半自動負重爬樓器設計-傳動系統(tǒng)方案

北京理工大學珠海學院2020屆本科生畢業(yè)設計半自動負重爬樓器設計-傳動系統(tǒng)方案設計與仿真設計計-傳動系統(tǒng)方案設計與仿真設計摘要目前科學技術的發(fā)展給人們帶來了便利，但仍有部分群體和行業(yè)沒有享受到機械制造所創(chuàng)造的幸福感。因此要在前人的基礎上進行完善和創(chuàng)新，進一步提升半自動負重爬樓器的科學技術水平。首先，開頭是對半自動負重爬樓器結構的簡單概述；然后就是分析爬樓器傳動結構計算方法，并進行選擇；接著根據這些設計準則和計算方法的進行爬樓器結構的設計；最后就是檢查整體結構的設計是否滿足要求。在設計過程當中，主要是運用機械制造、工程力學、齒輪傳動等方面的文獻資料，進行一定的計算和校核。然后通過AutoCAD、UnigraphicsNX以及Solidworks等軟件，完成設計產品的二維圖紙、三維建模等的繪制，同時進行動態(tài)仿真。目前，半自動負重爬樓器向長距離，高速度，低摩擦的方向發(fā)展，在設計中，該半自動負重爬樓器結構的研制與應用，與市場先進水平相比，可以說是各有優(yōu)劣。在市場上的半自動負重爬樓器結構的制造中存在著許多問題，例如產品功能單一、保護措施不完善、結構強度不合格等。其中最大的劣勢是體積太大，在狹窄樓梯使用不方便。而體積小巧，則可以增添許多便利。關鍵詞：半自動負重爬樓器結構；傳動結構；動態(tài)仿真；體積小巧DesignofSemi-automaticWeight-bearingClimber-DesignofTransmissionSystemSchemeandSimulationDesignAbstractAtpresent,thedevelopmentofscienceandtechnologyhasbroughtconveniencetopeople,butsomegroupsandindustriesstilldonotenjoythehappinesscreatedbymechanicalmanufacturing.Therefore,itisnecessarytoimproveandinnovateonthebasisofpredecessors,andfurtherimprovethescientificandtechnologicallevelofsemi-automaticload-bearingclimbingequipment.First,itbeginswithabriefoverviewofthesemi-automaticload-bearingcrawlerstructure;thenitanalyzesthecalculationmethodofthedrivestructureofthecrawlerandselectsit;thenitdesignsthestructureofthecrawleraccordingtothesedesigncriteriaandcalculationmethods;andfinally,itcheckswhethertheoverallstructuredesignmeetstherequirements.Intheprocessofdesign,mechanicalmanufacturingandengineeringmechanicsaremainlyusedandgeartransmissionandotheraspectsoftheliteraturedata,foracertaincalculationandcheck.ThenthroughthesoftwaresuchasAutoCAD、UnigraphicsNXandSolidworks,thetwo-dimensionaldrawingsandthree-dimensionalmodelingofthedesignproductsaredrawn,anddynamicsimulationiscarriedoutatthesametime.Atpresent,thesemi-automaticload-bearingfloor-climberdevelopstowardslongdistance,highspeedandlowfriction.Inthedesign,thesemi-automaticload-bearingfloor-climberstructureisdevelopedandapplied.Therearemanyproblemsinthemanufactureofsemi-automaticload-bearingfloor-climberstructureinthemarket,suchasproductworkcanbesingle,theprotectionmeasuresarenotperfect,andthestructuralstrengthisnotqualified.Oneofthebiggestdisadvantagesisthatthevolumeistoolargetouseinnarrowstairsinconvenient.Andsmallsize,canaddalotofconvenience.Keywords:Semi-automaticload-bearingcrawlerstructure;transmissionstructure;dynamicsimulation;compactsize目錄TOC\o"1-3"\h\u40181前言 166361.1本設計的目的、意義及應達到的技術要求 11921.2本設計在國內外的發(fā)展概況及存在的問題 238841.3本設計應解決的主要問題 4322332傳動機構的總體設計 5287082.1總體方案 5323042.2傳動機構原理 669762.3設計過程 7200042.3.1爬樓支桿設計過程 7178752.3.2軸承的選擇 11153022.3.3電動機的選擇 1212263二維圖及三維圖 1311884動態(tài)仿真過程 1588995結論 1828993參考文獻 19800謝辭 20PAGE11前言半自動負重爬樓器結構是運輸企業(yè)及家庭生活中普遍應用的運輸物品的結構，半自動負重爬樓器結構水平上的高低以及功用上的多少，將直接關系到整體工藝效果的好壞、生產制造效率的高低以及能源節(jié)省程度的多少，從而影響到企業(yè)的經濟效益和消費者使用感覺的好壞。而半自動負重爬樓器結構以它機械構造簡單、功能多樣化和工作運行可靠等優(yōu)點，所以在目前所有的負重爬樓器中占有絕對地位，其占有量約為95％。最近，各個國家對半自動負重爬樓器技術的研究都很重視，如加大爬樓能力、優(yōu)化機械構造和關鍵零部件的改進等。自從同步技術的推廣應用、新的半自動負重爬樓器結構的出現等，都是圍繞著爬樓結構發(fā)展起來的。目前已經出現許多種不同爬樓結構的方式，從而實現爬樓動作。雖然目的是一樣的，但方式不同，其效果體現也是不一樣的。可以說是各有利弊，各有優(yōu)劣。半自動負重爬樓器自被發(fā)明于1795，經過兩個世紀的發(fā)展，已廣泛應用于運輸行業(yè)。特別是第三次工業(yè)革命的新技術、新設備的應用帶來的，半自動負重爬樓器的發(fā)展，使半自動負重爬樓器進入了一個新紀元?，F在，從爬樓能力，爬樓距離，無論各方面，來衡量的經濟效益，，成為各個國家和行業(yè)的發(fā)展。半自動負重爬樓器是一種爬樓工具。其特點是承載支架的爬樓盤也是傳遞動力的爬樓。高效的半自動負重爬樓器，它與其他爬樓機器相比，不僅具有可以進行遠距離運動以及爬樓能力強的優(yōu)點，同時它機構運行可靠且容易實現電氣化，可以實現電氣控制。半自動負重爬樓器已成為實現高效爬樓的機電一體化技術與裝備的關鍵設備。1.1本設計的目的、意義及應達到的技術要求目前，我國人口社會結構已經發(fā)生變化，老齡人口越來越多。現在我國的老齡人口將要達到1.3億左右，并且會以年均3.30%的增長速度持續(xù)增長。除此之外，我國還有行動能力缺失的殘疾人口約6千萬。這些大量的行動能力不便的人口的存在，使得行動能力缺失人群出行問題已經成為了一個重大的社會問題。目前，我國輔助器具已經慢慢形成了著眼我國國情并結合國外先進經驗，以滿足自我行動能力缺乏人群出行需求為基本點的輔助器具服務模式。但是，有一些問題現今依舊存在，例如當前存在輔助器具服務監(jiān)督政策不完善、銷售網絡不健全、提供的服務內容少以及創(chuàng)新能力低等問題。爬樓機適用于需要上下樓梯不方便的行動能力有問題的人群，使其在沒有電梯等上下樓輔助設備的時候，可以順暢通行。目前市場上面的輔助設備價格比較昂貴，使用較為復雜，普通家庭若是購買，則需要一定的經濟條件?，F在有許多老舊樓房在建造之初，沒有安裝電梯。而現在大多數是一些行動不便的老年人居住在這些樓房之中，高樓層的出行就成為了一種困難。因此，一款家用輕型、物美價廉的輔助設備，對于這些家庭來說，可以解決許多問題。同時，在一些老舊社區(qū)等電梯不便的場所，半自動負重爬樓器可以運輸貨物實現上下樓梯的過程。大大的減少人力，改善工作條件，同時也提高了勞動效率。最重要的就是保證了工作人員運輸貨物上下樓梯時的安全，以前是靠人力背著貨物上下樓梯，如冰箱、電視機等，在運輸過程中存在很大的安全隱患。半自動負重爬樓器的出現可以大大改善這種現象，并且隨著技術的不斷發(fā)展，產品的不斷更新，其使用范圍會越來越廣，解決的問題也會越來越多。爬樓機屬于機器輔助，在設計過程中確保爬樓機器傳動過程中的安全、穩(wěn)定和高效等，以及操作控制的難易程度。對爬樓機器的傳動機構進行方案設計和仿真設計，主要包括爬樓機器傳動機構實現上下樓梯等動作，實現手動控制、電機運行，從而達到對行動不便人群上下樓梯的輔助效果。以及通過一定的設計，轉變?yōu)閷π⌒拓浳锏臉翘萆舷逻\輸，降低人力，提供便利。1.2本設計在國內外的發(fā)展概況及存在的問題目前來看，國外對半負重爬樓機的研究比較早并且全面和深入，最早的專利產品就是美國公司在1892年發(fā)明制造的爬樓梯輪椅。其中美國、英國、德國和日本等傳統(tǒng)制造業(yè)強國占據主導地位，美國公司生產200多種半自動負重爬樓器結構，通用化程度較高，日本公司和海因勒曼公司都研制了雙傾角的半自動負重爬樓器結構。美國公司新研制FF型雙頻率爬樓，采用了不同速度的爬樓器。技術相對而言已經比較成熟，研發(fā)出來的產品也比較全面，已經有相當一部分產品早就已經投入市場運行。相比之下，我國對這種類型裝置的開發(fā)研究起步比較晚，但隨著經濟的不斷發(fā)展，人們越來越重視生活的質量。會去考慮一些機械產品對生產生活等方面產生的影響，因此，國內企業(yè)也開始出現大規(guī)模的研制、生產半自動負重爬樓器。并且，不斷的與國外進行交流對比，不斷進步?，F在市面上常見的半自動負重爬樓器的主要形式有履帶式、星輪式以及步行式。其中履帶式的運行原理比較簡單，類似于裝甲車等履帶式的車輛。在需要進行爬樓動作時，將履帶從背后放下，與樓梯臺階相接觸，開動電機，履帶轉動，從而實現爬樓動作。具體結構如下圖所示：圖1.1履帶式爬樓器星輪式顧名思義，它的的機械結構類似于行星輪。按照輪組中車輪的使用個數可以分為兩輪式和三輪式等，其中最常見的就是三輪式。它的爬樓機構由車輪按照“Y”形或者“+”形等方式，均勻分布在中心軸四周組成。各個車輪可以繞著自己的軸線進行自轉，同時也按照中心軸線進行公轉。在平地行駛時，各個車輪進行自轉。進行爬樓運動時，各個車輪進行公轉，借此實現上下樓梯的功能。具體結構如下圖所示：圖1.2星輪式爬樓器而步行式則類似于人上下樓梯的過程，由曲柄等部件組成的機構實現負重的抬高和移動。類似進行一種圓周運動，從而實現攀爬樓梯的過程。這種方式運動原理較為簡單，操作起來也不復雜，同時還保證了一定的安全性。整個運動過程不會出現沖擊等，運行比較平穩(wěn)。本次設計半自動負重爬樓器也采用了與此類似的方式，同時進行一定的改良設計。具體結構形式如下圖所示：圖1.3步行式爬樓器隨著科技的發(fā)展，半負重爬樓器的功能可以說是越來越強大和完善，性能也有了質的改變。但就一些調查情況來看，半自動負重爬樓器也仍然存在一些問題，例如部分半自動負重爬樓器單方面過分的強調性能的優(yōu)越，卻忽略實際使用中的方便快捷，造成產品的外形過大，大大降低了使用者的使用體驗。有的半自動負重爬樓器操作過于復雜，雖然功能很強大，但按鈕眾多，對于一些老年人來說使用不是那么方便。1.3本設計應解決的主要問題對爬樓設備在平地及上下樓運動中進行的動力分析，得到相關參數。同時根據樓梯的間距和高度等設計傳動系統(tǒng)結構的大小、形狀。此外還要根據實際，考慮電動機的選擇，依據傳動系統(tǒng)的整體設計，計算傳動效率，選擇合適的傳動比。并以此來修改或者優(yōu)化傳動系統(tǒng)的整體設計，實現最優(yōu)的傳動效率，充分利用能源，減少浪費。分析在平地及上下樓的過程中傳動機構運動的穩(wěn)定性，利用相關軟件對整體特別是關鍵部位進行分析、驗證。保證了傳動機構的穩(wěn)定性和可靠性，從而進行優(yōu)化，例如使用材料的選擇、用料的多少。如何做到更輕便、更節(jié)儉、更具有性價比。

2傳動機構的總體設計本次設計與以往的任何設計都不一樣，在我們過去的課程設計當中，老師所選擇的是具有代表性的產品，無論是減速器設計還是沖壓模具設計，它們都是具有我們機械工程的綜合性和全面性。我們通過它們可以檢驗和了解我們所學習的學科和內容，但這次設計不同以往，我們是自己親力親為，沒有可以借鑒的產品，沒有標準答案來對照。因此我結合以往的案例和經驗進行本次傳動機構的總體設計。通過對傳動機構的數學模型進行分析，利用繪圖軟件進行作業(yè)，確定傳動機構的傳動方式和主要結構尺寸。依據實際使用條件和傳動功率，進行尺寸的修改和優(yōu)化。同時進行受力分析，驗證機械強度。利用3D繪制軟件對傳動結構進行整體設計和完善，應用軟件對爬樓機構進行運動仿真分析，通過分析機構的爬樓運動過程以及運動軌跡的仿真結果，檢驗傳動系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性，驗證傳動結構方案的可行性，從而做出修改和完善。2.1總體方案本次所設計的半自動負重爬樓器主要是由車體主機架、運動機構和平地行駛輔助裝置組成。在一般平地使用時，由電動機正傳，提供動力，依靠四輪和平地行駛輔助裝置進行運動。在進行上下樓梯運動時，電動機反轉，通過齒輪嚙合，帶動爬樓支桿運動，實現爬樓的運動過程。在平地或者上下樓梯運動時，由載物臺進行載物。如是載人的情況下，則將座椅板放下，人坐在上面。如是載物的情況下，則將座椅板放回，與車體貼合，釋放空間，不會造成干擾。平地行駛輔助裝置與座椅板類似，利用死點原理進行固定，起到輔助支撐的作用。不用時則將桿件收回，不會造成干擾。其具體結構如下圖所示：圖2.1總體結構三維圖本次畢業(yè)設計我們是以小組的形式進行的，按照畢業(yè)設計的要求，我們每個人負責不同的部分。因此，整個半自動爬樓器也分為了三個部分：傳動系統(tǒng)方案設計與仿真設計、載人及運貨結構設計和車體結構設計。我負責的就是傳動系統(tǒng)方案設計與仿真設計，這是整個設計里面比較核心的一個部分，傳動系統(tǒng)包括了爬樓結構和電動機等部分。仿真設計也是設計的關鍵，它可以幫助我們進行方案的結果分析，驗證數據的可行性，為修改和完善設計，提供很大的幫助。小組成員王占江負責的是載人及運貨結構設計，這一部分是半自動負重爬樓器實現多功能的關鍵，我們所希望的是它不僅僅可以運輸貨物上下樓梯，在有需求時，它還可以進行一些結構的轉變，實現載人的功用。小組成員張金岳負責的是車體結構設計，我們的整體結構就是根據車體的結構進行設計。在一開始，我們查閱資料、在網絡上尋找有關產品的照片，在進行一定的比較分析之后，我們確定了車體的外形結構以及一些使用方面便利的結構設計。2.2傳動機構原理在本次設計半自動爬樓器中，最主要的就是傳動系統(tǒng)，如何實現平地行駛及爬樓運動，這是我們所要解決的關鍵。不同類型的半自動爬樓器有不同的爬樓方式，也就是說，它們有不同的傳動方式。每種方案都有它的優(yōu)劣性，下面是兩種不同類型傳動系統(tǒng)方案的比較分析，從而選擇合適的，并進行改造和創(chuàng)新。方案一所采用的是步進式的傳動結構，其具體原理如下圖所示，在平地行駛時，爬樓支桿與齒輪脫離，電動機正傳，帶動輪子進行運動。在進行爬樓運動時，在支撐板的支撐下，電機提供動力，進行反轉，爬樓支桿與齒輪嚙合，從而帶動爬樓支桿進行運動。在其與樓梯臺階地接觸過程當中，可以平穩(wěn)地進行運動，它不會存在打滑等現象，此外由于車輪的存在，即使發(fā)生動力不足、載荷過大甚至支桿機構斷裂的情況，也不會發(fā)生劇烈的傾翻現象。因此，它的安全性是可以依靠的。圖2.2方案一原理圖方案二所選用的是履帶式的傳動結構，它的原理結構比較簡單，就是利用傳動軸帶動齒輪運動，通過鏈條的連接以及履帶棱的作用，實現上下樓梯的運動。履帶式的爬樓結構具有很好的地形適應能力，可以輕松越過樓梯等物體。在爬樓的運動過程中，它與樓梯臺階的接觸點可能有一個、兩個甚至多個。但在使用過程中，接觸點的穩(wěn)定性是不一定的。在運動過程中，履帶棱與樓梯臺階的互相接觸，可能會導致整體的滑移，甚至導致會整體的翻倒，這是十分危險的。此外，在運輸貨物的時候，有時需要進行一定的整體傾斜，但是由于履帶部分的存在，在傾斜時會造成行駛的不方便。圖2.3方案二原理圖因此，通過以上兩種爬樓結構方式的對比，我們可清晰了解到不同爬樓結構的優(yōu)缺點。在設計之初，我們所確定的就是小型化、簡便化以及安全可靠。其中安全性是我們最關心的一點，一個產品無論它的設計多么巧妙，它的外形多么精美，它的功能多么強大，只要它的安全性能不達標，那么它就是一個不會被制造出來的失敗品。所以，在與履帶式爬樓器結構進行對比的時候，我們注意到步進式爬樓結構的優(yōu)點。步進式爬樓結構在滿足工作性能的同時可以做到小型化，節(jié)省空間，帶來使用上的便利。此外，在運輸貨物進行爬樓運動時，它相比履帶式爬樓結構，會更加安全，即使出現一些極端的情況，它的結構可以在一定的程度上減少危險性。所以，通過兩者之間的對比，經過仔細考量和討論研究之后，我們選擇采取步進式爬樓結構。2.3設計過程2.3.1爬樓支桿設計過程圖2.4爬樓支桿為減少半自動負重爬樓器結構運行中的歪斜和支架同軌道的摩擦阻力，半自動負重爬樓器結構的爬樓器結構K和跨度S要滿足一定比例關系，對于本次設計而言比例關系為。即k=(～)L=(～)×10=1.42～2.0m取k=2.0m爬樓支桿結構中央斷面設計①斷面總面積則：F=2×30×0.5+2×21×0.5+28.5×1=79.5cm②位置(相對于z′-z′)則：y1=(2×30×0.5+21×0.5×29.75+21×0.5×1.25+28.5×1×15.75)÷79.5=15.3cm所以：y2=30-15.3=16.7cm(相對于y′-y′)則：z1=(30×0.5×22.75+30×0.5×1.25+28.5×1×0.5+2×21×0.5×12)÷79.5=7.9cm所以：z2=26-z1=18.1cm③斷面慣性矩Jx=2×1/12×0.5×303+2×30×0.5×0.32+1/12×1×28.53+1/123×21×0.53+21×0.5×16.452+1/12×21×0.53+1/12×21×0.53+21×0.5×16.05=8410Jy=2×1/12×0.5×213+2×21×0.5×4.12+1/12×30×0.53+30×0.5×16.852+1/12×30×0.53+35×6.652×0.5+1/12×28.5×13+28.5×7.42=6650平行移動軸公式：④斷面模數Wx=Jx/y1=8410÷15.3=550cm3Wy=Jy/Z2=6650÷16.7=452cm3爬樓機構運行時，由于各種原因會出現跑偏、歪斜現象。此時，爬樓機構與軌道側面接觸，并產生運行方向垂直的側向力s.當載荷移到左端極限位置時，操縱時最大壓為ND=163.5kg，并認為NA≈ND,這時的最大歪斜側向力為：SD=λ·N式中：N-最大壓,N=163.5Nλ-測壓系數對于爬樓器結構K同跨度1的比例關系在=之間，可取λ≈0.1所以SD=0.1×1631.5=163.5Kg當載荷移動到右端極限位置時最大壓NA=NB=65.3Kg，并認為NC≈NB這時的最大歪斜側向力為：SB=0.1×653.3=6.33Kg爬樓器結構中央斷面合成應力：最大側向力考慮當載荷向右移動到極限位置時最大側向力在B支架上即有SB=65.33Kg；=+上式中：K——爬樓器結構(k=200cm)WX和WY——斷面模數（WX=550cm3和WY=452cm3）〔σ〕——許用應力由于爬樓器結構受理復雜，一般只計算垂直載荷和歪斜側向力，所以許用應力取〔σ〕≤1600kg／cm2σ=653.3×200÷2×550+65.33×200÷2×452=362.3kg/cm2所以σ＜[σ]=1600Kg/cm2。所以經過校核是安全的。支架軸的設計計算圖2.5傳動軸1）輸出軸的功率、轉速和轉矩由上述計算可知=0.442=124.1于是2）作用在支架上的力已知支架軸的分度圓直徑為而圓周力徑向力3）初步確定軸的最小直徑軸的材料為40Cr，調質處理。初步估算軸的最小直徑。取則軸的最小直徑顯然是安裝從動支架處軸的直徑。此軸上有一鍵槽，應適當增大軸徑：單鍵增大5%。取為了使所選的軸與支架孔徑相適應，同時，支架軸孔的直徑是，故?。挥钟捎谥Ъ苤Ъ茌烗X合面為，故該軸尺寸；軸的結構設計1）擬定軸上零件的裝配方案選用裝配方案：螺母、軸端擋圈、支架、軸承端蓋、右端軸承、、右端套筒、支架軸、左端套筒、軸承、軸承端蓋依次從軸的左端向右安裝。2）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和齒合面為了滿足從動支架的軸向定位要求，軸段右端需制出一軸肩，軸肩高度，故取段的直徑；齒合面可參考安裝尺寸取初步選取滾動軸承。因軸承受到徑向力較大，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據，由軸承產品目錄中查找得初步選取深溝球軸承，其尺寸為，故、；而。軸端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。根據軸承的安裝尺寸，其余尺寸可根據其他相關零件而確定，即，軸的強度計算按彎扭合成強度條件校核計算通過軸的結構設計，軸的主要結構尺寸、軸上零件的位置、以及外載荷和支反力的作用位置均已確定許用應力值用插入法由表查得，應力校正系數表2.1支架軸受載計算結果載荷垂直面V水平面H支反力彎矩總彎矩扭矩由于支架為K式直支架，按彎扭合成應力校核的強度故該設計是安全的。2.3.2軸承的選用軸承的功用一般情況下有兩種：一是可以支承起轉軸以及轉軸上的部件，并維持轉軸的旋轉精度；二是為了減少轉軸與支承接觸面之間的摩擦和磨損。軸承按照其構造形式的不同，可以分為滾動軸承與滑動軸承兩大類，其各有優(yōu)缺點。與滑動軸承比較，滾動軸承則有摩擦力小、轉動瞬間的靈敏性高、軸承內部潤滑方式簡單和軸承間互換性高等特點。滾動軸承構造簡單，一般是由外部圈、滾動體、內部圈以及中間的保持架組成。內圈套在轉軸上，外圈裝套入支座或者某一部件的軸承孔內。內圈的外表面和外圈的內表面都有凹槽，當內、外圈進行轉動時，滾動體會沿著凹槽進行滾動。保持架的功用簡單，就是保持滾動體之間的均勻的隔離開。內、外圈與滾動體的制造材料都擁有一般高的硬度、良好的接觸疲勞強度以及良好的耐磨性和沖擊韌性。一般都是用含鉻合金鋼制造的，經過一定的熱處理工序之后，硬度可以達到62~66HRC，同時各工作表面需要進行磨削和拋光等工藝。而保持架則一般采用含碳量低的鋼板沖壓制成。本次爬樓器設計中，考慮到整體受到的沖擊力度較小，多為平穩(wěn)載荷，因此初步選用滾動軸承。滾動軸承依據承受不同的載荷方向，一般可以分為推力軸承和向心軸承兩個大類，其中向心軸承主要是承受徑向載荷，其公稱接觸角為0-45度；推力軸承主要可以承受軸向載荷，其公稱接觸角為45-90度。在半自動爬樓器運動過程中，主要承受的是徑向載荷，因此初步選用向心軸承。進一步根據滾動軸承的類型和性能特點，依據承載能力、極限轉速和角偏差，同時結合設計的實際情況，依靠設計的需求最終選擇采用深溝球軸承。2.3.3電動機的選擇電動機的類型有很多，在我們以往的減速器課程設計當中，我們曾經接觸過它的具體型號。教材所介紹的是最常見的Y系列三相異步電動機，Y系列電動機是按照國際電工委員會（IEC）的標準設計的，具有國際通用互換的優(yōu)點。在《機械設計課程設計》中的表20-1，詳細列出了Y系列（IP44）三相異步電動機的技術參數。在設計之初，我們就曾考慮過電動機的類型，按照以往慣例來說，我們肯定采用的是Y系列三相異步電動機，但隨著設計的不斷進行，我們發(fā)現采用傳統(tǒng)電機會增加設計的尺寸，同時會增加自身的重量，后來在查詢電動機的其他類型中，我們發(fā)現了雙軸伸電動機。雙軸伸異步電動機，顧名思義，即是在電動機兩端均有伸出軸的\t"/item/%E5%8F%8C%E8%BD%B4%E4%BC%B8%E5%BC%82%E6%AD%A5%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA/_blank"異步電動機?，F有的雙軸伸電機其主要構造包括機殼、前端蓋、后端蓋、定子組件、轉子組件和轉軸等，前端蓋和后端蓋分別安裝在機殼的兩端，兩個轉軸分別從前端蓋和后端蓋伸出，定子組件和轉子組件安裝在機殼里，轉子組件上安裝的有磁環(huán)，定子組件的端部絕緣上安裝有霍爾線路板，霍爾線路板上的霍爾元件感應所述磁環(huán)的磁通量。機殼上設有電線出口，電機線纜從電線出口引到電機外，電線出口外安裝有防護套，防護套套在電機線纜外。與Y系列三相異步電動機相比，雙軸伸電動機的使用成本較高，使用范圍較小，如果不是本次畢業(yè)設計需要，我可能還不知道有雙軸伸電動機的存在，因此我們決定采用這種新形式的電動機，它可以大大節(jié)約我們的設計空間，降低設計產品的自身重量。

3二維圖及三維圖在機械產品設計過程中，圖紙的繪制也是十分重要的。在進入大學伊始，我們剛接觸本專業(yè)的時候，首先學的就是二維圖及三維圖的繪制。剛開始的時候，我們是手工繪圖，從而加強對知識的理解，鍛煉自己的動手能力。在后來的不斷學習中，我們學習了利用計算機和繪圖軟件進行繪制，例如CAD、Proe、soildworks和UG等軟件的學習使用，給我們帶來了很大的方便。圖3.1爬樓支桿圖3.2爬樓支桿圖3.3傳動機構俯視圖圖3.4傳動機構整體以上均是傳動系統(tǒng)結構設計部分的二維圖和三維圖紙，由于整個半自動負重爬樓器分為三個設計部分。因此，我們需要在個人的基礎上將圖紙等設計進行一定的整合。在總體裝配中，我們首先是按照各個部分的設計，將相關參數進行歸納整合，參照個人設計的圖紙，有取舍的進行整體結構圖紙的繪制，例如有的結構在一定的視圖下是不展現出來的。在總體結構生成的過程中，我們也會發(fā)現一些圖紙上的錯誤，由于圖紙是由三個人一起完成的，就代表著會有三種不同的畫圖標準，例如圖紙的標題欄、圖線的粗細以及文字的文體大小等。這些都是畫圖過程中所出現的一些問題，所以我們會去盡力的溝通，先去統(tǒng)一一些標準，然后分工合作，修改圖紙中的一些問題。圖3.5總體裝配圖相比于二維圖，三維圖則會簡單一點。在二維圖的基礎上，我首先按照自己的數據進行建模。因為在之前的計算機輔助設計中，我們主要學習的就是Proe軟件，由于疫情的原因，電腦都在學校，所以我在新的電腦上下載的是UG。在學習過程中遇到了一點麻煩，但還好在我們的金工實習中，我們學習了一點UG的使用方法以及在出版社里有網絡版的書籍資料可以查看借鑒。在二維圖中，我們三人都是使用的CAD制圖軟件，所以圖紙之間可以互相查看，互相比較，從而發(fā)現問題，做出修改。而在三維制圖中，我們使用的軟件各不相同，所以在進行三維整體裝配的時候，會出現一些格式的錯誤。但還好SW可以兼容許多格式，因此我們整體的三維裝配都是用SW完成的。在三維建模過程中，我們也發(fā)現了一些設計的缺陷，因此我們及時調整設計結構，進行一定的修改。三維圖的好壞，可以直接關系到整體結構的設計，同時在后面的運動仿真中，我們需要使用三維模型進行方案的可行性分析。三維模型的總體裝配較為簡單，我們首先將自己設計的結構進行建模，然后使用SW進行整體的裝配。圖3.6總體三維結構圖

4動態(tài)仿真過程在機械設計的研究發(fā)展中,對于進行3D模型繪制、結構運動學分析以及機構靜力學分析等方面，一般都是使用ADAMS綜合的進行研究。但是ADAMS的使用價格比較高昂,對于一些微小型企業(yè)甚至中型企業(yè)來說，是一筆不小的成本，因此現在迫切需要其它軟件來代替ADAMS。而在UG軟件中就有一個叫做CAE的模塊：UGmotion。在這個模塊中，融入了一類ADAMS的核心解算器,因此擁有專業(yè)機械動態(tài)仿真軟件的基本操作以及一些突出的優(yōu)點。通過UGmotion的原始運動分析、整體數據的歸納總結等，使用UGmotion可以滿足運動學分析和動態(tài)仿真的基本需求。該處理方法源自ADAMS的核心解算器,因此它的響應比較快速，結果還準確。除此之外，還可以列舉一定的實例對某種運動機構進行動態(tài)仿真,同時將仿真分析結果以文檔、表格、電子圖像等形式表達出來。因此，UGmotion可以替代ADAMS對一般機械研究設計進行基本的仿真分析。因為珠聯璧合的思維方式,美國的EDS公司在他研發(fā)出的UG中吸取了ADAMS的核心解算器,進而研發(fā)出了有著自身特色的UG仿真分析算法——UGmotion。我認為使用UGmotion對一般的機械產品進行仿真分析有著以下幾個優(yōu)點:1)動態(tài)仿真分析的前期準備中所需要進行的工作量較少。不用進行三維圖形的導出和導入,使用UG可以直接簡單的對一般機械設計進行基本的動態(tài)仿真分析。2)動態(tài)仿真分析的整個過程簡單快捷，結合一些智能工具，例如自動創(chuàng)建運動副等工具，使用者僅僅幾個步驟就可以很快的創(chuàng)建一個動態(tài)仿真分析方案。3)動態(tài)仿真的分析結果數據可以通過文檔或者圖像的形式簡潔明了的表示出來。UG軟件中的動態(tài)仿真分析模塊，即UGMotion，是一個可以模擬真實運動，進而進行仿真分析的工具。它既能進行運動學分析，又可以進行力學分析。按照相關步驟及設定，可以讓仿真機構在規(guī)定好的時間段內運動，并同時確定好該時間段中的步數，最后進行仿真分析。UGmotion的動態(tài)仿真分析過程主要分三個步驟進行：①前處理階段，創(chuàng)建仿真分析方案即創(chuàng)建連桿、設定運動副以及定義運動驅動方式；②求解動態(tài)仿真過程階段，在仿真過程中進行分析，生成仿真數據文件；③后處理階段，分析仿真結果，輸出數據，并轉換成文檔、表格和圖形等文件。UG軟件進行動態(tài)仿真的全部過程，整體使用來說較為簡單。通過動態(tài)仿真可以對相關機構進行運動學或力學分析，機構的運動過程通過軟件可以生成圖片、動畫或者是電影文件。仿真分析模塊還可以進行空間中不同機構之間的干擾分析，以及跟蹤某一個設定點的運動軌跡、分析各個運動機構中運動部件的速度、加速度、作用力和力矩等。仿真分析的結果可以幫助設計師校核、修改機構的結構設計，對相關數據進行檢查以及調整零件的材料，從而達到優(yōu)化設計的目的。圖4.1仿真界面如上圖所示，在UG中，當我們建立好機構的三維模型的時候，就可以利用軟件對整體進行一個仿真。通過添加的約束條件、運動副和運動方向等條件后，再設置好一定的時間和步數，就可以進行運動仿真了。其仿真結果，通過后處理等步驟，可以以圖像、表格和文檔等形式表達出來。如下圖所示：圖4.2仿真結果如上圖所示，其距離結果滿足對設計的一般要求，因此依據仿真結果來說，我們設計的傳動結構是可以滿足一般樓梯需求的，是可以在一般樓梯下進行運動的。

5結論至此半自動爬樓器的設計工作已經告一段落了，從最后的結果來看，我們所設計的半自動爬樓器大體上是比較完善的。它的尺寸、功率和功能等，已經可以滿足我們最初的設計需求。與以往的減速器設計和模具設計，以及零件的工藝過程設計不同，此次的畢業(yè)設計是沒有參考可以進行設計、計算和選擇的，它完全是依靠自己的專業(yè)知識和文獻資料進行工作的。在設計過程中，我們也出現了許多問題，例如同組之間溝通理解能力的不一致，這在開始設計之初給我們帶來了很大的麻煩。面對傳動系統(tǒng)的具體運作方式，我們在現有的方式之間進行比較。履帶式、星輪式等，各有各的優(yōu)點。當