【场地运输车关键零部件结构设计计算案例4800字】

场地运输车关键零部件结构设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u9181场地运输车关键零部件结构设计计算案例 1190221.1直流伺服电动机的选择 1245391.2联轴器的设计 5105051.3蜗杆传动设计 66861.4.1选择蜗杆的传动类型 677081.4.2选择材料 6150871.4.3蜗杆传动的受力分析 678291.4.4按齿根弯曲疲劳强度进行设计 7284061.4.5蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 8201681.4.6精度等级公差和表面粗糙度的确定 9132221.4.7热平衡核算 9211201.5轴的设计 9159401.5.1前轮轴的设计 9204631.5.2后轮轴的设计 11210481.6滚动轴承选择计算 16171401.6.1前轮轴上的轴承 16291011.6.2蜗杆轴上的轴承 17275601.6.3后轮轴上的轴承 191.1直流伺服电动机的选择根据AGV小车设计要求的运动参数表2.1可知，AGV小车在进行直线运行时的速度为100mm/s，根据转速计算公式可得出车轮的转速为：（1.1）根据本课题设计实际情况，本文选择的蜗轮-蜗杆的减速比为62，即i=62，根据电机与车轮的传动比关系可知电机的转速：（1.2）根据AGV小车的设计进行如下的受力分析如图1.1所示：图1.1AGV小车车轮受力简图根据图1.1所知小车车架自重为：（1.3）AGV小车的载荷为G：（1.4）建立空间坐标系OXYZ如图1.1所示，列出平衡方程：，，由于AGV小车的前后两轮及两后轮是关于Y轴对称，所以存在，，则可得出如下关系式：（1.5）（1.6）所以解得：，。根据两前后轮的受力情况分析，绘制如图1.2、1.2所示的前后轮受力简图：图1.2前轮受力简图图1.3后轮受力简图图1.2、1.3中µ表示小车在水平地面行驶时，车轮与地面间的摩擦系数；F表示牵引力；W表示重物的重力；D表示滚子直径；ŋ表示传递效率；1/G表示传动装置减速比。根据小车运动条件分析可知，只有当滚动摩阻力偶矩值介于最大值与零之间才能使得小车向前行驶，即：（1.7）（1.8）公式1.8中的δ是滚动摩阻系数，查理论力学表5-2可知，其中δ取值范围为2～10，此处取δ=6mm。根据牵引力公式可知F为：（1.9）根据上述条件可以求换算到电机轴上的负荷力矩（）以及电机轴上的负荷惯性（）值。电机轴上的负荷力矩（）为：（1.10）式中，取=0.7；=157.66；=0.15。电机轴上的负荷惯性（）为：（1.11）根据AGV自动引导小车任务书设计要求以及上述计算可以选择MAXONF2260直流伺服电动机作为本设计动力驱动器，该电动机的JM=1290gcm2，则可知。（1.12）根据公式2.12可得：。而电机的惯量为：（1.13）式中，为伺服电动机转子惯量，通过将上述计算值与直流伺服电动机MAXONF2260的相关参数进行对比，可得出该型号的电动机是满足本文设计要求。AGV自动引导小车的最大空载加速转矩出现在小车由静止的状态瞬间加速到伺服直流电动机的最高转速的时候，在这个时候所输出的转矩是最大输出转矩，即：（1.14）加速时间为：（1.15）式中，机械时间常数。综上所述，选用拓达生产的MAXONF2260直流电机套装。1.2联轴器的设计根据直流伺服电动机MAXONF2260的相关参数可知电动机的直径大小为8mm。由于输出轴有另一端需要同蜗杆轴进行联接，连接部分的轴径大小为12mm，因此该部分的机械结构设计如图1.4所示。图1.4联轴器机构图由图1.4联轴器的机械结构图可知，该机构设计采用的安全联轴器，因此通过剪切强度确定销钉直径d，即：（1.16）图1.4的安全联轴器的销钉材料使用的是45钢，根据理论力学书中的查表5-2可知优质碳素结构钢（GB699-88）45的相关参数：调质≤200mm；=637MPa；=353MPa；=17%；；硬度销钉的许用切应力为：（1.17）过载限制系数k值，理论力学查表14-4，取k=1.6：选用d=5mm满足剪切强度要求。1.3蜗杆传动设计1.4.1选择蜗杆的传动类型蜗杆的传动类型的选择是根据GB/T10085-1988的相关数据进行分析比较，最后选择使用渐开线蜗杆(ZI)机构。1.4.2选择材料根据蜗轮蜗杆的机械设计要求，需要蜗杆的具有较高的耐磨性以及较高的表面硬度，故本文选择的涡轮是使用40Cr材料制作的，而蜗轮选择的事HT200灰铸铁制造，并且通过金属模铸造。1.4.3蜗杆传动的受力分析本课题设计的蜗轮转矩T2值的大小确定，是根据转矩计算公式确定，则：（1.18）式中，效率η为0.7；Z=1。图1.5蜗轮-蜗杆受力分析各力的大小计算为：（1.19）（1.20）（1.21）1.4.4按齿根弯曲疲劳强度进行设计蜗轮与蜗杆进行啮合时，蜗轮轮齿因为弯曲强度不足导致失效，因此在进行蜗轮与蜗杆进行啮合前，对齿根的弯曲疲劳强度设计师很有必要。弯曲疲劳强度条件设计的公式为：（1.22）载荷系数K是由载荷分布不均系数、使用系数以及动载系数三者的乘积确定的。因此，根据系统设计的工作载荷稳定性要求，本课题的设计的转速不高以及不存在较大冲击力，所以载系数KV=1.1；根据查表11-15[4]可知使用系数KA=1.15；载荷分布不均系数Kβ=1，则：（1.23）由表11-8得，蜗轮的基本许用弯曲应力[σF]=48Mpa。假设；3°10'48"，则蜗轮的当量齿数为：（1.24）根据，，从图11-19中可查得齿形系数，螺旋角系数为：（1.25）由表11-2得：表1.2相关参数中心距a模数m分度圆直径d1分度圆导程角γ蜗杆头数z1蜗轮齿数z2直径系数变位系数x250mm1.25mm22.4mm3°11′38″16217.92+0.41.4.5蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1)蜗杆轴向齿距为：（1.26）齿顶圆直径为：（1.27）齿根圆直径为：（1.28）蜗杆轴向齿厚为：（2.29）(2)蜗轮传动比为：（1.30）蜗轮分度圆直径为：（1.31）蜗轮喉圆直径为：（1.32）蜗轮齿根圆直径为：（2.33）蜗轮咽喉母圆半径为：（1.34）1.4.6精度等级公差和表面粗糙度的确定AGV自动引导小车由于必须精准到达目标位置，因此是需要精密传动装置。根据机械结构传动装置要求本课题的蜗轮精度和圆柱蜗杆都是选用6级精度，侧隙种类为d。1.4.7热平衡核算根据上述蜗轮-蜗杆传动方式选用的是渐开线传动，所以在运行中所产生的热量能很好的传递到空气中，也不用进行热平衡的核算。1.5轴的设计1.5.1前轮轴的设计AGV自动引导小车前轮采用的是万向轮设计方案，所以前轮轴在运行中只不需要承受扭矩而只需要承受弯矩，故这种轴属于心轴。图1.6前轮轴结构（1）求作用在轴上的力由图3-7a前轮轴的载荷分析可以计算出AGV自动引导小车的前轮受力大小，；。（2）轴的结构设计（a）拟定轴上零件的装配方案AGV自动引导小车装配过程从轴的右侧向左安装，采用这样的方式安装可以对轴段的粗细顺序进行初步排安排。（b）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度由于AGV自动引导小车前轮只需要承受弯矩作用，故初步选择采用滚动轴承，最终选择单列深沟球轴承6004。AGV自动引导小车前轮右端采用的轴肩进行轴向定位，根据单列深沟球轴承6004的相关参数信息可得：定位轴肩高度h=2.5mm；dⅣ的取值为25mm。根据轴左右安装轮辐处的受力分析可得此轴段的直径需要30mm，即：dⅥ=30mm；左右轮辐的安装模式主要采用轴右侧采用螺母锁紧轮辐，左侧采用轴肩固定的方式。根据轮辐表可知宽度为34mm，由于用进行左右侧轮辐压紧，所以轴段需要比轮辐宽度要短，故轴段取值为lⅥ=32mm；由于设计的轴肩高度h需要大于0.07d,所以此处的轴肩高度取3mm，在轴环处的直径dⅤ=36mm，轴环宽度b≥1.4h，取lⅤ=5mm。设计尺寸以及长度如图2.8所示。（c）轴上零件的周向定位AGV自动引导小车的前轮左右侧轮辐与轴之间是有的平键作为周向定位的联接方式，按照平键制造手册可知本设计的平键截面为，键槽使用键槽铣刀进行加工，长度为28mm。由于周向定位采用的是过度配合，所以州的直径公差必须保证为j7。（d）确定轴上圆角和倒角尺寸为了方便机械安装以及防止安装时造成划伤，必须对轴进行倒圆角以及倒角处理，本文前轮轴设计的各轴肩处的圆角半径为R1，轴端进行1×45°的倒角处理。（3）求轴上的载荷图1.7是根据轴的机械机构载荷受力情况画出的轴的计算简图及轴的弯矩图。图1.7前轮轴的载荷分析图通过图1.7就可以计算出F1、F2、L1、L2、MC的值为：；；。（4）按弯曲应力校核轴的强度通过采用弯曲应力校核轴的强度时，只需要对轴承受弯矩截面强度最大的部分进行校准即可，通过图1.3可知该轴承受的最大弯矩在截面C处，即。对截面C进行强度校核，由公式：（1.35）由表15-1得，45钢调质。由表15-4得：（1.36）因此该轴满足强度要求，故安全。1.5.2后轮轴的设计AGV自动引导小车后轮采用的是独立驱动差速转向设计方案，所以后轮轴在运行中既要承受转矩也要弯矩，故这种轴属于转轴。图1.8后轮轴结构（1）后轮轴上的功率、转速和转矩取蜗轮-蜗杆传动的效率=0.7,则：（1.37）（2）作用在蜗轮上的力；；。（3）初步确定轴的最小直径AGV自动引导小车后轮轴的材料选用的是45钢并需要经过调质处理，根据表15-3，当取=115时，确定的轴最小直径是符合设计要求。（1.38）轮辐是安装在AGV自动引导小车后轮轴的最小直径处，所以轮辐处轴的直径dⅥ=26mm，并且两者间采用的是键联结方式。（4）轴的结构设计（a）拟定轴上零件的装配方案AGV自动引导小车装配过程从轴的左侧向右安装，但是安装透盖、内轮辐、轴端挡圈是采用从右端到左的安装方式。（b）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度由于AGV自动引导小车前轮只需要承受弯矩作用，故初步选择采用滚动轴承，因为小车。在运行中由于既要受轴向力影响也要受到径向力影响，故最终选择单列深沟球轴承6206。AGV自动引导小车后轮右端滚动轴承采用的轴肩进行轴向定位，根据单列深沟球轴承6206的相关参数信息可得：定位轴肩高度h=3mm；dⅣ的取值为36mm。后轮安装中使用的弹性挡圈选用的是GB894.1-8630标准的挡圈件，根据标准件的规格确定尺寸为,故；。根据轴左右安装轮辐处的受力分析可得此轴段的直径需要26mm，即：dⅥ=26mm；根据轮辐表可知宽度为27mm，由于用进行左右侧轮辐压紧，所以轴段需要比轮辐宽度要短，故轴段取值为lⅥ=26mm。前轮的其余尺寸可以根据设计要求任意确定，设计尺寸以及长度如图1.8所示。（c）轴上零件的周向定位AGV自动引导小车的后轮左右侧轮辐与轴之间是有的平键作为周向定位的联接方式，按照平键制造手册可知本设计的平键截面为,键槽使用键槽铣刀进行加工，长度为25mm。（d）确定轴上圆角和倒角尺寸为了方便机械安装以及防止安装时造成划伤，必须对轴进行倒圆角以及倒角处理，本文前轮轴设计的各轴肩处的圆角半径为R1，轴端进行1×45°的倒角处理。（5）求轴上的载荷后轮轴上的受力分析1.9a。L1=L2=27.5mm；L3=41mm(a)图1.9b是AGV自动引导小车在水平面上运行的时候，小车后轮轴的受力简图。通过静力平衡方程可以分别求解出图1.9a中的A、B支座的支反力的值以及作用在轴上三个集中力处的截面弯矩值。图1.9后轮轴的载荷分析图(b)图1.9c是后轮轴在垂直面上的受力简图。通过静力平衡方程可以分别求解出图1.9中的A、B支座的支反力的值：（1.39），（1.40）=-127.87（1.41）=220.8-157.66+127.87=190.01N在段中，将截面左边外力向截面简化，得：(1.42)在段中，同样将截面左边外力向截面简化，得：(1.43)=190.01×27.5+190.01X2-220.8X2+2030.5=7281.275-29.79X2在段中，同样将截面右边外力向截面简化，得：(1.44)计算A、B、C、D截面的总弯矩M：(1.45)(1.46)后轮轴上的转矩：。（6）按扭合成应力校核通过采用弯扭合成应力校核轴的强度校时，只需要对轴承受最大弯矩和扭矩截面强度部分进行校准即可，通过图1.9可知该轴承受的最大弯矩和扭矩截面在D处，由公式：(1.47)式中，为折合系数，取=0.6。为轴的抗弯截面系数，由表15-4得：由表15-1得，材料45钢调质。因此，故安全。1.6滚动轴承选择计算1.6.1前轮轴上的轴承根据设计要求寿命Lh≧2500h，转速，轴承的径向力，轴向力。（1）由上述条件试选轴承试选6004型轴承，查表16-2：（2）按额定动载荷计算(1.48)式中，=3。(1.49)查表13-6自动引导小车代入得故6004型轴承能满足要求。（3）按额定静载荷校核(1.50)查表13-8，选取=2。(1.51)代入上式，，满足要求。1.6.2蜗杆轴上的轴承根据蜗杆轴的设计要求寿命，要求转速，作用在轴承上的径向载荷以及轴向载荷。（1）由上述条