爬樓車畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、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)；履帶式移動(dòng)

2、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(jiǎn)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,

3、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?gòu)椥暂喌呐榔滦阅堋⒛湍p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)

4、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)，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

5、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

6、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

7、樓車的重量。該爬樓車有五個(gè)特點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)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

8、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

9、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。 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=73.5 Nm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=73.5269.55=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：=0.96，=0.97，深溝球軸承的效率為：=0.99，聯(lián)軸器的效率為：=0.98則電動(dòng)機(jī)

10、輸出功率為： =P/(0.960.970.970.980.99)=228.2 W那么，該爬樓車的行駛系統(tǒng)所需的電動(dòng)機(jī)功率為：228.2 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) 90SZ53 2977 750 308 110 4 3000110ZYT54 2977 750 308 220 4 3000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。YL

11、3凸緣聯(lián)軸器 GB5843-86主動(dòng)端：型孔軸，A型鍵槽，從動(dòng)端：型軸孔，B型鍵槽，4.3 關(guān)于減速裝置（圓錐圓柱齒輪減速）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26 r/min，則減速比為：i = 752628.85多級(jí)傳動(dòng)中，總傳動(dòng)比應(yīng)為： i =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=3，一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比為= 3.2，二級(jí)級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比為=3。4.3.1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.選定齒輪材料直齒錐齒輪加工多為刨齒，且該錐齒輪

12、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=24，=i=324=72估計(jì)，由表12.6使用壽命: 由表12.9=1.0動(dòng)載系數(shù): 由圖12.9=1.14齒間載荷分配系數(shù): 由表12.10，估計(jì)/b100N/ （表12.19） （式12.6） =0.87 （式12.10） =1.32齒向載荷分配系數(shù): 由表12.20及注3， 取=1.8載荷系數(shù): =11.141.321.8=2.86轉(zhuǎn)矩： =3921.87彈性系數(shù)： 由表12.12 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)： 由圖12.16 接

13、觸疲勞極限: 由圖12.17c =710,=680接觸最小安全系數(shù)： 由表12.14 接觸壽命系數(shù)： 由圖12.18 許用接觸應(yīng)力： （式12.11） 小齒輪大端分度圓直徑： 取= 0.3 （式12.39）3.驗(yàn)算圓周速度及/b （表12.19） （1-0.50.3）32.1627.34 （與估計(jì)值接近） （式12.37） /b = 1.0286.9 = 18.571N/100 N/ （與原估計(jì)相符）4.確定傳動(dòng)主要尺寸大端模數(shù)： = 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=2.5實(shí)際大端分度圓直徑d： =2.524=60 =2.572=180齒高： 分錐角： 錐距R： （表12.

14、19） 齒寬b： 21.065.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒形系數(shù)： 由圖12.30 =2.73 =2.15應(yīng)力修正系數(shù)： 由圖12.31 =1.64 =2.07重合度系數(shù)： （式12.18） 0.68齒間載荷分配系數(shù)： 由表12.10 ,/b100N/ 載荷系數(shù)： =11.141.471.8 = 3.18彎曲疲勞強(qiáng)極限 ： 由圖12.23c =600 =570彎曲最小安全系數(shù) ： 由表12.14 =1.25彎曲壽命系數(shù)： 1.0尺寸系數(shù) ： 由圖12.25 =1.0尺寸系數(shù)： 由圖12.25 =1.0許用彎曲應(yīng)力 ： （式12.19） 6.驗(yàn)算 （式12.40） 由此可知齒輪強(qiáng)度滿足要求。=24，

15、=72選8級(jí)精度=1.0=1.14=0.87=1.32=1.8=2.86=3921.87=710=680=676=648=0.3=2.5=60=180=94.87=21.06=2.73=2.15=1.64=2.070.68=1.47=3.18=600=570=1.25=1.0=1.04.3.2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（GB1009588）；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280HB

16、S，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)=21，則大齒輪齒數(shù)：=u=3.221=67.2，取=68。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1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)=1.3 （2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 （3）由表10-7，小圓錐齒輪作懸臂布置，選取齒寬系數(shù)： = 0.4（4）由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)（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：=600； 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限：=520（6）由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)=0.90； =0.92（7）計(jì)算接觸疲勞

17、許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S = 1，由式（10-12）得：= 0.9600=540= 0.92520=478.42）計(jì)算（1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值（2）計(jì)算圓周速度vv =0.2 （3）計(jì)算齒寬bb = 0.448.71=19.48（4）計(jì)算齒寬與齒高直之比b/h模數(shù)： = 48.71/21=2.32齒高： h = 2.25= 2.252.32=5.22 b/h =19.485.22 =3.73（5）計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)v = 0.2m/s，8級(jí)精度，由圖108查得動(dòng)載系數(shù) ：1.12；直齒輪，假設(shè)/b100N/。由表103查得： =1.2；由表10-2查得使用系數(shù)：=

18、1；由表10-4查得8級(jí)精度、小齒輪懸臂布置時(shí)：= 1.15+0.18(1+6.7)+0.23b將數(shù)據(jù)帶入后得：= 1.15+0.18(1+6.7)+0.23 19.48=1.22由b/h = 3.73，= 1.25，查圖10-13得：= 1.35；故載荷系數(shù)：= 11.121.21.22 =1.63（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：=66.37（7）計(jì)算模數(shù)= 66.3721=3.163.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查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：=500；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極

19、限：=380；（2）由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：=0.85, =0.88（3）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=（4）計(jì)算載荷系數(shù)= 11.121.21.35 =1.814（5）查取齒形系數(shù)由表10-5查得： = 2.65；=2.226（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10-5查得： =1.58；=1.764。（7）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較= 0.01379= 0.01644可知大齒輪的數(shù)值大2）設(shè)計(jì)計(jì)算=1.62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)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)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

20、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)，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)1.62并就近圓整為：=2，按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑：=66.37，算出：小齒輪齒數(shù)：=34大齒輪齒數(shù)：= u=3.234=108.8，取=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 =342=68=1092=2182）齒頂高 齒根高 齒全高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒厚 頂隙 3）計(jì)算中心距a=5.驗(yàn)算513.8，合適對(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

21、數(shù)和傳動(dòng)比不同，m =2.25 ；=30，= u=330=90，在此不再贅述。=21，=68=1.3= 0.4=600=520=540=478.41.12=1.2= 1=1.22= 1.35=1.63=500=380=1.814= 0.01379= 0.01644=2=34=1094.4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 式中: 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為；軸所受的扭矩，單位為；軸的抗扭截面系數(shù)，單位為；軸的轉(zhuǎn)速，單位為；軸傳遞的功率，單位為;計(jì)算截面處軸的直徑，單位為；許用扭轉(zhuǎn)且應(yīng)力，單位為，見表15-3。由上式可得軸的直徑 式中=， 我

22、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Q235A、20Q235、35(1Cr18Ni9Ti)4540 Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13 ()1525203525453555 14912613511212610311297得45鋼：=103126 。對(duì)于空心軸，則： 式中，即空心軸的內(nèi)徑與之比，通常取0.50.6，這里我們?nèi)?.56。代入數(shù)據(jù)得，主軸外徑：取=25，則主軸內(nèi)徑：2.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d100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大

23、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=10.621.12=11.89，圓整為12。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。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

24、鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為 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Nm。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(zhǎng)度，單位為mm，圓頭平鍵l = Lb，這里L(fēng)為鍵的公稱長(zhǎng)度，單位為mm；b為鍵的寬度，單位為mm。d軸的直徑，單位為mm。鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠應(yīng)力，單位為。 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)，剪切 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=73.5 Nm, =8mm，D=25mm，圓錐銷的材料為45鋼，許用切應(yīng)力=80MPa，許用擠壓應(yīng)力查表得

25、60-90MPa故=58.52MPa。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

26、圖：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)

27、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

28、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)

29、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(jiǎn)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)該多想一想學(xué)到的知識(shí)可以用到哪里，可以與其他的哪些知識(shí)聯(lián)系起來，完成什么作用，做到融會(huì)貫通。致 謝 在這13周的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們是在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行的。由于這是一個(gè)新題目，剛開始我都不知道如何下手，但老師沒直接告訴我應(yīng)該怎么做，而只是給我一些提示，讓我有足夠的空間去發(fā)揮，查資料，按著自己的思路去考慮問題，解決問題，這樣的指導(dǎo)使我受益匪淺。畢業(yè)設(shè)計(jì)不