【《机器人升降机构与轴承设计方案分析计算案例》2000字】

机器人升降机构与轴承设计方案分析计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u20382机器人升降机构与轴承设计方案分析计算案例 0282631.1推动驱动电机的计算与选型 099521.2丝杠选型及校核 1158521.3带传动选型及校核 2313771.5轴的校核 3137471.6轴承选型及寿命计算 41.1推动驱动电机的计算与选型在对推动驱动电机选型需之前需要先对负载情况进行计算。首先对受力过程进行分析，升降机构运动过程中，提升轮被拉升至固定位置并产生压力进而摩擦轮产生支持力。因此升降机构采用减速电机带动履带传动进而带动滚珠丝杠运动[22]最终完成升降效果，此处机构原理图如图2-6所示。图2-6升降机构原理图根据以上计算已知滚珠丝杠副的所需输出力F为3200N，设定推动速度v为0.1m/s，则可计算出的输出功率P出为由于机构中同时存在滚珠丝杠副和带传动机构，因此系要考虑到驱动电机的输入功率到输出功率的效率关系，滚珠丝杠副的效率η1和带传动的效率η2均为0.95，则可计算出所需电机功率P入为运行速度v为0.1m/s，将滚珠丝杠副的导程Ph初始设定为5mm，则可计算出丝杠输出转速n出为故输出转矩为在本次设计中，带传动只需要传递运动效果而不需要减速，因此电机的输出速度也20r/min，则选择步进电机型号为BJ09[23]，额定电压为12~24V，步距角1.875°，实物图如图2-7所示。图2-7推动驱动电机1.2丝杠选型及校核丝杠两端支撑，根据其跨度L为240mm，可以确认支撑系数a=0.039，根据公式可粗略计算出允许的最大轴向形变量Qm为进而可粗略计算出丝杠底径dm为则初选丝杠公称直径为16mm，型号为1605，由此根据机械设计手册进行滚珠丝杠副校核。（1）Dn值核验式中Dpw是节圆的直径，nm为最高转速，DW是滚珠直径Dn值不大于要求值70000，Dn合格（2）稳定性Fc验算由公式计算可得压杆稳定性Fc为式中K1为安全系数，K2为支撑系数，LC为最大受压长度稳定性值大于轴向受力，稳定性合格。（3）强度验算丝杠拉应力σp为拉应力数值小于钢材许用应力，验算合格。1.3带传动选型及校核常见的带传动主要有平带、V带、同步带等类型[24]，由于同步带传动的传动精度较高，传动能力更强，与本次设计要求最为契合，从而根据机械设计手册对同步带传动进行设计。根据公式计算可得设计功率Pd为由于此传送带传动比为1，可以确定两个带轮的基准直径d相等，且等于40mm，根据功率传递范围选择选择梯形同步带，模数制为m2，节距6.283mm，带宽bs为16mm，带轮齿数z为10。（1）剪切应力验算啮合齿数zm为带速v为由公式计算出剪切应力ι为剪切应力验算合格。（2）压强P验算压强验算合格。1.5轴的校核对轴进行强度校核时，需要同时在两种滚轮机构中进行，包括滚轮机构和随动滚轮机构。轴的材料选用45优质碳素结构钢，热处理方式则选择调质处理。首先是要估算轴径：查阅机械设计手册，确认对于滚轮机构中的轴取C=112，转速为：代入数据v=0.1m/s，r=0.1m求得，n=9.6r/min。而P=0.1kW，带入数据求得d=25mm在滚轮轴中[25]，由于两端均被固定，因此两端均只有一个旋转自由度且中间部分载荷均匀分布，由材料力学知识可得，中间弯曲力矩最大，轴承相邻两面设计距离为53mm则最大力矩为，扭转力矩，则当量弯矩为查阅机械设计手册可以得到45号优质碳素钢的许用应力值为，，解得，判别条件，解得d>1.6mm，故d=25mm显然满足要求。对于随动滚轮机构的轴，轴上功率P=0，弯矩最大点同样在中间位置同样代入上式，解得d>1.4mm，故选择直径为10mm的轴强度合格1.6轴承选型及寿命计算轴承主要滑动轴承和滚动轴承两大类，滑动轴承构造相对简单，容易装拆且多数被用于重载场合，因为游隙不大，所以工作平衡且噪音小;但是滑动轴承在承担较大载荷时无法长时间保证润滑，因而导致磨损失效。对比滚动轴承，其主要特点体现在相对效率高、容易施加润滑，不能承受冲击力、噪声大、工作寿命短。总的来看在本次设计中的几对轴承均不承受冲击载荷，而且考虑到设备的成本维护问题滑动轴承无疑更具有优势，故选择滑动轴承。在升降机构中有三个轴承，分别为支撑轮轴承、驱动轮轴承和丝杠轴承其受力情况也不尽相同，前两组组轴承均只受径向载荷，故按承载方向来看选择径向接触轴承。对于第三组先求其轴向力再求其径向力：电机转矩为167Nm，而带轮直径为39mm，且1:1传动，故径向力计算方法为由此可见，其主要承受径向力，按承载方向来看第三组应选择选择向心角接触轴承。对于轴承的选型，本次设计主要考虑到的类型有深沟球轴承，圆柱滚子轴承，角接触球轴承几种，结合它们各自的特性进行分析与选型。首先，深沟球轴承适用于径向、双向轴向载荷，且多用于高速旋转和低噪声低震动场合。其次，角接触球轴承能承受径向载荷和双向轴向载荷，且多用于高速度高精度场合。由此可见，支撑轮轴承和驱动轮轴承选择深沟球轴承，丝杠轴承选择角接触球轴承就能满足要求。故根据轴径及空间大小分别选择型号为61300,61302，71300下面对于三组轴承的寿命进行计算轴承寿命公式为：需要得到转速，基本额定动载荷，寿命指数，当量动载荷。当量动载荷