【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速較大，而爬坡時(shí)的要求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出扭矩較大。因此在選電機(jī)型時(shí)，應(yīng)根據(jù)平地直線運(yùn)動(dòng)要求轉(zhuǎn)速和爬坡要求扭矩進(jìn)行選擇。根據(jù)最大爬坡要求，初步確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)減速器后的功率為：=則所需電機(jī)的輸出功率為：=電動(dòng)機(jī)是動(dòng)力的直接輸出者，其選擇的合適與否直接關(guān)系著機(jī)器人能否平穩(wěn)運(yùn)行、爬坡、載重等一系列的動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)。經(jīng)計(jì)算，最終機(jī)器人左右兩個(gè)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(jī)器人的工作狀況，并結(jié)合各種電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用范圍，本設(shè)計(jì)救災(zāi)機(jī)器人選用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有長(zhǎng)壽命，高可靠性，高性能，運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)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(diǎn)。(1) 電動(dòng)機(jī)尺寸與參數(shù)如圖331所示：圖331 電動(dòng)機(jī)尺寸(2) 電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)如下表31所示：表31電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)產(chǎn)品型號(hào)電壓額定電流轉(zhuǎn)速輸出功率效率MaxonEc4524V1800r/min150W79% 小結(jié)本章對(duì)多感官移動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)做了計(jì)算校核及選型。動(dòng)力系統(tǒng)的好壞 直接影響到機(jī)器人的使用情況，因此十分重要。在查閱了移動(dòng)機(jī)器人使用的各種 場(chǎng)合，對(duì)比發(fā)現(xiàn)本設(shè)計(jì)題目中的機(jī)器人主要以平地運(yùn)動(dòng)為主，因此電動(dòng)機(jī)以平地 運(yùn)動(dòng)為主要計(jì)算參數(shù)。由于直流伺服電機(jī)可以周期性過(guò)載運(yùn)行，因此本移動(dòng)平臺(tái) 不能長(zhǎng)時(shí)間爬坡運(yùn)行。這樣可以減小電動(dòng)機(jī)功率和電源功率，使移動(dòng)平臺(tái)更加靈 活和便攜，同時(shí)也能使用與絕大多數(shù)場(chǎng)合使用。4機(jī)器人驅(qū)動(dòng)輪減速器設(shè)計(jì)移動(dòng)減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是完成機(jī)器人前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等各種運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵部件，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換，將動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速減低到所需的轉(zhuǎn)速，同時(shí)扭矩達(dá)增大到所需的扭矩。本機(jī)構(gòu)采用二級(jí)減速器，電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器的實(shí)現(xiàn)減速、增大轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)安裝在減速器前端，通過(guò)錐齒輪改變軸的方向，輸出履帶驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩，為復(fù)雜狀況下救災(zāi)機(jī)器人提供主要?jiǎng)恿?。?）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(yuǎn)遠(yuǎn)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(guó)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(jī)器人的行駛路況復(fù)雜，在行駛過(guò)程的啟動(dòng)、停止、前進(jìn)與后退換向頻繁。其載重較大，要有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)平穩(wěn)，換向靈敏；（4）搜救機(jī)器人遙控操作，電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(lái)的減速器；按照傳動(dòng)級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)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(dòng)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(jiǎn)單，但齒輪相對(duì)于軸承的位置不對(duì)稱，因此要求軸有較大的剛度。高速級(jí)齒輪布置在遠(yuǎn)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(chǎng)合。同軸式齒輪減速器橫向尺寸較小，兩對(duì)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(zhǎng)、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(jī)械適用。蝸輪蝸桿減速機(jī)的主要特點(diǎn)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(dòng)效率不高，精度不高。行星減速器其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長(zhǎng)，額定輸出扭矩可以做的很大，但價(jià)格略貴。另外行星減速箱，有平齒和斜齒2種，精度和價(jià)格都有不同。諧波減速器的諧波傳動(dòng)是利用柔性元件可控的彈性變形來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，體積不大、精度很高，但缺點(diǎn)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(jià)格較高。根據(jù)復(fù)雜路況下搜救機(jī)器人的行駛速度及各項(xiàng)工作要求，綜合各種減速器的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用二級(jí)減速傳動(dòng)，依傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，又根據(jù)減速箱空間的限制采用二級(jí)行星齒輪減速器。根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求可知，該行星輪減速器傳遞功率高，傳動(dòng)比較大，工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)。故采用雙級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。2KH型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，適用于任何情況下的大小功率的傳動(dòng)。選用由兩個(gè)2XA型行星齒輪傳動(dòng)串聯(lián)而成的雙級(jí)行星齒輪減速器較為合理，名義傳動(dòng)比可分為進(jìn)行傳動(dòng)。傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如下：根據(jù)2KH型行星齒輪傳動(dòng)比的值和按其配齒計(jì)算公式，可按第一級(jí)傳動(dòng)的內(nèi)齒，行星齒輪的齒數(shù)。先考慮到該行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸，故選取第一級(jí)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(duì)內(nèi)齒輪齒數(shù)進(jìn)行圓整后，此時(shí)實(shí)際的P值與給定的P值稍有變化，但是必須控制在其傳動(dòng)比誤差范圍內(nèi)。實(shí)際傳動(dòng)比為：6其傳動(dòng)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(dòng)。再考慮到安裝條件為：（整數(shù)）第二級(jí)傳動(dòng)比為6，選擇中心齒數(shù)和行星齒輪數(shù)目與第一級(jí)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(cuò)，耐低溫沖擊，能夠滿足要求。齒面硬度為5862HRC，查《行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)》可知，取，中心齒輪加工精度為6級(jí)，高速級(jí)與低速級(jí)的內(nèi)齒輪均采用42CrMo，這種材料經(jīng)過(guò)正火和調(diào)質(zhì)處理，以獲得相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和硬度等力學(xué)性能，調(diào)質(zhì)硬度為217259HRC，取，輪和的加工精度為7級(jí)。1計(jì)算高速齒輪的模數(shù)m8按彎曲強(qiáng)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(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》系數(shù)，查得；取接觸強(qiáng)度計(jì)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(jì)算低速級(jí)得齒輪模數(shù)m取彎曲強(qiáng)度的初算公式，計(jì)算低速級(jí)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(qiáng)度計(jì)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(jì)算高速級(jí)在兩個(gè)嚙合齒輪副中，中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距a為mm低速級(jí)在兩個(gè)嚙合齒輪副中中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距a為mmmm由此可見，高速級(jí)和低速級(jí)得標(biāo)準(zhǔn)中心距均相等。因此次行星齒輪傳動(dòng)滿足非變位的同心條件，但是在行星輪傳動(dòng)中，采用高度可以避免跟切，減少機(jī)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(jì)算高速級(jí)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(jí)太陽(yáng)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(jí)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(jí)太陽(yáng)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(jì)算對(duì)設(shè)計(jì)的齒輪副應(yīng)滿足以下條件的計(jì)算：1鄰接條件在行星輪傳動(dòng)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(yàn)算其鄰接條件（為行星輪的直徑，a為中心距高速級(jí)：＜2=低速級(jí)：＜2=。按公式對(duì)于高度變位有，已知高速級(jí)，滿足公式則滿足同心條件。低速級(jí)與高速級(jí)齒數(shù)相同，故滿足條件。按公式驗(yàn)算安裝條件，即得(C為整數(shù))即都滿足裝配條件。高速級(jí)齒輪強(qiáng)度的驗(yàn)算由于該行星輪傳動(dòng)具有長(zhǎng)期有效間斷工作的特點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，外輪廓尺寸較小的特點(diǎn)，因此應(yīng)按齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算。齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核由公式可驗(yàn)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(jì)算：由機(jī)械零件查得；選取安全系數(shù)故又查得；由于螺旋角，由機(jī)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(qiáng)度要求。齒輪副中：許用接觸應(yīng)力的計(jì)算：由機(jī)械零件查得；選取安全系數(shù)故又查得；由于螺旋角，由機(jī)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(qiáng)度要求。齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核由公式可驗(yàn)算：式中齒根危險(xiǎn)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(jì)算載荷系數(shù)K：式中K載荷系數(shù)；使用系數(shù)；動(dòng)載系數(shù)；齒間載荷分配系數(shù)；齒間載荷分布系數(shù)。由《機(jī)械零件》可查得取=1；根據(jù)V=，可得；查《機(jī)械零件》可得，故。由《機(jī)械零件》得齒形系數(shù)：，得齒形修正系數(shù)；許用應(yīng)力的計(jì)算：由《機(jī)械零件》得，安全系數(shù)s=，故。因此彎曲疲勞強(qiáng)度：109M，132Mpa故彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。齒輪副：計(jì)算載荷系數(shù)K：由《機(jī)械零件》查得，根據(jù)v=，對(duì)稱支撐；由《機(jī)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(jì)算：由《機(jī)械零件》得；由《機(jī)械零件》得由《機(jī)械零件》取彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S=；；因此彎曲疲勞強(qiáng)度129Mpa所以彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。低速級(jí)齒輪強(qiáng)度的驗(yàn)算：由于該行星輪傳動(dòng)具有長(zhǎng)期有效間斷工作的特點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，外輪廓尺寸較小的特點(diǎn)，因此應(yīng)按齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算。齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核由公式可驗(yàn)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(jì)算：由機(jī)械零件查得；選取安全系數(shù)故又查得；由于螺旋角，由機(jī)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(qiáng)度要求。齒輪副中：許用接觸應(yīng)力的計(jì)算：由機(jī)械零件查得；選取安全系數(shù)故又查得；由于螺旋角，由機(jī)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(qiáng)度要求。齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核由公式可驗(yàn)算：式中齒根危險(xiǎn)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(jì)算載荷系數(shù)K：式中K載荷系數(shù)；使用系數(shù)；動(dòng)載系數(shù)；齒間載荷分配系數(shù)；齒間載荷分布系數(shù)。由《機(jī)械零件》可查得取=1；根據(jù)V=，可得；查《機(jī)械零件》可得，故。由《機(jī)械零件》得齒形系數(shù)：，得齒形修正系數(shù)；許用應(yīng)力的計(jì)算：由《機(jī)械零件》得，安全系數(shù)s=，故。因此彎曲疲勞強(qiáng)度：127M，143Mpa故彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。齒輪副：計(jì)算載荷系數(shù)K：由《機(jī)械零件》查得，根據(jù)v=，對(duì)稱支撐；由《機(jī)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(jì)算：由《機(jī)械零件》得；由《機(jī)械零件》得由《機(jī)械零件》取彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S=；；因此彎曲疲勞強(qiáng)度143Mpa所以彎曲疲勞強(qiáng)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(qiáng)度估算軸徑根據(jù)《機(jī)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(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。按照計(jì)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(dòng)與沖擊，應(yīng)選用微型彈性聯(lián)軸器，選用德國(guó)KTR公司品牌的ROTEXGS系列的微型無(wú)齒隙彈性聯(lián)軸器；軸套材質(zhì)為鋁式，加緊式軸套，無(wú)鍵槽，傳遞扭矩取決于軸徑，軸徑范圍為58，聯(lián)軸器長(zhǎng)度，外徑。半聯(lián)軸器的孔，故取，聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)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?yàn)檩S承同時(shí)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