基于非Hertz接触理论的连续切换轮辊子变形分析.pdf

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1、机器人技术现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2017年第4期基于非Hertz接触理论的连续切换轮辊子变形分析梁超，高宏力，吴向东，李世超，彭志文(西南交通大学机械工程学院，成都610031)摘要：介绍了一种目前广泛应用于移动机器人领域的连续切换全向轮。通过分析辊子的几何模型，建立辊子轮廓面的参数方程，并提出了两相邻辊子间间隙应满足的条件。根据全向轮与地面的接触条件，提出了基于非Hertz(赫兹)接触理论分析轮缘处辊子与地面接触的变形情况，并将结果与ANSYS有限元方法对辊子接触变形进行对比验证。为此类连续切换轮的结构分析及减小振动

2、提供了理论基础。关键词：连续切换轮；辊子表面参数方程；非Hertz接触；接触变形中图分类号：TP391文献标志码：A文章编号：1671--3133(2017)04删2----05DoI：10．16731／i．cnki．167l一3133．2017．04．008Analysisonrowalternatewheeldeformationbasedonnon．HertzcontacttheoryLiangChao，GaoHongli，WuXiangdong，LiShichao，PengZhiwen(SchoolofMechanicalEngineering，Southwest

3、JiaotongUniversity，Chengdu610031，China)Abstract：Introducedarowalternatewheelwhichiscurrentwidelyusedinthemobilerobotfield．Parametrizationsequationoftherollsurfacewereworkedoutbyanalyzinggeometricmodelofrollandproposetotheconditioninadjacentrollersclearance．Ac—cordingtothewheelsandgroundco

4、ntractcondition，presentawaytoanalyzedthedeformationofwheelrimrollandgroundcon—tactconditionbasedonnon-Hertzcontacttheory．andthecontactdeformationwassimulatedbyusingANSYSsoftwarecomparisonwiththecalculationresults．Providedmethodbasisforrowalternatewheelapplications．Keywords：rowalternatewhe

5、el；parametrizationsequationofroll；non—Hertzcontact；contactdeflection0引言全向轮是轮式移动机器人实现全方位运动的主要机构，其基本原理是全向轮可以通过轮子边缘上的若干辊子在垂直于辊子轴线的方向上做自由滚动以实现两自由度运动的功能⋯。目前，由于全向轮轮毂与辊子轴线所成角度不同，可以分为Mecanum轮和连续切换轮两种拉J。Mecanum轮的主要特点是辊子轴线与轮毂轴线成45。角∞1。连续切换轮的辊子轴线与轮毂轴线相互垂直，可分为单排或双排结构，具有两个自由度，不仅可绕轮子自身轴线进行转动，而且由于辊子、辊子轴

6、及轮毂之间的不完全约束，辊子可绕辊子轴在垂直于轮毂轴线的方向做自由转动”引。目前，对于这几种全向轮的结构缺少系统性的分析。连续切换轮通过电动机产生驱动力，使轮子旋转，辊子依次与地面接触，且辊子可绕辊子轴线自由转动。单排连续切换轮在转动过程中，由于辊子间的42不连续导致辊子与地面脱离，从而使轮子产生径向振动∞1。双排连续切换轮通过使用双排轮相互交替的方式可以减小或消除由辊子的不连续导致的径向振动"J。但在轮子滚动过程中两辊子交替与地面接触时及单个辊子与地面接触时，辊子所产生的变形不同，故而亦有径向振动的现象。为此，本文通过详细分析双排连续切换轮在地面滚动时辊子与地面的接触情

7、况，并基于非Hertz接触理论建立了单个辊子与地面接触时的接触模型，分析并计算了辊子产生的变形。1辊子轮廓面的曲面方程双排连续切换轮如图1所示。图1a所示为双排连续切换轮三维整体视图，从图1b中可知双排连续切换轮由中间连接件与两个单排连续切换轮组成。解决了因辊子不连续导致轮子径向振动的问题，一定程度上提高了全向轮的稳定性。梁超，等：基于非Hertz接触理论的连续切换轮辊子变形分析2017年第4期图轮毂齿辊子a)双排连续切换轮b)双排连续切换轮分解图1双排连续切换轮单排连续切换轮如图2所示。a)单排连续切换轮局部剖视b】辊子部分