【導(dǎo)讀】部受力情況作了具體的分析。攀越臺(tái)階方式的運(yùn)動(dòng)機(jī)理及其最大越障能力。本文推導(dǎo)出機(jī)器人。設(shè)計(jì)提供了較成熟的設(shè)計(jì)方案。

　　

【正文】 。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 6,621 ?? ii pp進(jìn)行傳動(dòng)。 配齒計(jì)算 根據(jù) 2KH 型行星齒輪傳動(dòng)比 ip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 b1 ，行星齒輪 c1 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 a1 數(shù)為 23 和行星齒輪數(shù)為 3?np。根據(jù)內(nèi)齒輪 ? ?ziz ab 111 1?? ，則 1151?zb 。 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 36 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 : ??? zzabi111 6 其傳動(dòng)比誤差 0??i 根據(jù)同心條件可得行星輪 c1的齒數(shù)為 ? ? 462 111 ??? zzz abc 所求的 zc1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： 463 11 ??? czz ba （整數(shù)） 第二級(jí)傳動(dòng)比 ip2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 46,1 1 5,23222 ??? zzz cba。 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù) 齒輪材料和熱處理的選擇：中心齒輪 A1 和中心齒輪 A2 ，以及行星齒輪 C1 和 C2 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 MPaH 500lim ??，2lim 340 mmNF ??，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 MPaH 510lim ?? ，2lim 360 mmNF ??，輪 B1 和 B2 的加工精度為 7 級(jí)。 幾何尺寸的計(jì)算 37 根據(jù)齒輪的公式，可計(jì)算出高速級(jí)和低速級(jí)齒輪的模數(shù) m、齒數(shù) z、分 度圓直徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、基圓直徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、齒頂圓直徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、齒根圓直徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。其結(jié)果如下 2個(gè)表格中所示： 高速級(jí)齒輪 低速級(jí)齒輪 低速級(jí) 太陽(yáng)輪 行星輪 內(nèi)齒圈 模數(shù) m 齒數(shù) z 23 46 115 分度圓直徑 d 69 齒頂圓直徑 15 齒根圓直徑 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 pac nad?sin2? （ acd 為行星輪的直徑， a 為中心距） (2)同心條件 高速級(jí) 太陽(yáng)輪 行星輪 內(nèi)齒圈 模數(shù) m 齒數(shù) z 23 46 115 分度圓直徑 d 46 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 47 38 按公式對(duì)于高度變位 有 bca ZZZ ?? 2 ，已知高速級(jí)115,92,23 ??? bca ZZZ ，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。 (3)安裝條件 按公式驗(yàn)算安裝條件，即得 Cn ZZCn ZZ p bap ba ???? 2 221 11 , (C 為整數(shù) ) 462 221 11 ???? p zbp ab n ZZn ZZ 即都滿足裝配條件。 齒輪和軸強(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。 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 1120 ?A 。 經(jīng)由計(jì)算可知齒輪和軸的強(qiáng)度都適合 39 5 移動(dòng)機(jī)構(gòu)履帶設(shè)計(jì) 履帶的選擇 由于在考慮履帶裝置設(shè)計(jì)時(shí)，基于標(biāo)準(zhǔn)化的思考，我們選擇了梯形雙面齒同步帶作為設(shè)計(jì)履帶，梯形雙面齒 同步帶傳動(dòng)具有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。同步帶傳動(dòng)由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 ， 故帶與帶輪間無(wú)相對(duì)滑動(dòng) ， 能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。同步帶通常以氯丁橡膠 為材料， 這種帶薄而且輕 ， 故可用于較高速 度。傳動(dòng)時(shí)的線速度可達(dá) 50m/s， 傳動(dòng)比可達(dá) 10，效率可達(dá) 98％。傳動(dòng)噪音比帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)小 ， 耐磨性好 ， 不需油潤(rùn)滑 ， 壽命比摩擦帶長(zhǎng) 。 因?yàn)?同步帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比 ， 無(wú)滑差 ， 可獲得恒定的速比 ， 傳動(dòng)平穩(wěn) ， 能吸振 ， 噪音小 ， 傳動(dòng)比范圍大 等優(yōu)點(diǎn)，所以 40 傳遞功率 可以 從幾瓦到百千瓦。傳動(dòng)效率高 ， 結(jié)構(gòu)緊湊 ， 適宜于多軸傳動(dòng) ， 無(wú)污染 ， 因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)所下正常工作 。 從以上對(duì)同步帶性能的分析中可以得出結(jié)論，選用梯形雙面齒同步帶作為移動(dòng)裝置設(shè)計(jì)履帶能夠滿足設(shè)計(jì)性能及工作的環(huán)境條件要求。 由已知設(shè) 計(jì)裝置移動(dòng)速度 v 1m/s? ，根據(jù)公式 rnv π2? ，可得主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速1 / 2 r 120 r/m invn ??π，預(yù)先設(shè)計(jì)履帶主動(dòng)輪直徑 d1 =160mm， 履帶從動(dòng)輪直徑 d2 =160mm，由公式 ddnn1221? ，可得 n2 =120r/min.。 故可以得到設(shè)計(jì)的已知條件如下： （ 1）主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速1 120r/minn ?. （ 2）從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速2 120 r/minn ? （ 3） 中心距 600mma ? . 確定帶的型號(hào)和節(jié)距 由設(shè)計(jì)功率 Pd = 和 n1 =120r/min，考慮到可以用雙面交錯(cuò)梯狀齒形同步帶作為履帶使用，由圖 61 查得型號(hào)選用 XH 型，對(duì)應(yīng)節(jié)距 Pb =，圖 62為雙面交錯(cuò)梯狀齒形同步帶的結(jié)構(gòu)圖，雙面齒同步帶的節(jié)距和齒形等同與單面齒同步帶的齒形和節(jié)距，圖 A為 DA 型雙面齒同步帶，其兩面帶齒呈對(duì)稱排列，圖 B為DB 型雙面齒同步帶，其兩面帶齒呈交錯(cuò)位置排列，本裝置設(shè)計(jì)履帶選擇 DB 型。 XH型同步帶 W =， T =。 41 查表 51可知所選履帶的參數(shù) 表 51 履帶型號(hào) 型號(hào) W T 規(guī)格代號(hào) 節(jié)線長(zhǎng) 齒數(shù) DXH 700XH2275XH 80260 圖 51 梯形齒同步帶，輪選型圖 圖 52 梯形齒形狀圖 確定主從動(dòng)輪數(shù)據(jù) 為了增大摩擦力，應(yīng)考慮增大履帶與接觸地面的有效接觸面積，所以履帶離地面的高度不易過(guò)大，故取履帶主動(dòng)輪直徑d1 =160mm，履帶從動(dòng)輪直徑 d2 =160mm。選擇履帶主動(dòng)輪型號(hào)為23XH，履帶從動(dòng)輪型號(hào)為 23XH，就近圓整帶輪直徑，查得履帶主動(dòng)輪直徑 d1 =，履帶從動(dòng)輪直徑 d2 =。 齒輪形狀如圖 53（ a）（ b）所示 42 圖 53（ a）齒輪形狀 圖 53（ b）實(shí)體齒輪形狀 齒輪數(shù)據(jù)可以從標(biāo)準(zhǔn)齒輪規(guī)格表中查得，規(guī)格表 52 表 52 齒輪參數(shù)表 由圖可知選定的主從動(dòng)輪的節(jié)徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，外徑 43 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，擋邊直徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，檔邊內(nèi)徑錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，檔邊厚度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，內(nèi)孔 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。由于從動(dòng)輪還需要多出一段來(lái)安裝軸承，使齒輪能固定在箱體上，所以要求總寬加成 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 驅(qū)動(dòng)輪參數(shù)計(jì)算 為使驅(qū)動(dòng)輪與履帶平穩(wěn)嚙合，我們需要根據(jù)所設(shè)計(jì)的履帶來(lái)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)輪，已知節(jié)距 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 驅(qū)動(dòng)輪的主要參數(shù)計(jì)算： 節(jié)距 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，分度圓直徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ； 則其齒數(shù)arcsin ( / )Z pd???錯(cuò)誤 !未找到引用源。 取 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ； 模數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ,則取模數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 根據(jù)各齒輪計(jì)算公式，可得出齒輪的數(shù)據(jù) please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings 計(jì)算齒輪的齒寬，取 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，則齒寬 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 由計(jì)算可知，從表中所得數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)比較，誤差在可接受范圍內(nèi)，因此驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì)參數(shù)正確，可以使用 從動(dòng)輪參數(shù)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中的從動(dòng)輪，只是對(duì)于機(jī)器人本體而言的，對(duì)于擺臂本身而言，它具有主動(dòng)輪的功能，傳遞動(dòng)力給履帶。因而在本 設(shè)計(jì)中從動(dòng)輪的設(shè)計(jì)參數(shù)與驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì)一致。其設(shè)計(jì)過(guò)程與尺寸參數(shù)參照驅(qū)動(dòng)輪。 44 為了減輕履帶驅(qū)動(dòng)裝置的重量，可以選擇硬鋁合金作為履帶主、從動(dòng)輪的材料，硬鋁合金主要是加入銅，鎂，錳元素，故硬鋁合金具有密度小，質(zhì)量低，強(qiáng)度高，硬度高，耐熱性好的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足設(shè)計(jì)性能要求。 6 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 選取軸的材料為 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來(lái)確定軸的最小直徑。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： 39550000 []PTnWd??? ? ? 式中 τ T— 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（ MPa） T — 軸所受的扭矩（ Nmm） TW — 軸的抗扭截面系數(shù)（ 〖 mm〗 ^3） n — 軸的速度（ r?min） P — 軸傳遞的功率（ kw） d — 計(jì)算截面處軸的直徑（ mm） τ T許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（ MPa）見(jiàn)表 61 由上式可得軸的直徑 式中 30 9 5 5 0 0 0 0 / 0 .2 [ ]TA ?? 45 表 61 軸常用幾種 材料的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 及 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 值 軸的材料 Q235A、 20 Q27 35 45 40Cr [ ]/MPaT? 15~25 20~35 25~45 35~45 0A 149~126 135~112 126~103 112~97 根據(jù)表 ，取 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，于是得 因軸上將開(kāi)鍵槽，軸徑應(yīng)增大 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。故 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 軸的最小直徑為驅(qū)動(dòng) 輪的安裝處，為增強(qiáng)軸的承載能力 ,同時(shí)配合齒輪的內(nèi)孔，取 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 軸的直徑和長(zhǎng)度的確定： a、Ⅰ Ⅱ軸段左端需制出一軸肩，故?、?Ⅲ段的直徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ；右端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈的 直徑錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。驅(qū)動(dòng)輪與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，為了保證軸端擋圈只壓在驅(qū)動(dòng)輪端面上而不壓在軸的端面上，故 配合的長(zhǎng)度應(yīng)比 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 略短一些，由于 III軸段還要穿過(guò)箱壁，并由軸承支撐，需在再長(zhǎng)一段，現(xiàn)取 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 b、選擇滾動(dòng)軸承：因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 , 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，初步選取深溝球軸承 錯(cuò)誤 !未找到引用源。和深溝球軸承 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，其尺寸為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。Ⅱ Ⅲ軸段的長(zhǎng)度為軸承寬度、軸套底厚、 46 軸向固定的彈性擋圈安裝厚度之和，根據(jù)總裝配設(shè)計(jì)，彈性擋圈的安裝尺寸為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，彈性擋圈右端軸肩長(zhǎng)度取 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，故Ⅱ Ⅲ軸段的長(zhǎng)度為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。Ⅲ Ⅳ軸段的直徑需小于軸承內(nèi)圈外徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，且大于軸承安裝內(nèi)徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，故初?、?Ⅳ軸段直徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，軸承安裝需內(nèi)伸，故現(xiàn)取 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 c、為了連接移動(dòng)平臺(tái)的減速器，取軸段Ⅳ Ⅴ的的長(zhǎng)度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，與移動(dòng)平臺(tái)的減速器輸出軸用聯(lián)軸器相連，則其直徑相同 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，至此已初步確定了驅(qū)動(dòng)軸的各段直徑與長(zhǎng)度。 驅(qū)動(dòng)軸的強(qiáng)度校核 （ 1）求作用在齒輪上的力 （ 2）求軸承上的支反力 垂 直面內(nèi)： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 水平面內(nèi)： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 47 畫(huà)受力簡(jiǎn)圖與彎矩圖 計(jì)算過(guò)程如下： 48 根據(jù)第四強(qiáng)度理論且忽略鍵槽影響 ? ?1 70M M P aW???? ? ? ?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 可以算出， 所以，軸的強(qiáng)度足夠。 49 7 擺臂設(shè)計(jì) 擺臂作用 擺臂的作用是是機(jī)器人在越障時(shí)起輔助作用，使機(jī)器人受力情況改變，更加靈活的適應(yīng)崎 嶇的環(huán)境。 主要作用為以下兩點(diǎn)： (1)支撐擺臂