多功能爬楼运载小车设计【含CAD图纸、说明书】【三维SolidWorks】

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The experimental results show that the device is stable, reliable, and has good performance. This design combines the requirements of the actual goods carrying power machinery. The main body of the vehicle is a metal frame structure, wide 600mm, long 800mm, high 900mm. When the vehicle is driven by a single wheel, the utility model can realize the load leveling, and the control switch is changed to drive the triangle wheel to rotate so as to realize the load climbing stairs. Keywords：Carrier vehicle; motor; super clutch  目录 摘要 1 Abstract 2 第一章绪论 3 1.1搬运车概述 3 1.2本次课题研究目的和意义 3 1.3我国运载车发展现状 4 第二章多功能运载爬楼小车方案设计 6 2.1方案拟定 6 2.2方案分析 6 第三章多功能爬楼小车机械结构设计 8 3.1蓄电池的选择 8 3.2直流电机的设计 9 3.3联轴器的设计 10 3.4链传动的设计 11 3.5链轮结构设计 15 3.6主动轴的设计与校核 16 3.7从动轴的设计 19 3.8键的设计与校核: 21 3.9轴承的计算校核 22 第四章底架的设计与校核 23 4.1底架的设计 23 4.2底架的校核 24 4.3脚轮的设计选择 27 4.4脚轮轮架的选择 28 4.5脚轮轴承的选择 28 结论 30 参考文献 32 致 谢 33 第一章绪论 1.1搬运车意义概述 现在起搬运货物作用的物流搬运设备被称为搬运车。一些手动载物搬运车种类是现有的，如：手动液压搬运车，高起升剪式搬运车，电子秤搬运车，手工托盘搬运车等 在搬运较重或较大等这类物品时，由于人力有限，会造成很多不便。没有设备的帮助，运输物品会出现很多不便。很难满足人们对于商品运载的日常需要。对于这类商品运载过程中出现的问题，我们应当考虑如下几点： （1）运载的设备应该尽可能多的解决商品运载所面临的各种基本困难。 （2）运载的设备应可实现平地行驶和爬楼梯行驶，有效的解决了运输困难。此多功能运载车旨在解决商品在平地运输和爬楼梯运输的问题。 1.2本次课题研究目的和意义 本题目具有很高的实用价值，是来自机械创新设计大赛，机械设计方面的知识涉及很广，通过本此设计，大学中学到的专业知识能够很好的用到实际工程中，培养学生进行实际工程设计的技能。 研究意义：现在起搬运货物作用的物流搬运设备被称为搬运车。现有的一些手动载物搬运车种类：手动液压搬运车，高起升剪式搬运车，电子秤搬运车，手工托盘搬运车等。 在搬运较重或较大等这类物品时，由于人力有限，会造成很多不便。没有设备的帮助，运输物品会出现很多不便。很难满足人们对于商品运载的日常需要。对于这类商品运载过程中出现的问题，我们应当考虑如下几点： （1）运载的设备应该尽可能多的解决商品运载所面临的各种基本困难。 （2）运载的设备应可实现平地行驶和爬楼梯行驶，有效的解决了运输困难。此多功能运载车旨在解决商品在平地运输和爬楼梯运输的问题。 目前市场上所采用的多功能运载的搬运车的发展状况主要是包括如下： 1、主要就是显著目前工业中大量的被人们使用的多功能运载车，它的重要的结构部件是由驱动装置以及控制系统等等多部分原件部位来组成的。控制的方式也是非常的单一的，应用在线式的操控数据编程，即用示教存贮的信息，工作时再来读取出这些程序软件的代码信息，之后再向各个执行部件来发出相关的指令符号，最后再通过执行的机构按照指令程序再实现结构部分之间的运动过程。 2、是带有真实感觉的多功能运载车。它有着很敏感的运载过程。它的基本情况比较第一种来说，还是要复杂得非常多，这种运载车从21世纪就已经开始被广泛用到实际生产的一个阶段，很快也会被普遍应用的。 3、主要是实现高级智能化的一种运载车。这种运载车，它除了具有极其敏锐的触觉和视觉等高级功能以外，它还还能够根据人们运用上给出的一些指令认识到自身 ，以及周围的复杂多变的环境情况，被识别对象的有无及其各种存在状态这些，然后再按照这一个识别，来自动选择各种程序进行一些各种形式的非常复杂的操作动作，及时的完成规定的复杂的任务。并且还能跟踪工作对象的具体化变化情况，具有适应工作环境的高级功能。当然现在这种运载车还是处于研制和开发的一个阶段，目前还没有被大量的投入到实际运用中去。 我们有未来的几年我们信心获得一个更大的突破性发展在运载车的设计和生产能。因为随着我们国家的科学技术的最近这些年快速发展发展跟运载车这方面不断改进的相关技术，爬楼作业当中将由多功能的爬楼运载车在将来起到越来越重要的作用。而且将来的多功能运载车也会拥有更加的自动化、智能化、无人操作化等特点，我们设备的更高的要求将会满足于时代生产。因此在这样的一种形势下，本次的设计以多功能运载车的结构设计为主要内容，有着一定的认识对运载车的机构和应用，并更加有效的应用到设计中把实际的所学所看，解决在设计中碰到的难题，要通过查阅运载车的相关资料和老师帮助，完成本次的多功能运载车的主要设计。 1.3我国运载车发展现状 一个国家的市场的发展程度由该国消费水平决定的。许多经济发达的国家家庭在世界中的消费都十分可观。1994年，家庭消费为130亿美元在英国，意大利为94亿美元，西班牙为81亿美元，德国为640亿马克。1996年法国家庭消费为462亿法郎，占整个消费的49%。我国的消费在相对比之下就低很多了，在2001年国家总局公布《2001年中国群体现状调查报告》，该报告指出我国城乡居民全年消费平均为397.42元以家庭为单位，其中用于平均的92.09元用于购买家庭运载车械，表明我国在搬运的市场消费水平相对偏低。 从家庭所拥有的运载车械和一个国家的人口总数的比例来看，美国其运载车一年的销量为300万台而其人口2.81亿；韩国人口仅有4600多人，但在2002年运载车销量却达到100万台；而中国运载车一年的销量仅在20万台左右但我们的人口却高达13亿，目前在中国家庭中运载车的普及率仅为1%。近年来与国外发达国家的家庭拥有量相比较，虽然我国对于家庭运载车械的消费有所增长，但是依然还有很大的差距。 从国际视角与西方发达国家比较产值，消费水平及产业吸纳和就业人口比重三个方面，我国还都存在较大的差距，这些问题无不直接或间接的反映了当前我国整体上还处于起步和初级发展阶段的搬运市场，近年来家庭运载车的总销售额以一种缓慢的方式在进行增长，同时也预示了我过家庭运载车市场领域拥有巨大的开拓潜力。 我国家庭运载车发展主要还存在以下的问题：有效需求不足，运载车市场主体不成熟，家庭运载车发展的市场机遇。 本次设计没有墨守常规，多功能的设计可以满足各种需求，使其市场竞争力和存活力有了很大的提高，从而占据重要位置在运载车这一领域中。 带式输送机是通过输送带与物料直接的摩擦产生摩擦力，从而在摩擦力的带动下达到运输物料目的的连续输送设备。因为带式输送机的运输距离长、能够连续输送、运量大、配置灵活、造价维护相对便宜等优点远远强于其他种类的输送装置，所以现在带式输送机广泛应用于各行各业。 带式输送机的类型可以根据具体生产实际需求进行最合适的选择，选择可以根据输送机的运行模式，例如匀速连续运转、变速连续运转或者不连续运转。也可以根据具体线路也有其他各自的选择，具体地形选择直线、上坡、下坡或者曲线的线路。其主要由皮带、传动机构、托辊、滚筒、机架等组成。一般适用于块状、粉状颗粒以及普通袋装物料等，例如稻谷、煤块、煤粉、砂石等。对于工作环境要求宽松，足以胜任平时的运输工作。现以广泛应用于工业、农业物资的运输，其中在矿场方面应用最为广泛。 在连续输送机的发展史中，带式运输机是留下的精髓，也是使用最广泛的。因为带式输送机具有安全可靠。输送量大。输送距离长。维修方便简单等优点，在金属矿物挖掘的输送，轻工业和建筑行业的运营等各个部门都扮演着不可或缺的角色。 带式输送机的种类可按照不同的分法分为几种类型如果依靠带式输送机的外形特点，可大致分为以下几类： （1）槽形式带式与平形式带式输送机。它们的输送带平面为平行或者槽型，槽型带式输送因为其输送带为槽型，物料在输送时不易洒出，多运用于散装物料的运输中。 （2）夹带式输送机。该型号带式输送机上下各安装有两条输送带，物料在两条输送带之间的空间通过摩擦力运输，由于使用了两点输送带，大大增加了其摩擦力，从而增大了运倾角。但由于其特点，输送带的损耗较大，日常维护成本较高。 （3）固定式圆管形带式输送机。该带式输送机其输送带在中间段通过装置结构被卷成管状，从而使得其具有较好的密封性，且在回程阶段，也可以输送物料。但由于将输送带卷城管装，势必对输送带的要求高于一般，使得其造价与平时使用成本和、维护成本增加。 如果依靠其输送装置用来区分带式输送机，又可分为以下几类： （1）有辊式，带式输送机的承载阶段由托辊提供一个向上的支持力。 （2）无辊式，这种带式输送机在承接阶段没有托辊装置，或依靠上下布置的磁场斥力，又或靠高压空气和水提供支持力。无辊式输送带其驱动装置仍为滚筒，由电动机提供动力,因其不存在上托辊，大大减小了运行时的阻力，生产效率更高, （3）直线驱动方式，通过改装电动机，从而使电动机的外壳代替了滚筒装置，主要是将电动机的外转子，而通过固定内转子的方式，使得达到其目的。 如下图1是开题报告时做的输送机运动草图 将输送带连接成一个封闭的环形运动场所，在使用张紧装置使它们各部分张紧，然后在电动机的驱动下，凭借着驱动滚筒与输送带之间产生的摩擦力，驱使输送带连续的运转，使其达到了将物品由装载端运输到卸载端的目的。 其中包含了机架、驱动装置、托辊、主动滚筒、从动滚筒、卸载装置、清扫装置、尾部改向装置、安全保护装置等设备构成了输送机的基本样式。电动机通过联轴器将动力传递给减速器，经过减速器将合适的转速与转矩提供给传动滚筒，从而带动输送带使得整个带式输送机完成输送物料的目的，带式输送机的输送带与滚筒之间存在摩擦力，使得输送带能够连续的运行，而物料与输送带之间的静摩擦力，使得达到运送物料的目的。 带式输送机因其简单的结构特点，故拥有其独特的优势，主要体现为以下几个方面：因为带式输送机的输送带通过与物料之间的静摩擦力同时运动，对比刮板输送机的不能够连续运输，使得被运送的物料不易被挤压受力，从而保证了物料的品质，且运输时运量大，阻力小效率高，电力消耗量仅为刮板输送机的百分之二十至百分之三十之间；带式输送机的最大输送距离可以达到十三公里，对比传统刮板输送机做对比，在一样的运载能力和运输距离下，带式运输机比刮板运输机机位少，运载时断点少，从而大大减小了使用和日常维护成本，由于其结构简单，维护也较为便捷。带式输送机缺点是由于其输送带成本较高，建设成本较高，与其它运输设备做对比，初期初期投资高且不适用于边角锋利的物料运输。 如果依照带式输送机其结构特点可分为两大类，普通带式输送机与铁中带式输送机，普通带式输送机的输送带承载阶段为槽型以保证运载物料时物料不会轻易的洒出，降低了运料运输时的损耗，回程部分为降低成本，输送带为平行。输送带主要靠托辊对其的支持力。输送带的横剖面外观大多为平面几何形，不同输送带决定着带式输送机不同的特点。由于设计内容要求规定其输送量40t/h,带宽800mm,带速2.0m/s,最大输送长度6000mm,倾角+18度，传动滚筒直径500mm,托辊直径89mm,根据运输量及转速等计算初步设定其为地面向上方运输类似快递等物品，因此选用普通式输送机中的DTⅡ型固定式带式输送机。 本次课题设计了两种皮带输送形式，平板型和槽型。 根据课题要求输送机有15°的上倾角，在运输物料时会向下滑动，使用平板型输送机会有许多问题需要处理，而槽型输送机根据其运输特点就可以方便很多，所以本次设计选用槽型输送机。 第二章多功能运载爬楼小车方案设计 2.1方案拟定 本次的多功能运载爬楼小车的方案设计，针对四个方面采用新型的设想。 1、一车两用：平地行驶、爬楼梯行驶。 2、使用超越离合器实现运载车的不同驱动方式。 3、在平地行驶是安装万向轮来控制运动方向。 4、通过电力驱动节省人力，提高工作效率。 这一运载车适用于商场、零件加工厂等场所，当你在搬运一些体型较大、较重不易搬运的物品时此运载车可轻松帮你搬运，同时可爬楼梯，不需害怕没有专用行驶通道，也正是因为此运载车的这一特点将使它成为货物搬运的一件必不可少的搬运工具。 2.2方案分析 图2-1多功能运载爬楼车的方案图 由方案图可知，此运载车框架主要由三角铁焊接制造成，为实现运载车平地行驶与爬楼梯行驶模式切换要求，本产品通过电动机和超越离合器控制驱动的方式，实现单轮平地行驶和三角轮爬楼行驶。运载车把手可变换方向，从而可以更好的配合运载车平地行驶或爬楼行驶。 本次的多功能运载爬楼小车车主要由三部分组成：分别为金属骨架的车底架和扶手、运载车的驱动系统、运载车的行驶轮部分。 此运载车的车底架由三角铁焊接的框架，重量较轻，减轻整体重量，可承载更多货物，运用焊接使框架结构更加稳定牢固。 驱动系统依靠蓄电池供电，对直流电机供电，直流电机连接减速器带动主动轴转动，主动轴上有两个主动链轮，主动链轮连接着前后的两个行驶轮上的从动轴，从动轴上安装着从动链轮，主动链轮带动从动链轮，这样就可以使得运载小车可以运行。 为实现运载车平地行驶与爬楼梯行驶模式切换要求，本产品通过电动机和超越离合器控制驱动的方式，实现单轮平地行驶和三角轮爬楼行驶。为使平地行驶和爬楼梯行驶相结合，故在电动机上装载超越离合器。当电动机正转时，带动三角轮转动，故而实现爬楼梯行驶。当电动机逆转时。带动单轮转动，故而实现平地行驶。 在平地行驶时为控制载物车的行驶方向我们特在载物车上安装一个万向轮，在爬楼梯行驶时万向轮抬起不影响爬楼行驶，在平地行驶时将万向轮放下，即可在行驶时随意调控方向。 应用中的三角轮爬楼梯行驶，在现有的一些爬楼梯行驶的轮子中三角轮在爬楼行驶时需要的里最小，更为省力。 扶手和底座通过M8螺钉相连，扶手是可以前后活动的，可调节位置。电动机提供动力、链条传动，通过超越离合器控制运载车的前后驱动，以实现不同的行驶环境。 在平地行驶时以单轮为主动轮带动运载车运动，同时有一万向轮可调节运载车行驶方向；在爬楼梯行驶时以三角轮为主动轮带动运载车运动。 第三章多功能爬楼小车机械结构设计 3.1蓄电池的选择 蓄电池性能主要依靠冷启动电流、储备容量以及20 h放电容量等指标的优异。上述几个参数都需要在一定条件下测得，冷启动电流是指蓄电池较短时间内在温度为零下十八度环境下可提供的最大电流。储备容量是指蓄电池在充满电的条件下，电流恒为二十五安培的情况下，一直输出电流，直到无法稳定输出二十五安培的电流过程所持续的时间。二十小时放电容量是指蓄电池在温度为二十七摄氏度的情况下，在二十小时内所释放的电量。 判断蓄电池性能的好坏不能依靠单一的性能指标，一块性能不错的蓄电池各项指标都应优异缺一不可。其中冷启动电流指标是一项非常重要的指标。假如在对蓄电池选择是单一的选择储备容量大的蓄电池，并没有考虑冷启动的要求，则会造成在设备启动时候电流达不到电动机的启动要求，从而使得电动机启动不了，无法完成其相应的工作。在选择蓄电池的时候，电池储备容量也不是越大越好，充电的最佳时间放电深度为百分之五十至百分之七十时，通过使用这样的充电方法，能够使得蓄电池的寿命大大增加。，如果蓄电池储备容量太过于大，相应充电时间和放电时间会有所增加，如实现上述充电方法的难度会大大增加，使得蓄电池的使用寿命大大减小，使得蓄电池老化加快严重浪费了生产资源。 如蓄电池采取两组以及两组以上，其之间的连接方式可选择串联或者并联。 在工程机械上蓄电池的选择通常选择免维护铅酸蓄电池，免维护铅酸蓄电池通过使用稀硫酸做电解液，正负极材料为为二氧化铅和绒状铅，因此该类型的电池有着抗腐蚀、抗震动、电解液的损耗较少，大大减小了平时维护的成本。 通过以上基准选择，综合考虑电池选择风帆蓄电池，其具体的参数型号如下： 3.2直流电机计算与选型 本次的多功能运载小车在运转的时候，按照行走轮的速度来确定计算，本次的行走轮的直径为190mm，行走轮的运动速度为1.4 m/s,即滑动的滚轮速度为1.4 m/s，滚轮贴近机架的圆周直径是190mm，由 得： 将上述数据带入可得： 电机转速即为： 电动机选择蓄电池作为能源，其蓄电池电压为24V，为了简化机构降低成本，故电动机工作电压也选择为24V，通过上述计算可得电动机运行转速为446 r/min，因滑动机架部分依靠单片机控制，电动机需安装电子调速器，故电动机的额定转速可选择范围较广，故电动机工作转速为500 r/min。经过成本性能等方面考虑，我选择台湾东力电机的6IK120N减速电机。 上述电机的额定转速为1800 r/min,减速器传动比为3.6:1，最终可满足设计要求的500 r/min转速。电机的参数如表4-1所示。 经过初选，还需进行如下验算的电机选择是否合适。滑动机架上电机其主要目的就是使得在滑动机架上个零件完成左右运动，通过滚轮可将运动形式为滑动改为滚动。如存在整体机构功率的损耗，即为滚动摩擦所消耗的功率。上述计算可得机架的质量为45.3 kg，取电动机需带动物体的总质量为50kg。取滚动摩擦系数为μ=0.18，则滑动摩擦重量即为 电动机的轴直径为十四毫米，通过此参数可计算的其转矩 表3-1 6IK120N减速电机具体参数 型号 机身长 cm 额定转速 rpm 额定 电压 V 额定 功率W 保持 转矩 N·m 重量 kg 安装 方式 6IK120N 25 500 24 120 3.5 5.5 卧式 安装 取上述参数带入下式： 为启动时的转动转矩 P为启动时的功率： 则实际所需的功率为： 通过上述计算可知满足题目要求。 3.3联轴器计算与设计 该装置在运行时平稳且载重较小无特殊要求，参考成本的要求和方便性，故选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数 。由于电机从动轴径为14mm，选择联轴器类型为HLA12-14， 联轴器承受转矩计算： 所以该选择合适 图3-1 联轴器的型号 3.4链传动的设计计算 滚子一链传动的计算与设计 小链轮齿的数目为，大链轮齿的数目 计算链节距 P= PⅠ =0.12Kw，查得工矿系数KA=1.1，小链轮的运行转速为60.8r/min，查机械设计手册链传动的功率和转速表，得知 选定链轮型号为06B，节距为9.525mm，验算链速 =1.34m/s < 15m/s 计算链速适宜 链节数与实际中心距的计算 由于本次设定的链条中心距不需要调整，按机械设计手册上规定为<20p，本次选择10P 链节数的计算 =26 取链节为26节 实际中心距的计算 =250.5 选择中心距为a=250mm 计算对轴的作用力 取Kq=1.25， =822.1N 计算链轮的主要几何尺寸 小链轮的主要几何尺寸 (1)分度圆直径的计算 d=p/sin(π/z)=60.89 mm (2)齿顶圆直径(三圆弧-直线齿形)的计算 da=(p*(0.54+1.0/tan(π/z)))=65.28 mm (3)最大齿顶圆直径(其它齿形)的计算 damax=d+1.25*p-d1=66.44 mm (4)最小齿顶圆直径(其它齿形)的计算 damin=d+(1-1.6/z)*p-d1=63.3 mm (5)齿根圆直径的计算 df=(d - d1)=54.54 mm (6)分度圆弦齿高(三圆弧-直线齿形)的计算 ha=(0.27 * p)=2.57 mm (7)最大分度圆弦齿高(其它齿形)的计算 hamax=(0.625+0.8/z)*p-0.5*d1=3.16 mm (8)最小分度圆弦齿高(其它齿形)的计算 hamin=0.5*(p-d1)=1.59 mm (9)最大齿根距离的计算 lx=df=54.54 mm (10)齿侧凸缘直径的计算 dg=p/tan(π/z)-1.04*h2-0.76=50.79 mm (11)齿宽的计算 bf1= 0.93*b1=5.32 mm (12)链轮齿总宽的计算 bfn=(ps - 1)*pt + bf1=5.32 mm (13)齿侧倒角的计算 ba=0.13*p=1.24 mm (14)齿侧半径的计算 rx≈p=9.53 mm (15)齿侧凸缘圆角半径的计算 ra=0.04 * p=0.38 mm (16)量柱测量距的计算 量柱直径 dR=d1,上偏差＋0.01 mm,下偏差 0 mm MR=d+dRmin=67.24 mm 大链轮的基本尺寸的计算 (1)分度圆直径的计算 d=p/sin(π/z)=76 mm (2)齿顶圆直径(三圆弧-直线齿形)的计算 da=(p*(0.54+1.0/tan(π/z)))=80.54 mm (3)最大齿顶圆直径(其它齿形)的计算 damax=d+1.25*p-d1=81.55 mm (4)最小齿顶圆直径(其它齿形)的计算 damin=d+(1-1.6/z)*p-d1=78.56 mm (5)齿根圆直径的计算 df=(d - d1)=69.65 mm (6)分度圆弦齿高(三圆弧-直线齿形)的计算 ha=(0.27 * p)=2.57 mm (7)最大分度圆弦齿高(其它齿形)的计算 hamax=(0.625+0.8/z)*p-0.5*d1=3.08 mm (8)最小分度圆弦齿高(其它齿形)的计算 hamin=0.5*(p-d1)=1.59 mm (9)最大齿根距离的计算 lx=d*cos(π/(z*2))-d1=69.5 mm (10)齿侧凸缘直径的计算 dg=p/tan(π/z)-1.04*h2-0.76=66.05 mm (11)齿宽的计算 bf1= 0.93*b1=5.32 mm (12)链轮齿总宽的计算 bfn=(ps - 1)*pt + bf1=5.32 mm (13)齿侧倒角的计算 ba=0.13*p=1.24 mm (14)齿侧半径的计算 rx≈p=9.53 mm (15)齿侧凸缘圆角半径的计算 ra=0.04 * p=0.38 mm (16)量柱测量距的计算 量柱直径 dR=d1,上偏差＋0.01 mm,下偏差 0 mm MR=d*cos(90/z)+dRmin=82.2 mm 3.5设计链轮的结构 查设计手册，其中链轮的连接型号为08B，连接节距 如图3-2和表3-3所示，是根据设计手册中链轮的基本结构设计的链轮主体 图3-2链轮主体设计图 表3-3链轮尺寸计算 ①小链轮的轮毂厚度h； 小链轮轮毂长度l：l=2.5h=25mm 小链轮轮毂直径 ②大链轮的轮毂厚度h： 大链轮轮毂长度l：l=2.5h=26mm 大链轮轮毂直径 3.6计算校核主动轴 根据主传动电机连接联轴器带动主动轴转动，主动轴转动的转速同电机输出后的转速相同。 主动轴的转速即为主从动轴转速：r/min 主动轴的输入功率：KW 主动轴输入转矩： 主动轴的材料：选用45号钢调质处理 主动轴的形式如下 图3-4主动轴 由，p=0.1088,C选择110~160 ， 由于主动轴最小轴径为14mm，主动轴中需要考虑和联轴器相连接，由于电机的从动轴径为14mm，选择的联轴器的轴径为14mm，那么此主动轴的最小轴径第一段轴径为14mm。 段装配联轴器，取=14mm，配备选择的联轴器为LT1型，此段长度为L1=30mm 段是中间的传动部分，此段连接两个传动的链轮，链轮的中间孔轴径为25mm，这样此段的长段轴径为25mm，取=25mm，取269mm。 段为安装轴承的轴段，选择轴径为20mm，此段的轴承选择为6204轴承，6204轴承的内孔直径为20mm，考虑到轴承座的厚度，此段的长度为25mm。 主动轴上的圆周力为： 主动轴径向力为： 垂直面的支反力为 垂直弯矩的大小为： 水平面的支承力为： 水平面弯矩大小为： 计算出危险截面当量弯矩为： 其中m-m,n-n处的截面当量最危险，弯矩为：（其中取折合系数） 危险截面处轴的直径为： n-n截面: m-m截面: 由于，所以这个轴截面是安全的。 当量弯矩及轴受力分析如下图； 图3-5当量弯矩及轴受力分析 3.7设计与计算从动轴 选择从动轴的材料、热处理方式、许用应力。根据计算选择如下，45钢正火。其中硬度要求应该达到170~217HBS,抗拉强度不小于600MPa，屈服强度在355MPa之间。 轴直径按下列公式算出d1，从动轴的功率P和扭矩T 最小从动轴的直径计算（查《机械设计基础》教材表15—3 取 c=110） 考虑键槽 与大链轮连接的从动轴轴径我们取20mm。 根据与大链轮相配合，本次设计中，取=30mm； 由于本次从动轴设计较为简单，轴的大致形式如下： 中间轴段轴径为30mm，两端轴径为25mm。 从动轴的校核 作用在从动轴上的圆周力： 径向力： 求垂直面的支反力 计算垂直弯矩： 求水平面的支承力： 计算、绘制水平面弯矩图： 求危险截面当量弯矩： 从图可见，m-m,n-n处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数） 计算危险截面处轴的直径： n-n截面: m-m截面: 由于，所以该轴是安全的。 ④弯矩及轴的受力分析图如下 图3-6从动轴的弯矩简图 3.8键的设计与校核: 电机输出连接的半联轴器端轴径d1=14mm,查机械设计手册中选键为查机械设计手册得出 初选键长为45,校核所以所选键为: 与小链轮连接的主动轴直径为25, 查机械设计手册选择键为查机械设计手册得 初选键长为28,校核所以所选键为: 从动轴与大链轮连接的中间轴直径为30, 查机械设计手册选择键为查机械设计手册得 初选键长为28,校核所以所选键为: 3.9轴承的计算校核 主动轴的连接轴承的轴径为20mm，从动轴两端连接的轴承的轴径为25mm。 6204轴承，则有：。 计算目录和答案如下表所示： 计算目录 计算答案 0.0317 0.31 1.1 942.2N ， 结论 （满足寿命要求） 6205轴承，则有：。 计算目录和答案如下： 计算目录 计算答案 0.0311 0.31 1.1 921.2N ， 结论 （满足寿命要求） 第四章底架的设计与校核 4.1底架的计算 底架的设计重量应为到电机的重量、减速器的总重量、蓄电池的重量和传动装置的重量的和。 G1=5Kg G2=10+5=15Kg G3 =10Kg G=G1+G2+G3=30Kg 式中G1为电动机和减速器质量之和 G2为传动装置总质量 G3为蓄电池的质量设计所需承受重力G=300N。根据 ，取L=1100mm，Nk=2883.3N N=4152N，Nk=883.3N G=3460N 由公式 有上述计算可得机架预选尺寸为，厚度厚为3mm，并含有加强筋。 4.2底架的校核 本次的底架由等边角钢30x30x3的焊接拼接组成，整体的框架虽然是1004x785x437，但是底架的重物基本是安置在基本重物的上方上。 计算整个角钢底架的强度校核，按照分析可以分析底层的那段角钢的强度校核即可。 本次的底架在静止的状态下，由于底架由三个脚轮支撑在底面上，从一个视图上看就可以看出，相当于一个框架两侧是两个支撑点，相当于简支梁的两个支撑点。由于本次的底架上有电机和减速器包括蓄电池分别带动两组链轮进行传动，也就相当于在此简支梁上分别受到两个方向上的压力，按照简支梁的分类应如下类： 图中的A和B点就为底架的两个脚轮支撑点，图中的C点和D点就是两个电机带动的装置的重心点的位置，根据整体的底架装置图，将整个底架的按照此种简支梁的形式分析简图如下： 由于电机和带动的转轴之间有带传动的距离，本次类似于承受重量的重心为两者距离的一半，即为两点之间的中点。 根据此种简支梁的分析计算式如下 1、底架的反力和反力矩 P为方管上部所有重物的重量，根据三维实体得出上部的重量为35Kg，也就是 P=350N 2、底架的剪力校核 按照简支梁计算中 ，此处在AC段，底架上AC段就是235mm处，CD处就是就是图中两个P之间的剪力，那么本次的底架 要满足条件就是 A为角钢30x30x3的横截面积， 为材料的许用切应力，Q235A的许用切应力98MPa 6.19小于98，所以满足要求，底架不会被剪切。 3、底架的弯矩校核 有公式，此处是在AC段的弯矩是最大的，由AC端距离为235mm，那么此处的弯矩最大为，Q235A材料的屈服强度为235，75小于235，所以底架弯矩校核合格。 4、底架扰度校核 有公式得出此底架最大扰度为 式中E为弹性模量，本次的等边角钢材料Q235A，其弹性模量为206GPa I：截面惯性矩，本次的等边角钢为30x30x3，此截面惯性矩为 （a、b为方管的边长） ：就是AC段的长度为235mm L：长度为600mm ： =0.16mm 按整体方管的扰度需要满足角钢总长的1/400，整个底架的角钢长度为600mm，那么底架方管的1/400，就是 计算出来的扰度，所以合格。 5、转角的校核 底架转角公式为 已知上面的数据代入上式 4.3脚轮的设计选择 确定单个脚轮需要达到的承载能力是设计载重量的依据。脚轮最基本和最关键的要求是脚轮的承载能力强弱，而实际使用的情形又都有所区别，因此，应当留有一定的安全余量，在实际选择脚轮的承载能力时，以免发生意外，四轮式安装最常使用，以它的为例，通常可以产生以下两种方法的选择： 按三只脚轮承受全部重量选择。适用于货物装运或设备移动过程中的方法是其中一只脚轮悬空，但是这样脚轮冲力承受的较大，较差的地面状况的场合，尤其是在较大总重量的情况下。 适用于地面状况良好的方法，货物装运或设备移动过程中，脚轮冲击承受的较小的场合。按四只脚轮承受总重量的120%选择。 需要特别题出的是，对于那些会使脚轮受到冲击很大情况，不仅能只注重选择承载能力大的脚轮，而且殊设计的抗冲击结构的的脚轮要是选择之一。 脚轮主体；设于枢接座上的脚轮主体的是一轮子组，组成轮子组的结构有轮子、轴杆、密封体及护盖，筒座设于该脚轮主体前方，而二嵌槽设于脚轮主体底部内凹，于脚轮主体的筒座前端凹设有凹槽，设有嵌合槽在该凹槽两侧； 在脚轮主体底部凹面内设有煞车系统，该煞车系统的组成包括煞车弹片、下部煞车旋钮及按压式煞车凸钮等构件；在脚轮主体底部凹面上设有一定向系统，该定向系统的组成包括定位卡片、脚踏板及复合板； 在煞车系统煞车弹片的齿盘上方设有转向齿盘，与煞车弹片一体成型，同时向上移位咬合转向齿盘和该齿盘即形成卡合，使脚轮可同时达到煞车与转向不动的目的。 脚轮车轮的选择 车轮材质：首先考虑使用路面的大小，障碍物、使用场地上残留物质（如铁屑、油脂），所处环境状况（如高温、常温或低温）及车轮所能承载的重量等不同条件来决定选择适合的车轮材质。在粗糙的地面上使用，应当耐磨损、弹性好的橡胶，聚氨脂或超级人造胶轮子；在特殊的高温或低温下工作，或是工作环境温差很大，应该选金属轮子或特制的耐高温轮子；在要求防止静电产生的积累的地方，最好采用专门的防静电轮，也可选用金属轮（如果地面不要求保护的话）；工作环境中存在大量腐蚀性介质时，应当相应地选择具有良好抗腐蚀能力的轮子例如：橡胶轮不能耐酸、油脂和化学品，超级聚氨脂轮、高强度聚氨脂轮、尼龙轮、钢铁轮和耐高温轮则能适用于不同的特殊环境。 轮径大小：通常车轮直径愈大愈容易推动，荷重能力也愈大同时也较能保护地面不受损坏，轮径大小的选择首先应考虑承载的重量和荷重下搬运车的起动推力来决定。 车轮材质软硬：通常车轮有尼龙轮、超级聚氨脂轮、高强度聚氨脂轮、高强度人造胶轮、铁轮、打气轮。超级聚氨脂轮、高强度聚氨脂轮不论在室内室外的地面行驶，都能满足你的搬运要求；高强度人造胶轮则能适用于酒店、医疗器械、楼层、木地板、瓷砖地面等要求行走时噪音小宁静的地面上行驶；尼龙轮、铁轮适用于地面不平或地面上有铁屑等物质的场地；而打气轮则适用于轻荷重及路面软不平坦的场合。 温度状况：严寒和高温的场合对脚轮的影响很大，聚氨脂轮在零下45℃下的低温，转动灵活自如，耐高温轮在高温275℃下转动轻便。 4.4脚轮轮架的选择 1、脚轮承载的重量通常是选择适合的轮架的第一要素，在地板良好，搬运的货物较轻且平滑，（每只脚轮承载在10-140kg），如超市、学校、医院、办公楼、酒店等地方，选择以薄钢板（2-4mm）冲压成形的电镀轮架最为适合，此电轮架有轮架轻，操作灵活，静音又美观等特点，此电镀轮架依滚珠排列有双排珠和单排珠之分。应用双排珠是在常移动或搬运时。 2、在货物搬运很频繁且负荷较重每只脚轮承载在280-420kg，如工厂和仓库等场所，选用5-6 mm的钢板冲压热锻并焊接的双排滚珠的轮架则最为适合。 3、在使用荷重大且工厂内行走距离长每只脚轮承载在350-1200k，如纺织工厂、汽车工厂、机械工厂等地方，选择以8-12mm切割后焊接的轮架最为合适，活动轮架使用平面滚珠轴承和滚珠轴承在底板上，脚轮有能承受重负荷，转动灵活、抗撞击等特点。 4.5脚轮轴承的选择 1、特尔灵轴承的定义：特尔灵是一种特殊工程塑料，有适用于潮湿和腐蚀性的地方，转动的灵活性一般，阻力较大的特点。 2、滚柱轴承的定义：滚柱轴承的转动灵活性一般，经过热处理的滚柱轴承能承载较重的负荷。 3、滚珠轴承的定义：是选用优质轴承钢制作而成的滚珠轴承，有能承载较重的负荷的特点，转动灵活和宁静的场合非常适用其要求。 4、平面轴承的定义：高和特高负荷及高转速的场合经常使用。 依照不同的特殊要求，可以选择适当的附件。要保持脚轮转动部位的清洁可以使用如防尘帽、密封圈和防缠盖等物件，可令脚轮长期使用依然灵活如最开始一般，防止各种纤维的缠结；有效地阻止脚轮的转动和转向可以使用单掣和双刹掣装置，使您停留在任何位置都是可以。 结论 经过近几个月的辛苦努力以及老师的辛勤指导，终于在毕业之际完成了本次设计。在这几个月里通过对已学知识的整理和图书馆的图书查阅，对本次设计多功能运载小车的完成，提供了很大的帮助。使得自己的学习能力以及动手操作能力都有了翻天覆地的变化。学会了独立思考去完成一件事。对我以后的工作和学习奠定了基础。本次设计过程中的认识和体会如下： 首当我一开始拿到设计时我心里既开心又迷茫，不知如何下手开始做。我的设计论文题目是多功能爬楼运载小车。简单理解就是运载小车既能在平路运载又可以进行爬楼运载。当我与指导老师见面后，他指导我如何下手，先简单设计运载车的外型轮廓，然后在考虑车的脚轮、电动机、以及其他构件之间的配合。经过老师的提点，我开始在图书馆、网上查找一些关于简单运载车的构造原理。然后开始模仿设计自己的多功能爬楼运载小车，确定前期准备工作的要点。通过查找资料，我发现主要是对于车的平地行车和爬楼行车的转换是本设计的难点。因此在车的轮子、电动机、以及蓄能电池的选择以及减速器、联轴器、轴承等一系列问题需要多加考虑和修改。经过老师的指导和自己的查阅使我明白以下几点： 1、经过查阅资料以及考虑到车子的性能，最终选择在电机的选取及对电机选择的是直流电机，电能方面为了方便和实惠，采用蓄电瓶电池来进行供电，方便修理以及更换。减速器方面是根据电机来选择的。由于本次设计爬楼行车需要爬楼所以对于减速器的转速要求，必须要选择与直流电机相匹配的减速器型号。      2、本次设计联轴器的选择需要如下几点，主要是考虑的行车需要爬楼，因此对于联轴器所要承受的力矩要比平路行驶要大很多。在考虑到经济因素弹性注销联轴器构造简单价格实惠、制造容易、工作时较为便利、后期的维修跟换也较为便利，因此最终决定使用弹性注销联轴器。通过对联轴器的选择查阅让我对联轴器有了更全面的了解，也为本次设计打下良好的基础。 3、本次设计对于轴承方面采用深沟球轴承。其实对于使用此轴承是经过深思熟虑后得出的。主要是因为本次设计的传动轴主要受轴向力的作用，少量的径向力可以忽略不计。因为在平地与爬楼转换时需要轴承来支撑整个动力构造。所以对于轴承的设计是需要重要考虑的。通过轴的设计，对弯矩图的分析有更进一步的帮助。 针对本次多功能运载爬楼小车，得出以下几点总结要求： 1、熟悉简单现有的运载小车的基本构造和功能，了解爬楼车需要的构造，在经过结合从而设计出既能爬楼又能平地行驶的运载车。 2、针对多功能运载爬楼小车，如何进行合理的方案设计。以及最终方案的确定。 3、多功能运载小车的外形结构设计方案。 4、针对本次设计的装备图设计和完善。 5、应用机械软件CAD对装配图和主要零部件图进行绘制整理。 在设计过程中遇到很多的麻烦和困难。多亏老师的在设计的过程中，也出现了一些客观不足的问题，以及各种标准件如直流电机减速器，万向脚轮等没有亲眼见过不知道其具体大小与工作情况，只能凭着手册的说明而想像，弯管力矩的计算方法也没有一条统一的式的，只能凭着经验式子来进行计算，其次由于条件不足缺乏实验性，等等多种原因使我的设计是没有完全的根据实际的情况来作合适、客观地修改，而做出来的，难免有些缺点和不足，由于诸多原因，本次设计存在一些不足和有待改善的地方，希望老师能够提出宝贵修改意见。 最后，由衷的感谢所有老师对我的悉心指导，使我大学里的最后一段时间里依然学习到了很多有用的知识。 参考文献 【1】濮良贵 陈国立 吴定言《机械设计》 高等教育出版社 【2】邹青 呼咏 《机械制造技术基础》机械工业出版社 【3】熊诗波 黄长艺 《机械工程测试技术基础》机械工业出版社 【4】卢秉恒《机械制造技术基础》机械工业出版社 【5】成大先《机械设计手册》第四版化学工业出版社 【6】朴兰香，王国强，岳彦炯.带式输送机动态分析及软件进展研究[J]. 中国矿业 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首先，我要衷心的感谢李东文老师，老师在学术上一丝不苟的精神和对学生孜孜不倦的教导是我一生学习的目标，在这几个月的设计过程中，我感觉到李东文老师渊博的专业知识，以前上课总觉得书面意思很简单，然而在动手去做一个具体的东西才发现，老师讲的很多细节都是精髓所在。在这篇论文中从设计思路到图纸的绘画以及最后论文的撰写，都是在李老师的指导下慢慢摸索做出来的，在这期间，每次我提出的问题，老师都耐心的回答指出我的错误并教导我如何改正。我在本次毕设中取得的每一点进步都是老师无私教诲的成果。感谢老师一直以来的帮助和教导，我会把您记在心里，谢谢老师，愿老师平安健康。 感谢答辩组的田老师，沈老师，阮老师，在上两次的答辩中，老师们指出了我在整体设计上的不足，感谢各位老师给我提那么多宝贵的意见，祝各位老师在今后的工作生活中顺顺利利。 感谢学校，感谢学校这四年来对我的生活和学习等方面的培养，大学是我人生的一个很关键的阶段，在学校里我不断的成长，认识自己的不足，从一个刚进学校的高中生，成长到现在能以更好的方式方法学习新知识，以更好的方向考虑事情发生的多方面问题。 最后，向所有给予这篇论文帮助的导师，表示感谢，还要感谢我的室友、同学、朋友们，愿我们都在将来的生活中越来越好。 44