全向輪主軸的設計與分析

(安徽理工大學機械工程學院 安徽 淮南 232001)

引言

隨著物流行業的飛速發展，貨物的分揀形式、分揀效率與分揀準確率得到了國內外學者的廣泛研究，本文所設計的全向輪主軸是運用在一種新型物流分揀平臺上，該物流分揀平臺由多組全向輪、動力系統等組成，可以對貨物進行輸送、分揀、碼垛，根據運行速率的不同，對全向輪主軸的尺寸與材料等要求也不同，因此對于全向輪主軸的設計顯得尤為重要。

一、全向輪主軸的設計及校核

(一)全向輪主軸的設計。所設計的全向輪主軸是運用在一種新型物流分揀平臺上，該物流分揀平臺主要由全向輪、動力系統等組成，其中全向輪主軸通過聯軸器連接全向輪與電機，通過控制伺服電機的轉速與轉向控制全向輪的轉速與轉向，進而控制貨物在該物流分揀平臺上的運動路徑，并可以在規定分揀口將該貨物分揀出去。

所設計的物流分揀平臺的運行速率為1m/s，則其轉速為：

(1-1)

全向輪主軸按扭轉強度計算，軸的扭轉強度條件為：

(1-2)

式中：——扭轉切應力；

——軸所受到的扭矩；

——軸的抗扭截面系數；

——軸的轉速；

——軸傳遞的功率，此處=0.12kw；

——計算截面處軸的直徑；

——許用扭轉切應力，見表1。

初步確認全向輪主軸尺寸：

(1-3)

(1-4)

表1 軸常用幾種材料的屈服強度表

(二)全向輪主軸的校核。按第三強度理論，計算應力

(1-5)

式中：—軸的計算應力；

M——軸所受的彎矩；

T——軸所受的扭矩；

W——軸的抗彎截面系數；

經查閱資料，受到扭轉應力時，軸的許用彎曲應力為。結合軸的尺寸經計算得，遠小于的許用疲勞極限。

根據設計的需求及全向輪的安裝等因素，全向輪軸的設計如圖1所示：

圖1 全向輪主軸的三維結構模型

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入Solidworks的simulation中，設置其材料為45#鋼，彈性模量E=206GPa，泊松比為0.3，采用自由劃分網格的方式去劃分網格，設置網格尺寸為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力、應變和位移云圖。

圖2 全向輪主軸應力圖

圖3 全向輪主軸應變圖

圖4 全向輪主軸位移圖

由上圖2可得，應力最大的地方位于右側動力傳遞的位置，最大值為，小于全向輪主軸的材料的許用應力。如圖3，可以看出應變最大的位置是位于右側動力傳遞的位置，應變也很小。從圖4位移圖來看，位移最大的位置是傳遞動力的最末端，因為軸可以看成一根梁，位移最大的肯定是最遠處。由于本結構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，應力，應變都符合要求。

三、結論

經過理論計算對全向輪主軸進行設計以及校核，通過仿真軟件對設計出的全向輪主軸進行仿真分析，得出全向輪主軸的應力、應變、位移等仿真結果，將仿真得出的結果與理論值進行比較，滿足其強度、安全性、可靠性等要求。