电机选型计算和涡轮蜗杆传动选型计算汇总Word文档格式.docx

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35；

履带底盘主履带驱动电机的选择履带底盘主履带驱动电机的选择1、基于平地最大速度的驱动电机功率计算在城市道路上行驶时，履带底盘受力较简单。

进行简化计算，假设车体以最大速度1m/s直线行驶，不考虑履带底盘行驶中的空气阻力，则其受力情况，如图1所示：

C）y/A图1履带底盘平地行驶示意图假设在运动过程中，轮子作瞬时纯滚动。

根据理论力学平衡条件，有平衡方程：

X方向受力平衡：

丫方向受力平衡：

以O点为对象力矩平衡:

滚动摩阻力矩:

式中:

（1-4）m车体总重量（kg）；

车体运行加速度（m/S2）;

地面对履带底盘的摩擦阻力（N）;

N地面对履带底盘的支撑力（N）;

R驱动轮半径（m）;

Ml作用于驱动轮的驱动力矩（Nm）;

Mf驱动轮滚动摩阻力矩（Nm）;

假设车体在5秒内达到最大速度1m/s,贝加速度：

a=0.2n/s联立上述方程:

M,=Mf+fR=0.007x40x9.8+40咒0.2咒0.1=3.544Nm同时，根据公式:

（1-5）代入v=1m/s，R=0.1m的值，可求得主动轮角速度为=10rad/s。

Vmax咒60又根据要求的行驶最大速度Vmax=1m/s,nmax兀D由公式1-6初步确定电机经过减速后的最大输出转速:

仔60nmax=314x02=95.54r/min综上，电机经过减速后的最大输出转速为95.54rpm,每侧电机经减速器减速后在最大行驶速度情况下需要提供的极限扭矩为1.722Nm，且要同时满足速度要求。

2、基于爬坡最大坡度的驱动电机功率计算相对于普通行驶过程，爬坡能力对于移动履带底盘的驱动能力是一个重要的衡量指标，所以在进行驱动系统设计的时候，爬坡指标的计算也应作为选择电机的必须依据。

假设履带底盘在角度为a的斜坡上匀速直线行驶，不考虑履带底盘小车行驶中的空气阻力，并且假设车体左右驱动完全对称，将整个车体作为研究对象，分析履带底盘的受力情况，如图2所示：

图2履带底盘爬坡受力示意图假设在运动过程中，车体以匀速速度行驶，轮子作瞬时纯滚动。

图中各参数意义与平地受力时相同。

根据理论力学平衡条件公式，可列平衡方程如下：

X方向静力平衡：

（1-7）（1-8）f=mgsinet丫方向静力平衡:

N=mgcosa以点0为对象力矩平衡:

m车体总重量（kg）；

a车体运行加速度（m/s2）;

地面对履带底盘的支撑力（N）;

a斜坡的坡度;

驱动轮半径（m）；

Mi2爬坡时作用于驱动轮的驱动力矩（Nm）;

Mf2爬坡时驱动轮滚动摩阻力矩（Nm）;

地面履带滚动摩阻系数。

取a=35度，联立式可以解得:

M,=Mf+fR=0.007x40x9.8xcos35o+40x9.8xsin35ox0.1=24.73Nm每侧电机经减速后在最大坡度情况下需要提供的极限扭矩是12.37Nm。

与平地最大速度行驶时电机所需扭矩相比较，可得在爬坡时要求电机输出扭矩较大。

同时，平地行走时，要求电机输出转速较高。

综上，根据平地最大行进速度以及爬坡时所需电机输出扭矩进行电机选择。

故根据爬坡时的行驶最大速度Vmax=0.5m/s,初步确定电机经过减速后的最大输出转速:

vX600.5X60弋缶=3=47.77R/min初步确定单个电机经减速箱后的功率P：

兀P=7-KnmaxMl30式中K为安全系数，此时取2，将K、n、Ml带入，得到单侧电机功率:

（1-12）则所需电机的输出功率为:

Pn其中n为输出总效率，此处包括电机的效率、减速箱的传动效率、履带的牵引效率以及履带的传动效率，以上各量的值分别取为0.87,0.80,0.92,0.95则有n值计算如下:

（1-13）将参数P,n值代入到式中，可得单侧电机功率如下Pin=202W电机的选择以及电机与减速箱的匹配选择在重量上是一个相互矛盾的过程，在相同输出功率的情况下，若电机功率比较小，则要求减速箱减速比越大，减速箱随着减速比的增大重量也会增加而电机随着额定的输出功率增大，其重量也会增加。

综合考虑电机和减速器之间的关系，速比越大则要求电机输出扭矩越小，从而电机的重量就越轻。

在权衡二者利弊的基础上，根据所需的驱动力矩、其它结构以及运动性能的要求，驱动电机选择直流无刷电机86BLF系列，型号为86BLF-003，电机外形如图3所示，电机参数如表1所示。

图3直流无刷电机86BLF-003表1直流无刷电机86BLF-003参数型号电压V额定转矩Nm额定转速rpm额定电流A额定功率W质量kg机身长mm86BLF-003480.730006.62201.75673、涡轮蜗杆传动:

蜗轮蜗杆的选型蜗杆传动在这个系统中起着关键性的作用，常用普通圆柱蜗杆传动的种类有阿基米德圆柱蜗杆（ZA型），渐开线圆柱蜗杆（ZI型）。

1.渐开线圆柱蜗杆（ZI型）:

端面齿廓为渐开线。

这种蜗杆可以磨削，加工精度容易保证，传动效率高。

一般用于蜗杆头数较多（3头以上），转速较高和要求较精密的传动，如滚齿机、磨齿机上的精密蜗杆副等。

2.阿基米德圆柱蜗杆（ZA型）:

车制。

这种蜗杆加工方便，应用广泛，但导程角大时加大困难，齿面磨损较快。

因此，一般用于头数较通过对二者的特征进行比较，可见多功能移动履带底盘应该选择阿基米德圆柱蜗杆，即ZA型蜗杆。

涡轮蜗杆传动，一般都是以蜗杆为主动端，涡轮为从动端，并实现很大的减速比。

几乎没有以涡轮为主动端的应用。

涡轮蜗杆传动中的自锁，一般是指在涡轮上施加转矩，无法使机构转动的现象（你也可以认为此时涡轮是主动轮）。

涡轮蜗杆传动中发生自锁的条件是蜗杆的展开螺距角小于涡轮蜗杆接触的摩擦角。

即PP为蜗杆的展开螺距角，为摩擦角；

tg二从卩为摩擦系数。

普通圆柱蜗杆传动的中心距尾数应取为0或5mm。

对于要求具有自锁性能的蜗杆传动，导程角的选取范围为：

Y=3017，且蜗杆头数z=1。

蜗轮蜗杆副自锁验证:

依靠具有自锁能力的蜗轮蜗杆副实现自锁功能。

蜗轮蜗杆副自锁条件:

蜗杆螺旋角Y小于折合摩擦角A；

3a4Tn作用在涡轮上的转矩T2=22.56Nm载荷系数K=KaKpKv=1.15*1*1.05=1.21弹性影响系数Ze=160Mpa（因选用是钢蜗杆和铸锡磷青铜涡轮相配）接触系数Zp=3（先假定蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值）确定许用接触应力0=匕】Khn=268*0.97=259.96MPa涡轮的基本许用应力bj查表得到应力循环齿数N=60jn2Lh=60*1*17.95*12000=1.307寿命系数Khn二屮0右何=0.97计算中心距a47.62mm查表得：

取中心距a=63mm,模数m=1.6mm,分度圆直径d1=28mm这时d1/a=0.44,zpZp,则计算结果可用。

4.蜗杆和涡轮的主要参数与几何尺寸

（1）蜗杆：

轴向齿距巳=m=5.024mm,直径系数q=17.5,头数Z1=1蜗杆分度圆直径di=28mm齿顶圆直径da1=d1+2ham=31.2mmh；

=1c=0.2齿根圆直径dfj=6-2（ha+c*）m=24.16mm齿高h1=hahf1=3.52mm渐开线蜗杆基圆直径nYb=4.34mm渐开线蜗杆基圆导程角cos人=COsYCOSan蜗杆齿宽b1=55mm蜗轮分度圆直径d2=mz2=97.6mm蜗轮齿顶高ha2=m（h：

+X2）=1.8mm20蜗轮齿根高hf2=m（ha-X2+c*）=1.72mm蜗轮齿高h2=ha2+hf2=3.52mm蜗轮喉圆直径da2=d2+2ha*m=100.8mm蜗轮齿根圆直径df2=d2-2（ha+c*）m=93.76mm蜗轮顶圆直径de2兰da2+2m=104mm蜗轮齿宽b2兰0.75dai=23.4mm蜗轮齿顶圆弧半径Ra2=-m=12.4mm2蜗轮齿根圆弧半径Rf2=也+cm=15.92mm2蜗轮分度圆齿厚$2=（0.5兀+2x2tanan）m=2.66mm蜗轮节圆直径d2=d2=97.6mm蜗轮咽喉母圆半径rg2=a-da2=12.6mm25.校核齿根弯曲疲劳强度:

当量齿数Zv2=2弔=61.31cosY根据变位系数x2和当量齿数，查表得：

齿形系数冷2=2.25y螺旋角系数丫円-而=0.9766根据蜗轮材料得到蜗轮的基本许用弯曲应力bJ=56MPa升=24.36MPav屛,弯曲强度满足。

6.验算效率:

tanYyogtan（”）Vs=0.79m/s60咒1000coS查表得：

=2.805n=0.52（自锁蜗杆传动的效率为0.3）7.热平衡核算:

以自然冷却的方式向外扩散的热流量：

2=叫5仇-ta）叫箱体表面的传热系数；

S箱体散热面积;

to油的工作温度，一般限制在60700Cta周围空气的温度，一般为2O0C热平衡条件:

求既定条件下的油温to，或保持正常工作温度所需要的散热面积S。