1摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展，先進(jìn)的科技給人們的生活帶來(lái)了很多方便，但也給殘疾人帶來(lái)了好多麻煩，諸如汽車(chē)越來(lái)越多，就會(huì)造成更多的車(chē)禍，會(huì)使殘疾人越來(lái)越多。樓層越來(lái)越高，帶臺(tái)階的地方也越來(lái)越多。這就給殘疾人的出行帶來(lái)了好多不便。在日常生活中，我們會(huì)很容易地發(fā)現(xiàn)那些下肢部分有殘疾的人在生活中常常會(huì)碰到很多麻煩。隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，殘疾人的生活上的問(wèn)題和面臨的困難也越來(lái)越引起人們的重視。為了解決這一麻煩，我通過(guò)查找資料和研究設(shè)計(jì)了一種輪椅車(chē)。它通過(guò)星輪行星輪之間的運(yùn)行轉(zhuǎn)換而實(shí)現(xiàn)爬樓梯和平地運(yùn)行。當(dāng)齒式離合器放松時(shí)，鏈輪帶動(dòng)星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，他在平地行走，等齒式離合器把箱體鎖緊時(shí)，整個(gè)齒輪系成為整個(gè)剛體，它通過(guò)翻轉(zhuǎn)可以爬上樓梯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，安全可靠，可以適應(yīng)大部分的地形，可以解決大部分殘疾人的出行問(wèn)題。第一章通過(guò)市場(chǎng)的調(diào)研，看一看產(chǎn)品的市場(chǎng)前景。第二章是通過(guò)研究履帶式輪椅、步進(jìn)式輪椅、翻轉(zhuǎn)式輪椅而確定設(shè)計(jì)方案為星輪行星輪式。第三章是設(shè)計(jì)原理，第四章設(shè)計(jì)的計(jì)算，受力的分析，可靠性的計(jì)算等。第五章是結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，先是齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，再是鏈輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，最后是軸的設(shè)計(jì)，車(chē)架的設(shè)計(jì)。最后是總結(jié)，致謝和參考文獻(xiàn)。關(guān)鍵字： 星輪行星輪；齒式離合器；傳動(dòng) 2abstractWith the development of society, the advanced technology for the life of people brought many convenient, but also for the disabled, and bring a lot of trouble, such as automobile, will cause more accidents, can make the disabled people more and more. Floor more and more high, take steps to become more and more places. This is for the disabled, travel havebrought many inconvenience.In daily life, We would be very easy to find those parts of lower limb disability will often come into contact with a lot of trouble in life. With the development of the society and the people's standard of living improves, the problems and difficultions of people who limb disability in their daily life are attention with more people. In order to solve the problems, I find information through research and design a king daoud. It is through the star wheel planetary wheel and realize the operation between stairs peace. When the clutch is relaxed, gear wheel drive sprockets, he walked in the ground, the box lock gear clutch, the gear is rigid, it becomes the flip through can climb stairs structure is simple, economical and safe, reliable, and can adapt to most of the terrain, can solve most problems of travel. The first chapter of market research, through a look of product market prospect. The second chapter is through the research USES a wheelchair, stepping wheelchair, tilting wheelchair and determine the design scheme for star wheel planetary wheel. The third chapter is design principle and design calculation of chapter 4, stress analysis and calculation of the reliability, etc. The fifth chapter is structure design, first gear design, design, final drive is the chain is the design, the axial frame design. Finally, thanks and references.Key words: star wheel planetary wheel ；gear clutch ；transmission 3目 錄引言 .51 緒論 .61.1 課題背景.61.1.1 市場(chǎng)背景分析 61.1.2 需求預(yù)測(cè) 61.3 課題的研究目的及意義.62 方案設(shè)計(jì) .72.1 設(shè)計(jì)要求72.2 方案的提出72.3 方案比較113 工作原理123.1 星輪行星輪轉(zhuǎn)換式結(jié)構(gòu)基本原理123.2 導(dǎo)向輪基本原理123.3 雙驅(qū)動(dòng)點(diǎn)兩級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)基本原理.134 設(shè)計(jì)方案144.1 樓梯臺(tái)階的尺寸確定144.2 能夠爬樓不打滑的條件計(jì)算154.3 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算165 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)175.1 總體結(jié)構(gòu)的尺寸分析和確定175.1.1 總體結(jié)構(gòu)的尺寸分析 175.1.2 總體結(jié)構(gòu)的確定 .195.2 齒輪部分的研究和設(shè)計(jì)215.2.1 齒輪的介紹 .215.2.2 漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng) .255.2.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 .295.2.4 齒輪傳動(dòng) .3045.3 鏈傳動(dòng)的研究和設(shè)計(jì)315.3.1 鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用 .315.3.2 傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .325.3.3 滾子鏈鏈輪的結(jié)構(gòu)和材料 .335.3.4 鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性 .335.3.5 鏈傳動(dòng)的受力分析 .365.3.6 滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .365.3.7 鏈傳動(dòng)的布置、張緊和潤(rùn)滑 .395.3.8 鏈的尺寸計(jì)算 .405.4 軸的研究和設(shè)計(jì)405.4.1 軸得扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 .405.4.2 軸得彎曲合成強(qiáng)度計(jì)算 .415.4.3 軸的材料及選擇 .425.4.4 軸的設(shè)計(jì) .425.5 鍵聯(lián)接455.6 底架材料的選用和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).465.7 靠背的設(shè)計(jì)與制造.485.8 其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)485.8.1 齒式離合器 .485.8.2 軸承 .495.8.3 其他 .505.9 總裝配圖50總 結(jié)52參考文獻(xiàn)545引言在 21 世紀(jì)，世界機(jī)械工業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了前所未有的高速發(fā)展階段，與其他行業(yè)相比，機(jī)械工業(yè)的發(fā)展具有地位化、規(guī)?；?、全球化和高技術(shù)化的特點(diǎn)。在發(fā)展多元化的 21 世紀(jì)，機(jī)械制造業(yè)的重要特征表現(xiàn)在它的全球化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調(diào)的綠色制造等，而柔性化、靈捷化、智能化、信息化便成為 21 世紀(jì)初機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展的總趨勢(shì)。隨著人口的急劇增長(zhǎng)，人們的住宅也越來(lái)越向高層發(fā)展，這就給腿部有殘疾的人們帶來(lái)了諸多不便。目前市場(chǎng)上的輪椅有一個(gè)很大的不足：由于采用了傳統(tǒng)的輪式結(jié)構(gòu)，只能在平地上行走，面對(duì)臺(tái)階、樓梯等比較復(fù)雜的地形卻顯得無(wú)能為力。很多場(chǎng)合尤其是室外，比如銀行、購(gòu)物中心門(mén)前都或多或少有幾級(jí)臺(tái)階，室內(nèi)也有很多地方?jīng)]有電梯，對(duì)于那些乘坐輪椅的殘疾人，有很多不便。當(dāng)然，國(guó)家也花費(fèi)了大量的人力和財(cái)力在某些公共場(chǎng)所修建了相應(yīng)的輪椅坡道和其他公共設(shè)施以方便殘疾人活動(dòng)。由于受各種因素的影響，這些措施起到的作用非常有限。解決這一問(wèn)題的最好方法就是改進(jìn)殘疾人使用的行走設(shè)備，也就是說(shuō)通過(guò)改進(jìn)殘疾人輪椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使其能夠適應(yīng)日常生活中所碰到的大多數(shù)地形。61 緒論1.1 課題背景1.1.1 市場(chǎng)背景分析 由于目前市場(chǎng)上的輪椅車(chē)大部分都是單功能的平地輪椅，即使有可爬樓梯式的輪椅車(chē)也是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。所以一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的可爬樓梯輪椅將具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。1.1.2 需求預(yù)測(cè)（1）醫(yī)院國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的 15，000 余家縣級(jí)以上醫(yī)院，財(cái)力雄厚，不斷添置新型醫(yī)療設(shè)備來(lái)完善其病房設(shè)施。對(duì)可爬樓輪椅車(chē)有必然的需求。醫(yī)院不會(huì)每一間病房都配置可爬樓輪椅車(chē)，按每所縣級(jí)以上醫(yī)院擁有 10 只可爬樓輪椅車(chē)，共有 15 萬(wàn)只。國(guó)內(nèi)區(qū)級(jí)醫(yī)院超過(guò) 8 萬(wàn)家，以方便就近為殘疾人疾患服務(wù)為優(yōu)勢(shì)，此類醫(yī)院面臨互相競(jìng)爭(zhēng)、迫切需要提高自己的形象和檔次，要搞一些上水平的病房，就單個(gè)的醫(yī)院而言，對(duì)可爬樓輪椅車(chē)的需量略少于縣級(jí)以上醫(yī)院， 2 只可爬樓輪椅車(chē)，市場(chǎng)容量分別為 16 萬(wàn)只。（2）保健業(yè)隨著社會(huì)衛(wèi)生保健事業(yè)的發(fā)展，正在興起的殘疾人活動(dòng)中心，也是潛在市場(chǎng)。7（3）個(gè)人據(jù)了解，目前我國(guó)的殘疾人有八千二百多萬(wàn)人，其中有三分之一殘疾人要用到輪椅車(chē)。結(jié)論：綜上所述，可爬樓輪椅車(chē)，總需求量 ：醫(yī)院 31 萬(wàn)只，個(gè)人合計(jì) 2700 萬(wàn)只?？偠灾?，可爬樓輪椅車(chē)有著極其廣泛的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。國(guó)外市場(chǎng)預(yù)測(cè)：經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家因人工費(fèi)昂貴，比國(guó)內(nèi)更需要這種椅子，口前景廣闊。1.3 課題的研究目的及意義設(shè)計(jì)出性能更加可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的可爬樓輪椅車(chē)。目前，現(xiàn)有的可爬樓輪椅車(chē)數(shù)量本來(lái)就少，而且主要是面對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)，價(jià)格高昂，功能單一，對(duì)殘疾人也是不適應(yīng)的。因此，本次設(shè)計(jì)所面對(duì)的是廣大殘疾人，其優(yōu)點(diǎn)在于：（1）成本低廉并能對(duì)實(shí)現(xiàn)輪椅車(chē)的相關(guān)功能。（2）該產(chǎn)品無(wú)需專業(yè)醫(yī)護(hù)人員操作，只要自己操作即可，連續(xù)使用、方便可靠。（3）能起到使殘疾人可以在各種地形上行走的目的2 方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的輪椅車(chē)主要是使殘疾人能夠在平地和樓梯上進(jìn)行行走，由使用者本人對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制,相比較傳統(tǒng)輪椅車(chē)較為先進(jìn)，運(yùn)用齒輪、鏈條傳動(dòng),反映整個(gè)機(jī)構(gòu)的機(jī)械化。可爬樓輪椅車(chē)還運(yùn)用了離合器對(duì)輪椅車(chē)的行進(jìn)方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，使用者可以根據(jù)自身的需要對(duì)輪椅車(chē)的行進(jìn)方式進(jìn)行調(diào)節(jié),可以更好的行進(jìn)。運(yùn)動(dòng)要求：齒輪鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)；動(dòng)力要求：人力帶動(dòng)；控制要求：可以在平地和樓梯間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2.2 方案的提出方案一：使用履帶式的輔助攀爬設(shè)備幫助輪椅上下樓梯。如圖 2-1 所示：圖 2-1 履帶式爬樓車(chē)8履帶輪椅爬樓車(chē)的技術(shù)特點(diǎn)爬樓車(chē)。 它提供了即時(shí)的和經(jīng)濟(jì)的無(wú)障礙通道。獨(dú)特的平臺(tái)設(shè)計(jì)將適用于所有形式的輪椅，包括：電動(dòng)、兒童、運(yùn)動(dòng)和普通的輪椅。大型便攜式輪椅平臺(tái)爬樓車(chē)適用于公共場(chǎng)所和私人住宅。大型便攜式輪椅平臺(tái)爬樓車(chē)用兩個(gè)直流電機(jī)作為動(dòng)力，用鑲嵌有鐵絲的橡膠履帶，運(yùn)行在樓梯上。一次充電可攀爬 15 個(gè)樓層。大型平臺(tái)適合于任何類型的輪椅。醒目的控制面板使操作更為方便。多種安全功能，如電子安全帶和停車(chē)剎車(chē)等確保乘客的安全。(1)頭墊: 可調(diào)整位置，使乘客感到舒適控制面板: 簡(jiǎn)單方便操作并有蓄電池充電顯示燈和鎖控開(kāi)關(guān)以防止無(wú)關(guān)人員擅自使用。(2)安全帶: 電子安全帶扣提供了進(jìn)一步的安全措施。當(dāng)安全帶不扣緊時(shí)將不能使用。(3)蓄電池動(dòng)力: 便攜式 24 伏可充電蓄電池提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。自動(dòng)充電器安裝與車(chē)上。(4)輔助輪: 輔助輪提供了便攜式輪椅平臺(tái)爬樓車(chē)方便的運(yùn)行在樓梯平臺(tái)和平地上。(5)輪椅鎖緊帶: 4 個(gè)可調(diào)節(jié)輪椅鎖緊帶將輪椅安全的鎖緊在便攜式輪椅平臺(tái)爬樓車(chē)上。（6）履帶: 用鐵絲加固的橡膠履帶確保其履帶的強(qiáng)度和耐用性。這種特殊設(shè)計(jì)的履帶可牢靠的運(yùn)行于任何材料制成的樓梯平臺(tái): 大型平臺(tái)可裝載任何尺寸的輪椅，包括電動(dòng)輪椅和運(yùn)動(dòng)員輪椅。（7）停車(chē)剎車(chē): 當(dāng)便攜式輪椅平臺(tái)爬樓車(chē)停車(chē)時(shí)，車(chē)上的電動(dòng)剎車(chē)將牢固的剎住爬樓車(chē)。（8）裝載坡板: 車(chē)上帶有防滑面的裝載坡板，使輪椅車(chē)上下及為方便。便攜式輪椅平臺(tái)爬樓車(chē)，可迅速的解決你的無(wú)障礙通道的問(wèn)題。你將不需要對(duì)建筑物進(jìn)行任何改造，從而免去了大量的建筑花費(fèi)。但是輪椅平臺(tái)爬樓車(chē)的價(jià)格確只是斜掛梯或電梯的幾分之一。便攜式的另一個(gè)有利的之處是，可用于同一建筑物的中不同樓梯，在必要時(shí)可用在不同的建筑物上。并且不存在永久性的占用樓梯的空間。便攜式輪椅平臺(tái)爬樓車(chē)的操作非常簡(jiǎn)便。以下的步序?qū)⒔忉屓绾尾僮鳌Ｒ驗(yàn)榕罉擒?chē)運(yùn)作很輕便，任何人都能掌握自如的運(yùn)送一個(gè)乘客和一輛電動(dòng)輪椅上下樓梯。電動(dòng)輪椅被四個(gè)可調(diào)節(jié)輪椅鎖緊帶安全的鎖緊在爬樓車(chē)上。電子安全帶扣提供了進(jìn)一步的安全措施。當(dāng)你完成了裝載輪椅，爬樓車(chē)可以很容易的用輔助輪在平面層移動(dòng)到樓梯出。當(dāng)你用完爬樓車(chē)時(shí)，也可使用輔助輪將其移動(dòng)至儲(chǔ)藏處儲(chǔ)藏。便攜式輪椅平臺(tái)爬樓車(chē)爬行角度最大可答 35°。當(dāng)乘客舒適的坐在爬樓車(chē)上,載車(chē)平臺(tái)調(diào)整至水平并且爬樓車(chē)履帶已靠在樓梯上，爬樓車(chē)可開(kāi)始運(yùn)行。充足電的蓄電池將驅(qū)動(dòng)雙重的電動(dòng)馬達(dá)使爬樓車(chē)一次可爬上 15 層樓。9特殊設(shè)計(jì)的履帶提供卓越的穩(wěn)定性，使操作人員只要扶住爬樓車(chē)不需用力。配備大型平臺(tái)可裝載任何尺寸的輪椅，包括電動(dòng)輪椅和運(yùn)動(dòng)員輪椅。車(chē)上帶有防滑面的裝載坡板.兩個(gè)大力電機(jī)可推動(dòng) 200 kg 的負(fù)載,可充電蓄電池和充電器,適用于室內(nèi)和室外,寬闊的雙履帶安全的運(yùn)行在臺(tái)階上,大型車(chē)輪允許爬樓車(chē)行駛與平坦層面上,可調(diào)節(jié)輪椅鎖緊帶和輪椅安全帶鎖緊輪椅在爬樓車(chē)的平臺(tái)上,可調(diào)節(jié)靠頭墊,操作簡(jiǎn)單容易,堅(jiān)固耐用的公共,利益,即時(shí)的無(wú)障礙通道解決措施,與電梯和斜掛式輪椅平臺(tái)相比這是最經(jīng)濟(jì)的方法,無(wú)須任何建筑物的改建和安裝工程,不阻礙樓梯的通道,一臺(tái)設(shè)備可提供多個(gè)樓梯使用,不使用時(shí)可方便的儲(chǔ)藏在,與電梯和斜掛式輪椅平臺(tái)相比不需要任何維修保養(yǎng),如果在失去電力的情況下，這是最好的緊急疏散工具技術(shù)指標(biāo)最大載重量 200kgs 最大爬行角度 35°，動(dòng)力 24V 封閉式蓄電池充電。自動(dòng) 115/230 vac 。剎車(chē)不安全時(shí)電磁自動(dòng)剎車(chē)重量 115kgs。向上速度 7.5 米/分鐘，向下度 11.0 米/分鐘。方案二：采用步進(jìn)式的結(jié)構(gòu)一步一步往上走。如圖 2-2 所示：圖 2-2 步進(jìn)式爬樓車(chē)這種輪椅是利用中間的倆條腿進(jìn)行過(guò)渡，等后輪著地時(shí)他起前輪的作用，等前輪著地時(shí)它起后輪的作用，如此反復(fù)就起到了下樓的目的。方案三：使用精密的陀螺儀控制兩輪結(jié)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)。立起來(lái)上下樓梯。如圖 2-3 所示：10圖 2-3 兩輪翻轉(zhuǎn)式爬樓車(chē)在美國(guó)食品及藥物管理局顧問(wèn)們的一致推薦下，世界第一輛會(huì)爬樓梯的輪椅邁出了它進(jìn)軍市場(chǎng)的重要一步。據(jù)美國(guó)有線新聞網(wǎng)報(bào)道，這種新式輪椅被稱為 IBOT3000，是著名發(fā)明家德安·卡門(mén)設(shè)計(jì)的。IBOT4 個(gè)一樣大小的輪子前后交替運(yùn)動(dòng)，就可以上下樓梯了。由于安裝有傳感器和回轉(zhuǎn)儀，因此既可以平衡車(chē)輪，還可以順利地上樓梯。 另外，該產(chǎn)品還首次賦予輪椅以爬樓梯功能。通過(guò)改變 4 個(gè)輪子的驅(qū)動(dòng)力，還能夠輕松上下山坡。還可以自動(dòng)升高，輪椅上的人不必再像以前一樣需要抬頭與人說(shuō)話，當(dāng)然也可以從以前夠不著的書(shū)架上拿書(shū)。除了上下樓梯，這種輪椅還有其他優(yōu)越性，比如能夠隨意升降，能與站在身旁的人以正常高度交談。 美國(guó)食品及藥物管理局的顧問(wèn)們?cè)谫澷p IBOT 的同時(shí)，也指出了它的缺陷。這一發(fā)明并不適用于每個(gè)人。 首先，使用者必須要有足夠的手勁來(lái)操縱輪椅，在上下樓時(shí)，還要前俯后仰以調(diào)整重心。所以它只可用于年齡較大的少年和成年人。 鑒于上述兩個(gè)問(wèn)題，購(gòu)買(mǎi)這種輪椅必須要有醫(yī)生和康復(fù)專家們的處方，而使用者也要通過(guò)測(cè)試，證明他們能安全操作。20 位測(cè)試者參加了為期兩周的測(cè)試，科學(xué)家在觀察和比較它和普通輪椅的可操作性。其中有 12 個(gè)患者能自己操縱 IBOT 爬樓梯，而其余的需要助手。用普通輪椅，有兩個(gè)患者自己下了樓梯，但沒(méi)有人可以上一步樓梯。 有 3 個(gè)人從 IBOT 里摔出來(lái)，2 個(gè)人從普通輪椅摔出來(lái)，證明 IBOT 和當(dāng)代的成熟技術(shù)輪椅安全系數(shù)相近。 11新罕布爾什州迪爾頓的卡爾·巴納德乘坐 IBOT 后，能自己到超市獨(dú)立購(gòu)物。雖然家里沒(méi)有樓梯，但他可以在山地上游蕩，并能穿越農(nóng)場(chǎng)和墓地，這些令他十分欣喜。 然而巴納德認(rèn)為，IBOT 高達(dá) 2．9 萬(wàn)美元的預(yù)計(jì)價(jià)位“過(guò)于昂貴” ，所以不是到了老得轉(zhuǎn)不動(dòng)普通輪椅時(shí)，他是不會(huì)去買(mǎi) IBOT 的。 雖然該輪椅的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通輪椅，但是生產(chǎn)廠商指出，坐輪椅的人們平均花費(fèi)在斜板，起降器和其他家用輔助器材上的開(kāi)銷是 4 萬(wàn)美元，而有了 IBOT，這些花費(fèi)就可以省去了。方案四：采用星輪行星輪轉(zhuǎn)換式方案。它是通過(guò)星輪行星輪之間的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)爬樓和平地行走的，也是本設(shè)計(jì)要用到的方案。2.3 方案比較在上面給出的三種方案中，主要不同的就是在爬樓的方式有所不同。第一種方案結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且比較笨重，使用不方便。第二種方案結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，不能很好的適應(yīng)平地行駛。第三種方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。第四種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕巧?？梢院芎玫倪m應(yīng)樓梯和平地行走，雖然上樓梯時(shí)座椅有點(diǎn)向后傾斜，但并不是很?chē)?yán)重。綜合比較還是第四種方案比較好，所以選用第四種方案。3 工作原理我們采用的是星輪行星輪轉(zhuǎn)換式方案，驅(qū)動(dòng)后置。其基本原理是：平地行走時(shí)，后三角輪兩輪著地。驅(qū)動(dòng)行星齒輪系的中心齒輪便可以前進(jìn)；爬樓時(shí)，利用一個(gè)離合器鎖緊機(jī)構(gòu)將行星齒輪系鎖住，驅(qū)動(dòng)中心齒輪便會(huì)使三角輪整體翻轉(zhuǎn)逐級(jí)爬上樓梯。如圖 3-1 所示。 圖 3-1 工作原理圖123.1 星輪行星輪轉(zhuǎn)換式結(jié)構(gòu)基本原理它的基本結(jié)構(gòu)是具有 3 個(gè)行星齒輪的行星齒輪系，在中心太陽(yáng)輪外依次均不三惰輪，在三惰輪外布三星齒輪，又有左右兩半箱體相連接作為轉(zhuǎn)臂，由此構(gòu)成具有三個(gè)行星齒輪的行星齒輪系。箱體中心固定有齒式離合器固定端，齒式離合器活動(dòng)端與中心軸通過(guò)花間滑動(dòng)連接。當(dāng)齒式離合器活動(dòng)端與固定端分離時(shí)，整個(gè)機(jī)構(gòu)便處于行星輪活動(dòng)結(jié)構(gòu)模式，此時(shí)驅(qū)動(dòng)中心軸便會(huì)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)輪帶動(dòng)惰輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再由惰輪帶動(dòng)星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，便可以在平地上行走。當(dāng)撥動(dòng)齒式離合器活動(dòng)端使其與齒式離合器固定端結(jié)合時(shí)，中心齒輪和箱體鎖住，從而使各齒輪均不自轉(zhuǎn)而只隨整個(gè)箱體一起翻轉(zhuǎn)，整個(gè)行星齒輪系將變成一個(gè)剛性整體而轉(zhuǎn)變?yōu)樾禽喗Y(jié)構(gòu)模式。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)中心軸便會(huì)驅(qū)動(dòng)包括行星輪系在內(nèi)的整個(gè)箱體翻轉(zhuǎn)，此種結(jié)構(gòu)模式可用于攀爬樓梯。3.2 導(dǎo)向輪基本原理根據(jù)上表人體的身長(zhǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，椅子的高度即座板對(duì)地面的高度為 450mm，座板的座寬為 530mm，座深為 450mm，靠背的長(zhǎng)度為 750mm。萬(wàn)向輪無(wú)法翻越高度大于半徑2/3 的臺(tái)階。因此我們通過(guò)成排的多個(gè)導(dǎo)向輪來(lái)增大輪椅所能越過(guò)臺(tái)階的高度。輪椅車(chē)前面萬(wàn)向輪的半徑取 100mm，而生活中普通樓梯的高度一般不超過(guò) 180mm。把前輪部分的翻越高度設(shè)定為 200mm，據(jù)此計(jì)算導(dǎo)向輪排的長(zhǎng)度及對(duì)地面的傾角，為了使導(dǎo)向輪能夠比較平穩(wěn)的越障，采用了履帶式結(jié)構(gòu)。如圖 3-2 所示 圖 3-2 導(dǎo)向輪工作原理圖3.3 雙驅(qū)動(dòng)點(diǎn)兩級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)基本原理為了減小驅(qū)動(dòng)力，根據(jù)初步計(jì)算，搖臂 160mm 時(shí)，爬樓所需要的傳動(dòng)比為 10∶1，走平地時(shí)為 3.5∶1。由于傳動(dòng)距離較大，選用兩級(jí)鏈傳動(dòng)。13為了滿足爬樓和平地行走不同的傳動(dòng)比要求，在一級(jí)軸和二級(jí)軸各設(shè)一驅(qū)動(dòng)點(diǎn)。平地行走時(shí)驅(qū)動(dòng)二級(jí)軸，爬樓時(shí)驅(qū)動(dòng)一級(jí)軸，驅(qū)動(dòng)手柄設(shè)計(jì)成可拆卸模式，如圖 3-3所示圖 3-3 鏈輪傳動(dòng)工作原理圖4 設(shè)計(jì)方案4.1 樓梯臺(tái)階的尺寸確定查資料得：室內(nèi)臺(tái)階宜 150×300；室外臺(tái)階寬宜 350 左右，高寬比不宜大于1：2.5 住宅公用樓梯踏步寬不應(yīng)小于 0.26M，踏步高度不應(yīng)大于 0.175M 。住宅梯段寬度不應(yīng)小于 1.1M（6 層及以下一邊設(shè)欄桿的可為 1.0M），凈空高度 2.2M 規(guī)定是戶內(nèi)的寬220,高不大于 200。公用的樓梯(多戶使用),為寬不小于 260,高不大于 175,有地方規(guī)范的地區(qū)如:北京/上海/天津等一般都比這個(gè)規(guī)定的 175 緩點(diǎn),至少一樣。如果是老樓,原規(guī)范規(guī)定的公用樓梯寬度是不小于 250,高不大于 180.也就是現(xiàn)規(guī)范樓梯踏步變寬了,高度變緩了。 如圖 4-1 所示圖 4-1 臺(tái)階圖144.2 能夠爬樓不打滑的條件計(jì)算如下圖 4-2 所示的情況是最容易打滑的，設(shè)定前后輪之間的就距離是 l，人和車(chē)的重心與后輪軸的間隔為 Xl。那么就有公式Ny = xG, N1=（1-x） ，Nx=Nytan30o。 （4-1）能爬上樓的條件是 μN(yùn)1≥Nx，即 μ（1-x）G≥XGtan30o。 （4-2）其中，μ=0.3，0.3（1-x）≥0.58x 得 x≤0.34。因?yàn)轵?qū)動(dòng)輪為車(chē)體的主要重量，加之爬樓時(shí)車(chē)體向后傾斜。人的重心向后移動(dòng)，因此中心設(shè)計(jì)在如圖所示距后輪軸 0.34 倍的倆輪軸距處。圖 4-2 不打滑條件圖4.3 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算爬樓時(shí)重力大部分壓于后輪，忽略前輪的阻力，受力圖如圖 4-3 所示。圖 4-3a 受力分析——————重力阻礙翻轉(zhuǎn)15圖 4-3b 受力分析——————重力有助翻轉(zhuǎn)對(duì)后輪接力點(diǎn) A 列力矩平衡方程：T=GaCOSθ, （4-3）θ≤90o 時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩主要克服重力阻力距。設(shè)人和車(chē)的總重為 100kg，因?yàn)橹饕呛筝喪芰?，所以a=0.16m，單邊 G=50×10N=500Nθ=0o 時(shí)，Tmax=500×0.16N·m=80N·m驅(qū)動(dòng)手柄 r=0.20m，僅用兩級(jí)傳動(dòng)減速系統(tǒng)，總傳動(dòng)比 10∶1，人單手所需最大驅(qū)動(dòng)力為：Fmax=T/ir=50N （4-4）考慮到驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較大，若選用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，需要專門(mén)配備減速系統(tǒng)，而且要配備較大容量的蓄電池。這樣會(huì)增加整車(chē)的重量。通過(guò)分析比較，采用手柄手搖驅(qū)動(dòng)，雙邊驅(qū)動(dòng)，以便于差動(dòng)轉(zhuǎn)向。5 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.1 總體結(jié)構(gòu)的尺寸分析和確定5.1.1 總體結(jié)構(gòu)的尺寸分析人坐著時(shí)，大腿和上肢的重量必須由座面來(lái)支撐，人的骨盆下面有兩塊小面積的圓骨能支持上身的大部分體重。座面上的臀部壓力分布應(yīng)是在坐骨結(jié)節(jié)處最大，并由此向外，壓力逐步減少，直至與座面前緣接觸的大腿下部，此處壓力最少。 坐骨下面的座面應(yīng)近似水平，以使股骨不承受過(guò)分的壓迫，斗形的座面或座面過(guò)于松軟會(huì)使股骨趨于向上轉(zhuǎn)動(dòng)而受力，從而引起不舒適感。16椅子尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：? 人的軀干重量應(yīng)有坐骨、臀部及脊椎支撐；? 上身應(yīng)保持穩(wěn)定；? 座位的高度應(yīng)不使大腿肌肉受壓；? 可以變換或調(diào)節(jié)坐姿，盡量減少身體的不舒適感。在遵循以上原則的情況下，對(duì)椅子的座高，座深，座寬，靠背等尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。座高是指地面至就坐后面上坐骨支承處的高度。合適的座高應(yīng)使臀部受力符合要求。座位過(guò)高，則不能使體重正確地壓在臀部，而使大腿肌肉受壓，而且上、下腿和背部肌肉都會(huì)緊張。座高過(guò)低，則會(huì)使背部肌肉緊張，久而久之會(huì)產(chǎn)生背痛。因此，座高一般不宜超過(guò)小腿高（約為身高的 1/4） ，按中國(guó)人的標(biāo)準(zhǔn)，可取為 380—450mm。座深是指座面的前后距離。座深應(yīng)使臀部得到全部的支撐，同時(shí)，要求座面的前沿不過(guò)分伸出，以防止擠壓小腿，而且座面前沿應(yīng)離開(kāi)小腿一定的距離，以保證小腿的靈活性。一般情況下，座深應(yīng)取 450mm。座寬應(yīng)滿足臀部就坐所需要的尺度，使人能自如地調(diào)整坐姿，一般取 400—500mm， ，肩并肩坐的排座，座寬應(yīng)能保證人能自由活動(dòng)。因此，座寬應(yīng)比人的肘間寬稍大一些，530mm 的座寬能滿足 95％人的需要。靠背應(yīng)適當(dāng)?shù)闹С盅?，使腰關(guān)節(jié)能自由能自由運(yùn)動(dòng)，靠背壓于腰部的面積愈寬愈好。因此，靠背的水平形狀應(yīng)適合于腰圍，靠背的斜度因工作的不同而要求不同圖 5-1 人體尺寸圖圖 5-1 為我國(guó)成年人人體尺寸的比例關(guān)系，下面以男性為例，選取不同身高來(lái)計(jì)算人體各部分的尺寸大小，見(jiàn)表 5-1。表 5-1 人體尺寸受測(cè)者身高 肩膀?qū)挾?膝蓋高度 手臂長(zhǎng)度 臀部寬度165 cm 36.96 cm 43.73 cm 75.08 cm 30.03 cm170 cm 38.08 cm 45.05 cm 77.35 cm 30.94 cm175 cm 39.20 cm 46.38 cm 79.63 cm 31.85 cm175.1.2 總體結(jié)構(gòu)的確定⑴輪椅的基本結(jié)構(gòu)：①輪椅架：有固定式和折疊式兩仲。固定式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度和剛度好；折疊式折起后體積小、便于攜帶。輪椅兩側(cè)扶手有固定式和可拆卸式兩種?？刹鹦妒椒奖闶褂谜咴谳喴闻c床、汽車(chē)等之間的轉(zhuǎn)移。輪倚架多為薄壁鋼管成，表面鍍鉻、烤漆或噴塑。高檔輪椅架采用合金材科、以減輕輪椅重量。本輪椅選用固定式，材料選用薄壁鋼管，表面鍍烙。②輪：輪椅裝有一對(duì)大輪和一對(duì)小輪、每個(gè)大輪都裝有驅(qū)動(dòng)輪圈，使用者雙手驅(qū)動(dòng)輪圈使輪椅前進(jìn)、后退或轉(zhuǎn)向。一對(duì)前小輪，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。其輪胎分為充氣和實(shí)芯兩種③制動(dòng)裝置： 輪椅的制動(dòng)裝置均采用手扳式剎車(chē)、起駐車(chē)作用。④座墊和靠背： 采用人造革、尼龍牛津布等材料。采用尼龍布。⑵輪椅主要部件的功能：①大車(chē)輪 承載主要的重量。輪的直徑有 51、56、61、66cm 數(shù)種。除了少數(shù)使用環(huán)境要求而用實(shí)心輪胎外，多用充氣輪胎。因?yàn)椴捎玫氖切禽喰行禽啓C(jī)構(gòu)所以采用 3個(gè)小輪，小輪的直徑為 200mm。②小車(chē)輪 直徑有 12、15、18、20cm 數(shù)種，直徑大的小輪易于越過(guò)小的障礙物和特殊的地毯。但直徑太大使整個(gè)輪椅所占空間變大，行動(dòng)不方便。正常小輪在大輪之前，但在下肢截癱者用的輪椅，常將小輪放在大輪之后。操作中要注意的是小輪的方向最好可與大輪垂直，否則易傾倒。因?yàn)橐罉翘菟孕≤?chē)輪的直徑選用 200mm。③手輪圈 為輪椅所獨(dú)有，直徑一般比大輪圈小 5cm。偏癱用單手驅(qū)動(dòng)時(shí)，再加一個(gè)直徑更小者以供選擇。手輪圈一般由患者直接推動(dòng)，若功能不佳，為易于驅(qū)動(dòng)，可180 cm 40.32 cm 47.70 cm 81.90 cm 32.76 cm185 cm 41.44 cm 49.03 cm 84.18 cm 33.67 cm18有下列方式的改動(dòng)在手輪圈表面加橡皮等以增加磨檫力。沿手輪圈四周增加推動(dòng)把手（knob）。推把有以下幾種水平推把。用于 C5 脊柱損傷時(shí)。因此時(shí)，肱二頭肌健全，手放在推把上，靠屈肘力可推車(chē)前進(jìn)。若無(wú)水平推把，則無(wú)法推動(dòng)。垂直推把。用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎肩手關(guān)節(jié)活動(dòng)受限時(shí)。因此時(shí)無(wú)法使用水平推把。加粗推把。用于手指運(yùn)動(dòng)嚴(yán)重受限而不易握拳的患者，也適用于骨關(guān)節(jié)炎、心臟疾病或老年病人。因本輪椅后輪是星輪行星輪機(jī)構(gòu)，所以手輪圈設(shè)計(jì)在輪椅車(chē)的中部，輪圈的大小為460mm。表面加裝橡皮套增加摩擦力，增設(shè)水平推把。④輪胎 有實(shí)心的、有充氣內(nèi)胎和無(wú)內(nèi)胎充氣型三種。實(shí)心型在平地走較快且不易爆破，易推動(dòng)，但在不平路上振動(dòng)大，且卡入與輪胎同寬的溝內(nèi)時(shí)不易拔出；有充氣內(nèi)胎的較難推，也易刺破，但振動(dòng)比實(shí)心的?。粺o(wú)內(nèi)胎充氣型因無(wú)內(nèi)胎不會(huì)刺破，而且內(nèi)部也充氣、坐起來(lái)舒服，但比實(shí)心者較難推。輪胎采用無(wú)內(nèi)胎充氣型。⑤剎車(chē) 大輪應(yīng)每輪均有剎車(chē)，當(dāng)然象偏癱者只能用一只手時(shí)，只好用單手剎車(chē)，但也可裝延長(zhǎng)桿，操縱兩側(cè)剎車(chē)。剎車(chē)有兩種凹口式剎車(chē)。此剎車(chē)安全可靠，但較費(fèi)力。調(diào)整后在斜坡上也能剎住，若調(diào)到 1 級(jí)在平地上不能剎住為失效。肘節(jié)式剎車(chē)。利用杠桿原理，通過(guò)幾個(gè)關(guān)節(jié)而后制動(dòng)，其力學(xué)優(yōu)點(diǎn)比凹口式剎車(chē)強(qiáng)，但失效較快。為加大患者的剎車(chē)力，常在剎車(chē)上加延長(zhǎng)桿，但此桿易損傷，如不經(jīng)常檢查會(huì)影響安全。為了安全采用凹口式剎車(chē)。⑥椅座 其高、深、寬取決于患者的體型，其材料質(zhì)地也取決于病種。一般深為41、43cm，寬 40、46cm，高 45、50cm 。深取 43cm，寬取 46cm，高取 50cm。⑦ 座 墊 為 避 免 壓 瘡 ， 對(duì) 墊 子 要 高 度 注 意 ， 有 可 能 盡 量 用 蛋 簍 （ eggcrate） 型或 Roto 墊 ， 這 種 墊 由 一 塊 大 塑 料 ， 上 面 有 大 量 直 徑 5cm 左 右 的 乳 頭 狀 塑 膠 空 心 柱組 成 ， 每 個(gè) 柱 都 柔 軟 易 動(dòng) ， 患 者 坐 上 后 受 壓 面 變 成 大 量 的 受 壓 點(diǎn) ， 而 且 患 者 稍 一 移動(dòng) ， 受 壓 點(diǎn) 隨 乳 頭 的 移 動(dòng) 而 改 變 ， 這 樣 就 可 以 不 斷 地 變 換 受 壓 點(diǎn) ， 避 免 經(jīng) 常 壓 迫 同一 部 位 造 成 壓 瘡 。 如 無(wú) 上 述 墊 子 ， 則 需 用 層 型 泡 沫 塑 料 ， 其 厚 度 應(yīng) 有 10cm， 上 層為 0.5cm 厚 的 高 密 度 聚 氯 基 甲 酸 酯 （ polyarethane） 泡 沫 塑 料 ， 下 層 為 中 密 度 的 同樣 性 質(zhì) 的 塑 料 ， 高 密 度 者 支 持 性 強(qiáng) ， 中 密 度 者 柔 軟 舒 適 。 在 坐 位 時(shí) ， 坐 骨 結(jié) 節(jié) 承壓 很 大 ， 常 超 出 正 常 毛 細(xì) 血 管 端 壓 力 的 1~16 倍 ， 易 于 缺 血 形 成 壓 瘡 。 為 避 免 此 處壓 力 過(guò) 大 ， 常 在 相 應(yīng) 處 的 墊 子 上 挖 去 一 塊 ， 讓 坐 骨 結(jié) 節(jié) 架 空 ， 挖 時(shí) 前 方 應(yīng) 在 坐 骨 結(jié)節(jié) 前 2.5cm 處 ， 側(cè) 方 應(yīng) 在 該 結(jié) 節(jié) 外 側(cè) 2.5cm 處 ， 深 度 在 7.5cm 左 右 ， 挖 后 墊 子 呈凹 字 形 ， 缺 口 在 后 ， 若 采 用 上 述 墊 子 加 上 切 口 ， 可 以 相 當(dāng) 有 效 地 防 止 壓 瘡 的 產(chǎn) 生 。⑧ 腳 托 及 腿 托 腿 托 可 為 橫 跨 兩 側(cè) 式 ， 或 兩 側(cè) 分 開(kāi) 式 ， 這 兩 種 托 都 以 采 用 能 搖擺 到 一 邊 和 可 以 拆 卸 的 為 最 理 想 。 必 須 注 意 腳 托 的 高 度 。 腳 托 過(guò) 高 ， 則 屈 髖 角 度 過(guò)大 ， 體 重 就 更 多 地 加 在 坐 骨 結(jié) 節(jié) 上 ， 易 引 起 該 處 壓 瘡 。 采 用 倆 側(cè) 分 開(kāi) 式 。⑨ 靠 背 靠 背 有 高 矮 及 可 傾 斜 和 不 可 傾 斜 之 分 。 如 患 者 對(duì) 軀 干 的 平 衡 和 控 制 較 好 ，可 選 用 低 靠 背 的 輪 椅 ， 使 患 者 有 較 大 的 活 動(dòng) 度 。 反 之 ， 要 選 用 高 靠 背 輪 椅 。 選 用19高 靠 背 ， 可 傾 斜 式 。⑩ 扶 手 或 臂 托 一 般 高 出 椅 座 面 22.5~25cm， 有 些 臂 托 可 調(diào) 節(jié) 高 度 。 還 可 在 臂托 上 架 上 搭 板 （ lap board） ， 供 讀 書(shū) 、 用 餐 。 采 用 25cm。5.2 齒輪部分的研究和設(shè)計(jì)5.2.1 齒輪的介紹⑴傳動(dòng)特點(diǎn)：效率高，傳動(dòng)比穩(wěn)定，工作可靠，壽命長(zhǎng)； 實(shí)用的速度和傳遞的功率范圍廣；可用于平行軸、相交軸和交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)；成本高，噪聲大。⑵類型外嚙合內(nèi)嚙合齒輪齒條外齒輪內(nèi)齒輪齒輪齒平面齒輪機(jī)構(gòu)直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)平行軸斜齒輪機(jī)構(gòu)空間齒輪機(jī)構(gòu)圓錐齒輪機(jī)構(gòu)（相角軸）直齒斜齒曲線齒交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)（螺旋齒輪）蝸桿機(jī)構(gòu)20⑶齒廓嚙合基本定律要使一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比為常數(shù)，那么其齒廓的形狀必須是：不論兩齒廓在哪一點(diǎn)嚙合，過(guò)嚙合點(diǎn)所作的齒廓公法線都與連心線交與一定點(diǎn) P——齒廓嚙合基本定律（輪齒齒廓正確嚙合的條件 ）⑷共軛曲線凡滿足齒廓嚙合基本定律的一對(duì)齒輪的齒廓稱共軛齒廓，共軛齒廓的齒廓曲線稱為共軛曲線⑸齒廓曲線的選擇·滿足定傳動(dòng)比的要求；·考慮設(shè)計(jì)、制造等方面通常采用漸開(kāi)線、擺線、變態(tài)擺線 ⑥直齒圓柱齒輪各部分名稱及代號(hào)如圖 5-2 所示圖 5-2 直齒圓柱齒輪圖基本參數(shù)：齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)齒數(shù)——Z，齒槽①齒頂圓 ra②齒根圓 rf③在任意圓上 rk齒槽寬 ek齒厚 SK齒數(shù) PK=eK+SK （5-1）④分度圓，r，d，s，e ，pP=s+e （5-2）d=m z ，m 為標(biāo)準(zhǔn)值21⑤齒頂高 ha： d 與 da 之間齒根高 hf：d 與 df 之間齒全高 h：h=ha+hf （5-3）⑥基節(jié)基節(jié)——基圓上的周節(jié)（齒距）Pb⑺直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)①模數(shù) m定義模數(shù)（5-4）定義模數(shù) 或∴d=mz 單位：mm ； m 標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)三角星輪的大小要求，為降低安裝精度要求，初選齒輪模數(shù) m=3。②分度圓壓力角 α（5-5）（5-6）GB1356-88 規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值 α=20°某些場(chǎng)合：α=14.5° 、15°、22.5° 、25°。嚙合角選取為 20 o③齒數(shù) z表明：齒輪的大小和漸開(kāi)線齒輪形狀都與齒數(shù)有關(guān) 考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性，根據(jù)樓梯的尺寸確定車(chē)輪的軸距為設(shè)定太陽(yáng)輪與惰輪之間中心距 a=96mm，惰輪與星輪的中心距 a=66mm，所以太陽(yáng)輪的齒數(shù) z=38，惰輪的齒數(shù)z=26，星輪的齒數(shù) z=18.④齒頂高系數(shù) ha*和頂隙系數(shù) c*zpd??zpd???p?KbKrr?cos?cos2cosmzrb???????cos2mrdb22（5-7）（5-8）標(biāo)準(zhǔn)值：ha*=1，c*=0.25非標(biāo)準(zhǔn)短齒：ha*=0.8，c*=0.3⑻標(biāo)準(zhǔn)直齒輪的幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)齒輪：標(biāo)準(zhǔn)齒輪是指 m、α、ha*、c* 均取標(biāo)準(zhǔn)值，且分度圓齒厚等于齒槽寬的齒輪。一個(gè)齒輪： D 太=mz 太=114mm D 惰=78mm D 星=54mm ha= ha*m=3da=d+2ha=(z+2 ha*)m hf=( ha*+ c*)m=3.75da 太=120mm，da 惰=84mm h=ha+hf=(2 ha*+ c*)m=6.9da 星=60mm P=πm=9.4df=d-2hf=(z-2 ha*-2 c*)m df 太=106.5mm，df 惰=70.5mmdf 星 =46.5mmdb=dcosα db 太=108.3mm，db 惰=74.1mm，db 星=17.1mm一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪：（5-9）①m、z 決定了分度圓的大小，而齒輪的大小主要取決于分度圓，因此 m、z 是決定齒輪大小的主要參數(shù)②輪齒的尺寸與 m， ha* ， c* 有關(guān)與 z 無(wú)關(guān)③至于齒形，與 m，z，α 有關(guān)5.2.2 漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)⑴正確嚙合條件兩對(duì)齒分別在 a，b 點(diǎn)嚙合，根據(jù)嚙合基本定律如圖 5-3 所示a，b 點(diǎn)在 N1N2 上ab——法向齒距 Pb1 = ab Pb2 = ab∴Pb1=Pb2 （5-10 ）30.1*???mha 9)(*??）（chaf 7.421?meS?)(21)(12zda???21coss?m?23（5-11 ）（5-12）圖 5-3 齒輪嚙合圖⑵齒輪傳動(dòng)的連續(xù)條件和重合度①連續(xù)傳動(dòng)的條件②重合度（重疊系數(shù)） 如圖 5-4 所示端面重合度 （5-13）重合度不僅是齒輪傳動(dòng)的連續(xù)性條件，而且是衡量齒輪承載能力和傳動(dòng)平穩(wěn)性的重要指標(biāo)。 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪：（5-14）?????21m或 bPAB?1?b bPAB???674.1cos)1(2.3821 ????????????z58.)(32224（5-15）圖 5-4 嚙合圖⑶齒輪傳動(dòng)的無(wú)側(cè)隙嚙合條件及標(biāo)準(zhǔn)中心距齒側(cè)間隙（側(cè)隙） 如圖 5-5 所示r?O22rb2?'a2?22'1?pbND'C'a1r'?'N1arOABKOr?2b?'?r' =2'?r' N2c11'K1b1Ca25圖 5-5 嚙合圖①無(wú)側(cè)隙嚙合的條件 （5-16）②標(biāo)準(zhǔn)齒輪的安裝標(biāo)準(zhǔn)安裝 （5-17）分度圓與節(jié)圓重合實(shí)際中心距： （5-18）標(biāo)準(zhǔn)中心距： （5-19） 嚙合角 a’=a=20° 頂隙 （5-20）非標(biāo)準(zhǔn)安裝——有側(cè)隙 由圖 5-6 可知： （5-21）（5-22）實(shí)際中心距：（5-23）2121ses???或 21esmes?????2)(112zmrra?????chchCaaf **)(???????cos11rrb???22b???????? coss)(2121 arra26或：a' cosa'= a cosa圖 5-6 嚙合圖③傳動(dòng)比 （5-24）（5-25）5.2.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算⑴平地行走情況如圖 5-7 所示2f=F 阻T3=f·R=F 阻/2·RR 為車(chē)輪半徑，F(xiàn) 阻為行走阻力，主要是滾動(dòng)摩擦阻力，非常小，因而此種情況齒輪受力狀況良好。圖 5-71O'?1N'Kc'P'22O'?2r'r1a'???68.0121221???zrrib?9.23233?ib27圖 5-7 地行走圖⑵在坡度為 8o 的地面行走時(shí)2f=Gsin8o+F 阻≈Gsin8o （5-25）則 f=0.5Gsin8o=0.5×500sin8oN=34.8N （5-26）T3=f·R=34.8×0.1N·m=3.5 N·m （5-27）⑶爬樓時(shí)如圖 5-8 所示T3=μ（1-x）GR,取 μ=0.3，x=0.3T3=0.3×0.7×50×0.1 N·m=1.05 N·m圖 5-8 爬樓圖比較以上三種情況，在有坡度的地面行走時(shí)，齒輪受轉(zhuǎn)矩最大。285.2.4 齒輪傳動(dòng)⑴主要特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：①形閉合，效率高(0.98~0.99) ；②工作可靠，壽命長(zhǎng)；③結(jié)構(gòu)緊湊，外廓尺寸??；④瞬時(shí) i 為常數(shù)。缺點(diǎn)：①制造費(fèi)用大，需專用機(jī)床和設(shè)備；②精度低時(shí)，振動(dòng)、噪音大；③不適于中心距大的場(chǎng)合。⑵分類按工作條件分（失效形式不同）開(kāi)式傳動(dòng)：低速傳動(dòng)，潤(rùn)滑條件差，易磨損；半開(kāi)式傳動(dòng)：裝有簡(jiǎn)單的防護(hù)罩，但仍不能?chē)?yán)密防止雜物侵入；閉式傳動(dòng)：齒輪等全封閉于箱體內(nèi)，潤(rùn)滑良好，使用廣泛。選用閉式傳動(dòng)⑶基本要求①傳動(dòng)平穩(wěn)（i=const） ?！\(yùn)動(dòng)要求②承載能力高?！獋鬟f動(dòng)力要求⑷齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)主要參數(shù)①基本齒廓、模數(shù)、中心距—查《機(jī)械原理》 、表 4.3 ~4.4②傳動(dòng)比 i、齒數(shù)比 u減速傳動(dòng)：i＞1增速傳動(dòng)：i＜1減速傳動(dòng)：u=i增速傳動(dòng)：u=1/i③變位系數(shù)徑向變位齒輪：加工時(shí)刀具從標(biāo)準(zhǔn)位置移動(dòng)一徑向距離 xm。（ 主 動(dòng) 輪 ）從 動(dòng) 輪 ）1221(zdn??小 齒 輪大 齒 輪u29⑸失效形式輪齒折損齒面接觸疲勞磨損（齒面點(diǎn)蝕）失效形式 齒面膠合齒面損傷齒面磨粒磨損齒面塑性流動(dòng)齒輪材料選用 45 號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，對(duì)太陽(yáng)輪 z1，轉(zhuǎn)矩T1=2T31/i13=2×3.5/（18/38）N·m=14.8 kN·m=14800 N·m （5-28）σFlim=270MPYN=2,YST=2,SFlim=1.5 σfp=σFlim YST/ SFlim·YN=720Mpa （5-29）Yfa=2.8,YSA=1.52,取 Ψd=0.08，K=1.5σf=2KT1/Ψdm3z2·YfaYsa=60.6MPa＜σfp所以強(qiáng)度符合要求。5.3 鏈傳動(dòng)的研究和設(shè)計(jì)5.3.1 鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用組成：鏈傳動(dòng)由裝在平行軸上的主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪和繞在鏈輪上的鏈條組成。工作時(shí)，靠鏈條鏈節(jié)與鏈輪輪齒的嚙合帶動(dòng)從動(dòng)輪回轉(zhuǎn)并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。特點(diǎn)：⑴由于鏈傳動(dòng)屬于帶有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)，所以可獲得準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比；⑵與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)預(yù)緊力小，所以鏈傳動(dòng)軸壓力小，而傳遞的功率較大，效率較高，鏈傳動(dòng)還可以在高溫、低速、油污等情況下工作；⑶與齒輪傳動(dòng)相比，兩軸中心距較大，制造與安裝精度要求較低，成本低廉。⑷鏈傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比和瞬時(shí)鏈速，所以傳動(dòng)平穩(wěn)性較差，工作時(shí)有噪音且鏈速不宜過(guò)高。應(yīng)用：適用于中心距較大，要求平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確的場(chǎng)合。傳動(dòng)鏈傳遞的功率一般在100kW 以下，最大傳動(dòng)比 ，鏈速不超過(guò) 15m/s。本章主要討論滾子鏈。8max?i5.3.2 傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)⑴滾子鏈30滾子鏈?zhǔn)怯蓾L子 1、套筒 2、銷軸 3、內(nèi)鏈板 4 和外鏈板 5 組成。內(nèi)鏈板和套筒之間、外鏈板與銷軸之間分別用過(guò)盈聯(lián)接固聯(lián)。滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間均為間隙配合。當(dāng)內(nèi)、外鏈板相對(duì)撓曲時(shí)，套筒可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。滾子活套在套筒上，工作時(shí)，滾子沿鏈輪齒廓滾動(dòng)，減輕了齒廓的磨損。鏈的磨損主要發(fā)生在銷軸與套筒的接觸面上。因此，內(nèi)、外鏈板間應(yīng)留少許間隙，以便潤(rùn)滑油滲入銷軸和套筒的摩擦面間。內(nèi)、外鏈板制成 8 字形，是為了使鏈的各剖面具有相近的抗拉強(qiáng)度，也可減輕鏈的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力。傳動(dòng)鏈?zhǔn)褂脮r(shí)首尾相連成環(huán)形，當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，接頭處可用內(nèi)、外鏈板搭接，插入開(kāi)口銷或彈簧夾鎖住。若鏈節(jié)為奇數(shù)，需采用一個(gè)過(guò)渡鏈節(jié)才能首尾相連，鏈條受拉時(shí)，過(guò)渡鏈節(jié)將受附加彎矩，所以應(yīng)盡量采用偶數(shù)鏈節(jié)的鏈條。滾子鏈與鏈輪嚙合的基本參數(shù)是節(jié)距 p、滾子外徑 d1 和內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 b1。其中，節(jié)距是滾子鏈的主要參數(shù)。節(jié)距增大時(shí)，鏈條中各零件的尺寸也要相應(yīng)增大，可傳遞的功率也隨之增大。但當(dāng)鏈輪齒數(shù)一定時(shí)，節(jié)距越大，鏈輪直徑 D 也越大，為使 D 不致過(guò)大，當(dāng)載荷較大時(shí)，可用小節(jié)距的雙排鏈或多排鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比，列數(shù)越多，承載能力越高。但由于制造、安裝誤差，很難使各排的載荷均勻，列數(shù)越多，不均勻性越嚴(yán)重，故排數(shù)不宜過(guò)多，一般不超過(guò)四列。考慮到我國(guó)鏈條生產(chǎn)的歷史和現(xiàn)狀，以及國(guó)際上幾乎所有國(guó)家的鏈節(jié)距均用英制單位，我國(guó)鏈條標(biāo)準(zhǔn) GB1243.1-83 中規(guī)定節(jié)距用英制折算成米制的單位。鏈號(hào)與相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鏈號(hào)一致，鏈號(hào)數(shù)乘以 25.4/16mm 即為節(jié)距值。后綴 A 或 B 分別表示 A 或 B系列。A 系列用于重載、重要、較高速的傳動(dòng)，B 系列用于一般的傳動(dòng)中。滾子鏈標(biāo)記：鏈號(hào)—排數(shù)*鏈節(jié)數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)編號(hào) 例：10A —1*88 GB1243.1--83⑵齒形鏈齒形鏈又稱無(wú)聲鏈。由一組帶有兩個(gè)齒的鏈板左右交錯(cuò)并列鉸接而成。每個(gè)齒的兩個(gè)側(cè)面為工作面，齒形為直線，工作時(shí)鏈齒外側(cè)邊與鏈輪輪齒相嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。特點(diǎn)：工作平穩(wěn)，噪音小，允許的鏈速高，承受沖擊能力好，傳動(dòng)效率一般為0.95~0.98，潤(rùn)滑良好的傳動(dòng)可達(dá) 0.98~0.99。但價(jià)格較高，重量較大，對(duì)安裝、維護(hù)要求較高。應(yīng)用：適宜于高速傳動(dòng)；又實(shí)用于傳動(dòng)比大和中心距較小的場(chǎng)合，多用于高速或運(yùn)動(dòng)精度要求較高的傳動(dòng)裝置中。本設(shè)計(jì)用滾子鏈傳動(dòng)。5.3.3 滾子鏈鏈輪的結(jié)構(gòu)和材料鏈輪是鏈傳動(dòng)的主要零件，鏈輪齒形已標(biāo)準(zhǔn)化。鏈輪設(shè)計(jì)主要是確定其結(jié)構(gòu)及尺寸，選擇材料及熱處理方法。⑴鏈輪的基本參數(shù)及主要尺寸