【導讀】部受力情況作了具體的分析。攀越臺階方式的運動機理及其最大越障能力。本文推導出機器人。設計提供了較成熟的設計方案。

　　

【正文】 。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 6,621 ?? ii pp進行傳動。 配齒計算 根據 2KH 型行星齒輪傳動比 ip的值和按其 配齒計算公式，可按第一級傳動的內齒 b1 ，行星齒輪 c1 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 a1 數(shù)為 23 和行星齒輪數(shù)為 3?np。根據內齒輪 ? ?ziz ab 111 1?? ，則 1151?zb 。 對內齒輪齒數(shù)進行圓整后，此時實際的 P值與給定的 P值稍 36 有變化，但是必須控制在其傳動比誤差范圍內。實際傳 動比為 : ??? zzabi111 6 其傳動比誤差 0??i 根據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。再考慮到安裝條件為： 463 11 ??? czz ba （整數(shù)） 第二級傳動比 ip2為 6，選擇 中心齒數(shù)和行星齒輪數(shù)目與第一級相同，則 46,1 1 5,23222 ??? zzz cba。 初步計算齒輪的主要參數(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，耐低溫沖擊，能夠滿足要求。齒面硬度為 5862HRC,查《行星齒輪傳動設計》可知，取 MPaH 500lim ??，2lim 340 mmNF ??，中心齒輪加工精度為 6 級，高速級與低速級的內齒輪均采用 42CrMo,這種材料經過正火和調質處理，以獲得相當?shù)膹姸群陀捕鹊攘W性能，調質硬度為 217259HRC ，取 MPaH 510lim ?? ，2lim 360 mmNF ??，輪 B1 和 B2 的加工精度為 7 級。 幾何尺寸的計算 37 根據齒輪的公式，可計算出高速級和低速級齒輪的模數(shù) m、齒數(shù) z、分 度圓直徑 錯誤 !未找到引用源。 、基圓直徑 錯誤 !未找到引用源。 、齒頂圓直徑 錯誤 !未找到引用源。 、齒根圓直徑 錯誤 !未找到引用源。 。其結果如下 2個表格中所示： 高速級齒輪 低速級齒輪 低速級 太陽輪 行星輪 內齒圈 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 裝配條件的計算 對設計的齒輪副應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大于兩齒頂圓半徑之和，由公式驗算其鄰接條件 pac nad?sin2? （ acd 為行星輪的直徑， a 為中心距） (2)同心條件 高速級 太陽輪 行星輪 內齒圈 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 按公式對于高度變位 有 bca ZZZ ?? 2 ，已知高速級115,92,23 ??? bca ZZZ ，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。 (3)安裝條件 按公式驗算安裝條件，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，具有結構緊湊，外輪廓尺寸較小的特點，因此應按齒面接觸強度和齒根彎曲強度驗算。 根據工作條件選擇軸的材 料為 40Cr 鋼，調質處理，由教材表153查得 1120 ?A 。 經由計算可知齒輪和軸的強度都適合 39 5 移動機構履帶設計 履帶的選擇 由于在考慮履帶裝置設計時，基于標準化的思考，我們選擇了梯形雙面齒同步帶作為設計履帶，梯形雙面齒 同步帶傳動具有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。同步帶傳動由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運動和動力 ， 故帶與帶輪間無相對滑動 ， 能保證準確的傳動比。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。傳動時的線速度可達 50m/s， 傳動比可達 10，效率可達 98％。傳動噪音比帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動小 ， 耐磨性好 ， 不需油潤滑 ， 壽命比摩擦帶長 。 因為 同步帶傳動具有準確的傳動比 ， 無滑差 ， 可獲得恒定的速比 ， 傳動平穩(wěn) ， 能吸振 ， 噪音小 ， 傳動比范圍大 等優(yōu)點，所以 40 傳遞功率 可以 從幾瓦到百千瓦。傳動效率高 ， 結構緊湊 ， 適宜于多軸傳動 ， 無污染 ， 因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作 。 從以上對同步帶性能的分析中可以得出結論，選用梯形雙面齒同步帶作為移動裝置設計履帶能夠滿足設計性能及工作的環(huán)境條件要求。 由已知設 計裝置移動速度 v 1m/s? ，根據公式 rnv π2? ，可得主動輪轉速1 / 2 r 120 r/m invn ??π，預先設計履帶主動輪直徑 d1 =160mm， 履帶從動輪直徑 d2 =160mm，由公式 ddnn1221? ，可得 n2 =120r/min.。 故可以得到設計的已知條件如下： （ 1）主動輪轉速1 120r/minn ?. （ 2）從動輪轉速2 120 r/minn ? （ 3） 中心距 600mma ? . 確定帶的型號和節(jié)距 由設計功率 Pd = 和 n1 =120r/min，考慮到可以用雙面交錯梯狀齒形同步帶作為履帶使用，由圖 61 查得型號選用 XH 型，對應節(jié)距 Pb =，圖 62為雙面交錯梯狀齒形同步帶的結構圖，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，其兩面帶齒呈對稱排列，圖 B為DB 型雙面齒同步帶，其兩面帶齒呈交錯位置排列，本裝置設計履帶選擇 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 型號 W T 規(guī)格代號 節(jié)線長 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 確定主從動輪數(shù)據 為了增大摩擦力，應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大，故取履帶主動輪直徑d1 =160mm，履帶從動輪直徑 d2 =160mm。選擇履帶主動輪型號為23XH，履帶從動輪型號為 23XH，就近圓整帶輪直徑，查得履帶主動輪直徑 d1 =，履帶從動輪直徑 d2 =。 齒輪形狀如圖 53（ a）（ b）所示 42 圖 53（ a）齒輪形狀 圖 53（ b）實體齒輪形狀 齒輪數(shù)據可以從標準齒輪規(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輪的節(jié)徑 錯誤 !未找到引用源。 ，外徑 43 錯誤 !未找到引用源。 ，擋邊直徑 錯誤 !未找到引用源。 ，檔邊內徑錯誤 !未找到引用源。 ，檔邊厚度 錯誤 !未找到引用源。 ，內孔 錯誤 !未找到引用源。 。由于從動輪還需要多出一段來安裝軸承，使齒輪能固定在箱體上，所以要求總寬加成 錯誤 !未找到引用源。 驅動輪參數(shù)計算 為使驅動輪與履帶平穩(wěn)嚙合，我們需要根據所設計的履帶來設計驅動輪，已知節(jié)距 錯誤 !未找到引用源。 。 驅動輪的主要參數(shù)計算： 節(jié)距 錯誤 !未找到引用源。 ，分度圓直徑 錯誤 !未找到引用源。 ； 則其齒數(shù)arcsin ( / )Z pd???錯誤 !未找到引用源。 取 錯誤 !未找到引用源。 ； 模數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 ,則取模數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 根據各齒輪計算公式，可得出齒輪的數(shù)據 please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings 計算齒輪的齒寬，取 錯誤 !未找到引用源。 ，則齒寬 錯誤 !未找到引用源。 由計算可知，從表中所得數(shù)據與計算數(shù)據比較，誤差在可接受范圍內，因此驅動輪的設計參數(shù)正確，可以使用 從動輪參數(shù)設計 本設計中的從動輪，只是對于機器人本體而言的，對于擺臂本身而言，它具有主動輪的功能，傳遞動力給履帶。因而在本 設計中從動輪的設計參數(shù)與驅動輪的設計一致。其設計過程與尺寸參數(shù)參照驅動輪。 44 為了減輕履帶驅動裝置的重量，可以選擇硬鋁合金作為履帶主、從動輪的材料，硬鋁合金主要是加入銅，鎂，錳元素，故硬鋁合金具有密度小，質量低，強度高，硬度高，耐熱性好的優(yōu)點，能夠滿足設計性能要求。 6 傳動軸的設計 驅動軸的設計 選取軸的材料為 40Cr，調質處理，按扭轉強度來確定軸的最小直徑。軸的扭轉強度條件為： 39550000 []PTnWd??? ? ? 式中 τ T— 扭轉切應力（ 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 — 計算截面處軸的直徑（ mm） τ T許用扭轉切應力（ MPa）見表 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 錯誤 !未找到引用源。 及 錯誤 !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 根據表 ，取 錯誤 !未找到引用源。 ，于是得 因軸上將開鍵槽，軸徑應增大 錯誤 !未找到引用源。 。故 錯誤 !未找到引用源。 。 軸的最小直徑為驅動 輪的安裝處，為增強軸的承載能力 ,同時配合齒輪的內孔，取 錯誤 !未找到引用源。 。 軸的直徑和長度的確定： a、Ⅰ Ⅱ軸段左端需制出一軸肩，故?、?Ⅲ段的直徑 錯誤 !未找到引用源。 ；右端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈的 直徑錯誤 !未找到引用源。 。驅動輪與軸配合的轂孔長度為 錯誤 !未找到引用源。 ，為了保證軸端擋圈只壓在驅動輪端面上而不壓在軸的端面上，故 配合的長度應比 錯誤 !未找到引用源。 略短一些，由于 III軸段還要穿過箱壁，并由軸承支撐，需在再長一段，現(xiàn)取 錯誤 !未找到引用源。 。 b、選擇滾動軸承：因軸承同時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 錯誤 !未找到引用源。 , 錯誤 !未找到引用源。 ，初步選取深溝球軸承 錯誤 !未找到引用源。和深溝球軸承 錯誤 !未找到引用源。 ，其尺寸為 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 。Ⅱ Ⅲ軸段的長度為軸承寬度、軸套底厚、 46 軸向固定的彈性擋圈安裝厚度之和，根據總裝配設計，彈性擋圈的安裝尺寸為 錯誤 !未找到引用源。 ，彈性擋圈右端軸肩長度取 錯誤 !未找到引用源。 ，故Ⅱ Ⅲ軸段的長度為 錯誤 !未找到引用源。 。Ⅲ Ⅳ軸段的直徑需小于軸承內圈外徑 錯誤 !未找到引用源。 ，且大于軸承安裝內徑 錯誤 !未找到引用源。 ，故初取Ⅲ Ⅳ軸段直徑 錯誤 !未找到引用源。 ，軸承安裝需內伸，故現(xiàn)取 錯誤 !未找到引用源。 c、為了連接移動平臺的減速器，取軸段Ⅳ Ⅴ的的長度 錯誤 !未找到引用源。 ，與移動平臺的減速器輸出軸用聯(lián)軸器相連，則其直徑相同 錯誤 !未找到引用源。 ，至此已初步確定了驅動軸的各段直徑與長度。 驅動軸的強度校核 （ 1）求作用在齒輪上的力 （ 2）求軸承上的支反力 垂 直面內： 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 水平面內： 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 47 畫受力簡圖與彎矩圖 計算過程如下： 48 根據第四強度理論且忽略鍵槽影響 ? ?1 70M M P aW???? ? ? ?錯誤 !未找到引用源。 可以算出， 所以，軸的強度足夠。 49 7 擺臂設計 擺臂作用 擺臂的作用是是機器人在越障時起輔助作用，使機器人受力情況改變，更加靈活的適應崎 嶇的環(huán)境。 主要作用為以下兩點： (1)支撐擺臂