六自由度平台设备基础、基座设计计算报告.docx

设备基础、基座设计计算报告2019年11月 1. 齿条连接螺栓强度校核：电机额定转矩为790Nm，减速机减速比4：1，齿轮外径为212.21mm，齿条为多段拼接，一根齿条长为1.92米在实际运行的过程中，同一根齿条最多和三个齿轮同时啮合，则齿条的实际受力为：F齿条=3T电机4r齿轮 =37904212.2121000N=89345.5N每根齿条的连接螺栓数量n为16根，则每根螺栓分担的力为：F齿条=F齿条n=89345.516N=5584N现选取螺钉为机械性能等级10.9级，M20的螺钉，螺纹小径为17.3mm，螺钉材料屈服强度为900 Mpa，以下对现有齿条选用螺钉进行校核计算： Fp=KfFAmf=1.2558410.15N=44672.7Nσ=1.3Fpπ4d12 =1.344672.7π417.32Mpa =247MpaSs=σsσ=900247=3.6以上式中：FA——横向载荷，单位N;Fp——螺栓预紧力，单位N;Kf——可靠性系数，取1.1~1.3，本计算取1.2；m——接合面数；f——接合面摩擦系数，根据不同材料而定，钢对钢时，为0.15左右，本计算取0.15；d1——螺纹小径，单位mm；σs——螺栓屈服强度，Mpa，由螺栓材料机械性能等级决定；σ——计算应力，单位Mpa；Ss——安全系数。

综上述计算，安全系数为3.6，满足使用要求2. 倾覆力矩计算由技术要求结合三维模型可知如下参数：l 在六自由度运动产生惯性力和力矩的过程中，参与其中的重量为5.815吨，其中鼓形舱1吨、运动平台1吨、舱内载荷3.5吨、三个上铰支座0.315吨；l 运动平台角加速度200/s2；l 运动平台线加速度1g；l 运动平台的最大转动惯量：Jx=1.35104kg∙m2Jy=1.31104kg∙m2Jz=1.01104kg∙m2角加速度换算为弧可得 α=200/s2=3.4907rad/s2则各个方向由于转动产生的力矩计算如下：mx=Jxα =1.351043.4907Nm =47124Nmmy=Jyα =1.311043.4907Nm =45728Nmmz=Jzα =1.011043.4907Nm =35256Nm水平方向做加速运动时推力为F=ma =58159.8N =56987N由三维模型可知，参与运动的部件重心距滑轮轨道面的距离为3.71m,则由于水平运动惯性力产生的倾覆力矩为：mT=569873.71Nm=211421.8Nm综上所述，各向最大受力情况如下：水平方向运动时由于惯性产生的推力最大为Fx=Fy=56987N运动过程中，绕X轴和Y轴最大的力矩为Mx=mx+mT =47124Nm+211421.8Nm =258545.8NmMy=my+mT =45728Nm+211421.8Nm =257149.8Nm1) 导轨板连接螺钉计算：在平台运动过程中，当平台倾覆力矩最大时导轨板连接螺钉受力最大。

此时受拉螺钉距倾覆支点的距离为2.6米，则受力平衡如下：F导L导=MxF导=MxL导=258545.82.6N=99440.6N总共受力螺钉数量为10个，则单个螺钉受力为F导=F导10=99440.610=9944.06N残余预紧力 Fp=KFc=1.69944.06N=15910.5N总载荷 F0=Fc+Fp=9944.06+15910.5N=25854.6N许用应力 σ=σsSs=9003Mpa=300Mpa螺栓小径 d1=1.3F0π4σ=1.325854.6π4300mm=11.94mm式中：Fc——轴向载荷，单位N;F0——螺栓所受轴向总载荷，单位N;Fp——残余预紧力，单位N;d1——螺栓小径，单位mm；K——残余预紧力系数，此处取值1.6；λ——相对刚度，垫片材料为金属或无垫片取0.2~0.3，此处取值0.25σs——螺栓屈服强度，单位Mpa，由螺纹连接机械性能等级确定，此处选用10.9级，屈服强度为900Mpa：SS——安全系数，此处取值3由上述计算可得螺栓小径不下于11.94mm就满足要求，故本设计选取M16的螺钉，其小径为13.8mm。

2) 地脚螺栓计算：在平台运动过程中，当平台倾覆力矩最大时地脚螺栓受力最大此时受拉螺栓距倾覆支点的距离为2.78米，则受力平衡如下：F地脚L地脚=MxF地脚=MxL地脚=258545.82.78N=93002N总共受力螺钉数量按8个考虑，则单个螺钉受力为 F地脚=F地脚8 =930028=11625.3N残余预紧力 Fp=KFc=1.611625.3N=18600.5N总载荷 F0=Fc+Fp=11625.3+18600.5N=30225.8N许用应力 σ=σsSs=6403Mpa=213Mpa螺栓设计计算公式 d1=1.3F0π4σ=1.330225.8π4213mm=15.3mm式中：Fc——轴向载荷，单位N;F0——螺栓所受轴向总载荷，单位N;Fp——残余预紧力，单位N;d1——螺栓小径，单位mm；K——残余预紧力系数，此处取值1.6；λ——相对刚度，垫片材料为金属或无垫片取0.2~0.3，此处取值0.25σs——螺栓屈服强度，单位Mpa，由螺纹连接机械性能等级确定，此处选用8.8级，屈服强度为640Mpa：SS——安全系数，此处取值3。

由上述计算可得螺栓小径不下于15.3mm就满足要求，故本设计选取M30的螺钉，其小径为26.2mm3) 小车与平台连接螺栓计算：在平台运动过程中，当平台倾覆力矩最大时小车与平台连接螺钉受力最大此时受拉螺钉距倾覆支点的距离为2.71米，则受力平衡如下：F车L车=MxF车=MxL车=258545.82.71N=95404N总共受力螺钉数量为8个，则单个螺钉受力为 F地脚=F地脚8 =954048=11925.5N残余预紧力 Fp=KFc=1.611925.5N=19080.8N总载荷 F0=Fc+Fp=11925.5+19080.8N=31006N许用应力 σ=σsSs=9003Mpa=300Mpa螺栓小径 d1=1.3F0π4σ=1.331006π4300mm=13.1mm式中：Fc——轴向载荷，单位N;F0——螺栓所受轴向总载荷，单位N;Fp——残余预紧力，单位N;d1——螺栓小径，单位mm；K——残余预紧力系数，此处取值1.6；λ——相对刚度，垫片材料为金属或无垫片取0.2~0.3，此处取值0.25。

σs——螺栓屈服强度，单位Mpa，由螺纹连接机械性能等级确定，此处选用10.9级，屈服强度为900Mpa：SS——安全系数，此处取值3由上述计算可得螺栓小径不下于13.1mm就满足要求，故本设计选取M20的螺钉，其小径为17.3mm3. 导轨板基座的拼接导轨板基座总长度20米，宽度2.81米，如果整体铸造难度较大，难以实现所以我们采用分段铸造后再进行拼接的方案为了保证拼接后整体的平面度等能够满足使用要求，我们对拼接后基座的关键部位进行整体精加工各段之间的拼接处我们设计有连接法兰，在法兰连接处采用高强螺栓连接，同时有齐缝销子进行定位高强螺栓与齐缝销的设计组合目的是不会因为受力和使用时间的长短而彼此移位，同时也方便二次安装时能够快速顺利的拼接在现场安装时，我们借助水平调平仪器和调平装置对基座进行整体的调平，最终保证基座满足设备整体的使用要求。