電機(jī)選型計(jì)算和渦輪蝸桿傳動(dòng)選型計(jì)算

1、電機(jī)選型計(jì)算和渦輪蝸桿傳動(dòng)選型計(jì)算主要性能參數(shù)要求：履帶底盤總重：40 kg現(xiàn)取履帶底盤平地行駛最大速度：1m/s，加速度： 爬坡最大速度：0.5m/s，加速度：驅(qū)動(dòng)輪直徑：200mm；爬坡角度：；履帶底盤主履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇1、基于平地最大速度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率計(jì)算在城市道路上行駛時(shí)，履帶底盤受力較簡(jiǎn)單。進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)車體以最大速度1m/s直線行駛，不考慮履帶底盤行駛中的空氣阻力，則其受力情況，如圖1所示：圖1 履帶底盤平地行駛示意圖假設(shè)在運(yùn)動(dòng)過程中，輪子作瞬時(shí)純滾動(dòng)。根據(jù)理論力學(xué)平衡條件，有平衡方程：X方向受力平衡： （11）Y方向受力平衡 ： （12）以O(shè)點(diǎn)為對(duì)象力矩平衡： （13）滾動(dòng)

2、摩阻力矩： （14）式中：m 車體總重量（kg）； 車體運(yùn)行加速度（）； 地面對(duì)履帶底盤的摩擦阻力（N）；N 地面對(duì)履帶底盤的支撐力（N）；R 驅(qū)動(dòng)輪半徑（m）；Ml 作用于驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩（Nm）；Mf 驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)摩阻力矩（Nm）； 地面履帶滾動(dòng)摩阻系數(shù)，=0.007。 假設(shè)車體在5秒內(nèi)達(dá)到最大速度1m/s，則加速度： 聯(lián)立上述方程：=3.544Nm同時(shí)，根據(jù)公式：（15）代入v=1m/s，R=0.1m的值，可求得主動(dòng)輪角速度為=10。又根據(jù)要求的行駛最大速度=1m/s，（16）由公式1-6初步確定電機(jī)經(jīng)過減速后的最大輸出轉(zhuǎn)速： =95.54 r/min綜上，電機(jī)經(jīng)過減速后的最大輸出轉(zhuǎn)速為9

3、5.54 rpm,每側(cè)電機(jī)經(jīng)減速器減速后在最大行駛速度情況下需要提供的極限扭矩為1.722 Nm，且要同時(shí)滿足速度要求。2、基于爬坡最大坡度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率計(jì)算相對(duì)于普通行駛過程，爬坡能力對(duì)于移動(dòng)履帶底盤的驅(qū)動(dòng)能力是一個(gè)重要的衡量指標(biāo)，所以在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，爬坡指標(biāo)的計(jì)算也應(yīng)作為選擇電機(jī)的必須依據(jù)。假設(shè)履帶底盤在角度為的斜坡上勻速直線行駛，不考慮履帶底盤小車行駛中的空氣阻力，并且假設(shè)車體左右驅(qū)動(dòng)完全對(duì)稱，將整個(gè)車體作為研究對(duì)象，分析履帶底盤的受力情況，如圖2所示：圖2 履帶底盤爬坡受力示意圖假設(shè)在運(yùn)動(dòng)過程中，車體以勻速速度行駛，輪子作瞬時(shí)純滾動(dòng)。圖中各參數(shù)意義與平地受力時(shí)相同。根據(jù)理論力

4、學(xué)平衡條件公式，可列平衡方程如下：X方向靜力平衡： （17）Y方向靜力平衡： （18）以點(diǎn)O為對(duì)象力矩平衡： （19）滾動(dòng)摩阻力矩： （110）式中：m 車體總重量（kg）； 車體運(yùn)行加速度（）； 地面對(duì)履帶底盤的摩擦阻力（N）； 地面對(duì)履帶底盤的支撐力（N）； 斜坡的坡度； 驅(qū)動(dòng)輪半徑（m）；Ml2 爬坡時(shí)作用于驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩（Nm）；Mf2 爬坡時(shí)驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)摩阻力矩（Nm）； 地面履帶滾動(dòng)摩阻系數(shù) 。取=35度，聯(lián)立式可以解得： =24.73Nm每側(cè)電機(jī)經(jīng)減速后在最大坡度情況下需要提供的極限扭矩是12.37Nm。與平地最大速度行駛時(shí)電機(jī)所需扭矩相比較，可得在爬坡時(shí)要求電機(jī)輸出扭矩較大。同

5、時(shí)，平地行走時(shí)，要求電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速較高。綜上，根據(jù)平地最大行進(jìn)速度以及爬坡時(shí)所需電機(jī)輸出扭矩進(jìn)行電機(jī)選擇。故根據(jù)爬坡時(shí)的行駛最大速度=0.5m/s，初步確定電機(jī)經(jīng)過減速后的最大輸出轉(zhuǎn)速： =47.77R/min初步確定單個(gè)電機(jī)經(jīng)減速箱后的功率P：（111）式中K為安全系數(shù)，此時(shí)取2，將K、 n 、Ml帶入，得到單側(cè)電機(jī)功率： =123.66W則所需電機(jī)的輸出功率為： （112）其中為輸出總效率，此處包括電機(jī)的效率、減速箱的傳動(dòng)效率、履帶的牽引效率以及履帶的傳動(dòng)效率，以上各量的值分別取為0.87，0.80，0.92，0.95則有值計(jì)算如下：（113）將參數(shù)P，值代入到式中，可得單側(cè)電機(jī)功率如下=2

6、02W電機(jī)的選擇以及電機(jī)與減速箱的匹配選擇在重量上是一個(gè)相互矛盾的過程，在相同輸出功率的情況下，若電機(jī)功率比較小，則要求減速箱減速比越大，減速箱隨著減速比的增大重量也會(huì)增加而電機(jī)隨著額定的輸出功率增大，其重量也會(huì)增加。綜合考慮電機(jī)和減速器之間的關(guān)系，速比越大則要求電機(jī)輸出扭矩越小，從而電機(jī)的重量就越輕。在權(quán)衡二者利弊的基礎(chǔ)上，根據(jù)所需的驅(qū)動(dòng)力矩、其它結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)性能的要求，驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇直流無刷電機(jī)86BLF系列，型號(hào)為86BLF-003，電機(jī)外形如圖3所示，電機(jī)參數(shù)如表1所示。圖3 直流無刷電機(jī)86BLF-003表1 直流無刷電機(jī)86BLF-003參數(shù)型號(hào)電壓V額定轉(zhuǎn)矩Nm額定轉(zhuǎn)速rpm額定電

7、流A額定功率W質(zhì)量kg機(jī)身長mm86BLF-003480.730006.62201.75673、渦輪蝸桿傳動(dòng)： 蝸輪蝸桿的選型 蝸桿傳動(dòng)在這個(gè)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性的作用，常用普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的種類有阿基米德圓柱蝸桿(ZA型)，漸開線圓柱蝸桿(ZI型)。 1.漸開線圓柱蝸桿(ZI型):端面齒廓為漸開線。這種蝸桿可以磨削，加工精度容易保證，傳動(dòng)效率高。一般用于蝸桿頭數(shù)較多(3頭以上)，轉(zhuǎn)速較高和要求較精密的傳動(dòng)，如滾齒機(jī)、磨齒機(jī)上的精密蝸桿副等。 2.阿基米德圓柱蝸桿(ZA型):車制。這種蝸桿加工方便，應(yīng)用廣泛，但導(dǎo)程角大時(shí)加大困難，齒面磨損較快。因此，一般用于頭數(shù)較少，載荷較小、低速或不太重要的傳動(dòng)

8、。軸向壓力角通過對(duì)二者的特征進(jìn)行比較，可見多功能移動(dòng)履帶底盤應(yīng)該選擇阿基米德圓柱蝸桿，即ZA型蝸桿。渦輪蝸桿傳動(dòng)，一般都是以蝸桿為主動(dòng)端，渦輪為從動(dòng)端，并實(shí)現(xiàn)很大的減速比。幾乎沒有以渦輪為主動(dòng)端的應(yīng)用。渦輪蝸桿傳動(dòng)中的自鎖，一般是指在渦輪上施加轉(zhuǎn)矩，無法使機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象（你也可以認(rèn)為此時(shí)渦輪是主動(dòng)輪）。渦輪蝸桿傳動(dòng)中發(fā)生自鎖的條件是蝸桿的展開螺距角小于渦輪蝸桿接觸的摩擦角。即47.62mm查表得：取中心距a=63mm，模數(shù)m=1.6mm，分度圓直徑d1=28mm這時(shí)d1/a=0.44,則計(jì)算結(jié)果可用。4. 蝸桿和渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸（1） 蝸桿：軸向齒距=5.024mm，直徑系數(shù)q=17.

9、5，頭數(shù)Z1=1 蝸桿分度圓直徑=28mm 齒頂圓直徑=31.2mm 齒根圓直徑=24.16mm 齒高=3.52mm 漸開線蝸桿基圓直徑=4.34mm 漸開線蝸桿基圓導(dǎo)程角 蝸桿齒寬=55mm 蝸桿節(jié)圓直徑=28.4mm 分度圓導(dǎo)程角 蝸桿軸向齒厚=2.512mm 蝸桿法向齒厚=2.51mm（2） 蝸輪：渦輪齒數(shù)Z2=61 變位系數(shù)x2=+0.125 蝸輪分度圓直徑=97.6mm 蝸輪齒頂高=1.8mm20 蝸輪齒根高=1.72mm 蝸輪齒高=3.52mm 蝸輪喉圓直徑=100.8mm 蝸輪齒根圓直徑=93.76mm 蝸輪頂圓直徑=104mm 蝸輪齒寬=23.4mm 蝸輪齒頂圓弧半徑=12.4mm 蝸輪齒根圓弧半徑=15.92mm 蝸輪分度圓齒厚=2.66mm 蝸輪節(jié)圓直徑=97.6mm 蝸輪咽喉母圓半徑=12.6mm5. 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度： 當(dāng)量齒數(shù) =61.31 根據(jù)變位系數(shù)x2和當(dāng)量齒數(shù)，查表得：齒形系數(shù)=2.25 螺旋角系數(shù)=0.9766 許用彎曲應(yīng)力=42.11MPa 根據(jù)蝸輪材料得到蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力=56MPa 壽命系數(shù)=0.75 =24.36MPa,彎曲強(qiáng)度滿足。6. 驗(yàn)算效率： ，與相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)。 =0.79m/s 查