機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算（12）——舵機(jī)輪的設(shè)計(jì)計(jì)算

面壁深功

有一個(gè)雙舵輪AGV,，其兩個(gè)舵輪在車體中心前后分布,。載重2000Kg,，行走輪的外徑250mm,水平依靠滾子回轉(zhuǎn)支承,，變向機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)帶1:10的行星減速機(jī)，行星減速機(jī)的出軸上裝m=2,，Z=24的齒輪,，帶動(dòng)m=2，Z=114的齒輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向,。
在設(shè)計(jì)一個(gè)雙舵輪AGV時(shí),，我們需要考慮多個(gè)因素來確保AGV能夠平穩(wěn)、準(zhǔn)確地移動(dòng)和轉(zhuǎn)向,。以下是一個(gè)基于給定參數(shù)的詳細(xì)計(jì)算：
已知參數(shù)
載重：2000Kg； 行走輪外徑：250mm,； 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：伺服電機(jī)帶1:10的行星減速機(jī),，出軸上裝m=2, Z=24的齒輪,，帶動(dòng)m=2, Z=114的齒輪
計(jì)算步驟
1. 行走輪半徑
行走輪半徑 r=2250=125 mm
2. 所需驅(qū)動(dòng)力矩
為了簡化計(jì)算，我們假設(shè)AGV在水平地面上移動(dòng),，且不考慮滾動(dòng)阻力系數(shù)（這在實(shí)際中需要更詳細(xì)的參數(shù)）,。然而，為了驅(qū)動(dòng)2000Kg的載重,，我們需要考慮靜摩擦力和動(dòng)態(tài)摩擦力,。
靜摩擦力 Fs=μs×W，其中 μs 是靜摩擦系數(shù),，W 是載重,。
動(dòng)態(tài)摩擦力 Fk=μk×W，其中 μk 是動(dòng)摩擦系數(shù),。
由于沒有這些摩擦系數(shù)的具體值,，因此可以使用一個(gè)估算值。假設(shè) μs=0.08（這是一個(gè)相對較高的值,，用于安全估算）,，則：
Fs=0.08×2000×9.81=1569.6 N
為了簡化，我們假設(shè)動(dòng)態(tài)摩擦力與靜摩擦力相同（在實(shí)際中,，動(dòng)態(tài)摩擦力通常小于靜摩擦力）,。但在此，我們?nèi)允褂渺o摩擦力來計(jì)算所需的驅(qū)動(dòng)力矩,，以確保安全,。
所需的驅(qū)動(dòng)力矩 T=Fs×r=1569.6×0.125=196.2 Nm
由于AGV有兩個(gè)舵輪，每個(gè)舵輪需要承擔(dān)的力矩為總力矩的一半,，但考慮到實(shí)際運(yùn)行中可能存在的不均勻分布,，我們可以按經(jīng)驗(yàn)力的分配折算。假設(shè)每個(gè)舵機(jī)承擔(dān)60%的總力矩（這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值,，可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）：
T舵機(jī)=0.6×T=0.6×196.2=117.72 Nm
但考慮到之前的計(jì)算是基于單個(gè)舵輪完全承擔(dān)所有力矩的假設(shè),，而實(shí)際上兩個(gè)舵輪會共同分擔(dān)，因此每個(gè)舵輪實(shí)際所需的力矩應(yīng)小于上述計(jì)算值,。為了安全起見,，我們?nèi)允褂?17.72 Nm作為每個(gè)舵機(jī)的設(shè)計(jì)力矩。
3. 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)計(jì)算
3.1 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的負(fù)載扭矩計(jì)算
轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由滾動(dòng)圓轉(zhuǎn)支承來承載垂直壓力,，滾動(dòng)摩擦系數(shù)定為0.05,。但需要注意的是，這里的滾動(dòng)摩擦系數(shù)主要用于估算滾動(dòng)支承的摩擦力矩,，而不是用于計(jì)算驅(qū)動(dòng)AGV所需的力矩,。然而，為了簡化計(jì)算，我們可以假設(shè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)向時(shí)所需的扭矩與滾動(dòng)支承的摩擦力矩相關(guān),。但這是一個(gè)粗略的估算,，實(shí)際中可能需要更詳細(xì)的模型來計(jì)算。
假設(shè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)向時(shí)所需的扭矩為滾動(dòng)支承摩擦力矩的某個(gè)倍數(shù)（這個(gè)倍數(shù)取決于轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的效率和設(shè)計(jì)）,，我們暫時(shí)將其設(shè)為1（即假設(shè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)效率為100%,，這是一個(gè)理想情況）。
由于我們沒有滾動(dòng)支承的具體參數(shù)（如直徑,、寬度等）,，因此無法準(zhǔn)確計(jì)算其摩擦力矩。但在此,，我們可以假設(shè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)所需的扭矩為某個(gè)經(jīng)驗(yàn)值或根據(jù)類似設(shè)計(jì)進(jìn)行估算,。然而，為了與之前的計(jì)算保持一致,，并考慮到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可能需要的額外扭矩（如齒輪傳動(dòng)損失,、軸承摩擦等），我們可以假設(shè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)所需的扭矩為每個(gè)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩的一定比例（例如60%,，這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值）,。
因此，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)所需的扭矩 T回轉(zhuǎn)=0.6×T舵機(jī)=0.6×117.72=70.632 Nm
但請注意,，這個(gè)計(jì)算是基于多個(gè)假設(shè)和估算的,，實(shí)際中可能需要更詳細(xì)的計(jì)算和測試來確定轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)所需的扭矩。
3.2 伺服電機(jī)扭矩計(jì)算
轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)通過行星減速機(jī)驅(qū)動(dòng),。行星減速機(jī)的減速比為1:10,，因此輸出扭矩是輸入扭矩的10倍。
小齒輪的齒數(shù) Z1=24,，模數(shù) m1=2,；大齒輪的齒數(shù) Z2=114，模數(shù) m2=2,。
由于模數(shù)相同,，我們可以直接比較齒數(shù)來計(jì)算齒輪比：
齒輪比 i=Z2/Z1=114/24=4.75
因此，大齒輪上的扭矩是小齒輪上的4.75倍,。但在此計(jì)算中,，我們更關(guān)心的是伺服電機(jī)通過行星減速機(jī)后輸出的扭矩。
考慮到行星減速機(jī)的減速比和齒輪比,，伺服電機(jī)需要提供的扭矩為：
Tmotor= T回轉(zhuǎn)/(10×i)=70.632/(10×4.75)=1.48 Nm
當(dāng)然,，這個(gè)計(jì)算值可能偏小，因?yàn)樵趯?shí)際中轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可能需要更大的扭矩來克服摩擦,、慣性等,。因此,，在選擇伺服電機(jī)時(shí)，我們應(yīng)該考慮一個(gè)更大的安全裕量,。
4. 伺服電機(jī)選擇
根據(jù)所需的扭矩和速度要求（這取決于AGV的設(shè)計(jì)速度和加速度）,，我們可以選擇合適的伺服電機(jī),。通常,，伺服電機(jī)的選擇還需要考慮其動(dòng)態(tài)性能、控制精度和可靠性等因素,。此外,，還需要考慮電機(jī)的尺寸、重量和安裝方式等是否與AGV的設(shè)計(jì)相匹配,。
5,、計(jì)算后的結(jié)論
以上計(jì)算提供了一個(gè)基于給定參數(shù)的AGV舵機(jī)設(shè)計(jì)的初步估算。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,，還需要考慮更多因素,，如電機(jī)的熱管理、齒輪的強(qiáng)度和耐久性,、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的精度和穩(wěn)定性等,。此外，還需要進(jìn)行詳細(xì)的測試和驗(yàn)證來確保AGV的性能和安全性,。在市場化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,，應(yīng)該使用更廣泛場景參考以及更詳細(xì)的模型來進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。

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盧Tiger

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