圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：密 級(jí)：畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )雙擺臂履帶式搜索機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)The Design Of Walking Mechanism Of The Double Pendulum Arm Crawler Search Robot 學(xué) 生 姓 名班 級(jí)學(xué) 院 名 稱(chēng)專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)指 導(dǎo) 教 師年 5 月 22 日學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書(shū)本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要災(zāi)難應(yīng)急搜索和救援機(jī)器人（Search And Rescue Robot）是自然災(zāi)害、事故等突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行搜救探測(cè)任務(wù)的機(jī)器人。這種機(jī)器人可以遠(yuǎn)程操控或采用自主的方式深入到復(fù)雜、危險(xiǎn)、不確定的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，探測(cè)未知環(huán)境信息，搜索和營(yíng)救被困者。搜救機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)向?qū)嵱没l(fā)展的一個(gè)重要分支和新的研究領(lǐng)域，具有重要的社會(huì)價(jià)值。本論文的目的是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎、具有獨(dú)創(chuàng)性的可攜帶、抗一定沖擊的履帶移動(dòng)機(jī)器人，以適應(yīng)在惡劣環(huán)境和復(fù)雜路況下工作。通過(guò)在傳動(dòng)系統(tǒng)上加載各種感知系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)搜救機(jī)器人不同的使用功能，本研究意義在于為設(shè)計(jì)的搜救機(jī)器人提供一個(gè)基礎(chǔ)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以便于開(kāi)發(fā)出更多使用功能的搜救機(jī)器人。本研究所設(shè)計(jì)的搜救機(jī)器人移動(dòng)方案是履帶式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。搜救機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)應(yīng)盡可能適應(yīng)多種復(fù)雜的井下地形條件，如廢墟、泥地、沙地、臺(tái)階、陡坡、壕溝等，即具有較強(qiáng)的地形適應(yīng)能力；除此之外，還要具有一定的運(yùn)動(dòng)速度和良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)穩(wěn)定性，盡可能減少傾覆或翻滾的可能。設(shè)計(jì)的機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由四部分組成：主動(dòng)輪減速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、擺臂減速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、自適應(yīng)路面執(zhí)行機(jī)構(gòu)、履帶及履帶輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。本論文對(duì)上述各部分方案分別進(jìn)行論證、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算.關(guān)鍵詞 搜救機(jī)器人； 傳動(dòng)系統(tǒng)； 履帶式AbstractDisaster emergency Search And Rescue Robot (the Search And Rescue Robot) is a natural disasters, accidents And other emergencies occur, instead of Search And Rescue personnel to enter the scene Search And Rescue mission to the mobile Robot. This kind of robot can be remotely operated or adopt the way of independent into complex, danger, uncertainty at the scene of the disaster, detecting unknown environmental information, search and rescue trapped persons. Search and rescue robot is an important branch of robot technology in practical development and the new research field, has important social value. The purpose of this thesis research work is to design new structure, ingenious portable, impact resistance to certain of the tracked mobile robot, in order to adapt to work under bad environment and complex road conditions. By loading it on mobile system perception system, to implement the search and rescue robot different use function, and significance of this study is to search and rescue robot provides a foundation to the design of the transmission mechanism, so that to develop more function of search and rescue robot. This design institute of search and rescue robot moving plan is crawler drive structure. Search and rescue robot motion platform should as far as possible to adapt to a variety of complex downhole terrain conditions, such as debris, mud, sand, steps, steep slope, trenches, etc., which has strong adaptability to terrain; In addition, will also have a certain velocity and good kinematic stability, minimize capsized or roll. Design of robot mobile mechanism is mainly composed of four parts: the driving wheel deceleration driving mechanism, wing rotating mechanism, adaptive road, track and track wheel actuator motion mechanism. This paper on the package the parts for argumentation, structural design, calculation.Keywords Search and rescue robot The transmission system caterpillar 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )I目 錄摘要 IAbstract .II1 緒論 .11.1 課題研究背景及意義 .11.1.1 課題研究背景 .11.1.2 課題研究意義 .11.2 國(guó)內(nèi)外的研究概況 .21.2.1 國(guó)外研究概況 .21.2.2 國(guó)內(nèi)研究概況 .32 機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì) .42.1 機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)分析 42.2 機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)性能比較 52.3 論文采用的行走機(jī)構(gòu) 52.4 機(jī)器人性能指標(biāo)與設(shè)計(jì) 62.5 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析 72.5.1 機(jī)器人跨越臺(tái)階 72.5.2 機(jī)器人跨越溝槽 82.5.3 機(jī)器人斜坡運(yùn)動(dòng)分析 83 電動(dòng)機(jī)的選擇 103.1 基于平地的最大速度的電機(jī)功率計(jì)算 103.2 爬坡最大坡度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率計(jì)算 114 減速器設(shè)計(jì) .124.1 一級(jí)圓柱齒輪減速器的計(jì)算 .124.1.1 齒輪材料和熱處理的選擇 .124.1.2 齒輪幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .124.1.3 齒輪彎曲強(qiáng)度校核 144.1.4 齒輪幾何尺寸的確定 144.1.5 軸的材料和熱處理的選擇 154.1.6 軸幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 154.1.7 圓柱齒輪減速器三維圖 174.2 蝸桿減速器的計(jì)算 184.2.1 蝸桿的型號(hào)和材料 .184.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) .184.2.3 蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 .20畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )II4.2.4 蝸桿軸的設(shè)計(jì) 214.2.5 蝸輪軸的設(shè)計(jì) 265 移動(dòng)機(jī)構(gòu)履帶及翼板部分設(shè)計(jì) 275.1 履帶的選擇 275.1.1 確定帶的型號(hào)和節(jié)距 .285.1.2 確定主從動(dòng)輪直徑 295.1.3 確定節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度和帶寬 295.2 翼板部分設(shè)計(jì) .306 機(jī)器人擺臂的設(shè)計(jì) .317 機(jī)器人感知系統(tǒng) .32結(jié)論 .33致謝 .34參考文獻(xiàn) .35附錄 .36附錄 1 .36附錄 2 .37畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )11 緒論1.1 課題研究背景及意義1.1.1 課題研究背景20 世紀(jì) 80 年代 開(kāi)始出現(xiàn)對(duì)應(yīng)急災(zāi)難搜索和救援機(jī)器人的研究。在經(jīng)過(guò) 1995 年的美國(guó)俄克拉荷馬州爆炸案以及日本神戶(hù)大地震，搜救機(jī)器人逐漸被作為機(jī)器人學(xué)的人道主義應(yīng)用研究被重視起來(lái).我國(guó)是世界上災(zāi)害、事故發(fā)生次數(shù)最多的國(guó)家之一，地震、火災(zāi)、塌方、以及各類(lèi)人為事故，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大的危害。災(zāi)害發(fā)生后，如何及時(shí)有效的發(fā)現(xiàn)被困幸存者并實(shí)施快速的救援是災(zāi)后應(yīng)急救援的頭等大事。當(dāng)災(zāi)難或事故發(fā)生后，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜惡劣，充滿(mǎn)未知和不確定性的因素，嚴(yán)重威脅搜救人員的生命安全，給搜救工作的部署和實(shí)施帶來(lái)嚴(yán)峻考驗(yàn)。一般而言在災(zāi)難發(fā)生后的 48 小時(shí)是實(shí)施營(yíng)救的最佳時(shí)間，一旦超過(guò) 48 小時(shí)被困者生還的可能性就變得很小。所以搜救機(jī)器人的研究具有重要的實(shí)用價(jià)值和社會(huì)意義，近年來(lái)受到了美、日、澳、中等國(guó)家的高度重視1.1.2 課題研究意義搜救機(jī)器人第一次大規(guī)模參與到現(xiàn)場(chǎng)救援的應(yīng)用案例發(fā)生在美國(guó)911事件后，當(dāng)時(shí)有Talon、Solem、PACKBOT、VGTV、MicroTracs、SPAWARUrbot等六種軍方和研究所的機(jī)器人參與了救援工作，如圖1所示。在這次救援任務(wù)中，機(jī)器人系統(tǒng)的主要任務(wù)包括:在廢墟中搜索可能有幸存者的空間，并監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)變化，防止發(fā)生倒塌危及現(xiàn)場(chǎng)救援人員。搜救工作主要分為兩個(gè)階段，在第一階段的的工作中,機(jī)器人并不是過(guò)度深入廢墟現(xiàn)場(chǎng),而是在人不便于接近的地方起到輔助作用。第二階段的工作重點(diǎn)是清理現(xiàn)場(chǎng)建筑殘骸,并為分析世貿(mào)中心塔樓倒塌的原因提供依據(jù)。在這一階段中，隨著操作人員熟練程度的增加以及現(xiàn)場(chǎng)積累的經(jīng)驗(yàn)，機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)越性逐漸表現(xiàn)出來(lái)。機(jī)器人通過(guò)深入現(xiàn)場(chǎng)近距離偵察、攝像,從而確定殘存墻體的穩(wěn)定性和發(fā)生倒塌的可能性；同時(shí)，機(jī)器人通過(guò)自身攜帶的不同類(lèi)型探測(cè)器,測(cè)量一氧化碳、硫化氫、揮發(fā)性有機(jī)物的濃度和現(xiàn)場(chǎng)溫度,形成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境危險(xiǎn)情況的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過(guò)十幾名不同專(zhuān)業(yè)、不同領(lǐng)域的專(zhuān)家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析，并研究、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的救援工作,大大加快了工作進(jìn)度,并保證了人員的安全,體現(xiàn)了明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在此次救援過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了機(jī)器人系統(tǒng)的一些問(wèn)題，如防水能力、耐熱能力、防震及其他抗惡劣環(huán)境能力的不足，以及機(jī)器人自身狀態(tài)感知及環(huán)境描述方法的不足?？傊@次救援任務(wù)是人類(lèi)歷史上由救援機(jī)器人參與的規(guī)模最大、也是較為成功的一次救援，在這次救援過(guò)程中，工程技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家積累了大量的機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行災(zāi)難救援工作的寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)今后搜救機(jī)器人的研究來(lái)說(shuō)是一筆巨大的財(cái)富。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )2圖1-1 參與911救援的機(jī)器人1.2 國(guó)內(nèi)外的研究概況1.2.1 國(guó)外研究概況目前，在救災(zāi)機(jī)器人研究方面，美國(guó)走在了世界的前列，美國(guó)在微小型機(jī)器人研制方面投入了大量的人力和物力，特別是新型、高機(jī)動(dòng)、高可靠性移動(dòng)載體研究方面。如美國(guó)移動(dòng)機(jī)器人(TMR)計(jì)劃中的便攜式機(jī)器人系統(tǒng)(MPRS)．此類(lèi)機(jī)器人被大量應(yīng)用與于城市戰(zhàn)斗和搜救任務(wù)。如美國(guó)智能系統(tǒng)和機(jī)器人中心開(kāi)發(fā)的RATLER礦井探索機(jī)器人主要用于偵查災(zāi)難后的現(xiàn)場(chǎng)，電傳遙控方式作為主動(dòng)控制方式，車(chē)上帶有紅外攝像機(jī)、無(wú)線(xiàn)射頻信號(hào)收發(fā)器、陀螺儀和危險(xiǎn)氣體傳感器等各類(lèi)裝備。無(wú)線(xiàn)遙控距離約76 米。美國(guó)南佛羅里達(dá)大學(xué)研制的Simbot礦井搜索機(jī)器人,小巧靈活，車(chē)位上帶有數(shù)字化低照度攝像機(jī)及基本氣體監(jiān)視組件，可以通過(guò)一個(gè)人為鉆出的小洞鉆進(jìn)礦井，跨過(guò)碎石與爛泥地段，并通過(guò)車(chē)上攜帶的傳感器來(lái)發(fā)現(xiàn)受害礦工，探測(cè)氣體類(lèi)如氧氣與甲烷氣體的含量，并生成清晰可見(jiàn)的礦井地圖。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )31.2.2 國(guó)內(nèi)研究概況我國(guó)的搜救機(jī)器人雖然研究起步較晚，但是最近幾年有了較快的發(fā)展，受到越來(lái)越多研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、廣東衛(wèi)富公司等都研制了各自的搜救機(jī)器人系統(tǒng)，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)與清華大學(xué)等幾家機(jī)構(gòu)同時(shí)也研制了用于煤礦井下救援的移動(dòng)機(jī)器人。2006年6月22日，由中國(guó)礦大可靠性與救災(zāi)機(jī)器人研究所研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)煤礦搜救機(jī)器人(樣機(jī))在徐州誕生。這臺(tái)煤礦搜救機(jī)器人行走控制方式是靠自主避障和遙控引導(dǎo)相結(jié)合，能在煤礦災(zāi)害出現(xiàn)后深入事故現(xiàn)場(chǎng)，探測(cè)明火的溫度、瓦斯的濃度、收集災(zāi)害場(chǎng)景狀況、呼救聲訊等信息，并實(shí)時(shí)傳回采集到的信息和圖像，為救災(zāi)指揮人員提供重要的災(zāi)害信息。同時(shí)，機(jī)器人還能攜帶急救藥品、生命維持液、食品和千斤頂、撬棍等自救工具，在關(guān)鍵時(shí)刻協(xié)助被困人員實(shí)施自救。在2010年4月2日王家?guī)X透水事故發(fā)生的過(guò)程中，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制的水下機(jī)器人被帶到現(xiàn)場(chǎng)，試圖參與透水現(xiàn)場(chǎng)的總體探測(cè)任務(wù)，雖然最終沒(méi)有采用，但也是一次有益的嘗試，為透水事故探測(cè)救援積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )42 機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)2.1 機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)分析運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)載體，直接影響到機(jī)器人的通過(guò)性和地形適應(yīng)能力。搜救機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)應(yīng)盡可能適應(yīng)多種復(fù)雜的地形條件，如廢墟、泥地、沙地、臺(tái)階、陡坡、壕溝等；除此之外，機(jī)器人還要具有一定的運(yùn)動(dòng)速度和良好的穩(wěn)定性，最大化減少傾覆或翻滾的可能。目前的搜救機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)種類(lèi)較多，如輪式、履帶式、蛇形移動(dòng)機(jī)構(gòu)等，不同的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)決定了各自的運(yùn)動(dòng)能力。輪式機(jī)器人速度快、效率高，但越障能力較差，復(fù)雜地形適應(yīng)能力有限；履帶式越障能力強(qiáng)，但速度較慢、運(yùn)動(dòng)效率較低；蛇形機(jī)器人可以鉆進(jìn)狹小的空間，利用頭部安裝的攝像頭傳回圖像信息，但也存在速度慢、機(jī)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)；足式機(jī)器人，如四足、六足等具有適應(yīng)地形能力強(qiáng)的特點(diǎn),能越過(guò)大的壕溝和臺(tái)階,但目前大部分足式機(jī)構(gòu)存在速度慢、效率較低的特點(diǎn);輪腿復(fù)合式機(jī)器人具有履帶機(jī)器人的地形適應(yīng)能力和輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，但也存在結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜體積較為龐大等缺點(diǎn);此外受到自然界生物的啟發(fā)，各種特殊的仿生機(jī)構(gòu)機(jī)器人也展現(xiàn)了美好的前景。綜合各種復(fù)雜的地形環(huán)境和事故發(fā)生后可能存在的實(shí)際情況，采用具有較強(qiáng)地形適應(yīng)能力的帶輔助臂的復(fù)合履帶方式是一種相對(duì)理想的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該方式在具有較強(qiáng)地形適應(yīng)能力，可以保持較小的體積，能夠穿過(guò)相對(duì)狹窄的空間。除了上述需要考慮的因素之外，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)必須可靠，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的環(huán)境。比如搜救機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)必須重點(diǎn)考慮考慮現(xiàn)在的爆炸，積水，高溫等情況。而且履帶機(jī)器人發(fā)生履帶出軌脫落也將導(dǎo)致機(jī)器人寸步難行，這也是一大難題。除了靈活的運(yùn)動(dòng)能力和可靠性設(shè)計(jì)外，搜救機(jī)器人還應(yīng)考慮便攜性。為了應(yīng)對(duì)突發(fā)的礦難事故，提高搜救效率，搜救機(jī)器人應(yīng)該具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)能力，須在第一時(shí)間投放現(xiàn)場(chǎng)。并具有快速轉(zhuǎn)移能力，可攜帶性較高，在搜索完一個(gè)目標(biāo)地點(diǎn)，能盡快到下一搜救地點(diǎn)。最后機(jī)器人體積不能過(guò)于龐大，更高的能耗和較差的平臺(tái)通過(guò)能力會(huì)給運(yùn)輸過(guò)程和救援工作帶來(lái)困難。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )52.2 機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)性能比較表 2.1 機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)性能比較2.3 行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本文的履帶機(jī)器人移動(dòng)系統(tǒng)采用的是履、輪復(fù)合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)最大優(yōu)點(diǎn)在于在傳統(tǒng)履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了可轉(zhuǎn)動(dòng)得擺臂機(jī)構(gòu)，機(jī)器人的越障、爬坡性能以及環(huán)境適應(yīng)能力得到了較大的提升。機(jī)器人能根據(jù)地形條件的復(fù)雜程度，通過(guò)主動(dòng)調(diào)節(jié)兩側(cè)履帶與車(chē)身約束關(guān)系來(lái)選擇自適應(yīng)環(huán)境或者是主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境。自適應(yīng)環(huán)境可以提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性能、平順性能；主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境可以提高機(jī)器人通過(guò)性能，機(jī)器人設(shè)計(jì)方案如下圖2所示。圖2-1 便攜式履帶機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成1.后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)及組件 2.擺臂電機(jī)及組件 3.主履帶 4.擺臂履帶 5.齒輪移動(dòng)方式輪式 履帶式 腿式移動(dòng)速度快 較快 慢越障能力差 一般 好復(fù)雜程度簡(jiǎn)單 一般 復(fù)雜能耗量 小 較小 大控制難易 易 一般 復(fù)雜畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )62.4 機(jī)器人性能指標(biāo)與設(shè)計(jì)在地面移動(dòng)機(jī)器人家族中，履帶機(jī)器人具有很強(qiáng)的地形適應(yīng)性，能夠適應(yīng)惡劣的路面條件，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但普通的履帶移動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，減震性能差，零件易損壞。為克服普通履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，給煤礦井下搜救機(jī)器人履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)加裝前擺。機(jī)器人加裝前擺臂的優(yōu)點(diǎn)：機(jī)器人重心將前移，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人爬坡和越障的功能，穩(wěn)定性將更好；實(shí)現(xiàn)機(jī)器人傾翻后自復(fù)位.總體設(shè)計(jì)方案如圖 2.2 所示。采用后輪驅(qū)動(dòng)，差速轉(zhuǎn)向，可實(shí)現(xiàn)原地 360°轉(zhuǎn)向。擺臂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)擺臂可在 360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，提高機(jī)器人跨越溝槽和爬越臺(tái)階的越障的能力和翻轉(zhuǎn)后自復(fù)位的功能。搜救機(jī)器人性能參數(shù)如下： L1=600mm,L2=350mm,R=80mm,r=40mm,B(車(chē)體寬度)=500mm，車(chē)體高 300mm。車(chē)體質(zhì)量為 50kg,擺臂質(zhì)量不超過(guò) 5kg,機(jī)器人做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)最大速度等于 1m/s,自備電源運(yùn)行時(shí)間大于等于 4 小時(shí)。最大越障高度 H=300mm，跨越最大溝壑寬度 C=500mm。如圖 3：圖 2-2 機(jī)器人設(shè)計(jì)草圖2.5 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析2.5.1 機(jī)器人跨越臺(tái)階（1）越障機(jī)理分析當(dāng)機(jī)器人在爬越臺(tái)階時(shí)，機(jī)器人履帶底線(xiàn)與地面之間的夾角將隨時(shí)間而逐漸增加，其重心越過(guò)臺(tái)階的支撐點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人就跨過(guò)了臺(tái)階完成爬越動(dòng)作。（2）越障過(guò)程分析搜救機(jī)器人爬越臺(tái)階的過(guò)程如圖 4 所示，機(jī)器人借助擺臂的初始擺角，在履帶機(jī)構(gòu)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )7的驅(qū)使下，使其主履帶前端搭靠在臺(tái)階的支撐點(diǎn)上，機(jī)器人繼續(xù)移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)擺臂逆時(shí)針擺動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人重心越過(guò)臺(tái)階邊緣時(shí)，旋轉(zhuǎn)擺臂關(guān)節(jié)，機(jī)器人在自身重力影響下，車(chē)體下移，機(jī)器人成功地爬越臺(tái)階。圖 2-3 機(jī)器人爬越臺(tái)階過(guò)程由運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以看出，機(jī)器人在越障第三階段圖 2-3（C）重心的位置處于臨界狀態(tài)，機(jī)器人重心只有越過(guò)臺(tái)階邊緣，機(jī)器人才能成功的越過(guò)障礙。由此可分析出機(jī)器人的最大越障高度。圖 2-4 機(jī)器人上臺(tái)階臨界狀態(tài)示意圖由圖 2.4 所示幾何關(guān)系可得：式（2.1）cos()cot/sinxLhR?????變換式（1）可得： 式（2.2） in/式（2.3） 20d??利用式（2.3）求出 ，代入式（2.2）可算出機(jī)器人跨越障礙的最大高度 Hmax 為600mm。2.5.2 機(jī)器人跨越溝槽（1）越障機(jī)理分析畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )8對(duì)于小于機(jī)器人前后履帶輪中心距地溝槽，因機(jī)器人重心在機(jī)器人車(chē)體內(nèi)，當(dāng)機(jī)器人重心越過(guò)下一個(gè)溝槽的支撐點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人就越過(guò)溝槽完成了整個(gè)跨越動(dòng)作。也可能由于重心未過(guò)去，翻倒在溝槽內(nèi)。當(dāng)溝槽大于中心距時(shí)，履帶式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)可以看做是爬越凸臺(tái)障礙。（2）越障分析履帶式移動(dòng)機(jī)器人跨越溝槽時(shí)，機(jī)器人重心不斷向前移動(dòng)，當(dāng)重心越過(guò)溝槽邊緣時(shí)，受重力作用，機(jī)器人將產(chǎn)生前傾現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。由機(jī)器人質(zhì)心變化規(guī)律可知機(jī)器人重心在以 r 為半徑的圓內(nèi)，由于擺臂展開(kāi)后機(jī)器人履帶與地接觸長(zhǎng)度變大，為了計(jì)算最大跨越壕溝寬度，擺臂履帶應(yīng)處于展開(kāi)狀態(tài)。圖 2-5 跨越溝槽示意圖機(jī)器人在平地圖 2-5（a）跨越溝槽的寬度 ： 式（2.4）1Lmax1r??在角度為 的斜坡圖 2-5(b)上跨越溝槽的寬度?： 式（2.5）1ax1tnh??2.5.3 機(jī)器人斜坡運(yùn)動(dòng)分析機(jī) 器 人 在 斜 坡 上 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ， 起 受 力 情 況 如 圖 7 所 示 ， 機(jī) 器 人 勻 速 行 駛 或 靜 止 時(shí) ，其 驅(qū) 動(dòng) 力 ： 式（2.6）sinFG??圖 2-6 機(jī)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： 式（2.7）?maxcosFG???當(dāng) 時(shí)，機(jī)器人能平穩(wěn)行駛。maxF?當(dāng) 時(shí)，機(jī)器人受重力的影響將沿斜面下滑。?已知煤礦井下機(jī)器人在井下地面最大靜摩擦系數(shù) ，則機(jī)器人爬越的最大坡度為: 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )9式（2.8）1maxtn()????爬坡時(shí)克服摩擦力所需的最大加速度為：式（2.9）max(cosin)g???通過(guò)上述分析，可以根據(jù)機(jī)器人履帶與運(yùn)動(dòng)面的摩擦系數(shù)來(lái)確定一些陡坡是否能夠安全爬升，并根據(jù)坡度和電機(jī)的特性，確定其運(yùn)動(dòng)過(guò)程最大加速及爬升都陡坡的快速性。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )103 電動(dòng)機(jī)的選擇3.1 基于平地的最大速度的電機(jī)功率計(jì)算假設(shè)機(jī)器人以最大速度 勻速前進(jìn)，輪子作瞬時(shí)純滾動(dòng)，前進(jìn)時(shí)不考慮空氣阻力sm1的影響。如下圖所示：圖 3-1 平地直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)受力圖根據(jù)理論力學(xué)平面交匯力系平衡條件和合力矩定理：式（3.1）??0F式（3.2）??1IniOM則，移動(dòng)機(jī)器人平地直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的平衡方程為：式（3.3）?? 0,0, 3122 ??????mgLNfRFmgNYfXLRO則， 式（3.4）fLR5.31??可以得出，機(jī)器人兩側(cè)電機(jī)經(jīng)減速器后在最大速度下需要提供的極限扭矩為11.76Nm。在最大的行駛速度下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)減速箱減速后需要提供的極限轉(zhuǎn)速為： min43.19maxrDvn???3.2 爬坡最大坡度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率計(jì)算相對(duì)于平地行駛過(guò)程，爬坡能力對(duì)于機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)能力是一個(gè)重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)，所以在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，爬坡指標(biāo)的計(jì)算也應(yīng)作為選擇電機(jī)的必須依據(jù)。假設(shè)移動(dòng)機(jī)器人在最大指標(biāo)上勻速行駛，速度為 0.1 。在行駛過(guò)程中輪子作純滾sm動(dòng)，不考慮空氣阻力的影響。機(jī)器人爬坡受力情況如圖：畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )11圖 3-2 機(jī)器人爬坡受力圖爬坡的平衡方程為：?? 03cos,003cosin, 1221 ????????mgLNfRMFmgNYfXLRL解之得：M =43.12Nm,可以得出機(jī)器人兩側(cè)電機(jī)經(jīng)減速器減速后在最大坡度下爬坡需L要提供的極限扭矩為 21.56Nm.在 0.1 的速度爬坡時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)減速器后所需提供的轉(zhuǎn)速為：smn= =11.94?Dvinr由以上分析可知，機(jī)器人平地直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)要求的驅(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(xiàn)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： =53.8W則所需電機(jī)的輸出功率為： =88.19W?outinP?則可選擇如下表 3.1 電機(jī)：表 3-1 電動(dòng)機(jī)性能參數(shù) 產(chǎn)品型號(hào) 電壓 額定電流 空載轉(zhuǎn)速 輸出功率 效率越速 1016 24V 6.5A 3000r/min 250W 80%30nMKPL??畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )124 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Α?.1 一級(jí)圓柱齒輪減速器的計(jì)算4.1.1 齒輪材料和熱處理的選擇小齒輪選用 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，HB＝236大齒輪選用 45 號(hào)鋼，正火處理，HB＝1904.1.2 齒輪幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算1.按照接觸強(qiáng)度初步設(shè)計(jì)齒輪主要尺寸由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得,SHlim = 1aHaHMPP530,5802lim1lim????,2lim?FFF S2.489.17/.4/1n?由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得 ZN1 = ZN2 = 1 YN1 = YN2 = 1.1由 （1） 小齒輪的轉(zhuǎn)矩 IT)(42.3791.97/.50/95011 mNnPT ????（2） 選載荷系數(shù) K查《機(jī)械原理與機(jī)械零件》教材中表得，取 K＝1.1（3） 計(jì)算尺數(shù)比 ???aHNPS50lim1 ????aM31li22??aFNPSY24.5lim11 ????a0.li22畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )13=4.025?（4） 選擇齒寬系數(shù) d?根據(jù)齒輪為軟齒輪在兩軸承間為對(duì)稱(chēng)布置。查《機(jī)械原理與機(jī)械零件》教材中表得，取 ＝1d計(jì)算小齒輪分度圓直徑 1≥ 766 766=761duKTHdI23][)(???1= 44.714( mm)（5）確定齒輪模數(shù) mm =(0.007～0.02)a = (0.007～0.02)×185.871取 m=2（6）確定齒輪的齒數(shù) 和1Z2z取 Z 1 = 25取 Z 2 = 1006.924.052????（7）實(shí)際齒數(shù)比 '齒數(shù)比相對(duì)誤差 Δ /[ ]=2.19/204=0.01071YF2FY?計(jì)算大齒輪齒根彎曲應(yīng)力為??1)(952.40FMPa???齒輪的彎曲強(qiáng)度足夠4.1.4 齒輪幾何尺寸的確定齒頂圓直徑 由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》得 h *a =1 c* = 0.25ad齒距 P = 2×3.14=6.28(mm)齒根高 ??)(5.2mcaf ???齒頂高 1ha?齒根圓直徑 fd??smndv /189.1063.478.3106?????)(54)14(211Zaa ???????9629622 ma ??366.741.02211 ??ZmBYKT畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )154.1.5 軸的材料和熱處理的選擇由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的圖表查得選 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，HB217～255=650MPa =360MPa =280MPab?s?1??4.1.6 軸幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步設(shè)計(jì)軸的最小直徑從動(dòng)軸 =c =115 =29.352d23nP587.193考慮鍵槽 =29.35×1.05=30.822選取標(biāo)準(zhǔn)直徑 =32d??m2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸上零件的定位、裝拆方便的需要，同時(shí)考慮到強(qiáng)度的原則，主動(dòng)軸和從動(dòng)軸均設(shè)計(jì)為階梯軸。3.軸的強(qiáng)度校核從動(dòng)軸的強(qiáng)度校核圓周力 = =2000×158.872/192=1654.92tF20dT徑向力 = tan=1654.92×tan20°=602.34rt由于為直齒輪，軸向力 =0aFL=110mm= =0.5 =0.5×1654.92=827.46HARBt )(N=0.5 L=827.46×110×0.5/1000=51.72CMm?= =0.5 =0.5×602.34 =301.17VrF?=0.5 L=501.17×110×0.5/1000=36.4A )(轉(zhuǎn)矩 T=158.872 )(mN?)(1875.21922 mhdff ????43481ff畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )16校核= = =55.04CM22VCH?228.17.5?)(mN?= = =118.42e??aTM??2287.156.04.5??)(mN?由圖表查得， =55MPa??b1??d≥10 =10 =29.21(mm)be13.0?5*.04283考慮鍵槽 d=29.21mm 45mmL=110mm= =0.5 =0.5×1654.92=827.46HARBtF)(N=0.5 L=827.46×110×0.5/1000=51.72CMm?= =0.5 =0.5×602.34 =301.17Vr ?=0.5 L=501.17×110×0.5/1000=36.4A )(轉(zhuǎn)矩 T=158.872 )(mN?校核= = =55.04CM22VCH?228.17.5?)(N?= = =118.42e??aTM??2287.156.04.5??)(mN?由圖表查得， =55MPa??b1??d≥10 =10 =29.21(mm)be13.0?5*.04283考慮鍵槽 d=29.21mm 45mm則強(qiáng)度足夠畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )174.1.7 減速器三維圖圖 4-1 減速器三維圖4.2 蝸桿減速器的計(jì)算4.2.1 蝸桿的型號(hào)和材料GB/T10065-1998 推薦采用阿基米德（ZA 蝸桿）和錐面包絡(luò)蝸桿（ZK 蝸桿） 。本設(shè)計(jì)采用阿基米德型圓柱蝸桿（ZA 型） 。蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此，蝸桿的材料選用 45 鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為 45～55HRC，以提高表面耐磨性，選用錫磷青銅 ZCuSn10P1，采用金屬模鑄造。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )184.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)蝸桿副采用閉式傳動(dòng)，多因齒面脫離危險(xiǎn)合或點(diǎn)蝕而失效。因此，在進(jìn)行承載能力計(jì)算時(shí)，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。按蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式為：式 (4.1)??322???????HEZKTa??式中 ——蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位為 mm；aK——載荷系數(shù)；T2——作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2，單位為 N·mm；——彈性影響系數(shù)，單位為 MP1/2；EZ——接觸系數(shù)；?——許用接觸應(yīng)力，單位為 MPa。[]H?從式（4.1）算出蝸桿副的中心距 之后，根據(jù)已知的傳動(dòng)比 i=48,從附錄 1 中選擇一a個(gè)合適的中心距 值，以及相應(yīng)的蝸桿、蝸輪參數(shù)。a（1） 確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩 T2設(shè)蝸桿頭數(shù) Z1=1，蝸桿的傳動(dòng)效率取 η=0.8。由電動(dòng)機(jī)的額定功率 P1=90W，可以算得蝸輪傳遞的功率 P2=P1·η，再由蝸輪的輪轉(zhuǎn)速 n2=30r/min求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩：T2=9.55P2/n2=9.55P1η/n2=9.55×80×0.8/30N·m≈20.373N·m=20373N·mm（2） 確定載荷系數(shù) K載荷系數(shù) K=KAKβKv。其中 KA 為使用系數(shù)，由附錄 2 查得，由于工作載荷不均勻，起動(dòng)時(shí)沖擊較大，因此取 KA=1.15；K β為齒向載荷分布系數(shù)，因工作載荷在起動(dòng)和停止時(shí)有變化，故取 Kβ=1.15；K v 為動(dòng)載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速不高、沖擊不大，可取 Kv=1.05。剛載荷系數(shù)：K=KAKβKv=1.15×1.15×1.05≈1.39（3） 確定彈性影響系數(shù) ZE鑄錫磷青銅蝸輪與蝸桿相配時(shí),從有關(guān)手冊(cè)查得彈性影響系數(shù) ZE=160MPa1/2。（4） 確定接觸系數(shù) ?先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 d1 和傳動(dòng)中心距 的比值 d1/ =0.35，從附錄 3 中可查得接觸a系數(shù) =2.9。Z?（5） 確定許用接觸應(yīng)力 []H?畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )19根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1、金屬模鑄造蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，可從附錄 4 中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力 ＇=268MPa 。已知蝸桿為單頭，蝸[]H?輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù) J=1；蝸輪轉(zhuǎn)速 n2=30r/min;蝸桿副的使用壽命Lh=10000h。則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60Jn2Lh=60×1×30×10000=1.8×107壽命系數(shù)：KHN= =0.92987/N10許用應(yīng)力：=KHN ′=0.929×268MPa=249MPa[]H?[]（6） 計(jì)算中心距將以上各參數(shù)代入式（4.1） ，求得中心距：≥ mm=46.2mma3 2.9/4)(160721.9??查附錄 1，取中心距 =50mm，已知蝸桿頭數(shù) Z1=1，設(shè)模數(shù) m=1.6mm，得蝸桿分度圓直徑 d1=20mm。為時(shí) d1/ =0.4，由附錄 3 得接觸系數(shù) Z′ρ=2.74。因?yàn)?Z′ρ＜Z ρ，所以上述計(jì)算結(jié)果可用。4.2.3 蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸由蝸桿和蝸輪的基本尺寸和主要參數(shù)，算得蝸桿和蝸輪的主要幾何尺寸后，即可繪制蝸桿副的工作圖。（1） 蝸桿參數(shù)與尺寸頭數(shù) Z1=1，模數(shù) m=4mm，軸向齒距 Pa=πm=12.56mm，軸向齒厚Sa=0.5πm=6.28mm，分度圓直徑 d1=40mm，直徑系數(shù) q=d1/m=10，分度圓導(dǎo)程角γ=arctan(z1/q)=5o42′38″。取齒頂高系數(shù) ha*=1，徑向間隙系數(shù) c*=0.2，則齒頂圓直徑da1=d1+2ha*m=40mm+2×1×4mm=48mm齒根圓直徑df1=d1-2m(ha*+c*)=[40-2×4×(1+0.2)]mm=30.4mm。（2） 蝸輪參數(shù)與尺寸齒數(shù) Z2=31，模數(shù) m=4mm，分度圓直徑 d2=mZ2=4*31mm=124mm，變位系數(shù)x2=[ -(d1+d2)/2]/m=[80-(40+124)/2]/4=-1a蝸輪喉圓直徑da2=d2+2m(ha*+x2)=[124+2×4×(1+1)]mm=140mm畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )20蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2m(ha*-x2+ c*)=[124-2×4×(1-1+0.2)]mm=122.4mm蝸輪咽喉母圓半徑rg2= -da2/2=(80-140/2)mm=10mm（3） 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度即檢驗(yàn)下式是否成立：=（1.53KT 2/d1d2m）×Y Fa2Yβ≦ 式(4.2)F?[]F?式中 ——蝸輪齒根彎曲應(yīng)力，單位為 MPa；F?YFa2——蝸輪齒形系數(shù)；Yβ——螺旋角影響系數(shù)；——蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為 MPa。[]F由蝸桿頭數(shù) Z1=1，傳動(dòng)比 i=31，可以算出蝸輪齒數(shù) Z2=iZ1=31。則蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)Zv2=Z2/cos3γ=48.46根據(jù)蝸輪變位系數(shù) x2=1 和當(dāng)量齒數(shù) ZV2=48.46，得齒形系數(shù)：YFa2=1.95螺旋角影響系數(shù)：Yβ=1-γ/140°=0.967根據(jù)蝸輪的材料和制造方法，可得蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力：＇=56MPa[]F?蝸輪的壽命系數(shù)：KFN= = =0.72596/N1097610/.8?蝸輪的許用彎曲應(yīng)力：= ＇K FN=56×0.725MPa=40.6MPa[]F?將以上參數(shù)代入（4.2） ，得蝸輪齒根彎曲應(yīng)力：= ×1.95×0.967MPa≈33.2MPaF6.1872039.51?可見(jiàn) ＜ ,蝸輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。F?[]4.2.4 蝸桿軸的設(shè)計(jì)1. 蝸桿軸的材料選擇，確定許用應(yīng)力考慮軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩，為普通用途中小功率減速傳動(dòng)裝置。選用 45 號(hào)鋼，正火處理， 。??MPab60??畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )212. 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估算軸的最小直徑221()[]caMaTW??????式（4.3）扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取 6.0?抗彎截面系數(shù) 31.0d取 md6in?3 確定各軸段的直徑和長(zhǎng)度根據(jù)各個(gè)零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀，直徑和長(zhǎng)度。圖4-2 軸的形狀，直徑和長(zhǎng)度L1為與軸承配合的軸段，查軸承寬度為12mm，端蓋寬度為10mm，則L 1=22mm。L2尺寸長(zhǎng)度與刀架體的設(shè)計(jì)有關(guān)，蝸桿端面到刀架端面距離為65mm，故L 2=43mm。L3為蝸桿部分長(zhǎng)度 ，圓整 取30mm。mz92.1)06.1(23???3LL4取55mm， 為（12+8）mm，通過(guò)聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)相連長(zhǎng)度為50mm，故L 5=30mm。5L6取40mm兩軸承的中心跨度為128mm，軸的總長(zhǎng)為220mm。同時(shí)軸承各段直徑d 1=32mm,d2=35mm,d3=50mm,d4=35mm,d5=32mm,d1=28mm畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )224.蝸桿軸的校核作用在蝸桿軸上的圓周力圖 4.3 軸向受力分析其中 ，md281?則徑向力切向力NFFrnBH 434 102.6cos109.3cos107.6cos30cs ????????????nrV 3479in76in9ii ???求水平方向上的支承反力mNNnPT .106.2.4675109950 51 ????dFt 63 2.27.?tr 34109.tan109.an?????NFtn 47.2cos./??畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )23圖 4-4 水平方向支承力 0)(212???LFAHBNAH344.585.901???)(108.4FBC求水平彎矩,并繪制彎矩圖 mLMAHB ???????3331 59.105.294.5水 平 彎 矩 圖圖 4-5 水平彎矩圖求垂直方向的支承反力式y(tǒng)FyFyZYXpKvfaCF81.9?切（4.4） 查表得， ， ， ，142?yFC73.0yFX67.0yFY0?yF其中 ， ，map6rf/6. min/1v NKfayyyZp 3658.428.98.9 6773. ??切畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )24切圖 4-6 垂直方向支承反力 0)(2132 ????LFLFAVBV切 NAV 33 19.85.945.06107. ???? )(086.2063.3FBCV ??切求垂直方向彎矩，繪制彎矩圖 mLFMAVB ?????1.5.29410. 331 NC ??463切 垂 直 彎 矩 圖圖 4-7 垂直彎矩圖求合成彎矩圖，按最不利的情況考慮 mNMBVHB ????????? 322322 1069.1.586)09.1(mNCV4