【文章內(nèi)容簡介】 的驅(qū)動電機輸出轉(zhuǎn)速較大，而爬坡時的要求的驅(qū)動電機輸出扭矩較大。因此在選電機型時，應(yīng)根據(jù)平地直線運動要求轉(zhuǎn)速和爬坡要求扭矩進行選擇。根據(jù)最大爬坡要求，初步確定驅(qū)動電機經(jīng)減速器后的功率為：=則所需電機的輸出功率為：=電動機是動力的直接輸出者，其選擇的合適與否直接關(guān)系著機器人能否平穩(wěn)運行、爬坡、載重等一系列的動作的實現(xiàn)。經(jīng)計算，最終機器人左右兩個主驅(qū)動電機分別取為150w，總功率300w。 綜合分析礦井下的復(fù)雜環(huán)境和機器人的工作狀況，并結(jié)合各種電機的結(jié)構(gòu)特點、應(yīng)用范圍，本設(shè)計救災(zāi)機器人選用無刷直流電動機。 無刷直流電動機具有長壽命，高可靠性，高性能，運行平穩(wěn)，無齒槽效應(yīng)，低噪聲，低電磁干擾，體積小，功耗低，效率高等有點。(1) 電動機尺寸與參數(shù)如圖331所示：圖331 電動機尺寸(2) 電動機性能參數(shù)如下表31所示：表31電動機性能參數(shù)產(chǎn)品型號電壓額定電流轉(zhuǎn)速輸出功率效率MaxonEc4524V1800r/min150W79% 小結(jié)本章對多感官移動機器人的動力系統(tǒng)做了計算校核及選型。動力系統(tǒng)的好壞 直接影響到機器人的使用情況，因此十分重要。在查閱了移動機器人使用的各種 場合，對比發(fā)現(xiàn)本設(shè)計題目中的機器人主要以平地運動為主，因此電動機以平地 運動為主要計算參數(shù)。由于直流伺服電機可以周期性過載運行，因此本移動平臺 不能長時間爬坡運行。這樣可以減小電動機功率和電源功率，使移動平臺更加靈 活和便攜，同時也能使用與絕大多數(shù)場合使用。4機器人驅(qū)動輪減速器設(shè)計移動減速傳動機構(gòu)是完成機器人前進、后退、轉(zhuǎn)向等各種運動的關(guān)鍵部件，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換，將動力機的轉(zhuǎn)速減低到所需的轉(zhuǎn)速，同時扭矩達增大到所需的扭矩。本機構(gòu)采用二級減速器，電動機通過減速器的實現(xiàn)減速、增大轉(zhuǎn)矩。電動機安裝在減速器前端，通過錐齒輪改變軸的方向，輸出履帶驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩，為復(fù)雜狀況下救災(zāi)機器人提供主要動力。（1）目前大部分的煤礦都處于深井開采，深度大都為數(shù)百米，甚至上千米，遠遠深于恒溫帶的深度，隨著深度的增加，地溫逐漸升高，造成地下溫度很高。減速器必須滿足在高溫下工作要求；（2）我國開采的礦井，大部分都為高瓦斯礦井，井內(nèi)充滿了濃厚的瓦斯。減速器應(yīng)有隔爆防爆的作用；（3）搜救機器人的行駛路況復(fù)雜，在行駛過程的啟動、停止、前進與后退換向頻繁。其載重較大，要有較大的啟動轉(zhuǎn)矩，啟動平穩(wěn)，換向靈敏；（4）搜救機器人遙控操作，電動機用蓄電池提供能源。體積要小，重量要輕。減速器的種類很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及它們互相組合起來的減速器；按照傳動級數(shù)可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式由可以分為展開式、分流式和同軸式減速器。展開式齒輪減速器結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度。高速級齒輪布置在遠離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩的作用下產(chǎn)生的扭矩變形和在載荷作用下軸產(chǎn)生的彎曲變形可部分的互相抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象。用于載荷比較平衡的場合。同軸式齒輪減速器橫向尺寸較小，兩對齒輪侵入油中深度大致相同。但軸向尺寸和重量較大，且中間軸較長、剛度差，沿齒寬載荷分布不均勻，高速軸的承載能力難以充分利用，適合小型、微型機械適用。蝸輪蝸桿減速機的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。行星減速器其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大，但價格略貴。另外行星減速箱，有平齒和斜齒2種，精度和價格都有不同。諧波減速器的諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運動和動力的，體積不大、精度很高，但缺點是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差，輸入轉(zhuǎn)速不能太高，價格較高。根據(jù)復(fù)雜路況下搜救機器人的行駛速度及各項工作要求，綜合各種減速器的特點，本設(shè)計采用二級減速傳動，依傳遞運動和轉(zhuǎn)矩，又根據(jù)減速箱空間的限制采用二級行星齒輪減速器。根據(jù)上述設(shè)計要求可知，該行星輪減速器傳遞功率高，傳動比較大，工作環(huán)境惡劣等特點。故采用雙級行星齒輪傳動。2KH型結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適用于任何情況下的大小功率的傳動。選用由兩個2XA型行星齒輪傳動串聯(lián)而成的雙級行星齒輪減速器較為合理，名義傳動比可分為進行傳動。傳動簡圖如下：根據(jù)2KH型行星齒輪傳動比的值和按其配齒計算公式，可按第一級傳動的內(nèi)齒，行星齒輪的齒數(shù)。先考慮到該行星齒輪傳動的外廓尺寸，故選取第一級中心齒輪數(shù)為23和行星齒輪數(shù)為。根據(jù)內(nèi)齒輪，則。對內(nèi)齒輪齒數(shù)進行圓整后，此時實際的P值與給定的P值稍有變化，但是必須控制在其傳動比誤差范圍內(nèi)。實際傳動比為：6其傳動比誤差根據(jù)同心條件可得行星輪的齒數(shù)為所求的適用于非變位或高度變位的行星齒輪傳動。再考慮到安裝條件為：（整數(shù)）第二級傳動比為6，選擇中心齒數(shù)和行星齒輪數(shù)目與第一級相同，則。齒輪材料和熱處理的選擇：中心齒輪和中心齒輪，以及行星齒輪和均采用20CrMnTi，滲碳后淬火，淬透性不錯，耐低溫沖擊，能夠滿足要求。齒面硬度為5862HRC，查《行星齒輪傳動設(shè)計》可知，取，中心齒輪加工精度為6級，高速級與低速級的內(nèi)齒輪均采用42CrMo，這種材料經(jīng)過正火和調(diào)質(zhì)處理，以獲得相當?shù)膹姸群陀捕鹊攘W(xué)性能，調(diào)質(zhì)硬度為217259HRC，取，輪和的加工精度為7級。1計算高速齒輪的模數(shù)m8按彎曲強度的初算公式，為現(xiàn)已知。中心齒輪的名義轉(zhuǎn)矩為Nm，取算式系數(shù)，查《機械設(shè)計使用手冊》系數(shù)，查得；取接觸強度計算的行星齒輪間載荷分布不均勻系數(shù)，由公式可得，查得齒形系數(shù)，齒寬系數(shù)，則所得的模數(shù)m為：取齒輪模數(shù)為=2計算低速級得齒輪模數(shù)m取彎曲強度的初算公式，計算低速級的齒輪的模數(shù)m為，現(xiàn)已知，中心齒輪的名義轉(zhuǎn)矩，取算式系數(shù)，使用系數(shù)，綜合系數(shù)，取接觸強度計算的行星齒輪間載荷分布不均勻系數(shù)，由公式可得，查表得齒形系數(shù)，齒寬系數(shù)，則所得的模數(shù)m為：mm取齒輪模數(shù)為mm嚙合參數(shù)計算高速級在兩個嚙合齒輪副中，中，其標準中心距a為mm低速級在兩個嚙合齒輪副中中，其標準中心距a為mmmm由此可見，高速級和低速級得標準中心距均相等。因此次行星齒輪傳動滿足非變位的同心條件，但是在行星輪傳動中，采用高度可以避免跟切，減少機構(gòu)的尺寸和質(zhì)量，還可以改善齒輪副的磨損情況以及提高承載能力。幾何尺寸的計算高速級分度圓直徑d 基圓直徑 齒頂圓直徑齒頂高：外嚙合 內(nèi)嚙合 齒根圓直徑齒根高 高速級太陽輪行星輪內(nèi)齒圈模數(shù)m齒數(shù)z2346115分度圓直徑d46齒頂圓直徑d齒根圓直徑d47低速級分度圓直徑d 基圓直徑 齒頂圓直徑齒頂高： 外嚙合 內(nèi)嚙合 齒根圓直徑齒根高 低速級太陽輪行星輪內(nèi)齒圈模數(shù)m齒數(shù)z2346115分度圓直徑d69齒頂圓直徑d15齒根圓直徑d裝配條件的計算對設(shè)計的齒輪副應(yīng)滿足以下條件的計算：1鄰接條件在行星輪傳動中，為保證兩相鄰行星輪的齒頂不致相碰，相鄰兩行星輪的中心距應(yīng)大于兩齒頂圓半徑之和，由公式驗算其鄰接條件（為行星輪的直徑，a為中心距高速級：＜2=低速級：＜2=。按公式對于高度變位有，已知高速級，滿足公式則滿足同心條件。低速級與高速級齒數(shù)相同，故滿足條件。按公式驗算安裝條件，即得(C為整數(shù))即都滿足裝配條件。高速級齒輪強度的驗算由于該行星輪傳動具有長期有效間斷工作的特點，具有結(jié)構(gòu)緊湊，外輪廓尺寸較小的特點，因此應(yīng)按齒面接觸強度和齒根彎曲強度驗算。齒面接觸疲勞強度的校核由公式可驗算：式中—區(qū)域系數(shù)；__彈性影響系數(shù)；—螺旋角系數(shù)，直齒輪為1；—重合度系數(shù)；齒寬，齒輪副中的較小齒寬；—小齒輪分度圓直徑；—許用應(yīng)力；U—齒數(shù)比；齒輪副中：許用接觸應(yīng)力的計算：由機械零件查得；選取安全系數(shù)故又查得；由于螺旋角，由機械零件得；直齒輪螺旋角系數(shù)；重合度系數(shù)；；齒寬b=；故161MPa。故滿足強度要求。齒輪副中：許用接觸應(yīng)力的計算：由機械零件查得；選取安全系數(shù)故又查得；由于螺旋角，由機械零件得；直齒輪螺旋角系數(shù)；重合度系數(shù)；5；齒寬b=8；故310MPa。故滿足強度要求。齒根彎曲疲勞強度的校核由公式可驗算：式中齒根危險截面的彎曲應(yīng)力；載荷系數(shù)；齒形系數(shù)；應(yīng)力校正系數(shù)。齒輪副：計算載荷系數(shù)K：式中K載荷系數(shù)；使用系數(shù)；動載系數(shù)；齒間載荷分配系數(shù)；齒間載荷分布系數(shù)。由《機械零件》可查得取=1；根據(jù)V=，可得；查《機械零件》可得，故。由《機械零件》得齒形系數(shù)：，得齒形修正系數(shù)；許用應(yīng)力的計算：由《機械零件》得，安全系數(shù)s=，故。因此彎曲疲勞強度：109M，132Mpa故彎曲疲勞強度足夠。齒輪副：計算載荷系數(shù)K：由《機械零件》查得，根據(jù)v=，對稱支撐；由《機械零件》取得，故。查得齒形系數(shù)；應(yīng)力系數(shù)；許用應(yīng)力的計算：由《機械零件》得；由《機械零件》得由《機械零件》取彎曲疲勞強度安全系數(shù)S=；；因此彎曲疲勞強度129Mpa所以彎曲疲勞強度足夠。低速級齒輪強度的驗算：由于該行星輪傳動具有長期有效間斷工作的特點，具有結(jié)構(gòu)緊湊，外輪廓尺寸較小的特點，因此應(yīng)按齒面接觸強度和齒根彎曲強度驗算。齒面接觸疲勞強度的校核由公式可驗算：式中—區(qū)域系數(shù)；__彈性影響系數(shù)；—螺旋角系數(shù)，直齒輪為1；—重合度系數(shù)；齒寬，齒輪副中的較小齒寬；—小齒輪分度圓直徑；—許用應(yīng)力；U—齒數(shù)比；齒輪副中：許用接觸應(yīng)力的計算：由機械零件查得；選取安全系數(shù)故又查得；由于螺旋角，由機械零件得；直齒輪螺旋角系數(shù)；重合度系數(shù)；；齒寬b=；故183MPa。故滿足強度要求。齒輪副中：許用接觸應(yīng)力的計算：由機械零件查得；選取安全系數(shù)故又查得；由于螺旋角，由機械零件得；直齒輪螺旋角系數(shù)；重合度系數(shù)；5；齒寬b=12；故352MPa。故滿足強度要求。齒根彎曲疲勞強度的校核由公式可驗算：式中齒根危險截面的彎曲應(yīng)力；載荷系數(shù)；齒形系數(shù)；應(yīng)力校正系數(shù)。齒輪副：計算載荷系數(shù)K：式中K載荷系數(shù)；使用系數(shù)；動載系數(shù)；齒間載荷分配系數(shù)；齒間載荷分布系數(shù)。由《機械零件》可查得取=1；根據(jù)V=，可得；查《機械零件》可得，故。由《機械零件》得齒形系數(shù)：，得齒形修正系數(shù)；許用應(yīng)力的計算：由《機械零件》得，安全系數(shù)s=，故。因此彎曲疲勞強度：127M，143Mpa故彎曲疲勞強度足夠。齒輪副：計算載荷系數(shù)K：由《機械零件》查得，根據(jù)v=，對稱支撐；由《機械零件》取得，故。查得齒形系數(shù)；應(yīng)力系數(shù)；許用應(yīng)力的計算：由《機械零件》得；由《機械零件》得由《機械零件》取彎曲疲勞強度安全系數(shù)S=；；因此彎曲疲勞強度143Mpa所以彎曲疲勞強度足夠。1．選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力根據(jù)工作條件選擇軸的材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理，由教材表153查得。2．按扭轉(zhuǎn)強度估算軸徑根據(jù)《機械零件》取=112，故得==。輸出軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器的直徑，為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩的條件，為了隔離震動與沖擊，應(yīng)選用微型彈性聯(lián)軸器，選用德國KTR公司品牌的ROTEXGS系列的微型無齒隙彈性聯(lián)軸器；軸套材質(zhì)為鋁式，加緊式軸套，無鍵槽，傳遞扭矩取決于軸徑，軸徑范圍為58，聯(lián)軸器長度，外徑。半聯(lián)軸器的孔，故取，聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。擬定軸上零件的裝配方案，用下圖所示的裝配方案可取，因為軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選擇單列圓錐滾子軸承。參照工作要求選擇C136079J，其尺寸為：。軸承