【正文】 主要作用為以下兩點： (1)支撐擺臂的前輪。 可以算出， 所以，軸的強度足夠。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 ，至此已初步確定了驅(qū)動軸的各段直徑與長度。 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。 ，故初?、?Ⅳ軸段直徑 錯誤 !未找到引用源。Ⅲ Ⅳ軸段的直徑需小于軸承內(nèi)圈外徑 錯誤 !未找到引用源。 ，故Ⅱ Ⅲ軸段的長度為 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(jù)總裝配設計，彈性擋圈的安裝尺寸為 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。和深溝球軸承 錯誤 !未找到引用源。 , 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。 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。驅(qū)動輪與軸配合的轂孔長度為 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。 。 。 。 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 錯誤 !未找到引用源。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： 39550000 []PTnWd??? ? ? 式中 τ T— 扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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。 44 為了減輕履帶驅(qū)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(zhì)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。因而在本 設計中從動輪的設計參數(shù)與驅(qū)動輪的設計一致。 ，則齒寬 錯誤 !未找到引用源。 ,則取模數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 取 錯誤 !未找到引用源。 ，分度圓直徑 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。 ，內(nèi)孔 錯誤 !未找到引用源。 ，檔邊內(nèi)徑錯誤 !未找到引用源。 ，外徑 43 錯誤 !未找到引用源。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 =。 XH型同步帶 W =， T =。 由已知設 計裝置移動速度 v 1m/s? ，根據(jù)公式 rnv π2? ，可得主動輪轉(zhuǎn)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.。傳動效率高 ， 結(jié)構(gòu)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 。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 。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。 經(jīng)由計算可知齒輪和軸的強度都適合 39 5 移動機構(gòu)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。 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(jié)構(gòu)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。低速級與高速級齒數(shù)相同，故滿足條件。 。 、齒頂圓直徑 錯誤 !未找到引用源。 幾何尺寸的計算 37 根據(jù)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。 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。實際傳 動比為 : ??? zzabi111 6 其傳動比誤差 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。根據(jù)內(nèi)齒輪 ? ?ziz ab 111 1?? ，則 1151?zb 。 配齒計算 根據(jù) 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(nèi)齒 b1 ，行星齒輪 c1 的齒數(shù)。 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。 移動平臺的減速器的設計計算 移動平臺的減速器的傳動方案分析 根據(jù)上述設計要求可知，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。 （ 5） 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。 35 （ 4） 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。 （ 3） 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。 （ 2） 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。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。 移動平臺的減速器方案分析 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。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。移動平臺的減速器必須滿足在高溫下工作要求； 34 （ 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。電動機安裝在移動平臺的減速器前端，通過錐齒輪改變軸的方向，輸出履帶驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩，為復雜狀況下救災機器人提供主要動力。 根據(jù)最大爬坡要求，初步確定驅(qū)動電機經(jīng)移動平臺的減速 器后的功率為： 30nMKP L?? = 則所需電機的輸出功率為： ?outin PP ?= 則可選擇如下表 31電機： 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 MaxonEc45 24V 1800r/min 150W 79% 33 4 移動平臺的減速器 相關(guān) 設計 移動平臺的減速器方案分析 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。機器人爬坡受力情況如圖： 機器人爬坡受力圖 爬坡的平衡方程為： 32 please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings 解之得： ML =,可以得出機器人兩側(cè)電機經(jīng)移動平臺的減速器減 速后在最大坡度下爬坡需要提供的極限扭矩為. 在 sm 的速度爬坡時，驅(qū)動電 機經(jīng)過移動平臺的減速器后所需提供的轉(zhuǎn)速為： n= ?Dv = minr 由以上分析可知，機器人平地直線運動時要求的驅(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。 假設移動機器人在最大指標上勻速行駛，速度為 sm 。如下圖所示： 平地直線運動受力圖 根據(jù)理論力學平面交匯力系平衡條件和合力矩定理： ? ?0F 31 ? ? 01 ??? Ini O FM 則，移動機器人平地直線運動的平衡方程為： ? ? 0,00,00,0312211????????????????m gLLNfRMMFMmgNNYfRMXLLRO 則， Nmm g LLNfRMM LRL ????? 可以得出，機器人兩側(cè)電機經(jīng)移動平臺的減速器后在最大速度下需要提供的極限扭矩為 。 。 機器人的爬坡角度最大為 030 ；垂直越障高度最大為 錯誤 !未找到引用源。 已知煤礦井下機器人在井下地面最大靜摩擦系數(shù) ? ，則機器人爬越的最大坡度為 : 1max tan ( )???? （ 8） 爬坡時克服摩擦力所需的最大加速度為： m a x ( c o s sin )ag? ? ??? （ 9） 通過上述分析， 可以根據(jù)機器人履帶與運動面的摩擦系數(shù)來確定一些陡坡是否能夠安全爬升，并根據(jù)坡度和電機的特性，確定其運動過程最大加速及爬升都陡坡的快速性。 圖 29 跨越溝槽示意圖 機器人在平地 圖 29（ a） 跨越 溝槽的寬 度 1L ： max1L L r?? （ 4） 在角度 為 ? 的斜坡 圖 29(b)上跨越 溝槽的寬 度 1L ： m a x 1 ta nL L r h ?? ? ? （ 5） 斜坡運動分析 機器人在斜坡上運動時，起受力情況如圖 210 所示，機 29 器人勻速行駛或靜止時， 其驅(qū)動力： sinFG?? （ 6） 圖 210 機器人上坡受力示意圖 最大靜摩擦力系數(shù)為 ? ，最大靜摩擦力為： max cosFG??? （ 7） 當 maxFF? 時，機器人能平穩(wěn)行駛。 （ 2）越障分析 履 帶 式移 動 機器人跨越 溝槽時 ，機器人重心不 斷 向前移 動 ，當 重心越 過溝槽邊緣時 ，受重力作用，機器人 將產(chǎn) 生前 傾現(xiàn) 象，運動不穩(wěn) 定。也可能由于重心未能 過 去，傾 翻在 溝槽內(nèi) 。 圖 28 機器人上臺階臨界狀態(tài)示意圖 由圖 28所示幾何關(guān)系可得： c os ( ) c ot / si nx L h R R? ? ?? ? ? ? （ 1）變換式（ 1）可得： s in / c o sh L R R??? ? ? （ 2） 2c o s s in / c o s 0h LRd ? ? ??? ? ? ? （ 3）利用式（ 3）求出 ? ，代入 式（ 2）可算出機器人跨越障礙的最大高度 maxh 。 27 圖 27 機器人爬越臺階過程 由 運動過 程可以看出，機器人在越障第三 階 段圖 27（ C）重心的位置 處 于 臨 界 狀態(tài) ，機器人重心只有越 過 臺 階邊緣 ，機器人才能成功的越 過 障 礙 。 履帶式移動機器人面臨的環(huán)境多為非結(jié)構(gòu)地形環(huán)境，非結(jié)構(gòu)地形環(huán)境是多樣的、復雜的三維地形，包括天 然形成的起伏、崎嶇地形，以及人工修建的坡路、階梯、溝道等人工地形．影響或阻止機器人平臺正常移動的地形、地物稱為障礙地形．而很多地形具有相近的幾何構(gòu)特征，為了便于分析與表述，通常將障礙地形簡化為斜坡、臺階、連續(xù)臺階、凸臺、溝道等具有典型特征的地形．表征斜坡的幾何構(gòu)形特征是坡度和坡向，坡度是高度的最大變化率，坡向是最大變化率的區(qū)域方向，其關(guān)鍵邊界線為斜坡底部與頂部轉(zhuǎn)折線．表征溝道的幾何構(gòu)形特征是跨度和深度，其 26 關(guān)鍵邊界線為溝道兩側(cè)邊緣線． 機器人克服障礙，是指機器人利用其行走機構(gòu)驅(qū)使機器人移動，使其質(zhì)心越過 障礙的關(guān)鍵邊界線，在此過程中機器人不發(fā)生傾覆，不受障礙卡阻，能繼續(xù)保持機器人的穩(wěn)定姿態(tài)與移動能力．對于履帶機器人，可將其攀越凸臺的過程分解為上臺階和下