最新機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化康復(fù)式電動(dòng)輪椅設(shè)計(jì)doc(編輯修改稿)
2025-07-27 03:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 彎矩圖如圖45所示：圖45彎矩圖根據(jù)桿的材料(Q235)的許用應(yīng)力及桿所受載荷，先按公式[5]求出抗彎截面系數(shù)，再根據(jù)公式 （43） （44）整理公式求得：把上述結(jié)果代入公式（43）中得。根據(jù)車架圖可知，坐墊支承架由4根外徑為的Q235鋼管組成。受力圖如圖46所示：圖46支承桿受力分析 （45）由公式可知，剪力方程為線性函數(shù)，剪力圖如圖47所示：圖47剪力圖按彎矩公式[5]列方程得： （45）彎矩圖如圖48所示：圖48彎矩圖根據(jù)桿的材料（不銹鋼304）的許用應(yīng)力及桿所受載荷[4]，先按公式求出抗彎截面系數(shù)，再根據(jù)公式： （46） （47）求出內(nèi)徑d。整理公式求得：。第五章 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及對(duì)零件受力分析傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括的零部件有軸、平鍵、齒輪、軸承。軸承與平鍵鍵為標(biāo)準(zhǔn)件，其標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)查查文獻(xiàn)[6]。傳動(dòng)系統(tǒng)如圖51所示：圖51傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如圖51所示，后輪主軸由兩個(gè)深溝球軸承配合裝配在車架上。根據(jù)GB/T 276—1994，查文獻(xiàn)[6]，可確定該軸承如表51所示：表51軸承參數(shù)軸承代號(hào)基本尺寸/mm安裝尺寸/mm基本額定動(dòng)載荷Cr基本額定靜載荷Cor極限轉(zhuǎn)速/（r/min）原軸承代號(hào)dDBrsmindaminDamaxrasmax/KN脂潤滑油潤滑6007356214141561900012000107根據(jù)小徑，安裝尺寸，倒圓?？纱_定后輪主軸部分尺寸。根據(jù)軸的部分尺寸，根據(jù)GB/T 1995—2003。查相關(guān)資料可確定軸承上的平鍵參數(shù)如表52所示：表52平鍵參數(shù)軸鍵鍵槽公稱直徑d公稱尺寸bxh寬度b深度半徑r公稱尺寸b極限偏差軸t轂t1正常連接軸N9轂JS9公稱尺寸極限偏差公稱尺寸極限偏差最小最大22~308x780+4++38~4412x8120+5++鍵的長度系列6，8，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，50注：鍵材料的抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于590MPa。由于預(yù)設(shè)齒輪寬度B=50mm，后輪輪轂寬度B1=46mm。根據(jù)平鍵的長度系列，可確定為L=40mm與L1=40mm。后輪主軸具體參數(shù)如圖52所示：圖52后輪主軸按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度公式為： （51）因?yàn)榍袘?yīng)力沿半徑呈線性分布，實(shí)心軸圓心附近處應(yīng)力較小，材料未能盡量發(fā)揮作用，空心軸相當(dāng)于把軸心處的材料邊緣化，從而提高了軸的強(qiáng)度。在考慮經(jīng)濟(jì)成本與車身重量的前提下，盡可能的節(jié)省材料，固可采用空心軸模式?？招膱A軸截面的抗扭截面系數(shù)[1]： （52）根據(jù)平鍵的深度可知空心圓軸的壁厚為，即內(nèi)徑。后輪主軸的受力如圖53所示：圖53后輪主軸受力圖由于后輪主軸的材料為45鋼，因此，取最小值，當(dāng)后輪主軸只僅受扭矩時(shí)，可求出A、B、E點(diǎn)的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。因此后輪主軸符合材料扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件，符合設(shè)計(jì)要求。按彎扭強(qiáng)度條件計(jì)算，通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件位置，以及外載荷和支承力的作用位置均已確定，如圖53所示。AC段CD段DB段做出剪力圖與彎矩圖如圖54所示。圖54剪力與彎矩圖由圖54可知，輪椅后輪主軸的危險(xiǎn)截面出現(xiàn)在AC、DB間。因此，需要對(duì)該段進(jìn)行彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。軸的彎扭合成強(qiáng)度公式[5]為： （53）式中，為軸的計(jì)算應(yīng)力；M為軸所受的彎矩；為軸的抗彎截面系數(shù)： （54）為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，已知材料為45鋼，所以=50MPa；T為軸所受的扭矩。將已知數(shù)據(jù)代入軸的彎扭合成強(qiáng)度公式計(jì)算，可知：所以，滿足軸的彎扭合成強(qiáng)度條件，符合設(shè)計(jì)要求。軸承的壽命計(jì)算公式[4]為： （55）式中，C為基本額定動(dòng)載荷，；P為當(dāng)量動(dòng)載荷，；為載荷系數(shù)，查表可知為中等沖擊載荷，固；為純徑向載荷，；為純軸向載荷；X和Y由的值是否大于e確定；對(duì)于輪椅后輪傳動(dòng)軸軸承來說，其軸向載荷很小，固取X=1和Y=0；軸承為深溝球軸承，所以可知。輪椅的使用壽命預(yù)設(shè)計(jì)為20年，即理論。符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)輪椅設(shè)計(jì)內(nèi)容可知，設(shè)電機(jī)功率無損耗，電機(jī)功率等于輸出功率；小齒輪（電機(jī)傳動(dòng)齒輪）轉(zhuǎn)速為；大齒輪（后輪主軸傳動(dòng)齒輪）轉(zhuǎn)速為；傳動(dòng)比；設(shè)計(jì)理論工作時(shí)間為20年。查文獻(xiàn)[1]，常用齒輪材料的性能及應(yīng)用范圍，可確定小齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，硬度為220HBW；大齒輪選用45鋼正火，硬度為170HBW。初步估計(jì)齒輪線速度。查表圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)各級(jí)精度的應(yīng)用范圍[1]可確定精度等級(jí)為9級(jí)。試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限安全因數(shù)SH、SF取軟齒面（小于等于350HBW）參數(shù)和。根據(jù)理論工作時(shí)間，求得應(yīng)力循環(huán)數(shù)按接觸疲勞壽命因數(shù)ZN可知碳鋼經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)后的接觸疲勞壽命因數(shù)：按彎曲疲勞壽命因數(shù)YN可知碳鋼正火、調(diào)質(zhì)后的彎曲疲勞壽命因數(shù)：根據(jù)許用應(yīng)力公式[1]分別求出齒輪的許用應(yīng)力小齒輪上傳遞的最大理論扭矩為：據(jù)設(shè)計(jì)要求工作平穩(wěn)、輕微沖擊取選擇小齒輪的齒數(shù)，則大齒輪的齒數(shù),采取懸臂布置。45號(hào)碳鋼的材料彈性系數(shù)。由軟齒面接觸強(qiáng)度公式可計(jì)算出因設(shè)計(jì)要求，可確定，所以取模數(shù)。查漸開線圓柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)[1]，可知該齒輪傳動(dòng)中的齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為m=。、小齒輪的基本參數(shù)分度圓齒頂圓齒根圓全齒高中心距根據(jù)設(shè)計(jì)需求，設(shè)齒輪厚度、。查文獻(xiàn)[1]正常齒標(biāo)準(zhǔn)外齒輪的齒形修正因數(shù)和應(yīng)力修正因數(shù)。彎曲疲勞強(qiáng)度為符合設(shè)計(jì)要求。第六章 輪椅控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制把手的形狀設(shè)計(jì)如圖61所示：圖61方向控制把手如圖所示，操作把手的組成有：把手主體、操作手柄、鉸接孔和連接空組成。操作手柄為中空設(shè)計(jì)，內(nèi)設(shè)PCB板，結(jié)合第三章中PWM電路控制，設(shè)計(jì)4個(gè)按鈕，由上至下分別為：正反轉(zhuǎn)按鈕、中速按鈕（速度為2檔）、高速按鈕（速度為3檔）、停機(jī)按鈕。把手主體預(yù)設(shè)線槽，連接電機(jī)。鉸接孔用來連接把手與輪椅扶手，設(shè)計(jì)時(shí)要求，鉸接后能令把手沿鉸接軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0~600。連接孔連接方向控制桿，通過轉(zhuǎn)動(dòng)把手控制輪椅的方向。把手的具體設(shè)計(jì)參數(shù)見工程圖紙。方向控制系統(tǒng)的圖62如下圖62方向控制系統(tǒng)如圖62所示：控制把手與方向控制桿鍵連接，且鎖緊；方向控制桿鍵與前輪車架連接。其工作原理是利用了四桿機(jī)構(gòu)中的雙搖桿機(jī)構(gòu)，使在轉(zhuǎn)動(dòng)手柄帶動(dòng)方向控制桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)右前輪擺動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)連桿做左右往返運(yùn)動(dòng)，從而使左前輪同步擺動(dòng)，這樣設(shè)計(jì)的好處是可以使左右前輪同步擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度一致，增強(qiáng)輪椅行駛的穩(wěn)定性。具體設(shè)計(jì)參數(shù)見工程圖紙。由于前輪架承載輪椅重量，在前輪架與車架連接配合處，需裝配推力軸承，以達(dá)到靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的效果。其具體參數(shù)如表61所示：表61推力軸承參數(shù)摘錄[6]軸承代號(hào)基本尺寸/mm安裝尺寸/mm基本額定動(dòng)載荷Cr基本額定靜載荷Cor極限轉(zhuǎn)速/（r/min）原軸承代號(hào)minmin脂潤滑油潤滑5120420/15401432283800530038204檔位控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)示意圖63；圖63檔位控制示意圖如圖63所示，為四桿機(jī)構(gòu)中的搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，根據(jù)電機(jī)的移動(dòng)范圍與搖桿的長度，確定檔位的位置和連桿的尺寸。電機(jī)移動(dòng)范圍，當(dāng)搖桿處于垂直狀態(tài)時(shí)，檔位處于第二檔位，即電機(jī)帶動(dòng)輪椅行走而康復(fù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)不動(dòng)。搖桿撥動(dòng)到左側(cè)檔位時(shí)，電機(jī)向右移動(dòng)25mm，電機(jī)齒輪與后輪齒輪、傳動(dòng)齒輪
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