图4 驱动系统
减速电机的电机本体为深圳市集创兴科技有限公司的28无刷电机，空载转速3500 r/min，限流3.0 A，寿命500小时。减速电机的输出转速要求低于20 r/min，因而减速箱的减速比需要达到175∶1。电机减速箱共有4级减速，第2、3、4级均采用齿轮传动减速，第1级减速对比分析了蜗轮蜗杆传动和面齿轮传动，减速箱三维结构分别如图5所示。蜗轮蜗杆结构虽然可以在紧凑的空间内实现大传动比，但是传动效率较低，且难以避免磨损[26]，因而无法满足大扭矩、高寿命的使用需求。与之相比，面齿轮传动具有转矩分流、传动装置轻量化、空间占用小、无进给力等优点，广泛应用于高速重载场合[27]，最终1级减速采用了面齿轮传动结构。
图5 电机减速箱内部结构
2.2 下壳离合系统转轴优化设计
离合系统依靠下壳的转轴定位和支撑，转轴的强度直接关系到整个系统的可靠性。转轴为悬臂结构，内部中空，局部结构如图6所示。根据电机堵转扭矩6 N·m，可知转轴受到离合上齿轮和下齿轮施加的最大径向力分别为319 N和221 N。下壳材质选择PC（拉伸强度60 MPa），按最大径向力同时施加载荷，静态强度仿真结果如图6 a) 所示，转轴外圈根部应力集中明显，局部安全系数≤1.0。调整下壳结构，在转轴根部增设1.5 mm的斜角，减小注塑成型后的应力集中，提升强度，静态强度仿真结果如图6 b) 所示，整体安全系数≥1.3。进一步，将下壳材质更换为PA66-RGF25（拉伸强度150 MPa），静态强度仿真结果如图6 c) 所示，整体安全系数≥3。根据仿真分析结果，下壳材质选择PA66-RGF25，根部增设1.5 mm斜角。
