為了避免一些機械設備的穩定運行與減小顛婆,通常需要安裝減震機構,減震機構常見的有彈簧和減震墊組成。減震機構的回彈效果不能太明顯,要盡量在小范圍的伸縮回彈范圍內實現減震效果。減震少不了彈簧,同時也要考慮到彈簧的壓縮及回彈,彈簧減震器彈簧的選擇是有硬性要求的。
我們知道,一根彈簧需要剛度較高,病切容易出現偏心,有可能導致機器運動時較真效果起副作用。三角形具有穩定性,將彈簧設計成等邊三角形,可以非常有效的將機器人所受的載荷平均分攤到每支彈簧上,減小了單獨彈簧的受力,增加了彈簧的使用壽命,節約了成本,減少了更換維修次數,使用起來方便快捷省心。同時,減震彈簧的等邊三角布置的設計進一步體現出本機構的穩定性。彈簧的選型注意以下兩點。
1、彈簧的選型與校核
彈簧的選擇要考慮其直徑,壓縮力,壽命,預緊力等因素。由所給要求可知,本次機器人的承重為55kg,一共三根彈簧,所以每根彈簧承重為180N。
2、選擇彈簧材料及許用應力
通過查閱資料可知,彈簧預緊力就是預先考慮的最大彈性恢復力和彈性時間維持力,直接影響彈簧的彈性衰退時間。是不能調節的,這是制造時材料和熱處理形成的,跟彈簧的材料有關。所以接下來分析彈簧的材料劃分及其所具有的性能。彈簧按照材料可分為碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼,這兩種菜聊的彈簧各有優缺點,在不同的情況下使用不同材料的彈簧,會有更佳的效果。碳素彈簧鋼特點是可塑性低,彈性強,抗應力能力強,這種材料的彈簧適用于普通的結構和承載能力不太大的結構中,可以起到事半功倍的效果;第二種就是合金彈簧鋼,合金彈簧鋼必須具有高的屈服點和屈強比(σs/ σb)、彈性極限、抗疲勞性能,以保證彈簧有足夠的彈性變形能力并能承受較大的載荷,這種材料的彈簧適用于承載能力較強的結構中。因為在本次設計的減震機構中,其承受的載荷為55kg,承載能力一般,為了不使下料性能過剩并且適合的機構,考慮到彈簧在一般載荷下工作,所以本次選擇碳素彈簧鋼絲。通過對資料的進行查閱,初步估算碳素彈簧的彈簧絲直徑為d=4.5mm。查機械設計可知其許用應力的計算公式為
[τT]=0.5σb.σb=1840Mpa,于是根據所知參數可以計算出[τT]=920Mpa 計算彈簧絲直徑 d
通過查閱資料,和根據給定條件選定 C=7,通過查閱資料可以確定彈簧系數的計算公式,將所知參數代入
所以根據公式可以確定彈簧系數: K=0.6154C-1+=1.145 C4C-4
計算得出彈簧絲直徑d=1.6KCFmaxτT=4.87
彈簧參數需要標準化,所以通過查閱細聊,取離4.87mm最近的標準值5mm
由此可以確定出彈簧的外輪廓直徑和分度直徑:
D2=cd=7x5=35
D=D2+d=35+5=40
計算彈簧的有效工作圈數n
查機械設計參數表 得 G=80000Mpa 并計算彈簧工作圈數為
Gd4λ80000X3.24X70==25.86 n=8FD328X120X323
取彈簧n=26
驗算載荷與變形
最小載荷與最大載荷相應的變形量為
λmin8FGd4λ80000X54X70==19.8=6.62 338FD28X120X35
38FmaxD2n80000X54X70λmax==87.15=311.36 Gd38X120X353
彈簧的行程為 λ0=λmax-λmin=304.74mm
τmin=1.12[τT]=1.12X920=1030.4Mpa
Fmin3.14X52X1030.4===1261.5 8KC8X1.145X7πd2τmin
與之相應的變形量為
8FmaxD2n80000X54X70λmin==87.15=157.8mm Gd4120X3543
計算彈簧其余幾何尺寸
彈簧總圈數 n0=n+2=26+2=28
穩定性計算 b=H0179.6==5.13<5.3 滿足性能要求 D235
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