万向轮螺旋滚子受压变形的有限元分析

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1r、 - I - - - inite elem entanalysiS 0n corn 1]Iresslve deform ationfor helix rollers of universal wheelX田 X/a ， Lei ， rA .min(1.Handling Equipment Mechanical Department，Military Transportation University，Tianjin 300161，China2.Cadet Brigade，Military Transportation University，Tianjin 300161，China)Abstract：According to the surface reconstruction data of helix rollers，a 3D solid modeliS first establishedvia Pro/ETM.Then，a roler finite element modeling，together with the loading deformation simulation，isconducted using ANSYSTM to obtain deformation diagrams and displacement nephograms.By analyzing thesimulation results，the maximum roller displacements in the axial and vertical directions are next detectedfor rational material selection.Finally，it iS found from results that，when the helix roller iS compressivelydeformed。the actual contour iS different from theoretically-ideal contour.To guarantee the precision andstability of omni-directional moving platform operations，the loading deformation is considered with rollerdesign and manufacturing.Therein，the analysis results delivers a applicable significance upon platformkinematical precision and loading capability enhancement。

Key words：universal wheel；helix roler；finite element simulation；kinematical precision全方位移动平台是-种可在平面内实现横向运动、纵向运动、斜向运动、旋转运动等全方位移动[1]的机构，在万向叉车、移动机器人等机构中应用广泛E2-6J.由于其转动半径小，运动灵活，非常适于在仓库、舰船、机场等狭姓间内作业。

全方位移动平台的的核心部件是万向轮，它可以使平台实现全方位移动.而万向轮中螺旋滚子的外廓曲线又直接影响运动路线的精准度和运动过程中的平稳度，因此滚子形状对于机构性能有着重大的影响.本文将对螺旋滚子进行有限元仿真，研究滚子在受压情况下的受力分布以及各部分变形量的大小，研究实际廓线与理论廓线之间的关系，为螺旋滚子设计、制造提供理论参考和依据。

1 螺旋滚子简介螺旋滚子是万向轮的核心组成部分，-般为 2个 1对、6对或 9对组成 1组，均匀斜向分布在轮毂基金项目：天津市科技支撑重点资助项目(12CZDGx02200)作者简介：谢 霞(1970-)，女，副教授，工学博士.E.mail：xiexia0606###sina.com中 国 工 程 机 械 学 报 第 11卷位平台运行的平稳性和精度.通过仿真得到的变形数据，可以看出，滚子轴线即 轴方向上的最大位移量为 3.12 mm，发生在 轴坐标最大的节点处。

垂直最大位移 即 !，轴方 向上的最大位移为5.47 mm，发生在滚子横坐标方向中间部位.因此，需要在滚子的受力集中部位，如轴承、衬套处选择强度较大的材料。

(3)经过有限元分析可以得出，螺旋滚子在受压变形时，实际轮廓线会偏离理论轮廓线，但偏离量不大.要保证全方位移动平台运行的平稳性和运动路线的精确性，就需要保证滚子变形后的外包络线与整轮的理论圆周相重合.因此在滚子设计时，必须考虑受力变形的影响。

5 结论通过对万向轮螺旋滚子进行三维实体建模和受力变形的有限元仿真，找到了滚子在轴线方向和垂直方向的最大位移处，并得到了滚子在受压变形下，实际轮廓线和理论理想轮廓线的偏移.分析结果有助于提高全方位移动平台的运动精度，并使其更好地推广应用。

影响螺旋滚子变形情况的因素很多，既有螺旋滚子本身的影响，包括螺旋滚子的尺寸、材料、布置方式、轮子轴与螺旋滚子轴之间的夹角等，同时又撒于外力大孝外力方向、模拟地面的各种参数等因素.后续需要对滚子的不同模型以及整个万向轮进行静力学和动力学仿真分析，找出最合理的参数，以便对螺旋滚子进行优化设计或改进。