畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-折疊電動(dòng)輪椅的設(shè)計(jì)

I摘要隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，的生活隨之變得越來(lái)越方便。這直接體現(xiàn)的是生活工具的自動(dòng)化、智能化。電動(dòng)折疊輪椅有著方便、省力的特點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)輪椅智能化的基礎(chǔ)。我國(guó)的人口總量全球最多的國(guó)家，老齡化和殘疾是要面對(duì)的重大問(wèn)題。隨著老年人口比例的持續(xù)增加，中國(guó)正在邁向老齡化社會(huì)，而高齡人群所面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)就是身體機(jī)能的衰退，他們的步行能力大大減弱，有些甚至完全失去了步行的能力。另外，交通的四通八達(dá)也帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題交通事故，殘疾人數(shù)量也急劇增加。電動(dòng)折疊輪椅是一種高效、環(huán)保的交通工具，它采用蓄電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以節(jié)省人力、操作簡(jiǎn)單、行駛平穩(wěn)，而且噪音低，可以滿足居民的出行需求。輪椅由車(chē)身、驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成，本論文主要設(shè)計(jì)輪椅的傳動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過(guò)自鎖電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器帶動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)，將驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)向集成一體，結(jié)構(gòu)上更加緊湊，輪椅桿加有鉸鏈，方便輪椅折疊放入車(chē)廂內(nèi)，底座安裝有電機(jī)，方便乘坐者進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。關(guān)鍵詞：電動(dòng)折疊輪椅驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)AbstractWiththeadvancementofmoderntechnology,ourlivesarebecomingmoreandmoreconvenient.Thisdirectlyreflectstheautomationandintelligenceofourlifetools.Electricfoldingwheelchairshavethecharacteristicsofconvenienceandlabor-saving,andarealsothebasisforrealizingwheelchairintelligence.Inourcountrywiththelargestpopulationintheworld,ageinganddisabilityaremajorissuesforus.China'sagingsocietyisbecomingincreasinglyevidentwiththeever-growingelderlypopulation,andfortheelderly,physicaldisability,walkingimpairment,andevencompletelossoflocomotionaretheprimaryissues.Inaddition,theaccessibilityoftransportationhasbroughtaboutanotherproblemtrafficaccidents,andthenumberofdisabledpeoplehasincreaseddramatically.Awheelchaircarutilizingbatteriesasenergyandmotordrives,theelectricfoldingwheelchairofferslabor-savingfeatures,easyoperation,asteadyspeed,nopollutionandminimalnoise.Thispaperprimarilydesignsthetransmissionandsteeringsystemofthewheelchair,whichiscomposedofbody,drive,steering,andcontrolsystems.Thereducerisdriventhroughtheself-lockingmotortocontrolthewheelchair'smovement,whileintegratingthedriveandsteering.Thestructureismorecompact,thewheelchairbarishinged,makingiteasyforthewheelchairtofoldintothecabin,andthebaseisequippedwithamotor,allowingthepassengertorotateeasily.Keywords:electricwheelchair；drivesystem；steeringsystem目錄\o"#_Toc130470786"摘要 I\o"#_Toc130470787"Abstract II\o"#_Toc130470788"第一章緒論 5\o"#_Toc130470789"1.1引言 5\o"#_Toc130470790"1.2課題介紹及研究意義 5\o"#_Toc130470791"1.3電動(dòng)折疊輪椅發(fā)展現(xiàn)狀 6\o"#_Toc130470792"1.4電動(dòng)折疊輪椅發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì) 6\o"#_Toc130470793"第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7\o"#_Toc130470794"2.1實(shí)現(xiàn)功能 7\o"#_Toc130470795"2.2解決方案 7\o"#_Toc130470796"2.3主要設(shè)計(jì)工作 8\o"#_Toc130470797"第三章驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9\o"#_Toc130470798"3.1設(shè)計(jì)要求 9\o"#_Toc130470799"3.2電動(dòng)折疊輪椅轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案分析及選擇 9\o"#_Toc130470800"3.3輪椅驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) 12\o"#_Toc130470801"第四章整體設(shè)計(jì) 14\o"#_Toc130470802"4.1抱閘電動(dòng)機(jī) 14\o"#_Toc130470803"4.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型 14\o"#_Toc130470804"4.3蓄電池的選用 18\o"#_Toc130470805"4.4減速器設(shè)計(jì) 19\o"#_Toc130470806"4.5鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 23\o"#_Toc130470807"4.6軸的設(shè)計(jì) 26\o"#_Toc130470808"總結(jié) 32\o"#_Toc130470809"致謝 34\o"#_Toc130470810"參考文獻(xiàn) 35第一章緒論1.1引言電動(dòng)折疊輪椅是在傳統(tǒng)手動(dòng)輪椅的基礎(chǔ)上，疊加高性能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、智能操縱裝置、電池等部件，改造升級(jí)而成的。具備人工操縱智能控制器，就能驅(qū)動(dòng)輪椅完成前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、等多種功能的新一代智能化輪椅，是現(xiàn)代精密機(jī)械、智能數(shù)控、工程力學(xué)等領(lǐng)域相結(jié)合的高新科技產(chǎn)品。1.2課題介紹及研究意義隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，的生活隨之變得越來(lái)越方便。這直接體現(xiàn)的是生活工具的自動(dòng)化、智能化。電動(dòng)折疊輪椅有著方便、省力的特點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)輪椅智能化的基礎(chǔ)。中華民族擁有世界上最龐大的人口，而老年化與殘障則構(gòu)成了當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。根據(jù)2018年的數(shù)據(jù)，中華民族的60歲及以上的老年人口數(shù)量已經(jīng)超過(guò)2.49億，比例高出17.9%；而65歲及以上的老年人口數(shù)量也超過(guò)了1.67億，比例也高出11.9%。隨著時(shí)間的推移，中國(guó)正在邁向老年化的階段。根據(jù)60歲及更高的年輕一代的數(shù)據(jù)，2020年的中國(guó)老年人口數(shù)量約為2.50億，所占的比例約為17.4%。預(yù)計(jì)在2026年，這一數(shù)字將大幅增長(zhǎng)，并在2035年突破4億，在2055年達(dá)到頂點(diǎn)，約為35.6%。而對(duì)于高齡人本身而言，面對(duì)的第一個(gè)問(wèn)題就是機(jī)體能力下降，行走能力減退，有的甚至徹底失去行走能力。身體的不適造成生活的不便和對(duì)生活的失望，對(duì)于老年人來(lái)說(shuō)是不小的壓力。為了讓他們排解生活的不悅，應(yīng)有優(yōu)越的代步工具，輪椅應(yīng)運(yùn)而生。另外，交通的四通八達(dá)也帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題交通事故，殘疾人數(shù)量也急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有殘疾人總數(shù)約為8500萬(wàn)。由于這類(lèi)人群行走能力的缺失，給他們的生活帶來(lái)了嚴(yán)重的影響，他們的生活權(quán)益急需得到保障。為了解決這一問(wèn)題，R&D了一種電動(dòng)折疊輪椅，它可以幫助人們更輕松地行走，提高生活質(zhì)量，讓他們重新融入社會(huì)，重拾對(duì)生活的信心。此外，它還能為社會(huì)帶來(lái)巨大的好處。1.3電動(dòng)折疊輪椅發(fā)展現(xiàn)狀隨著科技的發(fā)展，輪椅已經(jīng)成為了老年人和受損者的首選交通工具，但大多數(shù)仍以傳統(tǒng)的手推車(chē)出現(xiàn)。這種傳統(tǒng)的車(chē)輛缺乏智能化，無(wú)法滿足現(xiàn)今社會(huì)的多樣化出行需求，也無(wú)法提供更加舒適的乘坐體驗(yàn)。由于多數(shù)使用者都是老年人，他們的身體狀態(tài)較差，無(wú)法持續(xù)使用輪椅。此外，在惡劣的天氣和道路條件下，使用輪椅通常會(huì)變得困難，比如山區(qū)和強(qiáng)風(fēng)。所以，電動(dòng)折疊輪椅成為他們的不二之選。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，手推輪椅在電商平臺(tái)上的銷(xiāo)量明顯超過(guò)了電動(dòng)折疊輪椅，達(dá)到了69%，而銷(xiāo)售額則低于前者，只有39%，而電動(dòng)折疊輪椅的銷(xiāo)售額則達(dá)到了61%。顯然，電動(dòng)折疊輪椅的價(jià)格昂貴，而且在市場(chǎng)上的份額很小。1.4電動(dòng)折疊輪椅發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì)1933年，赫伯特埃弗雷斯特這個(gè)美國(guó)的采礦工程師，不幸遭遇一次意外，導(dǎo)致雙腿全部殘廢。但是，憑借著哈瑞詹寧斯的支持，赫伯特埃弗雷斯特及其團(tuán)隊(duì)，最終創(chuàng)造出一種全新的交通方式，即可折疊的便攜式輪椅，并且由此創(chuàng)辦出一家以赫伯特埃弗雷斯特及詹寧斯的名義命名的全球第一家專業(yè)的輪椅企業(yè)。我國(guó)智能輪椅起步較晚，在一些方面與國(guó)外還有差距，市場(chǎng)普及率還很低且價(jià)格較為昂貴，普通家庭很難承擔(dān)高昂費(fèi)用。電動(dòng)折疊輪椅作為智能輪椅基礎(chǔ)，有很好的市場(chǎng)前景，能夠基本滿足絕大部分用戶的需求，但目前市場(chǎng)電動(dòng)折疊輪椅還是普遍較貴。電動(dòng)折疊輪椅應(yīng)朝著人性化、智能化的方向發(fā)展，隨著電動(dòng)折疊輪椅的保質(zhì)降費(fèi)，將來(lái)電動(dòng)折疊輪椅會(huì)有一片良好的市場(chǎng)前景，為需求者送去一份溫暖。第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)電動(dòng)折疊輪椅主要由電源、控制、減速及轉(zhuǎn)向、車(chē)身等幾大模塊組成，電源模塊為輪椅提供動(dòng)力來(lái)源，控制模塊為用戶實(shí)現(xiàn)功能需求，減速及轉(zhuǎn)向保證輪椅正常行駛，車(chē)身提供支撐。本次研究主要就電源及減速及轉(zhuǎn)向模塊進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。2.1實(shí)現(xiàn)功能本課題此次研究設(shè)計(jì)旨在開(kāi)發(fā)一款適合特定用戶使用的電動(dòng)折疊輪椅。為了滿足不同年齡段和殘疾人的需求，輪椅必須提供更多的心理和生理支持。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，研究國(guó)內(nèi)外輪椅功能特點(diǎn)，總結(jié)出輪椅須具備以下功能特點(diǎn)：1、操作簡(jiǎn)單方便。用戶只需通過(guò)輪椅扶手上的操縱桿即可實(shí)現(xiàn)對(duì)輪椅的控制，無(wú)需繁瑣復(fù)雜的控制工作和駕駛技巧?？奢p松實(shí)現(xiàn)輪椅的進(jìn)退、轉(zhuǎn)向、椅背調(diào)節(jié)、高度調(diào)節(jié)等。還帶有電子顯示屏，顯示當(dāng)前輪椅車(chē)身狀態(tài)，包括車(chē)速、電池電量、續(xù)航等，方便用戶使用。2、車(chē)身結(jié)構(gòu)緊湊，外觀優(yōu)雅，能夠滿足乘客戶外出行的需求。車(chē)身承載能力達(dá)到100kg，具有良好的強(qiáng)度和韌性，在受到較大沖擊時(shí)能夠保持穩(wěn)定，確保乘客的安全。另須設(shè)有防翻裝置。3、座椅安全舒適。長(zhǎng)時(shí)間乘坐會(huì)導(dǎo)致壓力疲勞，應(yīng)避免這種情況發(fā)生。因此，座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合人體工程學(xué)，并有特定減壓裝置，用于緩解用戶肌肉酸痛。2.2解決方案1、輪椅行駛運(yùn)動(dòng)電動(dòng)折疊輪椅只需人為控制操縱桿，便可實(shí)現(xiàn)輪椅的前進(jìn)、后退、旋轉(zhuǎn)的功能。操縱桿發(fā)出電信號(hào)，輪椅內(nèi)部有接收裝置，通過(guò)接收傳遞給電機(jī)控制器，再由電機(jī)控制器接收放大處理作用于直流電機(jī)，電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)輪椅實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)，即電機(jī)正轉(zhuǎn)，輪椅前進(jìn)。操縱桿向后撥壓，電機(jī)內(nèi)部電樞接入反向電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩，即電機(jī)反轉(zhuǎn)，輪椅后退。2、輪椅轉(zhuǎn)向行駛電動(dòng)折疊輪椅只需人為控制操縱桿，便可實(shí)現(xiàn)輪椅的左右轉(zhuǎn)向的功能。輪椅可通過(guò)前輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，亦可通過(guò)后輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向。如采用前輪轉(zhuǎn)向，機(jī)械機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，研究設(shè)計(jì)難度較大且轉(zhuǎn)向半徑較大，轉(zhuǎn)角較小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，給用戶帶來(lái)不便，所以本次研究設(shè)計(jì)采用后輪轉(zhuǎn)向方案。3、輪椅輔助功能為了滿足用戶在生活中伸手取物的需求，此次設(shè)計(jì)增添了座椅旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，滿足用戶的需求。用戶將通過(guò)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，控制器通過(guò)電信號(hào)作用于電機(jī)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。為了滿足用戶在輪椅上休息的需求，輪椅在功能上也有良好體現(xiàn)。人在躺著休息時(shí)是身心是能得到很好的休息的，椅背的自由調(diào)節(jié)是能夠?qū)崿F(xiàn)此需求的。2.3主要設(shè)計(jì)工作1、充分認(rèn)識(shí)了解電動(dòng)折疊輪椅的機(jī)械構(gòu)造及相應(yīng)構(gòu)造原理，充分進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查工作，研究分析現(xiàn)有電動(dòng)車(chē)的優(yōu)缺點(diǎn)，利用已有相關(guān)數(shù)據(jù)。2、搜集各種輪椅的資料，其中包括有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及最新研究成果。3、機(jī)械系統(tǒng)本課題主要研究設(shè)計(jì)輪椅的機(jī)械系統(tǒng)，大體可分為幾個(gè)部分，包括輪椅驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向行駛系統(tǒng)、椅背調(diào)節(jié)系統(tǒng)、座椅高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。的主要任務(wù)是對(duì)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向方案進(jìn)行深入的分析和設(shè)計(jì)，并確定合適的電動(dòng)機(jī)型號(hào)。還會(huì)設(shè)計(jì)減速箱，并選擇合適的蓄電池。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)畫(huà)零件圖、裝配圖。第三章驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)要求驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)輪椅的最基本、最重要的動(dòng)作，是輪椅的核心組成部分。其組成包括電動(dòng)機(jī)、控制電機(jī)轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速并與控制系統(tǒng)相連的控制器、與電動(dòng)機(jī)輸出端相連的減速箱和和其他傳動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有輪椅平穩(wěn)行駛的設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)向要求盡可能大角度轉(zhuǎn)向且較為靈活，能夠快速制動(dòng)，并保障乘坐舒適。通過(guò)安裝一個(gè)控制器，就可以讓電動(dòng)機(jī)的后輪、驅(qū)動(dòng)輪等部件都有動(dòng)力，從而讓它們的運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。這個(gè)系統(tǒng)還具有自動(dòng)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速的功能，這樣就可以根據(jù)您的要求，讓電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。為了提升電動(dòng)機(jī)的性能，還會(huì)安裝一個(gè)減速器，它的作用是提升電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，從而讓電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。除了滿足輪椅的設(shè)計(jì)需求之外，考慮道路狀態(tài)的差異，如果把輪椅的后部軸線直接固定在減速器的輸入端，那么由于后部的負(fù)載而引起的壓縮就會(huì)被傳導(dǎo)至電動(dòng)機(jī)的軸線，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的異常運(yùn)行，縮短它的使用壽命，并且還會(huì)影響它的運(yùn)行速率。為了提高車(chē)輛的性能，需要在車(chē)輛的后部和減速器的輸入部分安裝額外的傳動(dòng)裝置，以降低車(chē)輛承受的負(fù)載，并達(dá)到緩沖和抑制噪音的效果。根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求，提出了一組可行的驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案，并經(jīng)過(guò)精心比較，最終確定了最佳的解決方案。3.2電動(dòng)折疊輪椅轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案分析及選擇電動(dòng)折疊輪椅的驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在輪椅組成結(jié)構(gòu)中擔(dān)任極其重要的角色，其設(shè)計(jì)方案也是靈活多變，驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案選擇的適合程度對(duì)輪椅的整車(chē)性能、整體結(jié)構(gòu)布置、機(jī)械傳動(dòng)效率和控制方案的選擇有重要的影響。輪椅的驅(qū)動(dòng)方式采用后輪驅(qū)動(dòng)，所以可根據(jù)轉(zhuǎn)向方式的不同得到兩種不同的方案：1、前輪主導(dǎo)轉(zhuǎn)向（圖3-1）；2、后輪主導(dǎo)轉(zhuǎn)向。方式一：前輪主導(dǎo)轉(zhuǎn)向直流電動(dòng)機(jī)用作輪椅的動(dòng)力源，為后輪持續(xù)提供動(dòng)力，保障輪椅正常行駛。輪椅的速度調(diào)節(jié)可通過(guò)調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)得以實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)輸送脈沖信號(hào)來(lái)控制輪椅的前進(jìn)方向，并與后輪主運(yùn)動(dòng)協(xié)同工作，從而實(shí)現(xiàn)輪椅的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)向。這種精確的轉(zhuǎn)向，可以讓輪椅以一個(gè)特定的角度運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到最佳的使用效果。輪椅轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)側(cè)車(chē)輪和外側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)彎半徑不同，外側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)彎半徑要大于內(nèi)側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)彎半徑，這就要求在轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速要高于內(nèi)側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速。為了解決這一問(wèn)題，在輪椅結(jié)構(gòu)上設(shè)有差速器。差速器的作用就是滿足輪椅轉(zhuǎn)彎時(shí)兩側(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)速不同的要求。兩后輪各有一個(gè)傳動(dòng)軸，中間裝有差速器，直流電動(dòng)機(jī)與減速器相連，差速器與減速器相連。輪椅在直線行駛時(shí)，兩后輪與地面形成的摩擦力相同，差速器向兩輪輸出相同轉(zhuǎn)速。當(dāng)輪椅轉(zhuǎn)彎時(shí)，前輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使得后兩輪所受摩擦力不同，外側(cè)輪所受摩擦力較小，差速器工作向兩輪輸出不同轉(zhuǎn)速，輪椅實(shí)現(xiàn)順利轉(zhuǎn)彎。這個(gè)方案的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是完全獨(dú)立的，它們之間沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)。這種結(jié)構(gòu)非常容易控制，而且控制系統(tǒng)也很容易設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)向原理也很簡(jiǎn)單，只需要將脈沖信號(hào)輸送到步進(jìn)電機(jī)上，就能夠通過(guò)脈沖信號(hào)來(lái)調(diào)整偏轉(zhuǎn)角度，而且精度很高。此方案存在不足，輪椅要完成轉(zhuǎn)向須在行駛中，轉(zhuǎn)彎半徑較大，轉(zhuǎn)向角度較小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎，給用戶帶來(lái)諸多不便，降低其使用性能。方案二后輪主導(dǎo)轉(zhuǎn)圖3-3結(jié)構(gòu)上，分別用兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)兩后輪，直流電動(dòng)機(jī)與減去器相連，減速器與驅(qū)動(dòng)軸相連。在控制上，兩個(gè)電機(jī)分別控制車(chē)輪轉(zhuǎn)速。輪椅直線行駛時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)輸出相等轉(zhuǎn)速。當(dāng)輪椅在拐彎的情況下，電子差速器會(huì)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)每個(gè)輪子，使得它們朝著更慢的速度移動(dòng)。這種變化的程度取決于每個(gè)輪子的速差以及它們的旋轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間。如果速差變得更快，那么拐彎的角度會(huì)變得更陡。通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)方向的電機(jī)，使得汽車(chē)的前后軸能夠在空中自由旋轉(zhuǎn)。下面以圖3-4具體說(shuō)明兩后輪工作情況：圖3-4這張圖展示了一輛車(chē)的轉(zhuǎn)彎情況。它的兩個(gè)車(chē)尾之間的直線距離為L(zhǎng)，車(chē)尾的直線長(zhǎng)度為r，車(chē)尾的轉(zhuǎn)彎半徑為R，轉(zhuǎn)彎的角度為α。如果車(chē)輛在t的時(shí)間里，轉(zhuǎn)彎的角度和轉(zhuǎn)彎的方式都相同，那么車(chē)尾的轉(zhuǎn)彎方式將會(huì)有所不同。此方案采用采用雙直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與單直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，功率約為單電機(jī)的一半，電機(jī)尺寸也可縮小。直流電動(dòng)機(jī)、減去器和后輪的軸線完全一致，沒(méi)有差速器和前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使得整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊，更加高效。但對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩要求較高，對(duì)電機(jī)的性能要求有所提高。分析比較，本課題研究之初是為用戶提供室內(nèi)、戶外較好的代步工具，這就要求輪椅擁有較高的方便靈活性，其中轉(zhuǎn)向尤為突出。前輪主導(dǎo)轉(zhuǎn)向可完成任意角度、半徑轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)靈活性高；。綜上所述，采用前輪主導(dǎo)轉(zhuǎn)向。3.3輪椅驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)在前輪主導(dǎo)轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，兩后輪連接一根驅(qū)動(dòng)軸，電動(dòng)機(jī)、經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器連接至減速器來(lái)給電動(dòng)折疊輪椅提供機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，兩后輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)輪椅的前進(jìn)。圖3-5驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)單側(cè)示意圖根據(jù)輪椅結(jié)構(gòu)分布圖（3-5）可知，電機(jī)、減速器和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)處于同一平面，輪椅車(chē)身寬度有限，所以驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)和減去器在軸線分布上要有一定尺寸限制。而直流電機(jī)的軸向尺寸對(duì)其額定功率、輸出扭矩有決定性作用，在一定范圍內(nèi)，額定功率、輸出扭矩和電機(jī)軸向尺寸成正相關(guān)。為了提高減速器的性能，在選擇電機(jī)時(shí)應(yīng)該優(yōu)先考慮輸出扭矩較大的電機(jī)，這樣可以降低減速器的減速比，并且還需要注意軸向尺寸的限制。前輪設(shè)計(jì)輪椅前輪采用萬(wàn)向輪，在直線行駛狀態(tài)下，前輪可根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令配合后輪完成直線運(yùn)動(dòng)，若需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向，則通過(guò)控制按鍵給出步進(jìn)信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的角度轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)前萬(wàn)向輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在行走的過(guò)程中轉(zhuǎn)向的功能。圖3-6第四章整體設(shè)計(jì)4.1抱閘電動(dòng)機(jī)抱閘，也稱為保護(hù)制動(dòng)器，是一種用來(lái)控制伺服電機(jī)的機(jī)械設(shè)備，它可以使電機(jī)在停止的情況下，被外力所阻擋，從而阻止其繼續(xù)向前或向后移動(dòng)。它可以有效地阻擋外力，從而使得電梯無(wú)法繼續(xù)行駛。當(dāng)馬達(dá)停止運(yùn)行時(shí)，這種控制系統(tǒng)通常采用抱閘的方法，即當(dāng)獲得足夠的電力時(shí)，將其釋放，而當(dāng)缺乏足夠的電力時(shí)，則將其拉回原位。此外，還有一種叫做電動(dòng)機(jī)的設(shè)備，它依靠電磁感應(yīng)定律來(lái)將電力轉(zhuǎn)化為可用的動(dòng)力。。由于其移動(dòng)電源的支持，輪椅使用了先進(jìn)的直流電動(dòng)機(jī)，它擁有極其出色的調(diào)節(jié)功率、穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩、極強(qiáng)的抗超負(fù)荷、以及更強(qiáng)的啟動(dòng)及制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使其在各種場(chǎng)合得到了普遍的使用。4.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型電機(jī)為輪椅提供動(dòng)力，作為動(dòng)力源是輪椅重要的組成部分。電機(jī)種類(lèi)繁多，要選擇適合本次課題的輪椅，需要綜合比較其性能。下表4-1是常用電機(jī)的性能比較。表4-1根據(jù)設(shè)計(jì)需求，輪椅電機(jī)須滿足以下解基本條件：1、當(dāng)使用高效的驅(qū)動(dòng)力時(shí)，電動(dòng)輪椅能夠平穩(wěn)地進(jìn)入運(yùn)行，并能夠進(jìn)行高效的操控。這種驅(qū)動(dòng)力的輸入能夠滿足平穩(wěn)的運(yùn)行，包括高效的爬升、高效的啟停、高效的加速和高效的啟動(dòng)。此外，由于電機(jī)的調(diào)節(jié)能力有限，通常只能將其25%或100%的轉(zhuǎn)速提供給用戶。2、根據(jù)單位質(zhì)量能提供的最大功率，通常需要超過(guò)1—1.25千瓦/千克的KW/kg，才能達(dá)到最高的效率。3、通過(guò)改進(jìn)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性，使得的汽車(chē)具有了更強(qiáng)的動(dòng)力學(xué)控制，無(wú)論是低檔還是高檔，都具有良好的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)。4、良好的工作性能能適應(yīng)不同的工作環(huán)境5、維護(hù)簡(jiǎn)單，噪聲小。在選購(gòu)電動(dòng)機(jī)之前，需要仔細(xì)考慮其所處的工況、所承受的負(fù)載以及其本身的特點(diǎn)，并且要綜合考慮各項(xiàng)因素，以便正確地識(shí)別出適用于不同場(chǎng)合的電動(dòng)機(jī)，并且能夠滿足其要求的功率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。輪椅所輸出轉(zhuǎn)矩是由電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩通過(guò)減速器被增大后傳遞給后輪，輪椅輸出轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)后輪克服阻力進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩大于輪椅所受阻力按照規(guī)定，電動(dòng)輪椅的最高運(yùn)轉(zhuǎn)速率應(yīng)該介于5—10km/h之間，但由于當(dāng)前的道路狀態(tài)普遍優(yōu)越，因此，它們的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣阻力及斜坡阻力均很少，幾乎可以被視作無(wú)關(guān)緊要的因素。由于地表的摩擦力，使得輪椅的運(yùn)動(dòng)受到了較大的阻礙，這種阻礙被稱作mgf。根據(jù)輪椅驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可得出，電機(jī)轉(zhuǎn)速與輪椅行駛速度的關(guān)系：ν=ω式中，ν為輪椅行駛速度；ω為電機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)結(jié)合實(shí)際情況的計(jì)算，一輛輪椅的重量應(yīng)該在30kg以內(nèi)，以免對(duì)搬運(yùn)造成不良影響。因此，將輪椅的重量定位30kg，以滿足100kg的承載能力。因此，當(dāng)輪椅行駛時(shí)，它的最大重量為130kg。在行駛過(guò)程中，輪椅的摩擦力主要來(lái)自于它的車(chē)輪與地面之間的摩擦。由于輪椅的車(chē)輪是由橡膠制成的，根據(jù)表格，摩擦系數(shù)的范圍在0.010-0.020之間，其中最大值為0.020。則摩擦阻力為：mgf=(100+30)*9.8*0.020=25.48N根據(jù)設(shè)計(jì)需求和實(shí)際情況，輪椅采用單級(jí)直齒輪減速器即可。根據(jù)輪椅的特殊性能，單級(jí)直齒輪減速器的減速比可達(dá)4，而鏈傳動(dòng)的減速比可達(dá)8，但是，考慮到輪椅的體積，減速器與傳動(dòng)鏈的體積會(huì)受到一定的影響，因此，減速器的減速比應(yīng)該降低至3，而鏈傳動(dòng)的減速比也應(yīng)該降低至3。根據(jù)90%的傳輸效率，將輪椅的前輪直徑設(shè)定為500mm，就能夠估算出每臺(tái)輪椅的電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)矩要求。為了方便計(jì)算，取一輪椅速度平均值8km/h，即2.22m/s，則輪椅電機(jī)平均轉(zhuǎn)速為：工作機(jī)所需功率為P機(jī)械傳動(dòng)裝置的總效率為η確定各部分裝置效率：聯(lián)軸器效率η1=0.99，減速器軸承效率η2=0.98，閉式齒輪減速箱傳動(dòng)效率η則電動(dòng)機(jī)所需功率為：P按照轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩選擇電機(jī)，決定采用70ZW系列直流抱閘電動(dòng)機(jī)，具體參數(shù)如下表（4-2）：表4-2額定功率0.1KW額定轉(zhuǎn)矩0.5Nm最大轉(zhuǎn)矩1Nm額定轉(zhuǎn)速2000rmp重量1.5kg長(zhǎng)度92mm調(diào)速范圍20-2000rmp電壓24V4.3蓄電池的選用蓄電池為電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)提供能量，保障輪椅正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)，是電動(dòng)輪椅不可或缺的一部分。蓄電池作為輪椅的能量源，本課題對(duì)電池也有相應(yīng)的性能要求，須具有容量大、壽命長(zhǎng)、充電快及工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。常見(jiàn)的蓄電池有以下幾種：鉛酸蓄電池：鉛酸電池已有一百多年的歷史，廣泛用于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的啟動(dòng)電源，也是現(xiàn)在主流電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池，其可靠性好、原材料易得、價(jià)格便宜；比功率大，可以基本滿足汽車(chē)的動(dòng)力需求。然而，它的能量消耗很少，重量和體積都很大，而且續(xù)航時(shí)間很短；使用壽命也很短，使用成本也很高。鎳氫電池具有堿性特性，可以提供更久的電池，而且不會(huì)產(chǎn)生任何記憶效果，然而其成本卻相對(duì)昂貴。能量密度比鎳鋅電池高40%左右，對(duì)環(huán)境無(wú)害。不過(guò)，其循環(huán)壽命不及鎳鋅電池，主要因?yàn)槌潆姾笃陔姵匕l(fā)熱量大，對(duì)貯氫合金有損害，使得貯氫量明顯下降。為解決這樣困擾，可采用間歇式充電方法。與鉛酸電池相比，比能量和循環(huán)壽命均高出鉛酸電池，適用于續(xù)航要求較高的場(chǎng)合。電池技術(shù)的發(fā)展使得鋰離子二次電池成為一種先進(jìn)的、高電壓、高能量密度的電池，它的優(yōu)越的物理和電化學(xué)性質(zhì)使它在日常生活中得到了普遍的使用，并且在軍事領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。它的優(yōu)勢(shì)在于：體積小、容積大、不會(huì)產(chǎn)生廢氣、使用壽命更久。在電池技術(shù)方面，鋰電池的性能優(yōu)于鎳氫電池或鎳鉻電池，其電池壽命通常是前兩者的1.5倍。。我國(guó)從研究、開(kāi)發(fā)、使用鋰電池至今已取得突破性進(jìn)展。整體而言，鋰電池的各項(xiàng)性能都比較好。鎳鎘蓄電池：鎳鎘電池的應(yīng)用十分廣泛，充電簡(jiǎn)單，可快速充電亦可慢速充電，充電循環(huán)次數(shù)多達(dá)2000多次，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)。但其存在記憶效應(yīng)，若存在充放電不到位，易導(dǎo)致電池續(xù)航能力下降。若已有記憶效應(yīng)，可進(jìn)行全放電處理，以恢復(fù)電池續(xù)航能力。采用最先進(jìn)的技術(shù)制造的鎳鋅蓄電池，其特性是：擁有卓越的性能、極強(qiáng)的輸出功耗，并且可實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)的電池容量。其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)可滿足電動(dòng)輪椅續(xù)航、爬坡及加速所需的能量需求。但新型功能電池價(jià)格稍昂貴。電動(dòng)輪椅蓄電池的特性決定了它的使用方式：它可以長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)放電，并且可以在較大的電流范圍內(nèi)運(yùn)行，這樣就可以滿足輪椅在爬坡、行走等極端環(huán)境下的需求。作為輪椅的蓄電池，應(yīng)滿足以下基本條件：高能量密度是指物質(zhì)在某一特定空間內(nèi)能夠被有效地儲(chǔ)存的能量數(shù)量。高質(zhì)量和體積比功率是提升功率密度的關(guān)鍵因素。使用壽命長(zhǎng)充放電性能強(qiáng)（可快充、抗過(guò)充、過(guò)放性能好）電池一致性好物美價(jià)廉維護(hù)方便綠色環(huán)保（從電池的制造、使用、到回收都要保證對(duì)環(huán)境無(wú)污染）綜上所述，結(jié)合電池基本要求，本次電動(dòng)輪椅搭載鋰離子電池。選用鋰電池作為輪椅蓄電池可滿足輪椅設(shè)計(jì)的各種需求，且鋰電池在電動(dòng)工具上的應(yīng)用已十分成熟，也大大減輕了輪椅的重量，方便用戶及家人外出游行時(shí)的搬運(yùn)。4.4減速器設(shè)計(jì)1.傳動(dòng)軸參數(shù)計(jì)算（1）電動(dòng)機(jī)軸軸功率：P軸轉(zhuǎn)速：n軸轉(zhuǎn)矩：T(2)Ⅰ軸：小齒輪軸軸功率：P軸轉(zhuǎn)速：n軸轉(zhuǎn)矩：T(3)Ⅱ軸：大齒輪軸軸功率：P軸轉(zhuǎn)速：n軸轉(zhuǎn)矩：T表4-3軸號(hào)輸入功率P/(KW)輸入轉(zhuǎn)矩T/(N?m)轉(zhuǎn)速n(r/min)電機(jī)軸0.11.25764Ⅰ軸0.0991.24764Ⅱ軸0.0933.482551.齒輪類(lèi)型及精度等級(jí)因?yàn)檩喴蔚捏w積較大，會(huì)導(dǎo)致減速器與傳動(dòng)鏈的體積受到一定的限制，因此，需要將它們的傳動(dòng)比降低到3，這樣才能滿足使用者的需求。直齒輪有著承載力強(qiáng)、經(jīng)久耐用、制造簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，符合輪椅的使用要求，因此減速器采用直齒輪。電動(dòng)輪椅為一工作機(jī)器，速度較慢，查表可初選8級(jí)精度等級(jí)。2.選擇材料及熱處理方法，確定需用應(yīng)力（1）材料及熱處理方法的選擇通過(guò)比較軟齒面和硬齒面兩種方案的計(jì)算結(jié)果，可以更好地了解它們之間的差異。電動(dòng)輪椅非高速、重載要求較高的傳動(dòng)機(jī)械，這里直接按軟齒面齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。為使一對(duì)齒輪的使用壽命相近，小齒輪的材料應(yīng)比大齒輪材料好一些根據(jù)調(diào)質(zhì)處理后的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，40Cr鋼制作的小齒輪的硬度高達(dá)260HBS，而45鋼制作的大齒輪的硬度則高達(dá)230HBS，兩種鋼的硬度相比，相差了30HBS。（2）確定許用應(yīng)力根據(jù)線性插值法查表可得：接觸疲勞極限σ_(Hlim1)=710MPa,σ_(Hlim2)=580MPa；由表查得，取最小疲勞安全系數(shù)S_H=1.1，則接觸應(yīng)力[σ_H]為：[σH1]=[σH2]=由表查得，彎曲疲勞極限σFlim1=600MPa,由表查得，最小安全系數(shù)SFσσ由于閉式軟齒面齒輪容易受到磨損，所以在進(jìn)行安裝之前，應(yīng)該首先使用相應(yīng)的疲勞強(qiáng)化模型來(lái)估算其直徑，并對(duì)其中的大型和小型齒輪進(jìn)行檢驗(yàn)，以評(píng)估它們的彎曲疲勞能力。3.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算（1）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)式進(jìn)行試算輪椅運(yùn)轉(zhuǎn)工作平穩(wěn)，查表取載荷系數(shù)K=1.2；查表取齒寬系數(shù)?d=1小齒輪上的轉(zhuǎn)矩：T查表取彈性系數(shù)ZE標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)，區(qū)域系數(shù)ZH因?yàn)棣襀2<σd因?yàn)檩S的最小直徑和軸承的最小內(nèi)徑都有限制，所以將d1設(shè)為29mm。(2)確定主要幾何參數(shù)和幾何尺寸取齒數(shù)Z則Z2模數(shù)：m=齒寬：b=取b2根據(jù)查表，取模數(shù)m=1，則實(shí)際分度圓直徑為：dd中心距a=為了保證傳動(dòng)的精確性，齒輪的模數(shù)和壓力角必須符合標(biāo)準(zhǔn)要求；此外，為了保證傳動(dòng)的穩(wěn)定性，中心距和齒輪的直徑也必須精確計(jì)算，通常要求在小數(shù)點(diǎn)后2位；最后，齒輪的寬度也應(yīng)該是圓形的。4.驗(yàn)算齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度查圖取齒形系數(shù)YFa1=2.64,查圖取應(yīng)力集中系數(shù)YSa1=1.62,按最小齒寬b=25mm計(jì)算，由輪齒彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算公式得：σ=17.69MPa≤σ=16.58MPa≤5.計(jì)算齒輪的圓周速度ν=對(duì)照表9-2，選8級(jí)精度是合適的表4-4齒輪參數(shù)及幾何尺寸參數(shù)或幾何尺寸符號(hào)小齒輪大齒輪模數(shù)m11壓力角α2020齒數(shù)z2987分度圓直徑d2987齒頂圓直徑d3189齒根圓直徑d26.584.5齒寬b2925中心距a584.5鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)鏈傳動(dòng)是一種復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)，其中包括主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪以及它們的配套部分，它們通過(guò)彼此的配合傳輸動(dòng)力。這種傳動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)具有緊湊的結(jié)構(gòu)，可以減輕軸的負(fù)擔(dān)，提供更強(qiáng)的傳動(dòng)性能，并且可以維護(hù)較低的傳動(dòng)比，不需要特殊的工作環(huán)境。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，可得減速器Ⅱ軸轉(zhuǎn)速，即鏈傳動(dòng)輸入轉(zhuǎn)速，n11.選擇鏈輪齒數(shù)z查表11-14，選取小鏈輪齒數(shù)z1大鏈輪齒數(shù)z22.計(jì)算鏈傳遞的計(jì)算功率P由表11-13查得K根據(jù)圖11-24，可以得出小鏈輪的齒數(shù)系數(shù)Kz為1。選擇單排鏈，其多排鏈系數(shù)K由式（11-41）計(jì)算鏈傳遞的計(jì)算功率P3.確定鏈條鏈節(jié)數(shù)初選中心距a可由式（11-42）計(jì)算鏈節(jié)數(shù)：L==131.58取LP4.選擇鏈型號(hào)、確定鏈條數(shù)的節(jié)距p根據(jù)n1=255r/min和允許傳輸功率P0≥0.1KW，從圖11-22中可以看出，最佳的單排鏈應(yīng)該是5B。由公式計(jì)算得p=5×25.45.確定鏈長(zhǎng)L及中心距a因?yàn)長(zhǎng)P=可由式（11-43）計(jì)算鏈傳動(dòng)的理論中心距a===319.18mm≈320mm取理論中心距a的減小量?a=(0.002~0.004)a計(jì)算得?a=0.64~1.28mm則可計(jì)算實(shí)際中心距a取中心距a在鏈條的安裝過(guò)程中，為了確保松邊的位置處在一個(gè)恰當(dāng)?shù)乃剑瑧?yīng)該將實(shí)際的中央間隔縮短到與理論間隔相同的水平。這個(gè)縮短的數(shù)值可以用一個(gè)常用的公式來(lái)表示。6.驗(yàn)算鏈速由式（11-25）計(jì)算鏈速ν=7.計(jì)算軸的的壓力F由式（11-25）計(jì)算工作拉力F由式（11-40）計(jì)算軸的壓力F8.鏈輪尺寸計(jì)算根據(jù)滾子鏈型號(hào)05B查表得：節(jié)距P=8mm滾子直徑d1=5mm內(nèi)節(jié)內(nèi)寬b1=3mm套筒孔徑d3=2.36mm內(nèi)鏈板高度h2=7.11mm小鏈輪參數(shù)：分度圓直徑d=8sin180齒頂圓直徑da取da=2齒根圓直徑d齒寬b齒側(cè)半徑（倒角半徑）r齒側(cè)凸緣d=8.6456mm取8mm倒角寬ba=0.1~0.15p=0.8~1.2mm圓角半徑r大鏈輪參數(shù)按以上計(jì)算方式得下表大鏈輪參數(shù)表4-5分度圓直徑d=191mm齒頂圓直徑d齒根圓直徑d齒寬bb齒側(cè)半徑r齒側(cè)凸緣dg<182.72mm取1倒角寬b圓角半徑r4.6軸的設(shè)計(jì)1.高速軸設(shè)計(jì)(1)已經(jīng)確定的相關(guān)參數(shù)n(2)選擇軸的材料和和熱處理方法3.使用45鋼作為軸，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理后，其柔韌性可達(dá)到217~255HBS，允許的彎曲應(yīng)力σ-1可達(dá)到σ-1=60MPa，而最大的抗拉應(yīng)力σb可達(dá)到σb=650MPa。(3)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算最小直徑查表13-4得C=107~118因?yàn)楦咚佥S承受的彎曲力更大，所以它承受的扭矩更小，因此將C設(shè)為115。按式（13-2），可得d≥C由于最小軸徑小于30mm，其截面上開(kāi)有一個(gè)鍵槽（聯(lián)軸器），故將軸徑增大7%。d由于聯(lián)軸器型號(hào)的限制，取軸徑為10mm。（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在這次設(shè)計(jì)中，選擇了一個(gè)較小的高速軸，它的齒根圓距離鍵槽底部的距離X在X≤2~2.5m之間。將這個(gè)齒輪與軸結(jié)合在一起，形成了一個(gè)新的軸。圖4-1根據(jù)軸徑dmin=10mm查表得，鍵公稱尺寸b×h=3mm×3mm；根據(jù)鍵公稱尺寸查表得，軸t1=1.8，X因此，將這種高速軸的設(shè)計(jì)改進(jìn)到齒輪軸的形式。軸的雙側(cè)都安裝有軸承，可以在安全的情況下進(jìn)行更換。軸的另外一側(cè)則被延展，這樣可以安全地安放聯(lián)軸器，采用的聯(lián)軸器規(guī)格為T(mén)L1（GB/T4323-2002），其公稱轉(zhuǎn)矩為6.3N?m，允許速度為n=8800r/min，軸上有J型軸孔，其孔徑為d=10mm，軸孔的寬度為L(zhǎng)1=17mm，總長(zhǎng)度為L(zhǎng)=25mm。采用A型、b×h、槽深t、槽寬10mm、軸段口徑?、軸段長(zhǎng)度?、定位軸肩寬度?、槽深16mm，以確保聯(lián)軸器和軸之間的有效連接。采用深溝球軸承，其規(guī)格6202，其內(nèi)部孔隙尺寸d=17mm，而軸承的軸肩尺寸則設(shè)置在23mm。確定各段的直徑并繪制草圖：圖4-2（5）按扭矩和彎矩組合進(jìn)行強(qiáng)度校核①繪制軸的受力圖，如圖4-3所示。②計(jì)算作用在軸上的力小齒輪所受的圓周力：F小齒輪所受的徑向力：F小齒輪所受的法向力：F計(jì)算作用于軸上的支座反力：水平面內(nèi)：齒輪對(duì)稱布置，軸在水平面內(nèi)只受一個(gè)外力，故F求界面C處的彎矩：M圖4-3③求垂直平面內(nèi)的支反力及彎矩求支反力：齒輪為直齒輪，無(wú)軸向力，垂直平面內(nèi)軸只受徑向力F2FF求截面C處的彎矩：M④求截面C的合成彎矩：M⑤計(jì)算扭矩T=9550⑥計(jì)算當(dāng)量彎矩輪椅電機(jī)既有正轉(zhuǎn)也有反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩按對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力處理，α=1。危險(xiǎn)截面C處的當(dāng)量彎矩為：M⑦計(jì)算危險(xiǎn)截面處的軸徑d≥此高速軸為齒輪軸，在C截面處齒根圓直徑為26.5mm，遠(yuǎn)大于軸所需的要求，故強(qiáng)度足夠。2.低速軸設(shè)計(jì)(1)已經(jīng)確定的相關(guān)參數(shù)n(2)選擇軸的材料和和熱處理方法使用45鋼作為軸，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理后，其柔韌性可達(dá)到217~255HBS，允許的彎曲應(yīng)力σ-1可達(dá)到σ-1=60MPa，而最大的抗拉應(yīng)力σb可達(dá)到σb=650MPa。(3)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算最小直徑查表13-4得C=107~118因?yàn)榈退佥S承擔(dān)的彎曲力量相對(duì)較弱，所以它承擔(dān)的扭曲力量也更強(qiáng)，因此C=107。按式（13-2），可得d≥C為了使聯(lián)軸器的最低軸部分的直徑不超過(guò)30mm，并在它的截面上設(shè)置1個(gè)鍵槽，決定把軸的長(zhǎng)度提高7%。d由于聯(lián)軸器型號(hào)的限制，取軸徑為10mm。（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的雙側(cè)軸承被安置在不同的位置，以便進(jìn)行安全的拆除和維護(hù)。其中，軸的一側(cè)被拉開(kāi)，以便安放聯(lián)軸器，采用tL1型彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩達(dá)到6.3N?m，允許速度達(dá)到n=8800r/min，軸孔采用J型，其直徑達(dá)到d=10mm，軸孔的長(zhǎng)度達(dá)到L1=17mm，最終的軸的整體長(zhǎng)度達(dá)到l=25mm。采用A型、b×h、槽深t、槽寬10mm、軸段直徑?、軸肩長(zhǎng)16mm的標(biāo)準(zhǔn)，將聯(lián)軸器和軸的連接緊固在一起。軸承選用深溝球軸承，型號(hào)為6202，內(nèi)孔直徑d=17mm，定位軸肩為23mm。確定各段的直徑并繪制草圖（4-4）：圖4-4（5）強(qiáng)度校核①計(jì)算作用在軸上的力軸轉(zhuǎn)矩：T與大齒輪配合的軸段直徑d=22m