【《某助老助残机器人关键零部件强度校核与分析计算案例》1600字】

PAGE27某助老助残机器人关键零部件强度校核与分析计算案例1.1零件强度计算校核1.1.1齿轮强度计算校核行星轮齿轮材料选择45钢并进行调质处理，由第3章可知行星齿轮齿数18、惰轮齿数26和中心齿轮齿数38。对于中心齿轮,转矩为（4-1）（4-2）取；（4-3）（4-4），取（4-5）则（4-6）故行星齿轮强度符合设计要求。1.1.2中心轴的强度计算校核中心轴所用的材料是45钢，进行调质处理，查表得到许用扭转切应力取（4-7）（4-8）（4-9）（4-10）取整数，（4-11）由图3.5知C和E处轴承校核，（4-12）中等冲击，取则（4-13）轴承所需寿命：转速（4-14）轴承所需基本额定动载荷C处（4-15）E处（4-16）选用轴承，其，，，，符合设计要求。中心齿轮键连接设计是轮毂长度，大小为，选用圆头平键,（4-17）强度符合设计要求。1.1.3行星齿轮轴强度计算校核行星齿轮轴材料选用45钢并进行调质处理，由图3.6可知A处的直径（4-18）考虑轴承内径尺寸，取整行星齿轮键连接设计为轮毂长度，大小为12，选用圆头平键，，。（4-19）强度符合设计要求1.2有限元分析上面已经对一些关键零部件进行了数学计算校核，但对于一些结构或受力比较复杂构件需要更加精确、直观的结果，本节使用SOLDWORKS软件对此类部件进行有限元分析[53]。1.2.1建立有限元模型利用SOLDWORKS进行助老助残机器人三维建模，选出要进行有限元分析的零部件。图1.2行星轮外壳图1.3齿轮连接轴图1.3齿轮图选择SOLDWORKS中的插件Simulation,选择合适的材料、固定零部件、加入力矩、划分网格，然后进行运算。在材料选择方面使用45钢和铝合金。对有限元模型进行网格的划分是为了对其进行计算精度和范围的界定，合适的网格大小对于分析的效率与准确性都有着很大的帮助。在这里网格尺寸采用其余选择默认值。划分后的网格图如图5-4所示：图1.4行星轮外壳网格划分图图1.5连接轴网格划分图图1.6齿轮网格划分图1.2.2行星轮外壳分析行星轮是助老助残机器人运行的一个重要部件，直接影响助老助残机器人的运行，作为助老助残机器人运动的直接执行机构，行星轮由许多结构组成，其中外壳是行星轮的一个重要组成部分，其直接影响了整个机器的安全性和稳定性。本设计之前已经对行星轮外壳进行了强度校核计算，现在使用SOLDWORKS2018对行星轮外壳进行有限元分析。助老助残机器人在运行时，因为行星轮是直接运动机构会对外壳产生一个很大的作用力。选择行星轮外壳材料为1060铝合金，固定行星轮外壳，在行星轮外壳上加力矩到相应位置，生成网格开始进行静应力计算。得到结果如下图。1.7行星轮外壳静应力分析图分析上图结果可知，行星轮外壳受到的静应力主要在外壳和轮子轴的接触面，这些部位的强度较低，容易发生变形。此处受到的最大应力为27.57MPa，铝合金的许用应力在80~380MPa，由此可知行星轮外壳受到的最大最静应力小于许用应力，所以可以满足助老助残机器人的使用需求。1.3齿轮连接轴分析助老助残机器人的齿轮连接轴的两端和两个齿轮连接，助老助残机器人在进运动时会通过连接轴将由电机驱动的齿轮传递过来的驱动力传递到两侧的行星轮的齿轮上再传递给轮子，让行星轮能够接受使用者的指令进行运动。如果连接轴因为强度不足产生变形，会影响到齿轮传动，从而影响到和齿轮连接的轮子的运行，轮子会因为两边齿轮传动力的不同，而产生不同的运动速度，使得助老助残机器人失去控制，严重者会直接威胁到使用者的安全。传动轴与齿轮和行星轮机构都通过平键连接，在使用SOLDWORKS进行有限元分析时，先选择连接轴的材料，这里选择45钢，再对轴的两端进行几何体固定，对轴添加力矩，进行网格划分，然后进行静应力分析，结果如图所示。图1.8连接轴静应力分析图分析连接轴静应力分析图可知，可以发现连接轴的静应力主要在和齿轮连接处，应力最大值62.04MPa，在其许用应力110MPa以内，满足助老助残机器人的使用要求。1.4齿轮分析齿轮是助老