選擇徑向接觸軸承。對于第三組先求其軸向力再求其徑向力：電機轉(zhuǎn)矩為167Nm,而帶輪直徑為39mm,且1:1傳動，故徑向力對于軸承的選型，本次設(shè)計主要考慮到的類型有深溝球軸承，圓柱滾子軸承，角接觸球軸承幾種，結(jié)合它們各自的特性進(jìn)行分析與選型。首先，深溝球軸承適用于徑向、雙向軸向載荷，且多用于高速旋轉(zhuǎn)和低噪聲低震動場合。其次，角接觸球軸承能承受徑向載荷和雙向軸向載荷，且多用于高速度高精度場合。由此可見，支撐輪軸承和驅(qū)動輪軸承選擇深溝球軸承，絲杠軸承選擇角接觸球軸承就能滿足要求。故根據(jù)軸徑及空間大小分別選擇型號為61300,61302,71300下面對于三組軸承的壽命進(jìn)行