爬樓車畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、、乙前言近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)蓬勃發(fā)展，計(jì)算和數(shù)據(jù)傳送速度大幅度提高。以此硬件為基礎(chǔ)，許多智能算法得以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，智能機(jī)器人正變得越來越聰明。隨著現(xiàn)實(shí)生活中對(duì)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，使得機(jī)器人成為戰(zhàn)勝自然和虛擬障礙的必需品。在很多危險(xiǎn)場(chǎng)所，如戰(zhàn)場(chǎng)、核生化災(zāi)害地、恐怖爆炸地等需要愈來愈多的移動(dòng)機(jī)器人搭載機(jī)械手等設(shè)備代替人去執(zhí)行任務(wù)。眾所周知機(jī)器人自主爬樓梯是移動(dòng)機(jī)器人完成危險(xiǎn)環(huán)境探查、偵察、 救災(zāi)等任務(wù)需要具備的基本智能行為之一。目前，主要有腿式、履帶式、輪式爬樓車移動(dòng)機(jī)器人，腿式的如四足和六足機(jī)器人， 盡管這些機(jī)器人能夠爬樓梯和穿越障礙，但由于腿部的運(yùn)動(dòng)，它們不能在平坦的表面上平滑運(yùn)動(dòng)；履帶式

2、移動(dòng)機(jī)器人以其強(qiáng)大的地形適應(yīng)性而倍受青睞， 其所受的摩擦力均勻分布在履帶上，而輪式小車的摩擦力只是集中在輪胎與地面的接觸面上，就抓地力而言它們是一樣的，但在小車轉(zhuǎn)彎或者爬坡時(shí)，履帶式小車所受的摩擦力分布不會(huì)像輪式小車那樣發(fā)生劇變，所以就表現(xiàn)出更好的操控性，但是轉(zhuǎn)彎時(shí)，履帶的磨損、履帶開模難度大等都成為其應(yīng)用的瓶頸；輪式移動(dòng)機(jī)器人克服了履帶式的這些缺點(diǎn)，在滿足一定地形適應(yīng)性的前提下，可以充分發(fā)揮移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)靈活、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)。一般來說，輪式移動(dòng)機(jī)器人對(duì)地形的適應(yīng)性大小與輪子的數(shù)量成正比，但隨著輪子數(shù)量的增加，又帶來了機(jī)器人體積龐大、重量重等缺點(diǎn)。爬樓輪式行駛系統(tǒng)均采用各輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng), 自主工作

3、的方式 , 同時(shí)各輪均采用彈性懸掛方式, 故工作起來方便靈巧, 同心性和轉(zhuǎn)向性均較好。 剛性輪具有較高的機(jī)械可靠性, 較好的轉(zhuǎn)向性和環(huán)境適應(yīng)性, 但其行駛穩(wěn)定性和耐磨損性均較差。充氣輪雖然具有較好的行駛穩(wěn)定性和越障能力, 但其環(huán)境適應(yīng)能力差, 故不能應(yīng)用到爬樓車中。金屬彈性輪的爬坡性能、耐磨損性、環(huán)境適應(yīng)性以及機(jī)械可靠性、越障能力均較好, 但其轉(zhuǎn)向性能較差。橢圓輪、半球輪和無轂輪的爬坡和越障性能及耐磨損性能均較好, 但其行駛穩(wěn)定性較差, 機(jī)械可靠 性最低。綜合各方面的優(yōu)缺點(diǎn)，輪式機(jī)器人是比較合理的。該爬樓車輛包括：傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三大系統(tǒng)。本課題著重進(jìn)行行駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，課題內(nèi)容

4、包括行駛系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、三角輪系參數(shù)設(shè)計(jì)。1 爬樓車設(shè)計(jì)方案說明本課題擬開發(fā)一種采用三角輪系做為行駛系統(tǒng)的爬樓車輛。該車輛在行駛過程中， 在遇到臺(tái)階和斜坡等特殊路面時(shí)，可通過三角輪系的翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)爬樓越障功能。該車輛包括：傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三大系統(tǒng)。該爬樓車輛可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跨越障礙和爬樓梯功能，平整路面最大行駛速15Km/h,可爬樓梯高度為100200mm樓梯寬度為200300mm最大爬行坡度為40°。傳動(dòng)系統(tǒng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可雙向行駛，可手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，要求傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小、安全可靠。行駛系統(tǒng)采用三角輪系方式，在平整路面行駛時(shí)， 每組輪系中有兩個(gè)輪著地；在爬樓梯上爬行時(shí)，

5、通過三角輪系的翻滾實(shí)現(xiàn)爬樓功能。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，要求轉(zhuǎn)變半徑盡可能小。2 爬樓車的工作原理與特點(diǎn)該爬樓車輛包括：傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三大系統(tǒng)。此三大系統(tǒng)共同構(gòu)成爬樓車的機(jī)械裝置部分，各個(gè)系統(tǒng)都由相應(yīng)的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。行駛系統(tǒng)是靠電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)一級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)和兩個(gè)一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)減速和增大扭矩，并帶動(dòng)整個(gè)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)三角輪系的翻轉(zhuǎn)，三角輪系的翻轉(zhuǎn)也就實(shí)現(xiàn)了爬樓功能。具體是三角輪系中的三個(gè)輪子通過支架連接在一起，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，爬樓車依靠三角輪系中的三個(gè)輪子依次與臺(tái)階相嚙合，從而達(dá)到上下樓梯的功能。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)在較小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑最小的要求，本次設(shè)計(jì)采用了獨(dú)立的轉(zhuǎn)向方式，

6、即通過增加副車架，用電機(jī)帶動(dòng)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)和行駛系統(tǒng)以及輪系偏轉(zhuǎn)，以達(dá)到轉(zhuǎn)彎的目的。具體方案是通過一根有足夠強(qiáng)度的軸實(shí)現(xiàn)的，軸的下端與爬樓車的前軸裝置的殼體相連，上端與一塊轉(zhuǎn)向板通過軸承連接，軸中間安裝一大圓錐齒輪，選一合適電機(jī)固定在上端板上面，并通過聯(lián)軸器使一齒輪軸與電機(jī)相連，同時(shí)齒輪軸與大圓錐齒輪以一定的轉(zhuǎn)動(dòng)比嚙合傳動(dòng)，當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，感應(yīng)系統(tǒng)和控制裝置根據(jù)實(shí)際需要控制轉(zhuǎn)過的角度。傳動(dòng)系統(tǒng)是靠電機(jī)帶動(dòng)行星齒輪來實(shí)現(xiàn)爬樓車在水平面以及斜坡面環(huán)境下行駛的目的，其中前后軸交叉使用動(dòng)力裝置，也就是前軸的左三角輪系和后軸的右三角輪系有動(dòng)力裝置，相反另外兩個(gè)三角輪系僅為從動(dòng)輪，對(duì)爬樓車起支撐的作用，在行駛

7、時(shí)它們是自由的這樣既節(jié)省了電機(jī)數(shù)量又減少了爬樓車的重量。該爬樓車有五個(gè)特點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡單，整體尺寸不大且重量較小；2）各個(gè)系統(tǒng)分別由各自獨(dú)立的電機(jī)所驅(qū)動(dòng)，控制靈活方便；3）可安裝或裝載一定重量的儀器或?qū)嶒?yàn)裝置在危險(xiǎn)的地方或者人體到不了的地方進(jìn)行作業(yè)或取樣；4）采用三角輪系式系統(tǒng)，使爬樓車能夠在多種環(huán)境下運(yùn)動(dòng)，輕松實(shí)現(xiàn)在平地、坡面和臺(tái)階面上的運(yùn)動(dòng)；5）該爬樓車采用了獨(dú)立的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不但使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡化，并且轉(zhuǎn)彎半徑減小，有利于實(shí)現(xiàn)在狹小空間內(nèi)的轉(zhuǎn)彎3 設(shè)計(jì)方案分析關(guān)于行駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如圖 1 所示。 具體是電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器接一小圓錐齒輪410，該小圓錐齒輪與大圓錐齒輪411 嚙合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)減速，

8、該大圓錐齒輪與三角盤412 通過螺釘連接在一起，大圓錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)三角圓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)。三角圓盤上裝有三根軸413，小圓柱齒輪414（ 3 個(gè)）、415（ 3 個(gè)）分別裝在這三根軸上，齒輪 416 與爬樓車殼體固定在一起。三角盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過軸 413 帶動(dòng)小圓柱齒輪414 既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)與齒輪416 嚙合傳動(dòng)，同時(shí)也帶動(dòng)小圓柱齒輪415既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)與齒輪417 嚙合傳動(dòng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)減速，齒輪 417 與主軸 329 通過圓錐銷固連在一起，齒輪417 轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)也帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過三角輪系圖2的翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)爬樓功能。具體是三角輪系中的三個(gè)輪子通過支架連接在一起，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 爬樓車依靠三角輪系中的三個(gè)輪

9、子依次與臺(tái)階相嚙合，從而達(dá)到上下樓梯的功能。小圓柱齒輪414、 415 的大小相同，但齒數(shù)和傳動(dòng)比不同，用以增大主軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，為三角輪系的翻轉(zhuǎn)提供足夠的能量。三角胤盤圖1翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖2三角輪系4設(shè)計(jì)計(jì)算選擇電動(dòng)機(jī)結(jié)合該課題的實(shí)際情況，需要用一個(gè)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)主軸上的齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)以及三角輪系翻滾從而實(shí)現(xiàn)爬樓功能。考慮到爬樓車及載荷的重量（75千克），三角輪系翻轉(zhuǎn)所需的最大扭矩值已算出為：T= N m則三角輪系翻轉(zhuǎn)爬樓梯時(shí)所需消耗的功率為：P=Tn/=X26+=200 W已知爬樓車行駛系統(tǒng)采用一級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)和兩個(gè)一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)，它們的傳動(dòng)效率分別為：刀=,刀=,深溝球軸承白勺效率為:=

10、,聯(lián)軸器的效率為：則電動(dòng)機(jī)輸出功率為:Pd=P/x X X X = W那么，該爬樓車的行駛系統(tǒng)所需的電動(dòng)機(jī)功率為:w,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，可選擇的電動(dòng)機(jī)有：型號(hào)輸出轉(zhuǎn)矩 輸出轉(zhuǎn)速額定功率額定電壓減速比 額定轉(zhuǎn)速(N/mm) (r/min) (W)(V)(r/min)90SZ53297775030811043000110ZYT54 297775030822043000選取110ZYT54S號(hào)的電機(jī)為本爬樓車輛的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。選擇聯(lián)軸器根據(jù)電動(dòng)機(jī)的輸出軸軸徑是 22mm以及電機(jī)軸和齒輪軸在工作中不能發(fā)生相對(duì)位移，所以選擇凸緣聯(lián)軸器。 YL3凸緣聯(lián)軸器J30 14GB5843-86J1B28 13主動(dòng)端：J

11、型孔軸，A型鍵槽，d 30mm, L 14mm從動(dòng)端：】型軸孔，B型鍵槽，d 28mm, L 13mm關(guān)于減速裝置(圓錐一圓柱齒輪減速)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為750r/min ,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)爬樓車每爬一階樓梯需要，且三角輪系轉(zhuǎn)速為26 r/min ,則減速比為：i = 75 /26 =多級(jí)傳動(dòng)中，總傳動(dòng)比應(yīng)為：i =i1 i2 i 3查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，并根據(jù)各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比應(yīng)盡量在推薦范圍內(nèi)，選擇和分配各級(jí)傳動(dòng)比：選擇錐齒輪傳動(dòng)比i1=3, 一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比為i2二,二級(jí)級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng) 比為ia=3o4.3.1錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算(此計(jì)算過程中所查的表出自 機(jī)械設(shè)計(jì)(邱宣懷)第 四版)1.選定齒輪材料直

12、齒錐齒輪加工多為刨齒，且該錐齒輪傳動(dòng)為閉式傳 動(dòng)，不宜采用硬齒面。小齒輪選用40Cr,調(diào)質(zhì)處理，硬度為 260HBs大齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為230HBs 2.齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒數(shù)z和精度等級(jí)：取乙=24, z2 nzi=3X 24=72估計(jì)vm 1m/s ,由表使用壽命：由表KA =動(dòng)載系數(shù)：由圖Kv =齒間載荷分配系數(shù)：由表，估計(jì) KAFt/b <100N/mmcos 1 j u : , 30.9511cos 2/ o 0.32>/Ur7乙24Zv125.26（表）cos 10.95Zv2z2衛(wèi) 225cos 20.3211，一V 1.88 3.2 cos（式）ZV1Z

13、V21 11.88 3.21.7425.26 225z1 =24, z2=72選8級(jí)精度K A 二KV =Z =4 v 4 1.74KHaK 1KHa z 210.872齒向載荷分配系數(shù)：由表及注3,載荷系數(shù)K :K = K a KvKhbK =1X XT| =N gmm轉(zhuǎn)矩:T19.5510P9.55 n11060.308750Ze 189.8MPa1/2彈性系數(shù):由表節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù):由圖gmmZe189.8MPa1/2Zh2.5Hlm1 =710MPaZh2.5Hlim2=680MPa接觸疲勞極限:由圖H liml=710MPa,Hm2=680MPa接觸最小安全系數(shù):由表SH min1.05

14、接觸壽命系數(shù):由圖Zn1Zn2 1.0許用接觸應(yīng)力H1H lim1ZN1 SH min710 11.05676 MPa （式）SH min1.05Zn1H1Zn2 1.0=676MPa=648MPaH2Hlim2ZN2 680 1 648 MPaSH min1.05小齒輪大端分度圓直徑d1 :d132ZeZhZ4.7KT14.7 2.86 3921.87189.8 2.5 0.87 20.3 1 0.5 0.3 2 368432.16mm3 .驗(yàn)算圓周速度及KAFt/bdm11 0.5 d d1（表）3.14dm1mm60 10003.14 27.34 750 d / =1.07m/s（與估計(jì)

15、值接近）Ft2Ti 2 3921.87=286.9Ndm127.34dd12cos 1dRCd-sin 10.3如 15.45 mm2 1 0.952KAFt/b = X=mm < 100 N/ mmm =mm（與原估計(jì)相符）d1 =60mm4 .確定傳動(dòng)主要尺寸大端模數(shù)m :di 32.16 Zi =1.34 mmm 24由表，并考慮到爬樓車行駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取m=mm實(shí)際人端分度圓直徑d:d1 z1m = x 24=60mmd2 z2m =X 72=180mm齒高：h = ha hf m+1.2m=5.5 mm、一1c ，分錐角：1 arctan 16 26u oo_ 'o

16、'2 90 16 2673 34錐距 R:R mjz； z22（表）2 v竺業(yè)42 722 94.87 mm 2齒竟 b: b dR mm5.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒形系數(shù)YFa :由圖YFa尸YFa2 =應(yīng)力修正系數(shù)Ysa:由圖Ysa1 =YSa2 =重合度系數(shù)Y :0.75,Y 0.25（式）Vc ” 0.750.251.74d2=180mmR = mmb = mmY Fa1 =Y Fa2 =Y Sa1 =Y Sa2 =YKFa =齒間載荷分配系數(shù)la：由表,KAFt/b < 100N/mm11"1.47 Y0.68載荷系數(shù)K :K=Ka KV KFa K =1X X

17、 X =彎曲疲勞強(qiáng)極限Flim :由圖Fimi =600MPaFim2=570MPa彎曲最小安全系數(shù)Sf min ：由表SFmin =彎曲壽命系數(shù)Yn :YN1 YN2尺寸系數(shù)Yx :由圖YX =尺寸系數(shù)Yx :由圖Yx =許用彎曲應(yīng)力 F :FIMiYnI,，、.、F1-（式）SF min600 1.0 1.0g480 MPa1.25F lim2 Yn 2F2sSF minK =Flim1 =600MPaFlim2=570MPaSF min =YX =YX =F1480 MPaF2456 MPa570 1.0 1.0456 MPa1.256.驗(yàn)算4.17KTYFaiYsaiYF1223 12

18、（式）d 1 0.5 dz12m3Ju2 14.7 3.18 3921.87 2.73 1.64 0.680.3 1 0.5 0.3 2 242 2.53 ,32 128.93 MPa < F1YFa2YSa2F2 F1 Y YYFa1 TSa128.93 *372.73 1.6428.76 MPa< F2由此可知齒輪強(qiáng)度滿足要求。F1 28.93 MPa<F1F2 28.76 MPa<F24.3.2圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算（此計(jì)算過程中所查的表出自機(jī)械設(shè)計(jì)（濮良貴）第 七版）1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1）根據(jù)爬樓二車行駛系統(tǒng)的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪 傳動(dòng)；2

19、）爬樓布運(yùn)行速度不高，故選用 8級(jí)精度（GB10095- 88）;3）材料選擇。由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr （調(diào)質(zhì) 處理），硬度為280HBS大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)處理），硬JO 240HBS 二者硬”為 40HBS4）選小齒輪齒數(shù)Z1 =21,則人齒輪齒數(shù)：Z1 =21,z2=68z2=uz1 = X 21=, M z2=68o2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(10-9a)進(jìn)行試算，即KtTI u 1 d1t 2.32 3, t 1g _d u2ZEh1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值Kt 二(1)試選載荷系數(shù)Kt =(2)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩Ti 11946.1NgmmT1 9.5

20、5 10舊/口9.55 105 97.57 10 3/78Ngmm11946.1Ngmm(3)由表10-7,小圓錐齒輪作懸臂布置,_ _ 1/2ZE 189.8MPaHiim1=600MPa(5)由圖10-21d按齒面硬度查得H“m2=520MPa小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限:Hlm1 =600MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限:H“m2=520MPa選取齒寬系數(shù)：d(4)由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE 189.8MPa1/2(6)由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=；KHN 2(7)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%安全系數(shù)S = 1 ,H 1=540MPah 2 = MPa由式

21、(10-12)得:KHN 1 H lim1h 1= X600MPa=540MPa1 SKHN 2 H lim2h 2 = X520MPa = MPa2 S2)計(jì)算d1t =48.71mm(1)試算小齒輪分度圓直徑d代入h中較小的值2d1t2.323KtT1 u 1 ZEg-d u h2.32 31.3 11946.1 4.20.4=48.71mm3.22189.8 mm478.4(2)計(jì)算圓周速度v3.14dltn1 3.14 48.71 v =60 100060 1000(3)計(jì)算齒寬b78,m/s = m/sb = d gd1t = x =mm(4)計(jì)算齒寬與齒高直之比b/h模數(shù)：mt d

22、1t / Zi = 21 mm =mm齒高： h = mt = X mm = mmb/h =(5)計(jì)算載荷系數(shù)Kv根據(jù)v = s , 8級(jí)精度，由圖108查得K Ha = K FaKa = 1動(dòng)載系數(shù)：Kv直齒輪，假設(shè) KAFt/b <100N/mm 0由表 10 3 查得：KHa = K Fa =；由表10-2查得使用系數(shù)：Ka= 1 ；由表10-4查得8級(jí)精度、小齒輪懸臂布置時(shí):KhKh = +(1+d2 d2 + X 10 3bKFa =K =FE1=500MPaFE2=380MPa將數(shù)據(jù)帶入后得：2 .2Kh = +(1+ X 0.4 ) X 0.4+ X 10 3 X由 b/h

23、 = , KH =,查圖 10-13 得：KFa =；故載荷系數(shù)：K=Ka Kv KHa Kh=1 X X X =(6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,由試(10-10a)得：d1 d1t 3K/Kt 48.71 31.63/1.3 mm = mm(7)計(jì)算模數(shù)mm=d1/z尸 /21mm=mm3 .按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式(10-5)得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為：1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值(1)由圖10-20C查得F 1 = 303.57 MPa小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：FE1=500MPa；f 2=238.86 MPa大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：fe2 =380MPa ;(2)由圖10-18

24、查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：KFN1 = , KFN2 =(3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S 二,由式(10-12)得KFN1 fe1=0.85 500S1.4MPa=303.57MPa3=08(4)計(jì)算載荷系數(shù)KK = KA KV KFa Kf = 1 X X X =(5)查取齒形系數(shù)由表 10-5 查得：YFa1= ; YFa2 二(6)查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10-5查得：YSa產(chǎn)；Y5a2二。、YYYFaYsa上、 計(jì)算大、小齒輪的；并加以比較 FYFa1YSa1 =2.65 1.85二f 1303.57YFa2YSa2 =2.226 1.764 二F 2238.86可知大齒輪的數(shù)值

25、大2）設(shè)計(jì)計(jì)算4 0.01644 mm = mm2 1.814 9.948 1021 212對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模 數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒 輪模數(shù)m的大小主要取決于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度所決 定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載 能力，僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān),YFa1YSa1 f1 =YFa2YSa2F 2m =2 mmz1 =34Z2=109可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)并就近圓整為：m=2mm ,按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑：d尸mm ,算出：小齒輪齒數(shù)：zi=d1 =66.37 =34 m 2大齒輪齒數(shù)：z2= uz1 = X34

26、=, B z2 =109這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲 勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu) 緊湊，避免了浪費(fèi)。4 .幾何尺寸計(jì)算1）計(jì)算分度圓直徑d1 z1m=34X 2 mm =68mmd2 z2m=109x 2mm =218mm2）起T頂圖ha1ha2ham2mm齒根高h(yuǎn)f1h f2*(ha*、c) m 2.5mm齒全高h(yuǎn)ih2*2ha*c m 4.5 mm齒頂圓直徑da14*2ham 72mmda2z2*2ham 214mm*齒根圓直徑df1z1 2ha 2ca m 63mm*df2z2 2ha 2ca m 221mm齒厚s 3.14m/2 3.14 mm*頂隙c=c

27、 m 0.5 mm3)計(jì)算中心距a= d2 d1 /2218 68 /2mm 75mm5.驗(yàn)算_4匚 2Ti 2 11946.1 9.948 10 M M 人、壬Ft - N N ,合適d168對(duì)于415和417圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算如上述計(jì)算過程一樣，只是模數(shù)、齒數(shù)和傳動(dòng)比/、同，m = ; z1 =30, z2= u z1=3X 30=90,在此/、冉贅述。軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1.三角輪系翻轉(zhuǎn)主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（材料為 45鋼）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為P 9.55 1 06-TnT3TW 0.2d3式中：t 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPa；T軸所受的扭矩，單位為 Ngmm ;Wt軸的抗扭截面系數(shù)

28、，單位為 mm3;n軸的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min ;P 軸傳遞的功率，單位為KW ;d計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm ；t 許用扭轉(zhuǎn)且應(yīng)力，單位為 MPa,見表15-3。由上式可得軸的直徑z 9.5 106P 八?d 3 A03 0.2 T gn I n9.5 106式中 = .61，我們所設(shè)計(jì)的軸的材料選用 45鋼，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)相表:表1軸的材料Q235- A、20Q23s 35(1Cr18Ni9Ti)4540 Cr、35SiMn38SiMnM。3Cr13t ( Mpa)152520 3525 4535 55A0149126135112126103112 97得 45 鋼：A0=10312

29、6 。對(duì)于空心軸，則:dA0 3 di式中 二，即空心軸的內(nèi)徑d1與dN比，通常取，這里我們?nèi), 一 ,223.6 10 3- 一代入數(shù)據(jù)得，王軸外徑：d 112 31 23.7mm; 26 1 0.564取 d =25mm ,則主軸內(nèi)徑：d d 0.56 25 14mm2.行星輪系軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（材料為45鋼）計(jì)算方法同上，此軸采用實(shí)心軸，則,A P97.57 10 3d A0 3 106 3, 10.62mm應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)軸截面上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的削弱。 對(duì) 于直徑d0 100mm勺軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大 5%- 7%有兩個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑 增大10%- 15%然后圓整為

30、標(biāo)準(zhǔn)的直徑。此行星輪系軸截面上開有兩個(gè)鍵槽，設(shè) 軸徑增大12% 則d =x =mm ,圓整為12mm。行星輪系軸如圖3所示：軸上有兩個(gè)鍵槽，通過鍵與圓柱齒輪聯(lián)接，帶動(dòng)齒 輪傳動(dòng)；軸右端帶有螺紋，通過圓螺母用以軸向固定右邊的圓柱齒輪； 左邊的軸 肩用以固定軸承內(nèi)圈。O O圖3行星輪系軸鍵聯(lián)接的校核強(qiáng)度平鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，對(duì)于采用常見的材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平 鍵聯(lián)接（靜聯(lián)接），其主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴(yán)重過載，一般不 會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷，因此通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為32T 10pkld32 0.09757

31、 102 6 121.36Mpap 120Mpa可見鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度足夠。式中：T傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為NJ- mk鍵與輪轂鍵才©的接觸高度，k =，此處h為鍵的高度，單位為mml 鍵的工作長度，單位為 mm圓頭平鍵l = L-b,這里L(fēng)為鍵的公稱 長度，單位為mm b為鍵的寬度，單位為 mmd 軸的直徑，單位為 mmp 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠應(yīng)力，單位為 MPa。銷聯(lián)接的強(qiáng)度校核此銷聯(lián)接為傳動(dòng)盤與三角輪系翻轉(zhuǎn)主軸的聯(lián)接。如圖4:已知銷聯(lián)接校核公式為：扭轉(zhuǎn)-T2-,剪切=2匚 do Ddo圖4銷聯(lián)接示意圖已計(jì)算出爬樓車主軸傳遞的扭矩為T= N m, d0 =8mm D=25m

32、m圓錐銷的材料為45鋼，許用切應(yīng)力=80MPa許用擠壓應(yīng)力p查表得60-90MPa4Tdo2D4 73.582 25109pa=< 。所以該銷的強(qiáng)度足夠。5爬樓車的總體設(shè)計(jì)行駛系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是爬樓車的三個(gè)大系統(tǒng)，三者缺一不可。對(duì) 爬樓車來說，行駛系統(tǒng)就是它的靈魂，沒有行駛系統(tǒng)，它根本就爬不成樓梯、越 不了障礙，更談不上叫爬樓車了；傳動(dòng)系統(tǒng)是它的根本，沒有傳動(dòng)系統(tǒng)，它就不 能在水平地面上行駛，也就達(dá)不到樓梯跟前；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是它的基礎(chǔ)，沒有了轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)，就不可能順利的行進(jìn)了。裝配時(shí)，我們考慮了各方面的因素，最后將行駛系統(tǒng)放在中間位置，而傳動(dòng)系統(tǒng)就是輪子的水平轉(zhuǎn)動(dòng)，必須放在兩邊；轉(zhuǎn)向系

33、統(tǒng)放在中間上部位置，空余還留有足夠的空間放置感應(yīng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。 以下圖5是一張以前軸為例的總裝圖 的格局示意圖:傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)圖5總裝圖的格局示意圖設(shè)計(jì)總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回首這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)過程，其中的滋味難以名狀。本次 設(shè)計(jì)我主要做的是爬樓車機(jī)器人的行駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 如何實(shí)現(xiàn)爬樓車自動(dòng)跨統(tǒng)越障 礙和爬樓功能這個(gè)問題是最關(guān)鍵的。 最后經(jīng)過幾種方案的比較，行駛系統(tǒng)采用三 角輪系式。具體方案是靠電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)一級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)和兩個(gè)一級(jí)圓柱齒輪傳 動(dòng)來實(shí)現(xiàn)減速和增大扭矩，并帶動(dòng)整個(gè)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)三角輪系的翻轉(zhuǎn)，三角輪系的翻轉(zhuǎn)也就實(shí)現(xiàn)了爬樓功能。三角輪系中的三個(gè)輪子通過支架連接在一起， 主 軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)

34、，爬樓車依靠三角輪系中的三個(gè)輪子依次與臺(tái)階相嚙合，從而達(dá)到上下樓梯的功能。這段設(shè)計(jì)的時(shí)間內(nèi)，我們從方案論證報(bào)告、前期的理論學(xué)習(xí)、到中期的計(jì)算 與畫圖，后期的整理、校改，遇到了很多的困難、很多的問題，甚至有些困難是 我們沒有估計(jì)到的。但是我們也學(xué)到了很多的東西，所學(xué)的這些東西一樣也是非 常寶貴的，是平時(shí)的學(xué)習(xí)中無法領(lǐng)悟到的。作為四年來的一個(gè)總結(jié)和體現(xiàn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年來最為重要、最能體現(xiàn) 一個(gè)大學(xué)生對(duì)本專業(yè)知識(shí)的了解與掌握、 對(duì)機(jī)械的制造與生產(chǎn)的認(rèn)識(shí)、面對(duì)新問 題的承受心理和解決新問題的能力、搜尋和整理資料的能力以及利用計(jì)算機(jī)的能 力，使我對(duì)自己有了一個(gè)綜合認(rèn)識(shí)。經(jīng)過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，從中獲益匪

35、淺，但讓我反思許多，回想四年里自己所 學(xué)的知識(shí)，在本次設(shè)計(jì)中完全可以顯示出來。 經(jīng)過這次的設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多書上 沒有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，也學(xué)會(huì)了如何將學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工作中去。但在設(shè)計(jì) 過程中，我也認(rèn)識(shí)到自己的缺點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)思路不夠清晰且思路狹窄， 對(duì)課題的 分析不透徹， 缺乏機(jī)械設(shè)計(jì)中理論知識(shí)，而且機(jī)械設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)知識(shí)學(xué)的不 夠扎實(shí)，以至于在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)出現(xiàn)大量的錯(cuò)誤。此次的設(shè)計(jì)與以往的課程設(shè)計(jì)有很大的不同， 以往的課程設(shè)計(jì)所要完成的任 務(wù)較少，用到的知識(shí)也是某一方面的專業(yè)知識(shí)， 且都是理論上的設(shè)計(jì)，最重要的 是，以前的設(shè)計(jì)都是在有參考圖的情況下設(shè)計(jì)， 而且是大家一起作一個(gè)設(shè)計(jì)。本 次設(shè)計(jì)是完

36、全不同，它是依靠自己去獨(dú)立的設(shè)計(jì)，去查資料，去思考。而此次設(shè) 計(jì)用到了多個(gè)方面的知識(shí)，并且根據(jù)課題的要求先確定整體的方案， 然后是具體 如何實(shí)現(xiàn)，用什么方法去實(shí)現(xiàn)，這就要求我們有設(shè)計(jì)一個(gè)課題的整體思路和解決 問題、分析問題的能力。在設(shè)計(jì)過程中，遇到的問題，多數(shù)知道用哪方面的知識(shí)來解決， 但在具體運(yùn) 用時(shí)，不知道怎樣用，這就是我所缺乏的能力。而且在思考問題時(shí)，想得比較簡 單，考慮的不夠周到，經(jīng)常過于理論化，而現(xiàn)實(shí)中的問題要復(fù)雜的多，這需要在 工作中慢慢的積累和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)期間，我意識(shí)到了自己在過去學(xué)習(xí)上的缺點(diǎn)。 在以往的學(xué)習(xí)中，比較 很重視自己的專業(yè)知識(shí)，只是學(xué)習(xí)理論上的知識(shí)。然而我卻忽視了重要的一點(diǎn)： 在學(xué)習(xí)中，很少去想如何將不同的知識(shí)整體聯(lián)系起來。 在設(shè)計(jì)中，我發(fā)覺自己缺 少了整體設(shè)計(jì)概念，在解決問題時(shí)不知如何去下手。在計(jì)算機(jī)繪圖方面也是自己 的最大缺點(diǎn)。在以后的學(xué)習(xí)中，我應(yīng)該吸取教訓(xùn)，再也不能將學(xué)到的知識(shí)孤立起 來，應(yīng)該