非标翻转机构设计实战从扭矩计算到轴承选型的教学

《非标翻机构设计实战：从扭矩计算到轴承选型的 stepbystep 教学》
在非标自动化设计中，翻机构无处不在，它负责将工件从1个姿态精确地变换到另1个姿态。
1个可靠的翻机构，核心在于精准的扭矩计算与合适的轴承选型。
本文将1步步带您完成这个过程。


第1步：明确负载与工况

首先，我们需要明确设计条件：

负载质量 m：被翻工件的总质量kg。


重心位置 L：负载重心到旋轴线的距离m。
这是最关键参数之1。


翻角度与时间：例如，180度翻，要求在1秒内完成。


安全系数 f：通常取1.5到2，以覆盖摩擦、动态效应等未预见的因素。


第2步：计算所需扭矩

翻扭矩主要由3部分组成：

静态扭矩 Ts：用于克服重力，是主要扭矩。
Ts = m g L g为重力加速度，9.8 m/s²。
当负载重心与轴线垂直时，此扭矩最大。


惯性扭矩 Ti：用于产生角加速度。
Ti = J α。
其中，J是负载对旋轴的动惯量kg·m²，α是角加速度rad/s²。
对于规则形状，J有固定公式；对于复杂形状，可通过3维软件直接读取。


摩擦扭矩 Tf：轴承密封等产生的扭矩，可向供应商查询或凭经验估算。


总扭矩 T = Ts + Ti + Tf f

第3步：选择驱动方式与减速机

根据计算出的总扭矩T和所需速，选择合适的驱动元件：

伺服电机/步进电机：控制精准，可任意定位。


气缸+齿轮齿条/摆动缸：成本较低，适用于节拍不严、位置固定的场合。

通常电机会配减速机，其作用是放大输出扭矩、降低速。
选择减速机时，需确保其额定扭矩 > T。


第4步：轴承选型的关键点

轴承负责支撑旋体，其选型直接影响机构的平稳性和寿命。


载荷类型：翻机构主要承受径向载荷由重力产生。
如果存在轴向偏移，也会有轴向载荷。


轴承类型：

深沟球轴承：最常用，主要承受径向载荷，也能承受1定的双向轴向载荷，性价比高。


角接触球轴承：能承受较大的单向轴向载荷，适用于轴向力明显的场合，通常成对使用。


圆锥滚子轴承：能同时承受大的径向和轴向载荷，但摩擦阻力较大。


游隙与润滑：需考虑热膨胀对精度的影响，选择适当的游隙等级。
润滑能显著降低磨损和噪音。


总结：设计翻机构是1个系统过程。
从精确计算负载和扭矩开始，到匹配驱动元件，再到为支撑部分选择合适的轴承，每1步都环环相扣。
通过这种步步为营的方法，您将能设计出稳定、可靠的翻机构。