電動(dòng)輪椅車(chē)設(shè)計(jì).doc

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電動(dòng)輪椅車(chē)設(shè)計(jì) ee （ee） 指導(dǎo)教師：ee [摘要]：文中首先分析了國(guó)內(nèi)外各種輪椅的狀況，在對(duì)比總結(jié)各自優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，由于直流電機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩較低，不足以驅(qū)動(dòng)后輪克服地面摩擦阻力傳動(dòng)，根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，提出了一種含有機(jī)械傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)的電動(dòng)輪椅，基于這種方案，設(shè)計(jì)了與之相匹配的減速器及其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該方案采用直流電機(jī)經(jīng)減速器與鏈條連接到后軸，以減低輸出轉(zhuǎn)速，增大輸出轉(zhuǎn)矩。應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法、對(duì)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分析和再設(shè)計(jì)，優(yōu)化車(chē)身骨架結(jié)構(gòu)，添加必要的輔助功能裝置，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建輪椅及各零部件三維模型，為新型低成本電動(dòng)輪椅的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)打下了一定基礎(chǔ)，提供了一種供參考的驅(qū)動(dòng)方案和骨架結(jié)構(gòu)。 [關(guān)鍵字]：電動(dòng)輪椅；設(shè)計(jì)；機(jī)械系統(tǒng)； The design of electric wheelchair ee (ee) Tutor : ee Abstract: This paper first analyzes the domestic and foreign various wheelchair status, based on comparing the advantages and disadvantages, because the rated output torque DC motor is low, not enough to drive the rear wheel to overcome the ground friction transmission, according to the actual situation, proposed the electric wheelchair with a mechanical reduction gear mechanism, based on this driving scheme, design of the reducer and other transmission mechanism is matched, the DC motor through reducer and the chain is connected to the rear axle, so as to reduce the output rotation speed, increase the output torque. Use the modern mechanical design theory and method, analyze and re-design the drive mode. Optimize the body frame structure. And add some necessary accessibility devices. Use computer aided design software to build a three-dimensional model of the wheelchair and it’s components. This design of the electric wheelchair’s mechanical systems has lay a certain foundation for the new type low-cost electric wheelchair and has given a reference scheme about drive mode and body frame structure. Keywords: wheelchair; design; mechanical system 目 錄 1 序言 1 1.1選題的目的及其研究意義 1 1.2課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1 1.2.1電動(dòng)輪椅的現(xiàn)狀 1 1.2.2電動(dòng)輪椅的發(fā)展趨勢(shì) 2 1.2.3研究方法 2 1.2.4應(yīng)用領(lǐng)域 2 1.3主要研究?jī)?nèi)容、途徑及技術(shù)路線 3 2 電動(dòng)輪椅驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)及主要參數(shù) 4 2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 4 2.2驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 2.2.1輪椅驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案分析及選擇 4 2.2.2前輪轉(zhuǎn)向式驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 2.3 主要尺寸 7 3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型 8 4蓄電池選用 12 5 減速器設(shè)計(jì) 14 5.1計(jì)算傳動(dòng)裝置的參數(shù) 14 5.2齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 5.2.1齒輪材料和熱處理的選擇 15 5.2.2按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 15 5.2.3齒輪幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 5.2.4按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪 17 5.2.5幾何尺寸計(jì)算 19 6 鏈輪設(shè)計(jì) 21 7 電動(dòng)輪椅整體設(shè)計(jì) 23 7.1車(chē)身骨架設(shè)計(jì) 23 7.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 8 總結(jié) 26 致謝 28 參考文獻(xiàn) 29 1 序言 電動(dòng)輪椅是一種以蓄電池為能源、電子裝置控制驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力輪椅車(chē)。使用者可通過(guò)控制裝置自行驅(qū)動(dòng)輪椅車(chē)行進(jìn)。適用于高位截癱、偏癱及下肢功能障礙者使用，是一種比較理想的康復(fù)和代步工具。 1.1選題的目的及其研究意義 隨著生活水平的提高，人們對(duì)老年人和殘疾人的關(guān)注度日漸提高，各種各樣的電動(dòng)式輪椅進(jìn)入消費(fèi)者的視線。我國(guó)的輪椅發(fā)展比較緩慢，直到20世紀(jì)90年代后，隨著中國(guó)人口的老齡化越來(lái)越嚴(yán)重，輪椅才有了較快的發(fā)展。輪椅是老年人和肢體傷殘者不可缺少的康復(fù)和代步工具。現(xiàn)有的輪椅以手動(dòng)居多，存在一定不足，缺乏動(dòng)力效能不能滿足使用者日常生活和出行需要，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)讓人感到疲勞，而且在實(shí)際使用中通常需要人員輔助。目前市面上的電動(dòng)輪椅價(jià)格不菲，普通家庭消費(fèi)不起，部分是以改變電機(jī)的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)控制輪椅速度，這不僅對(duì)電機(jī)損耗較大，而且功能不夠全面，安全系數(shù)較低，實(shí)用性不強(qiáng)。如當(dāng)遇到刮風(fēng)或者爬坡時(shí)，有時(shí)會(huì)很難前進(jìn)。由于直流電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速一般較高，遠(yuǎn)高于輪椅平穩(wěn)行駛時(shí)后輪所要求的轉(zhuǎn)速，而直流電機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩又較低，不足以驅(qū)動(dòng)后輪克服地面摩擦阻力轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，必須在直流電機(jī)輸出端設(shè)置減速器，以減低輸出轉(zhuǎn)速，增大輸出轉(zhuǎn)矩。 1.2課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1電動(dòng)輪椅的現(xiàn)狀 1.國(guó)內(nèi)電動(dòng)輪椅發(fā)展簡(jiǎn)況 國(guó)內(nèi)對(duì)電動(dòng)輪椅的研究較晚，尤其是智能電動(dòng)輪椅，研究還不完善，但近幾年發(fā)展很快。國(guó)內(nèi)廠商生產(chǎn)的電動(dòng)輪椅大部分為四輪式和六輪式，一般都具有調(diào)速、翻越簡(jiǎn)單路障和防傾倒等功能。雖然國(guó)內(nèi)電動(dòng)輪椅研究還不太完善，但在一定的基礎(chǔ)上還是有所提高的。例如有些生產(chǎn)商在原有輪椅的研究上，發(fā)明出利用驅(qū)動(dòng)左、右動(dòng)力后輪的左、右電機(jī)串聯(lián)連接設(shè)計(jì)，從而具有差動(dòng)速度功能，使電動(dòng)輪椅行駛時(shí)穩(wěn)定舒適、轉(zhuǎn)向可靠。近幾年，還出現(xiàn)了手扶電動(dòng)、可爬梯以及站立式電動(dòng)輪椅。 2.國(guó)外電動(dòng)輪椅發(fā)展簡(jiǎn)況 自1986年英國(guó)開(kāi)始研制第一輛智能輪椅以來(lái)，許多國(guó)家投入較多資金研究智能輪椅。如美國(guó)麻省理工學(xué)院WHEELESLEY項(xiàng)目、法國(guó)VAHM項(xiàng)目、德國(guó)烏爾姆大學(xué)MAID（老年人及殘疾人助動(dòng)器）項(xiàng)目、Bremen Autonomous Wheelchair項(xiàng)目、西班牙STAMO項(xiàng)目、加拿大AAI公司TAO項(xiàng)目、歐盟TIDE項(xiàng)目等。1989年法國(guó)開(kāi)始研究VAHM項(xiàng)目，第一階段的智能輪椅由輪椅、pc486、超聲波傳感器、人機(jī)界面和一個(gè)可匹配用戶身體能力轉(zhuǎn)換的圖形屏幕組成設(shè)置為手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)三種模式，手動(dòng)時(shí)輪椅執(zhí)行用戶具體指令和行動(dòng)任務(wù)；自動(dòng)狀態(tài)時(shí)用戶只需選定目標(biāo)，輪椅控制整個(gè)系統(tǒng)，此模式需要高度的可靠性；半自動(dòng)模式下用戶與輪椅分享控制。為了更好適應(yīng)用戶需求，研究者在康復(fù)中心進(jìn)行了一系列調(diào)查，得出結(jié)論：系統(tǒng)必須是多功能的，不僅應(yīng)適應(yīng)殘障人士的生理和認(rèn)知能力，也應(yīng)適應(yīng)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)改進(jìn)后研制出第二代產(chǎn)品，相對(duì)于第一代產(chǎn)品，其功能更豐富，面向用戶范圍更廣，性價(jià)比更好，改良了大量控制。 高性能電動(dòng)輪椅的生產(chǎn)廠家集中在國(guó)外，技術(shù)較先進(jìn)的國(guó)家有美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、瑞典、日本和比利時(shí)等。生產(chǎn)的電動(dòng)輪椅功能強(qiáng)大，除一般功能外，還有可記憶地圖、自動(dòng)導(dǎo)航、避障、自動(dòng)行走、與用戶交互等功能，結(jié)構(gòu)也多種多樣，有四輪式、三輪式、六輪式和履帶式等多種多樣，性能也較優(yōu)秀，除能適應(yīng)城市中平坦路況外，有些還能登山越野，適應(yīng)較大坡度和不平度的路況。近幾年，國(guó)外在高檔輪椅方面又有了很大的發(fā)展，例如IBOT智能輪椅，不僅能夠輕松平穩(wěn)地在崎嶇和很大坡度的路面行駛，還能夠上下樓梯，而且可以利用2個(gè)后輪站立或行走。在日本，還發(fā)明了一種靠臉部表情來(lái)控制的高級(jí)電動(dòng)輪椅，使用者只需在頭上系上一根特殊的帶子，然后通過(guò)改變表情就可以實(shí)現(xiàn)輪椅的運(yùn)動(dòng)。 1.2.2電動(dòng)輪椅的發(fā)展趨勢(shì) 隨著機(jī)器人技術(shù)、人工智能技術(shù)和傳感器技術(shù)的進(jìn)步，電動(dòng)輪椅的研究朝著高性能、多功能、智能化和人性化的方向發(fā)展。智能輪椅不但可以為老年人和殘疾人提供一種良好的代步工具，而且可以具有自主導(dǎo)航、自主避障、人機(jī)對(duì)話等服務(wù)機(jī)器人所具有的各種功能，因而可以幫助殘疾人和老年人提高自己的生活自理能力和工作能力，使他們更好地融入社會(huì). 1.2.3研究方法 初期的研究，賦予輪椅的功能一般都是低級(jí)控制，如簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)、速度控制及避障等。隨著機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人大量技術(shù)用于輪椅，電動(dòng)輪椅在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上，有更好的交互性、適應(yīng)性、自主性。 1.2.4應(yīng)用領(lǐng)域 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)輪椅的強(qiáng)大功能不僅適用于年老體弱的老年人和重度殘疾的傷患，同樣的，它也適合于大型車(chē)間工人的代步工具。 1.3主要研究?jī)?nèi)容、途徑及技術(shù)路線 為了改變我國(guó)輪椅的現(xiàn)狀，解決人們對(duì)高品質(zhì)生活的追求，因此，設(shè)計(jì)一款含有減速器裝置以減低輸出轉(zhuǎn)速，增大輸出轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)輪椅有很重要的意義，并將給老年人和殘疾人士的生活帶來(lái)極大的幫助。 1.31具體研究?jī)?nèi)容 1.充分了解電動(dòng)輪椅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及構(gòu)造，并進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查，分析研究現(xiàn)有電動(dòng)輪椅的優(yōu)缺點(diǎn)以及可改進(jìn)之處。特別是調(diào)速原理。 2.搜集各類(lèi)電動(dòng)輪椅的資料，包括相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及最新成果。 3.設(shè)計(jì)多個(gè)方案，并從選出總體設(shè)計(jì)方案后對(duì)總體設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)化。 （1）輪椅驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 包括驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向方案的分析和選擇、驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)選型、減速器設(shè)計(jì)、其他傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)、蓄電池選擇等。重點(diǎn)是減速器的設(shè)計(jì)，計(jì)算減速范圍以及車(chē)輪輸出轉(zhuǎn)矩。 （2）輪椅車(chē)身骨架設(shè)計(jì)。 包括人體坐姿分析、前后輪布置、骨架各組成部件形狀和尺寸設(shè)計(jì)等。 （3）輪椅整體三位建模。 包括各零部件的建模和裝配，總裝配和生成二維工程圖。 4.對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行校核，確保方案的可行性。 1.32主要研究途徑和技術(shù)路線 利用所學(xué)知識(shí)和參考國(guó)內(nèi)外電動(dòng)輪椅文獻(xiàn)資料，對(duì)輪椅機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行討論、畫(huà)草圖、分析、減速器設(shè)計(jì)，初步確定多種方案，計(jì)算減速器的轉(zhuǎn)矩范圍并進(jìn)行校核來(lái)確定最終方案。優(yōu)化車(chē)身骨架結(jié)構(gòu)，添加必要的輔助功能裝置，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建輪椅及各零件三維模型。 2.電機(jī)選擇 2.1電動(dòng)機(jī)選擇（倒數(shù)第三頁(yè)里有東東） 2.1.1選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型 2.1.2選擇電動(dòng)機(jī)容量 電動(dòng)機(jī)所需工作功率為： ； 工作機(jī)所需功率為： ； 傳動(dòng)裝置的總效率為： ； 傳動(dòng)滾筒 滾動(dòng)軸承效率 閉式齒輪傳動(dòng)效率 聯(lián)軸器效率 代入數(shù)值得： 所需電動(dòng)機(jī)功率為： 略大于 即可。 選用同步轉(zhuǎn)速1460r/min ；4級(jí) ；型號(hào) Y160M-4.功率為11kW 2.1.3確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 取滾筒直徑 1.分配傳動(dòng)比 （1）總傳動(dòng)比 (2)分配動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比 取兩級(jí)圓柱齒輪減速器高速級(jí)傳動(dòng)比 則低速級(jí)的傳動(dòng)比 2.1.4 電機(jī)端蓋組裝CAD截圖 圖2.1.4電機(jī)端蓋 2.2 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 2.2.1電動(dòng)機(jī)軸 2.2.2高速軸 2.2.3中間軸 2.2.4低速軸 2.2.5滾筒軸 3.齒輪計(jì)算 3.1選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1>按傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 2>絞車(chē)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB 10095-88）。 3>材料選擇。由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280 HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240 HBS，二者材料硬度差為40 HBS。 4>選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。取 5初選螺旋角。初選螺旋角 3.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-21）進(jìn)行試算，即 3.2.1確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （1）試選載荷系數(shù)1。 （2）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-30選取區(qū)域系數(shù)。 （3）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-26查得，，則。 （4）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 （5）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-7 選取齒寬系數(shù) （6）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) （7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 。 13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 （9）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖（10-19）取接觸疲勞壽命系數(shù); 。 （10）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版式（10-12）得 （11）許用接觸應(yīng)力 3.2.2計(jì)算 （1）試算小齒輪分度圓直徑 ===49.56mm （2）計(jì)算圓周速度 （3）計(jì)算齒寬及模數(shù) ==2mm h=2.252.252=4.5mm 49.56/4.5=11.01 （4）計(jì)算縱向重合度 0.318124tan=20.73 （5）計(jì)算載荷系數(shù)K。 已知使用系數(shù)根據(jù)v= 7.6 m/s,7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-8查得動(dòng)載系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-4查得的值與齒輪的相同，故 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 10-13查得 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-3查得.故載荷系數(shù) 11.111.41.42=2.2 （6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由式（10-10a）得 （7）計(jì)算模數(shù) 3.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式（10-17） 3.3.1確定計(jì)算參數(shù) （1）計(jì)算載荷系數(shù)。 =2.09 （2）根據(jù)縱向重合度 ，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-28查得螺旋角影響系數(shù) （3）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)。 （4）查齒形系數(shù)。 由表10-5查得 （5）查取應(yīng)力校正系數(shù)。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-5查得 （6）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-24c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 ； （7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，； （8）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.4,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版式（10-12）得 （9）計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。 = 由此可知大齒輪的數(shù)值大。 3.3.2設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) 大于由齒面齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 的法面模數(shù)，取2，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度得的分度圓直徑100.677mm 來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由 取 ，則 取 3.4幾何尺寸計(jì)算 3.4.1計(jì)算中心距 a= 將中以距圓整為141mm. 3.4.2按圓整后的中心距修正螺旋角 因值改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。 3.4.3計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 3.4.4計(jì)算齒輪寬度 圓整后取. 低速級(jí) 取m=3; 由 取 圓整后取 表 1高速級(jí)齒輪： 名　　稱 代號(hào) 計(jì) 算 公 式 　　　小齒輪 大齒輪 模數(shù) m 2 2 壓力角 20 20 分度圓直徑 d =227=54 =2109=218 齒頂高 齒根高 齒全高 h 齒頂圓直徑 表 2低速級(jí)齒輪： 名　　稱 代號(hào) 計(jì) 算 公 式 　　　小齒輪 大齒輪 模數(shù) m 3 3 壓力角 20 20 分度圓直徑 d =327=54 =2109=218 齒頂高 齒根高 齒全高 h 齒頂圓直徑 4.　軸的設(shè)計(jì) 4.1低速軸 4.1.1求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 若取每級(jí)齒輪的傳動(dòng)的效率,則 4.1.2求作用在齒輪上的力 因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為 圓周力 ,徑向力 及軸向力 的 4.1.3初步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理.根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表15-3,取 ,于是得 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑.為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào). 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩, 查表考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,故取 ,則: 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5014-2003或手冊(cè),選用LX4型彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為2500000 .半聯(lián)軸器的孔徑 ,故取 ,半聯(lián)軸器長(zhǎng)度 L=112mm ,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度. 4.1.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）擬定軸上零件的裝配方案 圖4-1 （2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1)根據(jù)聯(lián)軸器為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要示求,1-2軸段右端需制出一軸肩,故取2-3段的直徑 ;左端用軸端擋圈,按軸端直徑取擋圈直徑D=65mm.半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上,故1-2 段的長(zhǎng)度應(yīng)比 略短一些,現(xiàn)取. 2)初步選擇滾動(dòng)軸承.因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承.參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承30313。其尺寸為dDT=65mm140mm36mm，故 ；而。 3）取安裝齒輪處的軸段4-5段的直徑 ；齒輪的右端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為90mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取 。齒輪的左端采用軸肩定位，軸肩高度 ，故取h=6mm ，則軸環(huán)處的直徑 。軸環(huán)寬度 ，取。 4）軸承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=30mm，故取 低速軸的相關(guān)參數(shù)： 表4-1 功率 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩 1-2段軸長(zhǎng) 84mm 1-2段直徑 50mm 2-3段軸長(zhǎng) 40.57mm 2-3段直徑 62mm 3-4段軸長(zhǎng) 49.5mm 3-4段直徑 65mm 4-5段軸長(zhǎng) 85mm 4-5段直徑 70mm 5-6段軸長(zhǎng) 60.5mm 5-6段直徑 82mm 6-7段軸長(zhǎng) 54.5mm 6-7段直徑 65mm （3）軸上零件的周向定位 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按查表查得平鍵截面b*h=20mm12mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為L(zhǎng)=63mm,同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為14mm9mm70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑公差為m6。 4.2中間軸 4.2.1求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 4.2.2求作用在齒輪上的力 （1）因已知低速級(jí)小齒輪的分度圓直徑為： （2）因已知高速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為： 4.2.3初步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理.根據(jù)表15-3,取 ,于是得： 軸的最小直徑顯然是安裝軸承處軸的直徑。 圖 4-2 4.2.4初步選擇滾動(dòng)軸承. （1）因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承。其尺寸為dD*T=35mm72mm18.25mm，故，； （2）取安裝低速級(jí)小齒輪處的軸段2-3段的直徑 ；齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為95mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取 。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取h=6mm，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。 （3）取安裝高速級(jí)大齒輪的軸段4-5段的直徑齒輪的右端與右端軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為56mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取。 4.2.5軸上零件的周向定位 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按查表查得平鍵截面b*h=22mm14mm。鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為63mm,同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為14mm9mm70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為 。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑公差為m6。 中間軸的參數(shù)： 表4-2 功率 10.10kw 轉(zhuǎn)速 362.2r/min 轉(zhuǎn)矩 263.6 1-2段軸長(zhǎng) 29.3mm 1-2段直徑 25mm 2-3段軸長(zhǎng) 90mm 2-3段直徑 45mm 3-4段軸長(zhǎng) 12mm 3-4段直徑 57mm 4-5段軸長(zhǎng) 51mm 4-5段直徑 45mm 4.3高速軸 4.3.1求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 若取每級(jí)齒輪的傳動(dòng)的效率,則 4.3.2求作用在齒輪上的力 因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為 4.3.3初步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理.根據(jù)表15-3,取 ,于是得： 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑.為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào). 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 , 查表 ,考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,故取 ,則: 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5014-2003 或手冊(cè),選用LX2型彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為560000 .半聯(lián)軸器的孔徑 ,故取 ,半聯(lián)軸器長(zhǎng)度 L=82mm ,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度. 4.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.4.1擬定軸上零件的裝配方案 圖4-3 4.4.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1)為了滿足半聯(lián) 軸器的軸向定位要示求,1-2軸段右端需制出一軸肩,故取2-3 段的直徑 ;左端用軸端擋圈,按軸端直徑取擋圈直徑D=45mm .半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度 ,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上 而不壓在軸的端面上,故 段的長(zhǎng)度應(yīng)比 略短一些,現(xiàn)取. 2)初步選擇滾動(dòng)軸承.因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承.參照工作要求并根據(jù) ,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承。其尺寸為d*D*T=45mm*85mm*20.75mm，故 ；而 ，mm。 3）取安裝齒輪處的軸段4-5段,做成齒輪軸；已知齒輪軸輪轂的寬度為61mm，齒輪軸的直徑為62.29mm。 4）軸承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=30mm，故取。 5）軸上零件的周向定位 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按 查表查得平鍵截面b*h=14mm*9mm ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為L(zhǎng)=45mm,同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為14mm9mm70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為 。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑公差為m6。 高速軸的參數(shù)： 表4-3 功率 10.41kw 轉(zhuǎn)速 1460r/min 轉(zhuǎn)矩 1-2段軸長(zhǎng) 80mm 1-2段直徑 30mm 2-3段軸長(zhǎng) 45.81mm 2-3段直徑 42mm 3-4段軸長(zhǎng) 45mm 3-4段直徑 31.75mm 4-5段軸長(zhǎng) 99.5mm 4-5段直徑 48.86mm 5-6段軸長(zhǎng) 61mm 5-6段直徑 62.29mm 6-7段軸長(zhǎng) 26.75mm 6-7段直徑 45mm 5.齒輪的參數(shù)化建模 5.1齒輪的建模 （1）在上工具箱中單擊按鈕，打開(kāi)“新建”對(duì)話框，在“類(lèi)型”列表框中選擇“零件”選項(xiàng)，在“子類(lèi)型”列表框中選擇“實(shí)體”選項(xiàng)，在“名稱”文本框中輸入“dachilun_gear”，如圖5-1所示。 圖5-1“新建”對(duì)話框 2>取消選中“使用默認(rèn)模板”復(fù)選項(xiàng)。單擊“確定”按鈕，打開(kāi)“新文件選項(xiàng)”對(duì)話框，選中其中“mmns_part_solid”選項(xiàng)，如圖5-2所示，最后單擊”確定“按鈕，進(jìn)入三維實(shí)體建模環(huán)境。 圖5-2“新文件選項(xiàng)”對(duì)話框 （2）設(shè)置齒輪參數(shù) 1>在主菜單中依次選擇“工具” “關(guān)系”選項(xiàng)，系統(tǒng)將自動(dòng)彈出“關(guān)系”對(duì)話框。 2>在對(duì)話框中單擊按鈕，然后將齒輪的各參數(shù)依次添加到參數(shù)列表框中，具體內(nèi)容如圖5-4所示，完成齒輪參數(shù)添加后，單擊“確定”按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。 圖5-3輸入齒輪參數(shù) （3）繪制齒輪基本圓 在右工具箱單擊，彈出“草繪”對(duì)話框。選擇FRONT 基準(zhǔn)平面作為草繪平面，繪制如圖5-4所示的任意尺寸的四個(gè)圓。 （4）設(shè)置齒輪關(guān)系式，確定其尺寸參數(shù) 1>按照如圖5-5所示，在“關(guān)系”對(duì)話框中分別添加確定齒輪的分度圓直徑、基圓直徑、齒根圓直徑、齒頂圓直徑的關(guān)系式。 2>雙擊草繪基本圓的直徑尺寸，將它的尺寸分別修改為、、、修改的結(jié)果如圖5-6所示。 圖5-4草繪同心圓 圖5-5“關(guān)系”對(duì)話框 圖5-6修改同心圓尺寸 圖5-7“曲線：從方程”對(duì)話框 （5）創(chuàng)建齒輪齒廓線 1>在右工具箱中單擊按鈕打開(kāi)“菜單管理器”菜單，在該菜單中依次選擇“曲線選項(xiàng)” “從方程” “完成”選項(xiàng)，打開(kāi)“曲線：從方程”對(duì)話框，如圖5-7所示。 2>在模型樹(shù)窗口中選擇坐標(biāo)系，然后再?gòu)摹霸O(shè)置坐標(biāo)類(lèi)型”菜單中選擇“笛卡爾”選項(xiàng)，如圖5-8所示，打開(kāi)記事本窗口。 3>在記事本文件中添加漸開(kāi)線方程式，如圖5-9所示。然后在記事本窗中選取“文件” “保存”選項(xiàng)保存設(shè)置。 圖5-8“菜單管理器”對(duì)話框 圖5-9添加漸開(kāi)線方程 4>選擇圖5-11中的曲線1、曲線2作為放置參照，創(chuàng)建過(guò)兩曲線交點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)PNTO。參照設(shè)置如圖5-10所示。 曲 線1 曲 線 2 圖5-11基準(zhǔn)點(diǎn)參照曲線的選擇 圖5-10“基準(zhǔn)點(diǎn)”對(duì)話框 5>如圖5-12所示，單擊“確定”按鈕，選取基準(zhǔn)平面TOP和RIGHT作為放置參照，創(chuàng)建過(guò)兩平面交線的基準(zhǔn)軸A_1，如圖6-13所示。 圖5-12“基準(zhǔn)軸”對(duì)話框 圖5-13基準(zhǔn)軸A_1 6>如圖5-13所示，單擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)PNTO和基準(zhǔn)軸A_1的基準(zhǔn)平面DTM1,如圖5-14所示。 5 5-15基準(zhǔn)平面對(duì)話框 5-15基準(zhǔn)平面DTM1 7>如圖5-16所示，單擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)軸A_1，并由基準(zhǔn)平面DTM1轉(zhuǎn)過(guò)“-90/z”的基準(zhǔn)平面DTM2，如圖5-17所示。 圖5-16“基準(zhǔn)平面”對(duì)話框 圖5-17基準(zhǔn)平面DTM2 8>鏡像漸開(kāi)線。使用基準(zhǔn)平面DTM2作為鏡像平面基準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖5-18所示。 圖5-18鏡像齒廓曲線 （6）創(chuàng)建齒根圓實(shí)體特征 1>在右工具箱中單擊按鈕打開(kāi)設(shè)計(jì)圖標(biāo)版。選擇基準(zhǔn)平面FRONT作為草繪平面，接收系統(tǒng)默認(rèn)選項(xiàng)放置草繪平面。 2>在右工具箱中單擊按鈕打開(kāi)“類(lèi)型”對(duì)話框，選擇其中的“環(huán)”單選按鈕，然后在工作區(qū)中選擇圖5-19中的曲線1作為草繪剖面。再圖標(biāo)中輸入拉伸深度為“b”，完成齒根圓實(shí)體的創(chuàng)建，創(chuàng)建后的結(jié)果如圖5-20所示。 圖5-19草繪的圖形 5-20拉伸的結(jié)果 （7）創(chuàng)建一條齒廓曲線 1>在右工具箱中單擊按鈕，系統(tǒng)彈出“草繪”對(duì)話框，選取基準(zhǔn)平面FRONT作為草繪平面后進(jìn)入二維草繪平面。 2>在右工具箱單擊按鈕打開(kāi)“類(lèi)型”對(duì)話框，選擇“單個(gè)”單選按鈕，使用和并結(jié)合繪圖工具繪制如圖5-21所示的二維圖形。 圖 5-21 草繪曲線圖 5-22顯示倒角半徑 3>打開(kāi)“關(guān)系”對(duì)話框，如圖5-22所示，圓角半徑尺寸顯示為“sd0”，在對(duì)話框中輸入如圖5-23所示的關(guān)系式。 圖5-23“關(guān)系“對(duì)話框 （8）復(fù)制齒廓曲線 1>在主菜單中依次選擇“編輯” “特征操作”選項(xiàng)，打開(kāi)“菜單管理器”菜單，選擇其中的“復(fù)制”選項(xiàng)，選取“移動(dòng)”復(fù)制方法，選取上一步剛創(chuàng)建的齒廓曲線作為復(fù)制對(duì)象。 圖5-24依次選取的 菜單 2>選取“平移”方式，并選取基準(zhǔn)平面FRONT作為平移參照，設(shè)置平移距離為“B”，將曲線平移到齒坯的另一側(cè)。 圖5-25輸入旋轉(zhuǎn)角度 3>繼續(xù)在“移動(dòng)特征”菜單中選取“旋轉(zhuǎn)”方式，并選取軸A_1作為旋轉(zhuǎn)復(fù)制參照，設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度為“asin(2*b*tan(beta/d))”，再將前一步平移復(fù)制的齒廓曲線旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度。最后生成如圖5-26所示的另一端齒廓曲線。 圖5-26創(chuàng)建另一端齒廓曲線 （9）創(chuàng)建投影曲線 1>在工具欄內(nèi)單擊按鈕，系統(tǒng)彈出“草繪”對(duì)話框。選取“RIGUT”面作為草繪平面，選取“TOP”面作為參照平面，參照方向?yàn)椤坝摇?，單擊“草繪”按鈕進(jìn)入草繪環(huán)境。 2>繪制如圖5-27所示的二維草圖，在工具欄內(nèi)單擊按鈕完成草繪的繪制。 圖5-27繪制二維草圖 3>主菜單中依次選擇“編輯” “投影”選項(xiàng)，選取拉伸的齒根圓曲面為投影表面，投影結(jié)果如下圖5-28所示。 圖5-28投影結(jié)果 （10）創(chuàng)建第一個(gè)輪齒特征 1>在主菜單上依次單擊“插入” “掃描混合”命令，系統(tǒng)彈出“掃描混合”操控面板，如圖5-29所示。 2>在“掃描混合”操控面板內(nèi)單擊“參照”按鈕，系統(tǒng)彈出“參照”上滑面板，如圖6-30所示。 圖5-29 “掃描混合”操作面板 圖5-30“參照”上滑面板 3>在“參照”上滑面板的“剖面控制”下拉列表框內(nèi)選擇“垂直于軌跡”選項(xiàng)，在“水平/垂直控制”下拉列表框內(nèi)選擇“垂直于曲面”選項(xiàng)，如圖5-30示。 4>在繪圖區(qū)單擊選取分度圓上的投影線作為掃描混合的掃引線，如圖5-31示。 掃描引線 圖5-31選取掃描引線 5>在“掃描混合”操作面板中單擊“剖面”按鈕，系統(tǒng)彈出“剖面”上滑面板，在上方下拉列表框中選擇“所選截面”選項(xiàng)，如圖5-32所示。 圖5-32“剖面”上滑面板 圖5-33 選取截面 6>在繪圖區(qū)單擊選取“掃描混合”截面，如圖5-33所示。 7>在“掃描混合”操控面板內(nèi)單擊按鈕完成第一個(gè)齒的創(chuàng)建，完成后的特征如圖5-34所示。 圖5-34完成后的輪齒特征 圖5-35“選擇性粘貼“對(duì)話框 (11)陣列輪齒 1>單擊上一步創(chuàng)建的輪齒特征，在主工具欄中單擊按鈕，然后單擊按鈕，隨即彈出“選擇性粘貼”對(duì)話框，如圖5-35所示。在該對(duì)話框中勾選“對(duì)副本應(yīng)用移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)變換”，然后單擊“確定”按鈕。 圖5-36 旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置 圖5-37復(fù)制生成的第二個(gè)輪齒 2>單擊復(fù)制特征工具欄中的“變換”，在“設(shè)置”下拉菜單中選取“旋轉(zhuǎn)”選項(xiàng)，“方向參照”選取軸A_1，可在模型數(shù)中選取，也可以直接單擊選擇。輸入旋轉(zhuǎn)角度“360/z”,如圖6-36所示。最后單擊按鈕，完成輪齒的復(fù)制，生成如圖6-37所示的第2個(gè)輪齒。 3>在模型樹(shù)中單擊剛剛創(chuàng)建的第二個(gè)輪齒特征，在工具欄內(nèi)單擊按鈕，或者依次在主菜單中單擊“編輯” “陣列”命令，系統(tǒng)彈出“陣列”操控面板，如圖6-38所示。 圖5-38 “陣列”操控面板 圖5-39 完成后的輪齒 圖5-40齒輪的最終結(jié)構(gòu) 4>在“陣列”操控面板內(nèi)選擇“軸”陣列，在繪圖區(qū)單擊選取齒根園的中心軸作為陣列參照，輸入陣列數(shù)為“88”偏移角度為“360/z”。在“陣列”操控面板內(nèi)單擊按鈕，完成陣列特征的創(chuàng)建，如圖5-39所示。 5>最后“拉伸”、“陣列”輪齒的結(jié)構(gòu)，如圖5-40所示 致謝 本論文是在ee老師的悉心指導(dǎo)下完成的。e老師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。 在此，謹(jǐn)向e老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！ 本論文的順利完成，離不開(kāi)各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。感謝CAD培訓(xùn)中心老師的指導(dǎo)和幫助。 后文是被我人為屏蔽掉了，想要原版嗎？小伙伴，在第2章電機(jī)選擇中CAD圖里找我聯(lián)系方式吧 參考文獻(xiàn) [1]王定.礦用小絞車(chē)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1981. 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