1、畢業(yè)設(shè)計論文機器人鏈?zhǔn)?行星)越障輪組機構(gòu)設(shè)計摘 要全方位越障車輪組由動力裝置、轉(zhuǎn)向裝置和驅(qū)動輪系組成?？蚣苌习惭b了中心軸，中心軸上設(shè)有驅(qū)動離合器、轉(zhuǎn)向離合器、轉(zhuǎn)臂和中心鏈輪。每組車輪組的個車輪軸線呈等角分布。當(dāng)驅(qū)動離合器閉合、制動器制動，轉(zhuǎn)向離合器脫開時，且路面對車輪作用力變化的情況下，驅(qū)動輪系亦相應(yīng)轉(zhuǎn)化構(gòu)成定軸輪系或行星輪系，實現(xiàn)車輪的驅(qū)動或越障。而當(dāng)制動器脫開，轉(zhuǎn)向離合器閉合時，動力通過嚙合齒輪副、轉(zhuǎn)向鏈輪副和錐齒輪副，使框架相對于車體轉(zhuǎn)動。按輪系傳動時齒輪的軸線在空間的相對位置是否固定，輪系可分為定軸線齒輪傳動和動軸線齒輪傳動兩大部分。本次設(shè)計的項目根據(jù)實際設(shè)計工作的需要，對機器人鏈?zhǔn)?/p>

2、(行星)越障輪組機構(gòu)主要的零部件進行設(shè)計。對機構(gòu)各部分的零件進行設(shè)計布局,算出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、變位系數(shù)和中心距等關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)與尺寸,鏈輪等.并進行幾何尺寸計算、強度計算和安全系數(shù)計算。關(guān) 鍵 詞：行星車輪; 越障; 機構(gòu)設(shè)計; 機器人 Robot Chain Structure Design OfClimbing Obatacle With Planetary WheelABSTRACTFor determination of perpendicular climbing obstacle capability of lunar rover with planetary wh

3、eel , based on simplified mechanics mobel of rover the paper gives the relations between rover parameters and perpendicular climbing obstacleheight under three conditions: simultaneously climbing obstacle by two front wheels, simultaneously climbing obstacle by two rear wheels and climbing obstacle

4、by single wheel. Then maximum perpendicular climbing obstacle height of this rover is calculated. Simulation analysis to above three conditions is done. The simulation analysis gives conclusion that theoy inference result is reliable. The design is made on the basis of the demand of the progect .Our

5、 task is the designing of crucial part of the planetary reducer ,calculating the value of special parameters .Especially , the parameters of sun gear,planetary gear and ring gear,such as gear ratio, module, facewidth, modification coefficient,center distance,and physical dimension, strength and safe

6、ty factor.are designed.KEY WORDS：planetary wheel,climbing obstacle, structure design, robot目 錄前言1第一章越障機器人概述2§1.1越障機器人發(fā)展?fàn)顩r2§1.2本設(shè)計的實施方案3第二章越障機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與傳動方案的確定6§2.1.機構(gòu)設(shè)計6§2.2.確定各主要參數(shù)6§2.2.1.傳動比分配7§2.2.2 電動機選擇7§2.3齒輪設(shè)計7§2.4齒輪幾何尺寸計算10§2.4.1 小齒輪尺寸計算10§2.4.2

7、 大齒輪尺寸計算11第三章越障輪組主要構(gòu)件設(shè)計計算12§3.1中心軸12§3.1.1中心軸的參數(shù)12§3.1.2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計13§3.1.3 軸的校核15第四章車輪組局部零件設(shè)計計算18§4.1車輪軸的設(shè)計.18§4.1.1車輪軸的設(shè)計圖18§4.2 錐齒輪設(shè)計19§4.2.1錐齒輪裝配圖.19§4.2.2錐齒輪設(shè)計計算19§4.2.3齒輪的受力分析20§4.3 車輪組的結(jié)構(gòu)形式21§4.4 越障輪組機體結(jié)構(gòu)22第五章軸承計算23§5.1軸承參數(shù)23§5

8、.2主傳動軸軸承23§5.2.1角接觸球軸承.24§5.2.2.深溝球軸承24總結(jié)25參考文獻(xiàn)26致27 前 言 本設(shè)計是一種越障車輪組。提供一種集驅(qū)動,轉(zhuǎn)向和越障于一體的全方位越障車輪組,由其裝備的車輛不僅能夠在平坦的路面上實現(xiàn)全方位運動,且具有良好的越障能力。 本設(shè)計由動力裝置,轉(zhuǎn)向裝置和驅(qū)動輪系組成。動力裝置由電機,嚙合齒輪,驅(qū)動離合器和轉(zhuǎn)向離合器組成。驅(qū)動輪系由轉(zhuǎn)臂,小鏈輪,中心鏈輪組成,小鏈輪分別與每個車輪組上相應(yīng)的3個車輪固定連接,3個車輪的軸線呈等角分布?？蚣苌习惭b了中心軸,中心軸上設(shè)有驅(qū)動離合器,轉(zhuǎn)向離合器,轉(zhuǎn)臂和中心鏈輪。當(dāng)驅(qū)動離合器閉合,制動器制動,轉(zhuǎn)向

9、離合器脫開時,且路面對車輪作用力變化的情況下,驅(qū)動輪系亦相應(yīng)轉(zhuǎn)化構(gòu)成定軸輪系或行星輪系。當(dāng)路面平坦時,兩個車輪將同時著地,由轉(zhuǎn)臂,小鏈輪,中心鏈輪組成的驅(qū)動輪系構(gòu)成定軸輪系,在電機的驅(qū)動下,車輪組以滾動方式運動。而當(dāng)前進的車輪遇到障礙時,前輪靜止不動,定軸輪系自行轉(zhuǎn)化為行星輪系。在電機的驅(qū)動下,轉(zhuǎn)臂帶動其余兩個輪子繞前輪的中心軸回轉(zhuǎn),實現(xiàn)越障.而當(dāng)制動器脫開,轉(zhuǎn)向離合器閉合時,由轉(zhuǎn)向鏈輪,傳動鏈輪和一對相互嚙合的轉(zhuǎn)向錐齒輪組成的轉(zhuǎn)向裝置開始運動。在電機的驅(qū)動下,動力通過嚙合齒輪傳送到安置在中心軸上的轉(zhuǎn)向鏈輪,并通過傳動鏈輪,錐齒輪副,使框架相對于車體進行轉(zhuǎn)動。 本設(shè)計要求機構(gòu)工作原理構(gòu)想,機構(gòu)

10、各部分空間位置布置;結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇與確定;有關(guān)的設(shè)計計算;機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計。但由于學(xué)生水平有限，本設(shè)計說明如有不妥和錯誤之處，還請各位專家老師給予批評指正。第一章 越障機器人概述§1.1越障機器人發(fā)展?fàn)顩r 本設(shè)計涉與一種越障車輪組,特別是涉與一種全方位越障車輪組. 現(xiàn)有的越障車輪組,如爬樓機器人(JSME Series C, Vol39, No.3,1996), 采用成平面布置的兩輪機構(gòu),越障時運動起伏量大,且不具備轉(zhuǎn)向功能,無法實現(xiàn)全方位越障。中國專利CN1073636A提出了一種可全方位運動的車輛,采用外滾子式車輛,可實現(xiàn)全方位運動,但其基本上不具備越障功能.且承載能力小，只適合于在平

11、坦的路面上運行。 全方位越障車輪組是一種提供一種集驅(qū)動,轉(zhuǎn)向和越障于一體的全方位越障車輪組,由其裝備的車輛不僅能夠在平坦的路面上實現(xiàn)全方位運動,且具有良好的越障能力。 全方位越障車輪組由動力裝置,轉(zhuǎn)向裝置和驅(qū)動輪系組成。動力裝置由電機,嚙合齒輪,驅(qū)動離合器和轉(zhuǎn)向離合器組成。驅(qū)動輪系由轉(zhuǎn)臂,小鏈輪,中心鏈輪組成,小鏈輪分別與每個車輪組上相應(yīng)的3個車輪固定連接,3個車輪的軸線呈等角分布?？蚣苌习惭b了中心軸,中心軸上設(shè)有驅(qū)動離合器,轉(zhuǎn)向離合器,轉(zhuǎn)臂和中心鏈輪。當(dāng)驅(qū)動離合器閉合,制動器制動,轉(zhuǎn)向離合器脫開時,且路面對車輪作用力變化的情況下,驅(qū)動輪系亦相應(yīng)轉(zhuǎn)化構(gòu)成定軸輪系或行星輪系。當(dāng)路面平坦時,兩個車

12、輪將同時著地,由轉(zhuǎn)臂,小鏈輪,中心鏈輪組成的驅(qū)動輪系構(gòu)成定軸輪系,在電機的驅(qū)動下,車輪組以滾動方式運動。而當(dāng)前進的車輪遇到障礙時,前輪靜止不動,定軸輪系自行轉(zhuǎn)化為行星輪系。在電機的驅(qū)動下,轉(zhuǎn)臂帶動其余兩個輪子繞前輪的中心軸回轉(zhuǎn),實現(xiàn)越障.而當(dāng)制動器脫開,轉(zhuǎn)向離合器閉合時,由轉(zhuǎn)向鏈輪,傳動鏈輪和一對相互嚙合的轉(zhuǎn)向錐齒輪組成的轉(zhuǎn)向裝置開始運動。在電機的驅(qū)動下,動力通過嚙合齒輪傳送到安置在中心軸上的轉(zhuǎn)向鏈輪,并通過傳動鏈輪,錐齒輪副,使框架相對于車體進行轉(zhuǎn)動。§1.2本設(shè)計的實施方案 本設(shè)計采用了與傳動裝置相匹配的一組驅(qū)動,轉(zhuǎn)向離合器,可靈活地實現(xiàn)車輪組前進,后退或轉(zhuǎn)向的全方位運動; 采用

13、軸線呈等角分布的3個車輪,具有良好的越障能力;可根據(jù)需要裝備不同的車輛設(shè)施,且結(jié)構(gòu)緊湊。 圖1-1是本設(shè)計的結(jié)構(gòu)示意圖 圖1-1圖1-2是本設(shè)計的越障示意圖 圖1-2下面,結(jié)合圖示,詳細(xì)介紹本設(shè)計。 越障機器人的移動機構(gòu),由四套全方位越障車輪組組成,包括動力裝置,車輪組和驅(qū)動輪系。動力裝置由額定功率100的電機1,嚙合車輪16,17,驅(qū)動離合器15,轉(zhuǎn)向離合器9和轉(zhuǎn)向傳動裝置組成.驅(qū)動輪系由轉(zhuǎn)臂11,小鏈輪13和中心鏈輪14組成,小鏈輪13分別與每個車輪組上相應(yīng)的3個車輪12固定連接,3個車輪12的軸線呈等角分布?？蚣?上安裝了中心軸10,中心軸10上設(shè)有驅(qū)動離合器15,轉(zhuǎn)向離合器9,轉(zhuǎn)臂11

14、和中心鏈輪14.當(dāng)驅(qū)動離合器15閉合,制動器4制動,轉(zhuǎn)向離合器9脫開時,且路面對車論作用力變化的情況下,驅(qū)動輪系亦相應(yīng)轉(zhuǎn)化成定軸輪系或行星輪系。如：當(dāng)路面平坦時,有兩個車輪12同時著地,由轉(zhuǎn)臂11,小鏈輪13和中心鏈輪14組成的驅(qū)動輪系構(gòu)成定軸輪系.在電機1的驅(qū)動下,車輪組以滾動方式前進或后退,最大的移動速度為11,而當(dāng)前進的車輪遇到障礙時,前輪靜止不動,此時,定軸輪系將自行轉(zhuǎn)化為行星輪系.在電機1的驅(qū)動下,轉(zhuǎn)臂11帶動其余兩個輪子12繞前輪的中心軸回轉(zhuǎn),跨越的障高可達(dá)70。為保證越障時,前輪和路面之間具有足夠的摩擦力,應(yīng)適當(dāng)增大中心鏈輪14與小鏈輪13的齒數(shù)比,也可以在車輪12的輪緣上包裹橡

15、膠。而當(dāng)要作轉(zhuǎn)動時,驅(qū)動離合器15脫開,制動器4脫開,轉(zhuǎn)向離合器9閉合,電機1的驅(qū)動力通過嚙合齒輪16,17傳送到安置在中心軸10上的轉(zhuǎn)向鏈輪8,并通過鏈條和傳動鏈輪7驅(qū)動轉(zhuǎn)向錐齒輪6,使框架2相對于車體3進行轉(zhuǎn)動,.轉(zhuǎn)動90的時間約為6秒。 第二章 越障車輪組的結(jié)構(gòu)形式與傳動方案的確定§2.1.機構(gòu)設(shè)計全方位越障輪組具有獨立的驅(qū)動與自由轉(zhuǎn)向能力;裝備的機器人行駛裝置不僅能在平坦的路面上運動,而且具有一定的越障功能。已知設(shè)計要求機構(gòu)簡圖如圖2-1所示圖2-1 機構(gòu)簡圖§2.2.確定各主要參數(shù)§2.2.1.傳動比分配 齒輪級 鏈輪級§2.2.2 電動機選擇

16、 SN系列印制繞組直流伺服電動機可廣泛應(yīng)用于機器人,精控機床,輕工食品包裝機械,自動焊接機等高精度變速驅(qū)動裝置和快速頻繁作業(yè)的系統(tǒng)中作驅(qū)動控制器件。具有轉(zhuǎn)動慣量低,電感量極小,響應(yīng)快速,輸出轉(zhuǎn)矩高度均勻等特點。選擇230SN10伺服電動機。主要參數(shù)如表2.1所示： 表2.1型號額定電壓額定電流額定功率額定轉(zhuǎn)矩峰值轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速230SN10 90 14.6 1000 3203240 3000 5000工作轉(zhuǎn)矩使用系數(shù)參照 GB3480 取§2.3齒輪設(shè)計取1. 選定齒輪類型,精度等級,材料與齒數(shù)選用直齒圓柱齒輪傳動.速度不高,故選用7級精度(GB10095-88)材料選擇.選擇

17、小齒輪材料為40Gr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì)),硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS.選小齒輪齒數(shù)Z=20,大齒輪齒數(shù)Z=3.520=70.2.按齒面接觸強度設(shè)計查得材料的彈性影響系數(shù)查得小齒輪的接觸疲勞強度極限, 大齒輪的接觸疲勞強度極限.計算接觸疲勞許用應(yīng)力.取失效概率為1%,安全系數(shù) S=1試算小齒輪分度圓直徑, 代入中較小的值。9.746mm計算圓周速度V計算齒寬b。計算齒寬與齒高之比模數(shù) 計算載荷系數(shù)根據(jù) v=0.08m/s, 7級精度, 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑計算模數(shù)m.按齒根彎曲強度設(shè)計計算彎曲疲勞許用應(yīng)力.取彎曲疲勞安全系數(shù)

18、S=1.4計算載荷系數(shù)K設(shè)計計算 對比計算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù),由于模數(shù)m的大小取決于彎曲強度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān),由于結(jié)構(gòu)等的因素,取得模數(shù)m=2mm.小齒輪齒數(shù)z=20, 大齒輪齒數(shù)z=70§2.4 齒輪幾何尺寸計算分度圓 齒頂圓 齒根圓 齒頂高系數(shù)頂隙系數(shù)代入上組公式計算§2.4.1小齒輪幾何尺寸的計算 結(jié)構(gòu)如圖2-2所示圖2-2§2.4.2大齒輪幾何尺寸的計算結(jié)構(gòu)如圖2-3所示(大齒輪) 圖2-3第三章 越障輪組主要構(gòu)件的設(shè)計計算

19、7;3.1.中心軸§3.1.1中心軸的功率P,轉(zhuǎn)速n,轉(zhuǎn)矩T初步確定軸的最小直徑參考文獻(xiàn)機械設(shè)計手冊式中查表得（表15-3）P軸傳遞的功率，單位為KWn軸的轉(zhuǎn)速，單位為取d=35§3.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬訂軸的裝配方案如圖3-1所示 圖3-1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度初步選擇角接觸球軸承,因軸承同時承受軸向和徑向力作用,故選用角接觸球軸承.選用7006C,故=30mm 安裝齒輪段,由于軸肩定位的需要, 選用的線圈靜止牙嵌電磁離合器, 此段.鏈論的設(shè)計如圖3-2所示 圖3-2輪組腹板部分與軸連接采用雙列深溝球軸承,考慮到整體結(jié)構(gòu)和定位等的要求,車體與軸連接,由于

20、采用的角接觸球軸承,以與考慮到部件的空間分布,取末段上面安裝的有滑環(huán)多片電磁離合器,采用彈性擋圈定位,鏈輪與軸連接的軸承選用深溝球軸承6005.此段還考慮到間隙,軸承端蓋等因素。鏈輪設(shè)計如圖3-3所示 圖3-3§3.1.3軸的較核由上述幾節(jié)計算可知：， ，；根據(jù)彎矩圖和扭矩圖如圖3-4可得: 其中為計算出的疲勞應(yīng)力,為材料的許用疲勞應(yīng)力,三根軸的材料均為45鋼,查得機械設(shè)計手冊可得:M為軸所受的總彎矩，T是軸所受的總扭矩，是應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，一般取0.6則有：；計算得, 所以此軸安全。圖3-4根據(jù)彎矩圖和扭矩圖可得: 其中為計算出的疲勞應(yīng)力,為材料的許用疲勞應(yīng)力,三根軸的材料均為45鋼,

21、查參考文獻(xiàn)機械設(shè)計手冊可得:M為軸所受的總彎矩，T是軸所受的總扭矩，是應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，一般取0.6則有：；計算得, 所以此軸安全。軸的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示 圖3-5 第四章 越障輪組局部零件的設(shè)計計算§4.1車輪軸的設(shè)計§4.1.1車輪軸的設(shè)計如圖4-1所示 圖4-1§4.2錐齒輪設(shè)計§4.2.1錐齒輪裝配圖如圖4-2所示圖4-2 §4.2.2錐齒輪設(shè)計計算 由 §4.2.3輪齒的受力分析齒根彎曲疲勞強度計算 由 齒面接觸疲勞強度計算大錐齒輪結(jié)構(gòu)如圖4-3所示 圖4-3§4.3 車輪組的結(jié)構(gòu)形式如圖4-4所示圖4-4§

22、4.4 越障輪組機體結(jié)構(gòu)機體結(jié)構(gòu)要根據(jù)制造工藝，安裝工藝和使用維護的方便與否以與經(jīng)濟性等條件來決定。越障輪組屬于小量生產(chǎn)，且車體部分還需安裝各個部件等,要求便于加工.本設(shè)計機體所用材料為45鋼。越障輪組機體結(jié)構(gòu)具體如圖4-5所示 圖4-5 機體 第五章 軸承計算§5.1軸承參數(shù)參照資料（機械設(shè)計）按基本額定動載荷選型號和尺寸預(yù)期計算壽命N轉(zhuǎn)速壽命指數(shù)對于滾子軸承=10/3對于球軸承=3§5.2主傳動軸上軸承§5.2.1角接觸球軸承 在車體與主傳動軸的連接,軸承要承擔(dān)來自車體的徑向力,還要承受軸向力，且負(fù)載較大，故選用7006c角接觸球軸承。計算動載荷 其中（小時）

23、年§5.2.2深溝球軸承主傳動軸承受力和彎矩的作用，軸可能發(fā)生傾斜和彎曲，因此對軸承具有調(diào)心性能要求，故選用6000系列深溝球軸承。計算輪組腹板與主傳動軸連接處的深溝球軸承。總結(jié)緊有序的設(shè)計任務(wù)即將結(jié)束之時，對以往的工作和學(xué)習(xí)，特別對本次設(shè)計作了一個詳盡實際總結(jié)是十分必要的。對找出不足，吸取經(jīng)驗教訓(xùn)有很好的作用。本次設(shè)計歷時近三個月，全方位越障車輪組進行了設(shè)計，對全方位越障車輪的整體結(jié)構(gòu)和工作原理進行了深入的理解。 整個設(shè)計過程有緊有喜悅，按照任務(wù)書上的步驟進行。在老師的認(rèn)真指導(dǎo)和督導(dǎo)下，認(rèn)真細(xì)致地作了這次設(shè)計，但也暴露出了很多問題，主要體現(xiàn)在對液壓專業(yè)知識的認(rèn)識和掌握上，理論知識的

24、應(yīng)用上，設(shè)計能力、動手能力與自我處理問題的能力比較差，對老師的依賴性較大。接下來一定要以此次設(shè)計為戒，好好的考慮一下自己的得與失，總結(jié)教訓(xùn)經(jīng)驗。問題是存在的，同時收獲也是欣喜的，通過這次設(shè)計，我把以往所學(xué)的知識有機的結(jié)合了起來，并加以應(yīng)用，而且還解除了許多性質(zhì)時，有些還是科技的最前沿， 并且還包括了許多書本上無法接觸到的經(jīng)驗，增強了自己查閱資料的能力。通過這次的設(shè)計，使我更加清楚地了解了自己，在即將畢業(yè)走上社會前，畢業(yè)設(shè)計的作用是難以用言語形容的，雖然在設(shè)計中，由于自身的能力問題，設(shè)計中有失誤之處，但我相信經(jīng)歷是最好的學(xué)習(xí)方式，隨著時間和經(jīng)歷的增多我會更加成熟起來的。參考文獻(xiàn)1徐灝主編機械設(shè)計手冊M.:機械工業(yè),19982 成大先主編.機械設(shè)計圖冊M.:化學(xué)工業(yè),20003 涓, 王介編.工業(yè)產(chǎn)品藝術(shù)造型設(shè)計M第2版.： 清華大學(xué),20044 桓， 作模主編.機械原理M第6版.：高等教育,20015 王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn)主編.機械設(shè)計課程設(shè)計M第1版.：高等教育，19956 漸開線齒輪行星傳動的設(shè)計與制造編委會著，漸開線齒輪行星傳動的設(shè)計與制造M.機械工業(yè)，7 甘永立主編.幾何量公差與檢