爬楼梯电动助力拉车（多功能电动载物助力爬楼装置）（含三维SW及CAD图纸）

爬楼梯电动助力拉车（多功能电动载物助力爬楼装置）（含三维SW及CAD图纸）,楼梯,电动,助力,拉车,多功能,装置,三维,SW,CAD,图纸 爬楼梯电动助力拉车 目录 摘要 1 Abstract 3 1 绪论 5 1.1 选题背景 5 1.2 国内外研究现状 5 1.3 研究意义 7 2 爬楼车设计方案说明 8 3 爬楼车的工作原理与特点 8 4 设计方案分析 9 5 设计计算 11 5.1 选择电动机 11 5.2 蜗轮蜗杆传动系统 11 5.3轴的设计计算 19 5.4 键联接的校核强度 22 5.5销联接的强度校核 23 5.6 蜗轮轴的轴承的选择和计算 24 6 爬楼车的总体设计 25 7 传动机构主轴制造工艺 26 7.1主轴加工要求 26 7.2工艺规程设计 27 7.3工艺方案的比较 27 7.4 本章小结 29 设计总结 30 致 谢 32 参考资料 33 摘要 本设备是一种多功能电动载物助力爬楼装置,旨在解决中层和高楼层的居民(特别是年纪大活动不便的人)带着东西爬上楼下楼十分困难的,同时,它还可以减少搬运货物的物流人员的负担。电动助力推动，既可以爬楼梯，也可以在平坦的道路上行走。 本设计首先对国内外市场上现有的助力爬楼装置进行简要分析，从中找出这些产品的不足。然后根据人们的功能需求,提出了一种适用于各种人群使用的多功能助力爬楼装置设计方案,并根据机械结构的设计方案和控制系统的应用进行了分析,同时还对爬楼车的速度,小车驱动力矩和强度计算。最后，通过应用Creo3.0进行了整车运动仿真，并对关键部件进行了应力分析。 (1)研究多功能电动助力爬楼装置，对不同设计进行分析对比，确定最后方案。 (2)详细设计了多功能电动助力爬楼装置的机械传动系统。 (3)完成通过Creo的平台的三维模型装配，检查是否存在问题或干涉等，最后进行运动仿真。 (4)基于ANSYS对主要部件进行静力分析，验证设计的结构应力是否合理。 (5)在满足上述所有条件的前提下，进行整个设计试制作，现场测试设备的可行性。 结果表明，在合理的负载条件下，该装置无运动干涉，材料刚度和强度满足要求。因此，本工作的多功能电力辅助装置能够保证安全，有比较快速的行驶能力，足以满足无电梯公寓楼快速行驶和安全爬坡的需要。 关键词 载物装置；多功能；爬楼；结构设计 Abstract This work is a multi-functional electric climbing device. In order to solve the problem of residents (especially the elderly) carrying heavy objects upstairs or downstairs, as well as the logistics personnel's carrying problems, I designed an electric booster with both climbing and road functions. First of all, this paper briefly analyzes the existing weight increasing devices in domestic and foreign markets, and points out their shortcomings. Then according to the functional requirements, a design scheme of the multi-functional electric device and climbing and road functions for a variety of people to use, and analysis of the structure of the car and climbing principles according to the design scheme, theoretical analysis and calculation of the speed of the equipment and equipment climbing ability. Finally, the overall motion simulation and stress analysis of key components are carried out based on the Creo3.0 platform. (1) study the multi-functional electric climbing device, compare different schemes and determine the final scheme (2) the mechanical transmission system and program control system of the multi-functional electric climbing device are designed in detail (3) the assembly 3d model based on Creo was installed, and interference was tested. Finally, motion simulation was conducted (4) conduct statistical analysis of major components based on ANSYS to verify whether the designed structural stress is reasonable (5) In the case of the above the conditions are met, make the overall production and field test of the feasibility of the device The results show that the stiffness and strength of the material are safe enough under reasonable loading conditions and without motion interference. Therefore, the work of the utility model can meet the power requirements of climbing floors, and has relatively fast road speed capacity, and can fully meet the requirements of non-elevator buildings for multi-functional electrical devices with both climbing function and road function. Keywords loading device multifunctional climb architectural design III 1 绪论 1.1 选题背景 随着我国城市化进程的不断推进，住宅建筑也在快速发展。根据国务院的规定住房和城乡建设厅,10层以上要求安装电梯,和10层以下虽然也在“建筑设计防火代码”和“高层民用建筑设计防火代码”做出了规定,但只有部分的具体要求安装电梯。也就是说，从中国目前的发展状况来看，受其他因素的限制，10层以下的普通住宅大多没有电梯，居民上下搬运货物非常不便。随着我国老龄化的日益严重，我们对老年人日常生活的照顾变得越来越重要。独居老人的数量逐年增加。老年人在日常生活中搬运物品是不可避免的，但很多困难都是由身体的约束带来的。特别是生活在没有电梯的老小区的老年人，生活质量严重下降。在旧城区安装电梯的想法很美好，但现实是很残酷的，而且受到很多条件的制约。研制出一种多功能的老年人电动登山辅助工具，可大大改善老年人的登山问题。 电子商务业务的发展速度日新月异。但目前，物流行业在配送中，方法一直是人力的主要来源。一旦货物较重，他们需要依靠两三个或更多的送货人员才能达到楼上配送的要求。该装置可以减轻物流业对体力劳动的依赖，帮助物流人员方便快捷地将货物运送到指定的楼层。此外，许多大型商场(尤其是家电领域)都配备了送货上门的服务，如果该地区没有电梯，上楼的工作量会非常大。还有一些水、气的配送业务，对于这些等不起的业务，楼上的工作运输给居民带来了极大的不便。而本工作所设计的携带物品爬楼助推器装置速度快、安全，可以非常方便地实现文明装卸、运送各类物品，而且在运输过程中可以显著降低物流人员的劳动强度。在此基础上，针对市场需求，本工作设计了一种带负载的多功能电动攀登装置，为老年群体和后勤人员提供方便。[1] 1.2 国内外研究现状 通过查阅大量的书籍和资料，对市场上现有的攀爬设备进行分析，并根据其实现运动的方式将其分为四类:履带式、轮式、台阶式和腿足式。以下是对四种旅行方式的简要介绍，并分析了它们的优缺点。 1.2.1 履带式 履带爬升装置原理相对简单，技术成熟。利用智能检测技术对路面环境进行分析，确定下一步的行动。[1]这类设备通常设置两种行走模式，一种是平路，在这种情况下可以使用滚轮模式，另一种是楼梯路，然后它会改变轨道模式爬楼。爬完最后一步后，路面又会变平，变回滚动的道路。[33][34][35][36][37][38]毛毛虫的适应性很强，能在各种复杂、不规则的道路上行走。如果应用这一原则，它可以变成轮椅，这可以提供很大的方便，老年人或残疾人的腿和脚不便。 然而，它也有很大的局限性。该设备的两种旅行方式完全不同，[2]导致它必须携带两种旅行设备，占地面积大，而且质量也很大，携带和摆放都比较困难。此外，不规则的路面会对轨道造成很高的磨损破坏，而且该设备的维护成本非常高，甚至对楼梯[2]也是如此。 如图1-1的(a)、(b)、(c)所示。 (a) (b) (c) 图1-1 履带式爬楼装置 1.2.2 步进式 步进式楼梯爬升装置，[3][4][5]多步动作由复杂的机械传动机构完成。当你走上台阶时，该设备会抬起负载，然后将其向前移动到下一个步骤，重复这些步骤来爬楼梯。楼梯爬升装置采用多种不同的机械结构。该爬升装置运动平稳，适用于各种楼梯，但对控制要求很高。如图1-3的(a)和(b)所示。 (a) (b) 图1-3 步进式爬楼装置 1.2.4 腿足式 腿式的主要特点是步进动作类似于用腿爬建筑物的过程。早期的攀爬装置使用这种方法。[6][7][8]下一步，两套腿和脚装置中的一套触碰到它承载整个装置重量的地方，另一套把它抬上一段台阶，改变它的重心，就像一个人的腿爬上一座大楼一样。这种攀登装置运动范围小，行走时运动相对缓慢，控制和操作比较复杂。如图1-4所示。 图1-4 腿足式爬楼装置 1.3 研究意义 从以上介绍中可以看出，国内外对爬楼装置的研究已经相当深入，但都或多或少存在一些问题。与国外相比，国内研究起步较晚。由于各种因素的影响，其研究不能集中人力、物力和财力。目前，攀爬装置的使用成本较高，难以在日常生活中得到广泛应用。要想推广它，首先要解决成本和多功能这两个关键问题。 就目前的情况来看,仍有许多不配备电梯公寓,即使有电梯,一旦遇到停电不能使用电梯,楼层稍高甚至携带杂货或买菜会有很大的困难,可以爬建筑借助电动滑动功率器件,结合上述的优点,我认为爬楼多功能电动设备市场前景广阔,如果成功的话,将产生更大的效益。 爬坡车包括传动系统、驱动系统和转向系统。本课题主要研究驱动系统的结构设计，包括驱动系统机构的设计，三角轮列车参数的设计。 2 爬楼车设计方案说明 方案1： 在电机和减速机的作用下，驱动齿轮旋转，再驱动摇杆旋转，摇杆与连杆用相对的螺丝固定。滑杆在轴承内来回滑动，带动连杆。当连杆前部的小踏轮到要上的楼梯的台阶时，用落点作为支撑物将其后方的主轮抬起，然后上升到台阶上。在步进电机的控制下，重复前面的动作，达到爬升的效果。传输结构如图3-7所示[21~23] 图3-7 阶跃传动机构 然后将传动结构通过轴固定在车架上，小轮固定在连杆前端。如图3-8所示。 图3-8 传动结构装配 方案二： 方案二是一种以三角轮系统为驱动系统的爬坡车。小车在行驶过程中，当遇到台阶、斜坡等特殊路面时，通过翻转三角轮系，可以爬升建筑物，跨越障碍物。车辆包括:传动系统、驱动系统和转向系统三大系统。 该爬楼助力车可实现楼梯的自动障碍物和功能，平整路面时速15公里，可爬升楼梯高度为100 ~ 200mm，楼梯宽度为200 ~ 300mm，最大爬升坡度为40°。驱动系统由电机驱动，可双向驱动，可手动和自动控制。它要求驱动系统运行平稳，噪音小，安全可靠。传动系统采用三角轮传动。在平坦的道路上行驶时，每组有两个轮子着地。爬楼梯时，可通过三角轮系统的翻滚来实现爬楼梯的功能。转向系统由电机驱动，要求转向半径尽量小一些。 本次选择方案二结构。 3 爬楼车的工作原理与特点 该爬楼车辆包括：传动系统、行驶系统和两大系统。此三大系统共同构成爬楼车的机械装置部分，各个系统都由相应的电机来驱动。 行驶系统是靠电机上安装同步带轮，上面的带轮与蜗杆同轴连接，在通过蜗轮蜗杆传动到三角轮主轴，并带动整个主轴转动来实现三角轮系的翻转，三角轮系的翻转也就实现了爬楼功能。本车采用行星轮式6轮爬楼车结构，3个轮子为一个大轮，3个小轮依次采用履带相连绕在轮轴上组成大轮。3个轮子能够各自绕着各自的轮轴转动，也能共同绕着大轮的主轴转动，形成行星轮系。这样在爬楼的过程中，履带攀爬依次错位上楼，省时省力。传动系统采用蜗轮蜗杆传动系统， 引入自行车手刹结构，手刹灵活方便，可控性比较强。 转向系统，为了实现转弯半径在一个小空间的最低要求,本设计采用一个独立的指导方法,也就是说,通过添加辅助框架,用电机带动整个传输系统和传动系统与车轮的偏转系统,为了达到转向的目的。具体方案是通过轴有足够的强度,轴的下端爬楼车的前轴设备连接到外壳,顶部和操舵板通过轴承连接,中间的轴安装了一个大的锥形齿轮,选择合适的电机固定板上,并通过耦合齿轮连接到电机轴、齿轮轴、大伞齿轮旋转在一定比例的啮合传动,当需要把,感应系统和控制装置根据实际需要控制转弯角度。 传动系统是通过电动机驱动行星轮爬楼车在水平面和边坡表面环境中,前轴的目的交叉使用动力动力装置,也就是左三角形轮系的前轴和后轴轮系直角三角形有一个动力装置,相反其他两个三角形轮系只是从动轮,一个支持的角色爬楼车,在驾驶时，当他们是自由的，这节省了电机数量又减少爬楼车的重量。 该爬楼助力车有五个特点：1）结构简单，总体尺寸小，重量轻; 2)各系统由独立电机驱动，控制灵活方便; 3)在危险场所或者人体接触不到的地方，可以安装或者装载一定重量的仪器、实验装置，进行操作或者采样;4)采用三角轮系统，使履带能在多种环境下移动，容易实现在平地、坡度、台阶面上的移动;5)该爬楼车采用独立转向系统，不仅简化了转向系统，还减小了转弯半径，有利于在较窄的空间内实现转弯 4 设计方案分析 关于行驶系统的设计，如图1所示。具体是电机输出轴上安装一个20齿同步带轮，同步带轮与小带轮连接，小带轮通过轴与蜗杆连接，通过涡轮蜗杆传动蜗杆与三角轮主轴相连，来实现三角轮转动的动力传输，行星轮采用6轮爬楼车结构，3个轮子为一个大轮，3个小轮依次采用履带相连绕在轮轴上组成大轮。3个轮子能够各自绕着各自的轮轴转动，也能共同绕着大轮的主轴转动，形成行星轮系。这样在爬楼的过程中，履带攀爬依次错位上楼，省时省力。可控性比较强并通过三角轮系图2的翻转实现爬楼功能。具体是三角轮系中的三个轮子通过支架连接在一起，主轴转动时，爬楼车依靠三角轮系中的三个轮子依次与台阶相啮合，从而达到上下楼梯的功能。蜗轮蜗杆的直径不同，用以增大主轴所传递的转矩，为三角轮系的翻转提供足够的能量。 图1 三角轮盘 图2 三角轮系 5 设计计算 5.1 选择电动机 根据本课题的实际情况，需要用电机带动主同步带轮及蜗轮蜗杆，从而带动主轴旋转，带动三角齿轮组滚动，从而达到爬升建筑物的功能。 考虑履带的重量和载荷(75kg)，计算出三角轮系旋转所需的最大扭矩为：T=73.5 N·m 则三角轮系翻转爬楼梯时所需消耗的功率为： [9]P=Tn/9.55=73.5×26÷9.55=200 W 已知爬楼装置行驶系统采用蜗轮蜗杆和同步带轮，它们的传动效率分别为：η=0.96，η=0.97，深沟球轴承的效率为：η=0.99 则电动机输出功率为： [9] =P/(0.96×0.97×0.97×0.99)=228.2 W 以此，该装置所需要的电动机功率为：228.2 W，查机械设计手册，可选择的电动机有：[11] 型号 输出转矩 输出转速 额定功率 额定电压 减速比 额定转速 (N/mm) (r/min) (W) （V） (r/min) 90SZ53 2977 750 308 110 4 3000 110ZYT54 2977 750 308 220 4 3000 选取110ZYT54型号的电机为本爬楼车辆的驱动电机。 5.2 蜗轮蜗杆传动系统 5.2.1 蜗轮蜗杆传动设计 一.选择蜗轮蜗杆类型、材料、精度 根据GB/ t10085-1988推荐，使用渐开线蜗杆(ZI)材料为45钢，整体淬火、表面淬火、齿面硬度45~50HRC。蜗轮齿圈材料选用ZCuSn10Pb1， 金属模铸造铸，铣削后加载跑和，精度等级8级，标准保证侧隙c。 二.计算步骤 1.按接触疲劳强度设计 设计公式≥mm[9] （1） 选z1，z2： 查表7.2取z1=2，[9] z2= z1×n1／n2=2×1440／73.96=38.94≈39. z2在30～64之间，所以符合要求。 初估=0.82 （2）蜗轮转矩T2计算： T2=T1×i×=9.55×106×5.8×19.47×0.82／1440=614113.55 Nmm[11] （3）载荷系数K： 因载荷平稳，查表7.8取K=1.1 （4）材料系数ZE 查表7.9，ZE=156 [9] （5）许用接触应力[0H] 查表7.10，[0H]=220 Mpa N=60×jn2×Lh=60×73.96×1×12000=5.325×107 ZN===0.81135338[11] [H]=ZN[0H]= 0.81135338×220=178.5 Mpa （6）md1： md1≥ =1.1×614113.55×=2358.75mm[12] （7）初选m，d1的值： 查表7.1取m=6.3 ，d1=63[9] md1=2500.47〉2358.75 （8）导程角 tan= =0.2[11] =arctan0.2=11.3° （9）滑动速度Vs Vs= =4.84m/s[9] （10）啮合效率 由Vs=4.84 m/s查表得 ν=1°16′[9] 1 ==0.2/0.223=0.896 （11）传动效率 取轴承效率 2=0.99 ，搅油效率3=0.98 =1×2×3=0.896×0.99×0.98=0.87 T2=T1×i×=9.55×106×5.8×19.47×0.87／1440=651559.494Nmm （12）检验md1的值 md1≥=0.×651559.494×=1820＜2500.47[9] 以此确认参数满足齿面接触疲劳强度要求 2.确定传动的主要尺寸 m=6.3mm，=43mm，z1=2，z2=39[10] （1） 中心距a a==144.35mm (2)蜗杆尺寸 分度圆直径d1 d1=43mm 齿顶圆直径da1 da1=d1+2ha1=(63+2×6.3)=72.6mm 齿根圆直径df1 df1=d1﹣2hf=63﹣2×6.3 (1+0.2)=47.88mm 导程角 tan=11.30993247° 右旋 轴向齿距 Px1=πm=3.14×6.3=19.78mm 齿轮部分长度b1 b1≥m(11+0.06×z2)=6.3×(11+0.06×39)=84.04mm 取b1=90mm (2)蜗轮尺寸 分度圆直径d2 d2=m×z2=6.3×39=244.7mm 齿顶高 ha2=ha*×m=6.3×1=6.3mm 齿根高 hf2= (ha*+c*)×m=(1+0.2)×6.3=7.56mm 齿顶圆直径da2 da2=d2+2ha2=245.7+2×6.3×1.2=230.58mm 齿根圆直径df2 df2=d2﹣2m(ha*+c*)=384﹣19.2=364.8mm 导程角 tan=11.30993247° 右旋 轴向齿距 Px2=Px1=π m=3.14×6.3=19.78mm 蜗轮齿宽b2 b2=0.75da1=0.75×75.6=56.7mm 齿宽角 sin(α/2)=b2/d1=56.7／63=0.9 蜗轮咽喉母圆半径 rg2=a—da2／2=154.35﹣129.15=25.2mm (3)热平衡计算 ①估算散热面积A A=[9] ②验算油的工作温度ti 室温：通常取。 散热系数：Ks=20 W/(㎡·℃)。 73.45℃＜80℃[9] 油温未超过限度 （4） 润滑方式 根据Vs=4.84m/s，查表7.14，采用浸油润滑，油的运动粘度V40℃=350×10-6㎡/s (5)蜗杆、蜗轮轴的结构设计(单位：mm) ①蜗轮轴的设计 最小直径估算 dmin≥c× c查《机械设计》表11.3得 c=120 dmin≥=120× =47.34 根据《机械设计》表11.5，选dmin=48 d1= dmin+2a =56 a≥(0.07～0.1) dmin=4.08≈4 d2=d1+ (1～5)mm=56+4=60 d3=d2+ (1～5)mm=60+5=65 d4=d3+2a=65+2×6=77 a≥(0.07～0.1) d3=5.525≈6 h由《机械设计》表11.4查得 h=5.5[12] b=1.4h=1.4×5.5=7.7≈8 d5=d4﹣2h=77﹣2×5.5=66 d6=d2=60 l1=70+2=72 ②蜗杆轴的设计 最小直径估算 dmin≥c× = 120×=19.09 取dmin=30 d1=dmin+2a=20+2×2.5=35 a=(0.07～0.1)dmin d2=d1+(1～5)=35+5=40 d3=d2+2a=40+2×2=44 a=(0.07～0.1)d2 d4=d2=40 h查《机械设计》表11.4[9] 本设计中蜗杆与蜗杆轴做成一体，也叫做蜗杆轴。蜗轮采用与轴通过键连接，青铜轮缘与铸造铁心采用H7/s6配合，并加台肩和螺钉固定，螺钉选6个 几何尺寸计算结果列于下表： 名 称 代号 计算公式 结 果 蜗杆 中 心 距 = a=154.35 传 动 比 i=19.47 蜗杆分度圆 柱的导程角 蜗杆轴向压力角 标准值 齿 数 z1=2 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 =47.88 蜗杆螺纹部分长度 名 称 代号 计算公式 结 果 蜗轮 中 心 距 = a=154.35 传 动 比 i=19.47 蜗轮端面 压力角 标准值 蜗轮分度圆柱螺旋角 º 齿 数 = =39 分度圆直径 齿顶圆直径 =258.3 齿根圆直径 蜗轮最大 外圆直径 5.3轴的设计计算 1.三角轮主轴整体设计分析材料选择（材料为45钢） 按扭转强度条件计算，轴的扭转强度条件为 式中: ——扭转切应力，单位为； ——轴所受的扭矩，单位为； ——轴的抗扭截面系数，单位为； ——轴的转速，单位为； ——轴传递的功率，单位为; ——计算截面处轴的直径，单位为； ——许用扭转且应力，单位为，见表15-3。 由上式可得轴的直径 式中=， 我们所设计的轴的材料选用45钢，查机械设计手册相表： 表1 轴的材料 Q235—A、20 Q235、35 (1Cr18Ni9Ti) 45 40 Cr、35SiMn 38SiMnMo、3Cr13 () 15—25 20～35 25～45 35～55 149—126 135～112 126～103 112～97 得45钢：=103～126 。 对于空心轴，则： 式中，即空心轴的内径与之比，通常取0.5～0.6，这里我们取0.56。 代入数据得，主轴外径： 取=25，则主轴内径： 2.行星轮系轴的设计计算（材料为45钢） 计算方法同上，此轴采用实心轴，则 应注意的是，当键槽在轴段设置时，应增加轴径，以考虑键槽的弱化。轴径为d 100mm，带键槽，轴径增加5% ~ 7%;采用双键槽，轴径增加10% ~ 15%。四舍五入到标准直径。这个行星齿轮系的轴段有两个键槽。如果轴径增加12%，则=10.62 1.12=11.89，圆度为12。 行星齿轮系传动轴如图3所示:传动轴上有两个键槽，通过键槽与圆柱齿轮连接，带动齿轮传动;轴的右端为螺纹，右侧的圆柱齿轮通过圆形螺母轴向固定。左肩固定轴承的内环。 图3 行星轮系轴 3 蜗杆轴的设计 （1）选择轴的材料 选用45种钢进行调质。硬度HBS=230，强度极限=650 Mpa，屈服极限=360 Mpa，弯曲疲劳极限=300 Mpa，剪切疲劳极限=155 Mpa，对称循环变应力情况下的许用应力=60 Mpa (2) 初步估算轴的最小直径 最小直径估算 dmin≥cx= 120x=19.09 取dmin=20 [12] （3）轴的结构设计 按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=25mm，采用蜗杆轴结构，其中，齿根圆直径mm，分度圆直径mm，齿顶圆直径mm，长度尺寸根据中间轴的结构进行具体的设计，校核的方法与蜗轮轴相类似，经过具体的设计和校核，得该蜗杆轴结构是符合要求的，是安全的，轴的结构见图3.4所示： 图3.4 蜗杆轴的结构草图 5.4 键联接的校核强度 当扭矩通过平键连接传递时，常用材料组合与标准尺寸的普通平键连接(静态连接)的主要失效形式为工作面被挤压破损。除非发生严重过载，否则不会发生键的剪断现象，因此强度校核计算通常只根据工作面上的挤压应力进行。 假设载荷均匀分布在键的工作面上，则普通平键连接的强度条件为 可见键联接的挤压强度足够。 式中：T——传递的转矩，单位为N·m。 k——键和轮毂键槽的接触高度，k = 0.5h，此处h为键的高度，单位为mm。 l——键的工作长度，单位为mm，圆头平键l = L－b，这里L为键的公称长度，单位为mm；b为键的宽度，单位为mm。 d——轴的直径，单位为mm。 ——键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤应力，单位为。 5.5销联接的强度校核 销连接是三角轮系的驱动盘与主轴之间的连接。如图4： 已知销联接校核公式为：扭转，剪切 图4 销联接示意图 已计算出爬楼车主轴传递的扭矩为T=73.5 Nm, =8mm，D=25mm，圆锥销的材料为45钢，许用切应力=80MPa，许用挤压应力查表得60-90MPa 故==58.52MPa≤。 所以该销的强度足够。 5.6 蜗轮轴的轴承的选择和计算 按轴的结构设计，初步选用30204（GB/T297—94）圆锥滚子轴承，内径d=20mm,外径D=47mm,B=14mm. （1）计算轴承载荷 ① 轴承的径向载荷 轴承A： 轴承B： ② 轴承的轴向载荷 轴承的派生轴向力 查表得：30204轴承15°38′32″ 所以，=17.173N =23.89N 无外部轴向力。 因为＜，轴承A被“压紧”，所以，两轴承的轴向力为 ③ 计算当量动载荷 由表查得圆锥滚子轴承30204的 取载荷系数， 轴承A：＜e 取X=1，Y=0，则 轴承B：＜e 取X=1，Y=0，则 6 爬楼车的总体设计 爬楼助力车的驱动系统、传动系统和转向系统是装置的三大系统。对于爬楼车来说，行驶系统就是它的核心灵魂，没有行驶系统，它就不可能爬楼梯，不能越过障碍，更不用说叫爬楼助力车了;传动系统是其基础，如果缺少了传动系统，它连水平地面上运行都无法实现，更不能实现楼梯口;转向系统也是小车的根本基础，如果缺少了转向系统，小车就不可能顺利进行爬楼等运动了 。 在装配时，我们综合考虑了各个方面的因素，最后把传动系统放在中间位置，而传动系统就是车轮的水平转动，它必须放在两边;转向系统置于中上位置，为感应系统和控制系统留出足够的空间。下图5是总装图示意图，以前轴为例: 图5 总装图的格局示意图 ⑦ ⑥ ⑤ ④ ③ ② ① 图6 三维模拟示意图 ①-车架， ②-前轮系统， ③-行星轮系统， ④-电瓶， ⑤-蜗轮蜗杆系统，⑥-同步带传动系统，⑦-开关组件 图7 前轮系统示意图 图8 车架示意图 图9 同步带轮示意图 图10 蜗杆示意图 图11 涡轮示意图 图12 三角螺母示意图 图13 行星轮支架示意图 图14 涡轮蜗杆壳体示意图 7 三角轮主轴制造工艺 7.1主轴加工要求 本次课题选用主轴作为制造工艺的说明，工件的加工尺寸及要求见图4-1。 图4-1 主轴零件主视图 7.2工艺规程设计 （1）确定毛坯的制造方法 该工件的材料选用45#，为实心阶梯传动轴，小批量生产，主轴作为三角轮主要传动部件，承受很大的载荷，所以对材料的机械性能要求比较高，此外，考虑到取材及加工方便，我们选用45#型材作为原材料，毛坯外形尺寸为φ30x605，两端面各留2.5mm加工余量，直径留2mm加工余量。 图4-2 主轴毛坯图 （2） 选择基面 基准面作为加工工艺不可或缺的基准，选取基准尤为重要，选取合理的加工基准面对于提升企业生产效率及保证产品质量尤为重要。 （3）工艺路线的确定 要考虑的是零件的几何形状、位置、精度要求等要素，在生产过程中确定是批量生产的情况下，可以考虑使用特殊夹具，从而提高生产效率。 7.3工艺方案的比较 方案1是粗车，半精车，精车，这个的目的是保证工件的精度要求,此外,利用表面的加工精度高的表面作为基准,有利于保证工件精度较高,同时确保其他工件的质量满足要求; 方案2是先加工轴的表面，用工件中心线定位工件进行加工。这种情况下，很难保证加工质量，容易发生加工误差。此外，加工过程繁琐，效率低下，所以采用方案1。表4-1给出了方案1和方案2的比较结果。 表4-1 工艺路线方案比较 工艺方案1 工艺方案2 1）正火 1）预先热处理（正火） 2）划线 2）划线、车端面打中孔 3）钻中心孔 3）粗车各外圆 4）粗车 4）热处理（调质） 5） 5）半精车 6）热处理（调质） 6）钻中心孔 7）半精车 7）热处理（淬火） 8）钳工 8）钳工（去毛刺） 9）热处理（淬火） 9）精车 10）精车 10）立铣对称键槽 11）钳（去毛刺） 11）热处理 12）立铣（对称键槽） 12）钳工（去毛刺） 13）热处理 13）检验入库 14）钳工 15）钳工（去毛刺） 16）检验入库 方案1的详细工艺流程如下： 1. 热处理（正火） 2. 划线 3. 钻中心孔，车端面 4. 车大外圆至Φ26，进给量为1.0，切削深度5mm，工时为17min 由表5.3-1得：：f=1.0 mm/r 由表5.3-20得：v=59 m/min 则n=318x59/70=268r/mm 工时定额： 由表3.3-1得：装夹工件时间为4.2min 由表3.3-2得：松开卸下工件时间为3.5min 由表3.3-3得：操作机床时间为： 4.3+3.5+2.7+1.3+4,1+0.2+0.4+0.1+0.4=17 min 5. 车φ20外圆，进给量为1.0，切削深度10mm，工时为17min 由表5.3-1得：：f=1.0 mm/r 由表5.3-20得：v=59 m/min 则n=318x59/70=268r/mm 工时定额： 由表3.3-3得：操作机床时间为： 2.3+3.4+3,1+1.9+0.7+1.1+0.4=12.9 min 6. 热处理（调质） 7. 半精端头至φ20.5，留加工余量0.5mm进给量为1.0，切削深度9.75，工时为18.2min 由表3-1得：：f=0.5 m/r 由表5.3-20得：v=82 m/r 则n=318x82/25=1043 m/r 工时定额： 由表3.3-3得：操作机床时间为： 3.1+1.3+2.1+1.4+1.7+1.5+2.5+1.5+2.5+0.6=18.2min 8. 钳工 9. 热处理（淬火） 10. 精车外圆车孔φ26，进给量0.3，切削深度0.5，工时为19.5min 由表3-1得：：f=0.3 m/r 由表5.3-20得：v=107 m/r 则n=318x107/25=1361 m/r 工时定额： 由表3.3-3得：操作机床时间为： 2.1+2.4+1.8+3,1+0.4+0,9+2.8+3.1+2.5+0.4=19.5 min 12. 钳（去毛刺） 13. 立铣对称键，进给量1.0切削深度4mm，工时10min 精铣时：切削用量：ap=4mm 由表6.3-2得：f=1 m/r 由表6.3-21硬质合金铣刀铣削灰铸铁时v=150 m/r 则n=318V/D=954m/r 工时定额：由表6.4-1得：T2= lw+lf/vf=10 min 14. 热处理（油煮定性） 15. 钳 16. 钳（去毛刺） 17. 检验入库 7.4 本章小结 本章选取轴类零件，编制加工工艺和数控程序的编制。提出并比较了两种处理方案。通过比较两种方案的优缺点，得出方案I有利于保证工件的精度，保证其他工件的质量满足要求。 设计总结 毕业设计就要结束了。回顾这几个月的设计过程，很难描述出它的味道。在本次设计中，我主要关注履带式机器人的驱动系统设计，关键问题是如何实现履带式机器人的自动跨越障碍物和爬升功能。最后，通过对几种方案的比较，采用三角轮系统。具体方案是利用电机带动同步带轮和蜗轮传动实现减速和增加扭矩，并带动整个主轴旋转实现三角齿轮传动的换向，三角齿轮传动的换向也实现了爬升功能。三角齿轮系中的三个轮子通过支架连接在一起。当主轴转动时，履带依靠三角齿轮系中的三个轮子依次与台阶啮合，实现上下楼梯的功能。 在这段设计过程中，我们遇到了很多困难和问题，甚至有些是我们没有预料到的，从方案论证报告，前期的理论研究，中期的计算和绘制，后期的整理和修正。但是我们也学到了很多东西，这些东西也是很有价值的，通常是无法在学习中掌握的。 四年的总结和反思,毕业设计是最重要的和最大学四年反映了大学生对我们专业知识的了解和掌握,了解机械制造和生产,下面对新问题的心理和解决新问题的能力,搜索和排序数据的能力,使用计算机的能力,我对自己有一个全面的了解。 这次毕业设计让我受益匪浅，但也让我反思和回忆了四年来所学到的知识，这些都可以在这次设计中得到充分的体现。通过这次设计，我学到了很多书本上没有的知识和经验，也学会了如何将所学到的知识运用到实际工作中。然而,在设计过程中,我也意识到我的缺点,如不清楚和狭窄的思维在设计,而不是彻底的分析主题,缺乏理论知识在机械设计中,和缺乏坚实的知识机械设计的基本设计,导致大量错误的设计机构。 设计是完全不同于以前的设计课程,以前的课程设计完成任务,少使用知识的专业知识、理论设计,最重要的是,之前设计的参考设计,和在一起的设计。这个设计是完全不同的，它是依靠自己独立的设计，去查阅资料，去思考。而本次设计运用了多方面的知识，并根据项目的要求来确定总体方案，然后再具体如何实现，用什么方法来实现，这就要求我们设计一个项目时要具备整体的思维和解决问题、分析问题的能力。 在设计的过程中，我遇到的大部分问题都是通过哪些方面的知识来解决的，但是我不知道如何在具体的应用中使用它们，这是我所缺乏的能力。另外，当我思考问题的时候，我倾向于用一种相对简单的方式来思考，这种方式不够深思熟虑，而且往往过于理论化。但是在现实中，问题要复杂得多，这就需要我在工作中积累和总结经验。 在设计的过程中，我意识到自己在过去的学习中存在的不足。在过去的学习中，我注重专业知识，只学习理论知识。然而，我忽略了一个重要的一点:在学习中，我很少考虑如何把不同的知识作为一个整体。在设计中，我发现自己缺乏整体的设计理念，不知道如何解决这个问题。我也是我在计算机图形学方面最大的弱点。在未来的学习中，我应该吸取教训，永远不要孤立我所学到的知识。我应该更多地思考我所学到的知识可以用在什么地方，我可以与什么其他知识相关联，以及我们把知识用在什么地方，做到运用自如，融汇贯通。 致 谢 时光飞逝，大学的四面学习生活就要结束了。毕业设计对于我们四年的机械设计制造及其自动化专业课程学习测试来说，它在我们的学习中起着重要的作用。整个过程持续了三个多月。一开始没有头绪，慢慢摸索，终于成功的完成了。这其中缺少不了我的导师和同学们的帮助，在此对你们表示衷心的感谢。要不是你的帮助，我不可能完成得这么顺利。 首先，我要感谢我的母校。正是您在我即将毕业的时候给了我这样一个难得的学习机会，让我从中受益匪浅。通过这段时间的学习和设计，我的各个方面的能力都有了明显的提高。 在这次毕业设计中，对我帮助最大的是我的导师。本次毕业设计主要是在导师的指导下完成的。我欣赏老师严谨、认真、负责的态度。他对待学生很好，努力解决学生在设计过程中遇到的困难，指导我们如何清晰的设计。无论是在学习上还是在生活上，他都尽自己最大的能力给我们指导和帮助，给我们很多时间和精力。在导师的帮助下，结合实践，我解决了很多以前难以解决的问题，使我对机械有了更深的了解。同时，他也让我通过这个设计了解了一些人生的道理，比如一个人做事情应该注意细节，细节决定成败，遇到问题不能慌张，冷静思考等等，让我受益匪浅。在此，我谨向他表示诚挚的敬意和感谢。感谢您无微不至的关怀，感谢您对我的严格鼓励和谆谆教诲，是您的批评鞭策我前进得更快，谢谢! 同时，我要感谢我的同学和朋友，无论我遇到了多少问题，每个人都不辞劳苦地帮助我，让我成功地度过了许多困难。我们每天都相处融洽，在解决问题的过程中共同进步。正是你让我在四年的大学生活中学习了这么多的知识和经验。谢谢你给我的所有关心和帮助，曾经以为四年很长，在很短的时间内我们就要毕业了，谢谢你，谢谢你! 最后，我要感谢我的父母，无论他们遇到挫折或委屈，他们永远是我的港湾。只要我想起我的父母在我身后，我就永远有前进的动力。 现在，我即将完成我的学业，离开我已经生活了四年的校园。我要再次感谢母校给我这样一个环境和机会。谢谢老师，是您把知识传授给了我;感谢我的同学和朋友，你们让我生活得更加多姿多彩;感谢父母，是您让我充满动力，谢谢你们! 参考资料 [1] 唐鸿儒，宋爱国，章小兵。基于传感器信息融合的移动机器人自主爬楼梯技术研究。传感技术学报，2005，18（4）：828-833 [2] 章小兵，宋爱国。 基于视觉引导的机器人自主爬楼。 安徽工业大学学报，2006，23（2）：186-188 [3] 武明，项海筹，张济川。新型爬楼爬楼车辆稳定性的灵敏度分析。 甘肃工业大学学报，1998，24（1）：40-45 [4] 乌兰本其。手动爬楼梯爬楼车辆的设计与研究：[学位论文]。北京：清华大学，1994 [5] 项海筹，乌兰术其，张济川。手动爬楼梯爬楼车辆。中国康复医学杂志，1994，9(2)：62-66 [6] 武明。一种新型爬楼梯爬楼车辆的设汁与动态稳定性研究[学位论文]。北京：清华大学，1996 [7] 张海洪，谈士力，龚振邦。全方位越障机构的设计。机械设计与制造工程，2000，29（3）：12-13 [8] 宋家成。实用电机修理手册。山东科学技术出版社，1997，3（1） [9] 徐灏。机械设计手册。机械工业出版社。1991，9（1） [10] Toshihiko Mabuchi，Takeshi Nagasawa，Keizou Awa，Kazuhiro Shiraki， Tomoharu Yamada。Development of a stair-climbing mobile robot with legs and wheels。 Arrive Life Robotics，1998(2):184-188 [11] 邱宣怀。机械设计。高等教育出版社，1997年7月第四版 [12] 濮良贵，纪名刚。机械设计。高等教育出版社，2001年六月第七版 [13] 李品，李哲。机械精度设计与检测基础。哈尔滨工业大学出版社，2005年1月第3版 [14] 王玉烁,陈光军. 阿基米德螺线轮楼梯搬运机的设计[N].佳木斯大学 学报(自然科学版). 2014.32(3):405-407. 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