全向轮主轴的设计与分析

(安徽理工大学机械工程学院 安徽 淮南 232001)

引言

随着物流行业的飞速发展，货物的分拣形式、分拣效率与分拣准确率得到了国内外学者的广泛研究，本文所设计的全向轮主轴是运用在一种新型物流分拣平台上，该物流分拣平台由多组全向轮、动力系统等组成，可以对货物进行输送、分拣、码垛，根据运行速率的不同，对全向轮主轴的尺寸与材料等要求也不同，因此对于全向轮主轴的设计显得尤为重要。

一、全向轮主轴的设计及校核

(一)全向轮主轴的设计。所设计的全向轮主轴是运用在一种新型物流分拣平台上，该物流分拣平台主要由全向轮、动力系统等组成，其中全向轮主轴通过联轴器连接全向轮与电机，通过控制伺服电机的转速与转向控制全向轮的转速与转向，进而控制货物在该物流分拣平台上的运动路径，并可以在规定分拣口将该货物分拣出去。

所设计的物流分拣平台的运行速率为1m/s，则其转速为：

(1-1)

全向轮主轴按扭转强度计算，轴的扭转强度条件为：

(1-2)

式中：——扭转切应力；

——轴所受到的扭矩；

——轴的抗扭截面系数；

——轴的转速；

——轴传递的功率，此处=0.12kw；

——计算截面处轴的直径；

——许用扭转切应力，见表1。

初步确认全向轮主轴尺寸：

(1-3)

(1-4)

表1 轴常用几种材料的屈服强度表

(二)全向轮主轴的校核。按第三强度理论，计算应力

(1-5)

式中：—轴的计算应力；

M——轴所受的弯矩；

T——轴所受的扭矩；

W——轴的抗弯截面系数；

经查阅资料，受到扭转应力时，轴的许用弯曲应力为。结合轴的尺寸经计算得，远小于的许用疲劳极限。

根据设计的需求及全向轮的安装等因素，全向轮轴的设计如图1所示：

图1 全向轮主轴的三维结构模型

二、全向轮主轴的有限元分析

将上述主轴的三维模型模型导入Solidworks的simulation中，设置其材料为45#钢，弹性模量E=206GPa，泊松比为0.3，采用自由划分网格的方式去划分网格，设置网格尺寸为5mm，在全向轮主轴末端施加62.5N的切向力,分别得出全向轮主轴的应力、应变和位移云图。

图2 全向轮主轴应力图

图3 全向轮主轴应变图

图4 全向轮主轴位移图

由上图2可得，应力最大的地方位于右侧动力传递的位置，最大值为，小于全向轮主轴的材料的许用应力。如图3，可以看出应变最大的位置是位于右侧动力传递的位置，应变也很小。从图4位移图来看，位移最大的位置是传递动力的最末端，因为轴可以看成一根梁，位移最大的肯定是最远处。由于本结构的精度要求不是那么高，而且轴的位移也很小，所以符合要求。综上所述：全向轮主轴的位移，应力，应变都符合要求。

三、结论

经过理论计算对全向轮主轴进行设计以及校核，通过仿真软件对设计出的全向轮主轴进行仿真分析，得出全向轮主轴的应力、应变、位移等仿真结果，将仿真得出的结果与理论值进行比较，满足其强度、安全性、可靠性等要求。