爬樓車畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

刖言近年來隨著計(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100?200mm,樓梯寬度為200?300mm,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)，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，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??；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，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。二角回丘440圖1翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖2三角輪系4設(shè)計(jì)計(jì)算4.1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?？紤]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=73.5N-m則三角輪系翻轉(zhuǎn)爬樓梯時(shí)所需消耗的功率為：P=Tn/9.55=73.5X26：9.55=200W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：n=0.96，n=0.97，深溝球軸承的效率為：n=0.99，聯(lián)軸器的效率為：n=0.98則電動(dòng)機(jī)輸出功率為：P=P/(0.96X0.97X0.97X0.98X0.99)=228.2W那么，該爬樓車的行駛系統(tǒng)所需的電動(dòng)機(jī)功率為：228.2W，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(N/mm)輸出轉(zhuǎn)速(r/min)額定功率(W)額定電壓(V)減速比額定轉(zhuǎn)速(r/min)90SZ53297775030811043000110ZYT54297775030822043000選取110ZYT54型號(hào)的電機(jī)為本爬樓車輛的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。4.2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，30*14 GB5843-86JB28x13主動(dòng)端：J型孔軸，A型鍵槽，d=30mm,L=14mm從動(dòng)端：J型軸孔，B型鍵槽，d=28mm,L=13mm4.3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0.75s,且三角輪系轉(zhuǎn)速為26r/min，則減速比為：i=75/26=28.85多級(jí)傳動(dòng)中，總傳動(dòng)比應(yīng)為：i=iii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)比為七=3.2,二級(jí)級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比為i3=3。 1 24.3.1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》）選定齒輪材料直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260曲、，大齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為230HBS。齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒數(shù)z和精度等級(jí)：取z=24,z=iz=3X24=721 2 1估計(jì)v俐1m/s，由表12.6使用壽命：由表12.9Ka=1.0動(dòng)載系數(shù)：由圖12.9七二1.14齒間載荷分配系數(shù)：由表12.10,估計(jì)KAF/bV100N/mmc u 3 c*cos6- :- -0.951Ju2+1。32+11 1 …cos6=』 =— —0.32z1=24,z2=72選8級(jí)精度%=1.0K^=1.14z 1—cos6124——=25.260.95（表12.19）z 2—cos6272 =2250.32￡0V1.88-3.2cosP（式12.6）（式12.10）￡Izv1zV2>Z￡=0.87齒向載荷分配系數(shù):由表12.20及注3,取Kp=L8載荷系數(shù)K:Kh=1.32%=1.8K=%'KhKp=1X1.14X1.32X1.8=2.86K=2.86轉(zhuǎn)矩：T=9.55x106P=9.55x106x0308K=2.861 n1 750=3921.87N?mm彈性系數(shù):T=3921.87N=3921.87N?mm彈性系數(shù):T=3921.87N?mmi由表12.12Ze=189.8MPai/2節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù):Z=189.8MPai/2Z‘=2.5由圖12.17cbhZ‘=2.5由圖12.17cbh].1=710MPa,ch].2=680MPabh[.「710MPa接觸最小安全系數(shù):bh].2=680MPa由圖12.16接觸疲勞極限:由表12.14SHmin"由表12.14SHmin"1.05SHmin"1.05接觸壽命系數(shù):由圖12.18ZN1"ZN2"1.0許用接觸應(yīng)力lbh]:[b]=H2[b]=H2b—Hliml~N1SHmin710X1=676MPa（式12.11）1.05—Hlimz'N2SHmin680x1=648MPa1.05[bH1]=676MPa[bh2]=648MPa小齒輪大端分度圓直徑d:1取中廣0.3di>4.7di>4.7KT

中d（1-0盤d?uZZZ&IH（式12.39）Qd=0.34.7x2.864.7x2.86x3921.87

0.3（1-0.5x0.3?x3（189.8x2.5x0.87V684=32.16mm3.驗(yàn)算圓周速度及M/bd廣（1-0.5①d）d]（表12.19）=（1-0.5X0.3）X32.16=27.34mmTOC\o"1-5"\h\z3.14七]_3.14x27.34x750_10^/s

n1m160x1000 .（與估計(jì)值接近）（式12.37）F=艾=2婦921.87=286.9Ntd1 （式12.37）2xJ1-C0S280.3x32.16 1…——=15.45mm2、''1—0.952

KF/b=1.0X286.9=18.571N/mm<100N/mm（與原估計(jì)相符）確定傳動(dòng)主要尺寸大端模數(shù)m:z=土=3216=1.34mm1m24由表12.3，并考慮到爬樓車行駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取m=2.5mm實(shí)際大端分度圓直徑d：d=z1m=2.5X24=60mmd2=z2m=2.5X72=180mm齒高：h=h+hf=m+1.2m=5.5mm分錐角：5=arctan—=16°26'52=90-1626'=7334'錐距R：R=與奸+z22 （表12.19）25=——J242+722=94.87mm2齒寬b：b=OR=21.06mm齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒形系數(shù)Y:Fa由圖12.30 Y=2.73Fa1=2.15Fa2應(yīng)力修正系數(shù)Y:Sa由圖12.31 Y=1.64Sa1=2.07Sa2m=2.5mmd.=60mmd=180mmR=94.87mmb=21.06mm=2.73Fa1=2.15Fa2=1.64Sa1

重合度系數(shù)，：OK=0.25+075 （式12.18）8 ￡aV0.75=0.25+*=0.681.74齒間載荷分配系數(shù)K:Fa由表12.10,KF/bV100N/mmK=——= =1.47FaY￡ 0.68載荷系數(shù)K:K=匕孔Kfk§=1X1.14X1.47X1.8=3.18彎曲疲勞強(qiáng)極限。 :Flim由圖12.23c bfii1=600MPaqf「2=570MPa彎曲最小安全系數(shù)S:Fmin由表12.14"二1.25彎曲壽命系數(shù)Y:NYN1=YN2=1.0尺寸系數(shù)Y:X由圖12.25 Yx=1.0尺寸系數(shù)Y:X由圖12.25 Yx=1.0許用彎曲應(yīng)力[。F]:[b]=bFlim1L1 （式12.19）F1 SFminy2=2.07Y=0.68Kf=1.47K=3.18b =600MPabf].2=570MPaSmin=1.25J=1.0Yx=1.0

6.驗(yàn)算600x1.0x1.0

i^=480MPa[b]=F2—6.驗(yàn)算600x1.0x1.0

i^=480MPa[b]=F2—Flim2L2SFmin570x1.0x1.0125=456MPa_ 4.17KTYYY"f1'①(1—0.5①VZZ

d d1(式12.40)4.7x3.18x3921.87x2.73x1.64x0.680.3x(1—0.5x0.3?x242x2.53x應(yīng)2+1=28.93MPaV"尸JYYb=bFa2Sa2Fa1Sa1=28.93x2.15x2.072.73x1.64[b]=480MPaF1[b]=456MPaF2bf1=28.93MPa<[。F1]=28.76MPaV[氣2]由此可知齒輪強(qiáng)度滿足要求。bf2=28.76MPa由此可知齒輪強(qiáng)度滿足要求。V[bf2]4.3.2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)爬樓車行駛系統(tǒng)的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)；2） 爬樓車運(yùn)行速度不高，故選用8級(jí)精度（GB10095—

d1td1t>2.323） 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），硬度為240HBS，二者硬度差為40HBS；4） 選小齒輪齒數(shù)z1=21，則大齒輪齒數(shù)：z=uz=3.2X21=67.2,取z=68。2 1 2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 7 _2KTu土1Z~VqJ1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1） 試選載荷系數(shù)K=1.3（2） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T=9.55x105P/n=9.55x105x97.57x10-3/78N?mm=11946.1Nmm（3） 由表10-7，小圓錐齒輪作懸臂布置，選取齒寬系數(shù)：中=0.4d（4） 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)Ze=189.8MPam（5） 由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限：bhiim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限：bh峋2=520MPa（6） 由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)K^1=0.90； 膈2=0.92z1=21，z2=68K=1.3T=11946.1z1=21，z2=68K=1.3T=11946.1Nmm1中=0.4

dZe=189.8MPa”bHT1=600MPabh].2=520MPa"h]=540MPa"h]=478.4"h]=540MPa"h]=478.4MPa[b]=*N1?H1血1=0.9X600MPa=540MPaH1S[bH]=*N2?HIim2=0.92X520MPa=478.4MPa2）計(jì)算（1）試算小齒輪分度圓直徑^,代入［?疽中較小的值q>2.32KTu土1ud=48.71mm=2.32x3：13業(yè)竺x義x3.2(189.8)20.4k478.4)mm=48.71mm計(jì)算圓周速度vv=3.144,=3.14x48.71x78m/s=02m/sV60x100(0 60x1000mS,mS計(jì)算齒寬bb=中「*=0.4X48.71=19.48mm計(jì)算齒寬與齒高直之比b/h模數(shù)：m=d/z=48.71/21mm=2.32mm齒高：h=2.25m=2.25X2.32mm=5.22mmb/h=19.48/5.22=3.73計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)v=0.2m/s,8級(jí)精度，由圖10—8查得Ky=1.12動(dòng)載系數(shù)：KKy=1.12Kh=Kf=1.2直齒輪，假設(shè)Kh=Kf=1.2由表10—3查得：Kh=K?=1.2；

KA=1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)：K邳=1.15+0.18(1+6.7①d2)中d2+0-23X10-3b將數(shù)據(jù)帶入后得：孔廣1.15+0.18(1+6.7X0.42)X0.42KH廣1.22+0.23XKH廣1.22=1.22由b/h=3.73,K耶二1.25，查圖10-13得:K?K?=1.35；故載荷系數(shù):K?=1.35K=1.63=1X1.12X1.2X1.22=1.63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:d廣q3K/K=48.71x寸1.63/1.3mm=66.37mm計(jì)算模數(shù)mm=d/z=66.37/21mm=3.16mm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:2KT(YY1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值(1)由圖10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限:b的=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限:b旗廣380MPa；bfe1=500MPabfe2=380MPa由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：K^1=0.85,*2=0.88計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式(10-12)得[b]=Kfn"FE1=0.85必00MPa=303.57MPafi S 1.4[b]=Kfn2bFE2=0.88X380MPa=238.86MPaF2 S 1.4計(jì)算載荷系數(shù)KK=%'Kfk邱=1X1.12X1.2X1.35=1.814查取齒形系數(shù)由表10-5查得： 2.65；Yf2=2.226查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10-5查得： 七1=1.58;七2二1.764。計(jì)算大、小齒輪的-j^并加以比較F唐1Sa1=2.65X1.85=0.01379jbFJ1 303.57七2\22.226x1.764F2S= 0.01644jbfJ2 238.86可知大齒輪的數(shù)值大2)設(shè)計(jì)計(jì)算心J2孔814X9.948X104x0.01644mm=1.62mm3 1X212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)度所決定的承載卜f]=303.57MPa卜f]=238.86MPaK=1.814G1ja1=0.01379F1修ja2=0.01644F2

能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)1.62并就近圓整為:m=2mm，m=2mm按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑：d1能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)1.62并就近圓整為:m=2mm，m=2mm按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑：d1=66.37mm，算出：小齒輪齒數(shù)：z1=m=竺?！=34大齒輪齒數(shù)：z=uz=3.2X34=108.8，取z=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)。幾何尺寸計(jì)算1）計(jì)算分度圓直徑d=zm=34X2mm=68mmd=zm=109x2mm=218mm2)齒頂高h(yuǎn)=h=h*m=2mm齒根高齒全高齒頂圓直徑齒根圓直徑h=h=(h*+c*)m=2.5mm

h=h=(2h*+c*)m=4.5mm-+2h*)m=72mmdald=a2dfid-f2-2h*)m=214mm2a-2h*-2c*)m=63mm1aa+2h*-2c*)m=221mmaaz=34z2=109齒厚 s=3.14m/2=3.14mm頂隙 c=c*m=0.5mm3）計(jì)算中心距a=（d2-《）/2=（218-68）/2mm=75mm5.驗(yàn)算曰2T2x11946.1x9.948x104 人氏F=―1= N=513.8N，合適td 681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)比不同，m=2.25；z.=30，z=uz.=3X30=90，在此不再贅述。4.4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 PT=T??*6圣孔]

TW 0.2d3 TT式中：TT——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa；T——軸所受的扭矩，單位為N.mm；W 軸的抗扭截面系數(shù)，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；Itt]——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八；9?5x106P4Pd-30.2Itt]n=A。*n；9.5x106式中A0=3：021]，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、20Q235、35(1Cr18Ni9Ti)4540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13tt](Mpa)15—2520?3525?4535?55A0149—126135?112126?103112?97得45鋼：*=103?126。對(duì)于空心軸，則:d式中3=d，即空心軸的內(nèi)徑d1與d之比，通常取0.5?0.6,這里我們?nèi)=0.56。223.6x10-3、代入數(shù)據(jù)得，主軸外徑：dZ112x寸26,:0；64）=23.7mm取d=25mm，則主軸內(nèi)徑：d=pd=0.56x25=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.:P 97.57x10-3d>A3—=106x3 =10.62mm03n 3 78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dWIOOmm的軸，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=10.62X1.12=11.89mm，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4.5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2Tx1032x0.09757x103 「]c=—m—= 2612——=1-36Mpa<LcJ=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N?m。k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，單位為mm。l——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mm。d 軸的直徑，單位為mm。[cp]——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠應(yīng)力，單位為MPa。4.6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)＜[T]，剪切匚二生＜[T]兀d2D 兀d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=73.5N-m,d=8mm，D=25mm，圓錐銷的材料為45鋼，許用切應(yīng)力[t]=80MPa，許用擠壓應(yīng)力M「查表得60-90MPa故=4X73.5x109pa=58.52MPaW[t]。兀d2D兀x82x25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:JJ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)，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