爬樓車畢業(yè)設(shè)計說明書

刖言近年來隨著計算機技術(shù)蓬勃發(fā)展，計算和數(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間內(nèi)實現(xiàn)，智能機器人正變得越來越聰明。隨著現(xiàn)實生活中對機器人技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，使得機器人成為戰(zhàn)勝自然和虛擬障礙的必需品。在很多危險場所，如戰(zhàn)場、核生化災(zāi)害地、恐怖爆炸地等需要愈來愈多的移動機器人搭載機械手等設(shè)備代替人去執(zhí)行任務(wù)。眾所周知機器人自主爬樓梯是移動機器人完成危險環(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、輪式爬樓車移動機器人，腿式的如四足和六足機器人，盡管這些機器人能夠爬樓梯和穿越障礙，但由于腿部的運動，它們不能在平坦的表面上平滑運動；履帶式移動機器人以其強大的地形適應(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，履帶式小車所受的摩擦力分布不會像輪式小車那樣發(fā)生劇變，所以就表現(xiàn)出更好的操控性，但是轉(zhuǎn)彎時，履帶的磨損、履帶開模難度大等都成為其應(yīng)用的瓶頸；輪式移動機器人克服了履帶式的這些缺點，在滿足一定地形適應(yīng)性的前提下，可以充分發(fā)揮移動機器人移動靈活、控制簡單等優(yōu)點。一般來說，輪式移動機器人對地形的適應(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，又帶來了機器人體積龐大、重量重等缺點。爬樓輪式行駛系統(tǒng)均采用各輪獨立驅(qū)動，自主工作的方式，同時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，機械可靠性最低。綜合各方面的優(yōu)缺點，輪式機器人是比較合理的。該爬樓車輛包括：傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三大系統(tǒng)。本課題著重進行行駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，課題內(nèi)容包括行駛系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計、三角輪系參數(shù)設(shè)計。1爬樓車設(shè)計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，在遇到臺階和斜坡等特殊路面時，可通過三角輪系的翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)爬樓越障功能。該車輛包括：傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三大系統(tǒng)。該爬樓車輛可實現(xiàn)自動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°。傳動系統(tǒng)采用電機驅(qū)動，可雙向行駛，可手動控制和自動控制，要求傳動系統(tǒng)運行平穩(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，每組輪系中有兩個輪著地；在爬樓梯上爬行時，通過三角輪系的翻滾實現(xiàn)爬樓功能。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電機驅(qū)動，要求轉(zhuǎn)變半徑盡可能小。2爬樓車的工作原理與特點該爬樓車輛包括：傳動系統(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)成爬樓車的機械裝置部分，各個系統(tǒng)都由相應(yīng)的電機來驅(qū)動。行駛系統(tǒng)是靠電機帶動一個一級圓錐齒輪傳動和兩個一級圓柱齒輪傳動來實現(xiàn)減速和增大扭矩，并帶動整個主軸轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)三角輪系的翻轉(zhuǎn)，三角輪系的翻轉(zhuǎn)也就實現(xiàn)了爬樓功能。具體是三角輪系中的三個輪子通過支架連接在一起，主軸轉(zhuǎn)動時，爬樓車依靠三角輪系中的三個輪子依次與臺階相嚙合，從而達到上下樓梯的功能。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，為了實現(xiàn)在較小的空間內(nèi)實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑最小的要求，本次設(shè)計采用了獨立的轉(zhuǎn)向方式，即通過增加副車架，用電機帶動整個傳動系統(tǒng)和行駛系統(tǒng)以及輪系偏轉(zhuǎn)，以達到轉(zhuǎn)彎的目的。具體方案是通過一根有足夠強度的軸實現(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，選一合適電機固定在上端板上面，并通過聯(lián)軸器使一齒輪軸與電機相連，同時齒輪軸與大圓錐齒輪以一定的轉(zhuǎn)動比嚙合傳動，當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎時，感應(yīng)系統(tǒng)和控制裝置根據(jù)實際需要控制轉(zhuǎn)過的角度。傳動系統(tǒng)是靠電機帶動行星齒輪來實現(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力裝置，相反另外兩個三角輪系僅為從動輪，對爬樓車起支撐的作用，在行駛時它們是自由的這樣既節(jié)省了電機數(shù)量又減少了爬樓車的重量。該爬樓車有五個特點：1）結(jié)構(gòu)簡單，整體尺寸不大且重量較??；2）各個系統(tǒng)分別由各自獨立的電機所驅(qū)動，控制靈活方便；3）可安裝或裝載一定重量的儀器或?qū)嶒炑b置在危險的地方或者人體到不了的地方進行作業(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)境下運動，輕松實現(xiàn)在平地、坡面和臺階面上的運動；5）該爬樓車采用了獨立的轉(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，有利于實現(xiàn)在狹小空間內(nèi)的轉(zhuǎn)彎3設(shè)計方案分析關(guān)于行駛系統(tǒng)的設(shè)計，如圖1所示。具體是電機輸出軸通過聯(lián)軸器接一小圓錐齒輪410，該小圓錐齒輪與大圓錐齒輪411嚙合傳動實現(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)動時帶動三角圓盤一起轉(zhuǎn)動。三角圓盤上裝有三根軸413,小圓柱齒輪414（3個）、415（3個）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)動時，通過軸413帶動小圓柱齒輪414既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)與齒輪416嚙合傳動，同時也帶動小圓柱齒輪415既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)與齒輪417嚙合傳動進一步實現(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)動的同時也帶動主軸轉(zhuǎn)動，并通過三角輪系圖2的翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)爬樓功能。具體是三角輪系中的三個輪子通過支架連接在一起，主軸轉(zhuǎn)動時，爬樓車依靠三角輪系中的三個輪子依次與臺階相嚙合，從而達到上下樓梯的功能。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)機構(gòu)圖2三角輪系4設(shè)計計算4.1選擇電動機結(jié)合該課題的實際情況，需要用一個電機來驅(qū)動主軸上的齒輪傳動，帶動主軸轉(zhuǎn)動以及三角輪系翻滾從而實現(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)采用一級圓錐齒輪傳動和兩個一級圓柱齒輪傳動，它們的傳動效率分別為：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則電動機輸出功率為：P=P/(0.96X0.97X0.97X0.98X0.99)=228.2W那么，該爬樓車的行駛系統(tǒng)所需的電動機功率為：228.2W，查機械設(shè)計手冊，可選擇的電動機有：型號輸出轉(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型號的電機為本爬樓車輛的驅(qū)動電機。4.2選擇聯(lián)軸器根據(jù)電動機的輸出軸軸徑是22mm，以及電機軸和齒輪軸在工作中不能發(fā)生相對位移，所以選擇凸緣聯(lián)軸器。YL3凸緣聯(lián)軸器，30*14 GB5843-86JB28x13主動端：J型孔軸，A型鍵槽，d=30mm,L=14mm從動端：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）電機的輸出轉(zhuǎn)速為750r/min,根據(jù)經(jīng)驗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多級傳動中，總傳動比應(yīng)為：i=iii查機械設(shè)計手冊，并根據(jù)各級傳動機構(gòu)的傳動比應(yīng)盡量在推薦范圍內(nèi)，選擇和分配各級傳動比：選擇錐齒輪傳動比i1=3,一級圓柱齒輪傳動比為七=3.2,二級級圓柱齒輪傳動比為i3=3。 1 24.3.1錐齒輪的設(shè)計計算（此計算過程中所查的表出自《機械設(shè)計（邱宣懷）?第四版》）選定齒輪材料直齒錐齒輪加工多為刨齒，且該錐齒輪傳動為閉式傳動，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。齒面接觸強度計算齒數(shù)z和精度等級：取z=24,z=iz=3X24=721 2 1估計v俐1m/s，由表12.6使用壽命：由表12.9Ka=1.0動載系數(shù)：由圖12.9七二1.14齒間載荷分配系數(shù)：由表12.10,估計KAF/bV100N/mmc u 3 c*cos6- :- -0.951Ju2+1。32+11 1 …cos6=』 =— —0.32z1=24,z2=72選8級精度%=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（與原估計相符）確定傳動主要尺寸大端模數(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，取m=2.5mm實際大端分度圓直徑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齒根彎曲疲勞強度計算齒形系數(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.驗算600x1.0x1.0

i^=480MPa[b]=F2—6.驗算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]由此可知齒輪強度滿足要求。bf2=28.76MPa由此可知齒輪強度滿足要求。V[bf2]4.3.2圓柱齒輪的設(shè)計計算（此計算過程中所查的表出自《機械設(shè)計（濮良貴）?第七版》）1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1） 根據(jù)爬樓車行駛系統(tǒng)的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動；2） 爬樓車運行速度不高，故選用8級精度（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按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式（10-9a）進行試算，即 7 _2KTu土1Z~VqJ1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（1） 試選載荷系數(shù)K=1.3（2） 計算小齒輪傳遞的轉(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度極限：bhiim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強度極限：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計算圓周速度vv=3.144,=3.14x48.71x78m/s=02m/sV60x100(0 60x1000mS,mS計算齒寬bb=中「*=0.4X48.71=19.48mm計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計算載荷系數(shù)根據(jù)v=0.2m/s,8級精度，由圖10—8查得Ky=1.12動載系數(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級精度、小齒輪懸臂布置時：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計算模數(shù)mm=d/z=66.37/21mm=3.16mm按齒根彎曲強度設(shè)計由式(10-5)得彎曲強度的設(shè)計公式為:2KT(YY1)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(1)由圖10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限:b的=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強度極限: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)計計算心J2孔814X9.948X104x0.01644mm=1.62mm3 1X212對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于齒根彎曲疲勞強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載卜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)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免了浪費。幾何尺寸計算1）計算分度圓直徑d=zm=34X2mm=68mmd=zm=109x2mm=218mm2)齒頂高h=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）計算中心距a=（d2-《）/2=（218-68）/2mm=75mm5.驗算曰2T2x11946.1x9.948x104 人氏F=―1= N=513.8N，合適td 681對于415和417圓柱齒輪的設(shè)計計算如上述計算過程一樣，只是模數(shù)、齒數(shù)和傳動比不同，m=2.25；z.=30，z=uz.=3X30=90，在此不再贅述。4.4軸的設(shè)計計算1.三角輪系翻轉(zhuǎn)主軸的設(shè)計計算（材料為45鋼）按扭轉(zhuǎn)強度條件計算，軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 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)計的軸的材料選用45鋼，查機械設(shè)計手冊相表: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)計計算（材料為45鋼）計算方法同上，此軸采用實心軸，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，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的削弱。對于直徑dWIOOmm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大5%?7%；有兩個鍵槽時，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：軸上有兩個鍵槽，通過鍵與圓柱齒輪聯(lián)接，帶動齒輪傳動；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)接的校核強度平鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時，對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。除非有嚴重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷，因此通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進行強度校核計算。假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵聯(lián)接的強度條件為2Tx1032x0.09757x103 「]c=—m—= 2612——=1-36Mpa<LcJ=120Mpa可見鍵聯(lián)接的擠壓強度足夠。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)接的強度校核此銷聯(lián)接為傳動盤與三角輪系翻轉(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所以該銷的強度足夠。5爬樓車的總體設(shè)計行駛系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是爬樓車的三個大系統(tǒng)，三者缺一不可。對爬樓車來說，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；傳動系統(tǒng)是它的根本，沒有傳動系統(tǒng)，它就不能在水平地面上行駛，也就達不到樓梯跟前；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了。裝配時，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，而傳動系統(tǒng)就是輪子的水平轉(zhuǎn)動，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)計總結(jié)畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，回首這幾個月的設(shè)計過程，其中的滋味難以名狀。本次設(shè)計我主要做的是爬樓車機器人的行駛系統(tǒng)設(shè)計，如何實現(xiàn)爬樓車自動跨統(tǒng)越障礙和爬樓功能這個問題是最關(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。具體方案是靠電機帶動一個一級圓錐齒輪傳動和兩個一級圓柱齒輪傳動來實現(xiàn)減速和增大扭矩，并帶動整個主軸轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)三角輪系的翻轉(zhuǎn)，三角輪系的翻轉(zhuǎn)也就實現(xiàn)了爬樓功能。三角輪系中的三個輪子通過支架連接在一起，主軸轉(zhuǎn)動時，爬樓車依靠三角輪系中的三個輪子依次與臺階相嚙合，從而達到上下樓梯的功能。這段設(shè)計的時間內(nèi)，我們從方案論證報告、前期的理論學(xué)習(xí)、到中期的計算與畫圖，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，是平時的學(xué)習(xí)中無法領(lǐng)悟到的。作為四年來的一個總結(jié)和體現(xiàn)，畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年來最為重要、最能體現(xiàn)一個大學(xué)生對本專業(yè)知識的了解與掌握、對機械的制造與生產(chǎn)的認識、面對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算機的能力，使我對自己有了一個綜合認識。經(jīng)過這次的畢業(yè)設(shè)計，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，在本次設(shè)計中完全可以顯示出來。經(jīng)過這次的設(shè)計，學(xué)到了很多書上沒有的知識和經(jīng)驗，也學(xué)會了如何將學(xué)到的知識應(yīng)用于實際工作中去。但在設(shè)計過程中，我也認識到自己的缺點，在設(shè)計時思路不夠清晰且思路狹窄，對課題的分析不透徹，缺乏機械設(shè)計中理論知識，而且機械設(shè)計的基本設(shè)計知識學(xué)的不夠扎實，以至于在設(shè)計機構(gòu)時出現(xiàn)大量的錯誤。此次的設(shè)計與以往的課程設(shè)計有很大的不同，以往的課程設(shè)計所要完成的任務(wù)較少，用到的知識也是某一方面的專業(yè)知識，且都是理論上的設(shè)計，最重要的是，以前的設(shè)計都是在有參考圖的情況下設(shè)計，而且是大家一起作一個設(shè)計。本次設(shè)計是完全不同，它是依靠自己去獨立的設(shè)計，去查資料，去思考。而此次設(shè)計用到了多個方面的知識，并且根據(jù)課題的要求先確定整體的方案，然后是具體如何實現(xiàn)，用什么方法去實現(xiàn)，這就要求我們有設(shè)計一個課題的整體思路和解決問題、分析問題的能力。在設(shè)計過程中，遇到的問題，多數(shù)知道用哪方面的知識來解決，但在具體運用時，不知道怎樣用，這就是我所缺乏的能力。而且在思考問題時，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。在設(shè)計期