【正文】 由圖 XY = 許用彎曲應(yīng)力 ? ?F? ： ? ? lim 1 11 minFNF F YS?? ? （式 ） Sa2Y = Y? ? FaK = K = lim1F? =600 aMP lim2F? =570 aMP minFS = XY = XY = 11 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）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。 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。 4 圖 1 翻轉(zhuǎn)機構(gòu) 圖 2 三角輪系 5 4 設(shè)計計算 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 。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。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。 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。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。 2 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。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。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。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)。 1 前 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。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。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。綜合各方面的優(yōu)缺點，輪式機器人是比較合理的。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。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。 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。 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 3 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。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 。 考慮到爬樓車及載荷的 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= N YL3 凸緣 聯(lián)軸器130 1428 13JJB?? GB584386 主動端：Ｊ型孔軸， A 型鍵槽， mmLmmd 14,30 ?? 從動端： 1J 型軸孔， B 型鍵槽， mmLmmd 13,28 ?? 6 關(guān)于減速裝置（圓錐 — 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 ，且三角輪系轉(zhuǎn)速 為 26 r/min，則減速比為： i = 75／ 26＝ 多級傳動中 ，總傳動比應(yīng)為： i =1i 2i 3i 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 1i =3，一級圓柱齒輪傳動比為 2i = ，二級級圓柱齒輪傳動比為 3i =3。 齒數(shù) z 和精度等級 ： 取 1z =24， 2z =i1z =3 24=72 估計 mv 1m/s? ， 由表 使用壽命 : 由表 AK = 動載系數(shù) : 由圖 VK = 齒間載荷分配系數(shù) : 由 表 ，估計 tAKF/b＜ 100N/mm 1 22u3c o s 0 . 9 5u 1 3 1? ? ? ??? 2 2211c o s 0 . 3 2u 1 3 1? ? ? ??? 1z =24， 2z =72 選 8 級精度 AK = VK = 7 111z 24z 2 5 .2 6c o s 0 .9 5V ?? ? ? （表 ） 222z 72 z 2 2 5c o s 0 .3 2V ?? ? ? 12111 . 8 8 3 . 2 c o szzVVV???????? ? ????????? （式 ） 111 .8 8 3 .2 1 .7 42 5 .2 6 2 2 5????? ? ? ????????? 4 4 1 .7 433VZ ?? ?? ???= （式 ） Ha 22110 .8 7K Z???= 齒向載荷分配系數(shù) : 由表 及注 3， 取 K? = 載荷系數(shù) K : K = AK VK HaK K? =1 = 轉(zhuǎn)矩 ： 661 1 0 . 3 0 89 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0n 7 5 0PT ? ? ? ? ? = mm 彈 性系數(shù) ： 由表 1/ 218 9. 8 aEZ MP? 節(jié)點區(qū)域系數(shù) ： 由圖 ? 接觸疲勞極限 : 由圖 lim1H? =710 aMP , lim2H? =680 aMP 接觸最小安全系數(shù) ： Z? = HaK = K? = K = 1T = mm 1/ 218 9. 8 aEZ MP? ? lim1H? =710 aMP lim2H? =680 aMP 8 由表 min ? 接觸壽命系數(shù) ： 由圖 ?