產品設計機器螃蟹

1、產品造型設計機器螃蟹姓名：學號：指 導 教 師 ：學院：專業(yè)：完 成 日 期 ：摘要我設計的是一個六足機械螃蟹。此機械螃蟹由一個電機驅動，完全由機械結構控制，可以實現(xiàn)橫向爬行、行進中左右轉向及原地轉向，并且可以適應多種路面狀況，有較強的適應性、穩(wěn)定性。本文將首先對自然中螃蟹的結構以及行走方式進行分析、研究，然后提出總體的設計方案，再對機械螃蟹各個機構的具體設計方案、制作方法和solidworks軟件仿真展開詳細的介紹，最后對機械螃蟹做出總結、評價與比較。關鍵詞：機械螃蟹，設計，AbstractOur group design is a six foot mechanical crab. The

2、 mechanical crab, driven by a motor is completelycontrolled by the mechanical structure, can realize transverse crawling, left and right to spin in walking,and can adapt to a variety of road conditions, have stronger adaptability and stability. This article will firstof all, the structure of the cra

3、bs in the nature as well as walking style analysis, research, and then putsforward the overall design scheme, and the specific design scheme of mechanical crab institutions, production methods and Unigraphics NX software simulation in detail, finally give a summary of mechanical crab, evaluation and

4、 comparison.Keywords: mechanical crab, design,目錄第一章背景資料1第二章設計分析3第三章執(zhí)行機構的設計43 1 蟹腿的設計 .43 2 轉向機構 .103 3 上下機架的設計123 4 傳動鏈設計 .133 41. 主軸傳動鏈153 42 轉向傳動鏈153 43 下機架蟹腿傳動鏈153 44 上機架蟹腿傳動鏈16第四章零件的設計194 1 直齒齒輪的繪制194 2 錐齒輪的繪制.20第五章方案的比較215 1 蟹腿設計方案比較215 2 減速器方案比較215 3 轉向機構方案比較22第六章心得體會24第七章致謝25參考文獻26機器螃蟹第一章背景資料

5、一般的動物，身體都分成頭、胸、腹三部份，而螃蟹的頭部和胸部愈合在一起，稱為頭胸部。腹部退化，反折緊貼在頭胸部的下方。 頭胸和腹部外面都包著硬硬的外殼，動物學家通稱牠們?yōu)榧讱ゎ?。螃蟹總共有五對腳，牠們的共同特征是：有關節(jié)性附肢、外骨骼和十只腳。因此，動物學家在分類時將牠們歸入動物界的節(jié)肢動物門、甲殼綱、十腳目。背甲是螃蟹外殼的一部份，它蓋在頭胸部的外面，所以又稱為頭胸甲。而蓋在腹部的外殼叫做腹甲。螃蟹大都有一對像鉗子一樣的大腳，我們稱為螯，主要用于捕食和防御。其它的是四對朝著左右兩側伸出的是用于步行的步足。對于很多螃蟹來說，最后的那對步足已經演化為用于水中劃行的劃行足，只有中間的三對步足起主要爬

6、行作用。螃蟹的步足由七個小節(jié)組成，可以看到螃蟹的足每兩節(jié)的外骨骼之間有光滑柔軟的薄膜相連，里面沒有可供轉動的關節(jié)，只有一條條肌肉束與外骨骼相連接。當節(jié)間肌肉伸縮時，依靠節(jié)間膜的彈性只能使足的各節(jié)產生上下方向的動作而不能前后轉動， 它由一側足尖的爪節(jié)向下彎曲，抓住地面，再用另一側的足尖向外伸直，支撐住身體，推動身體前進。圖 1-1 如下：第 1 頁共 26 頁機器螃蟹但是螃蟹為什么總是橫著爬呢？一種說法認為，以前的螃蟹是依靠地磁場來判斷方向的，在地球形成以后的漫長歲月中，地磁南北極已發(fā)生多次倒轉。地磁極的倒轉使許多生物無所適從，甚至造成滅絕。螃蟹是一種古老的回游性動物，它的內耳有定向小磁體，對地

7、磁非常敏感。 由于地磁場的倒轉， 使螃蟹體內的小磁體失去了原來的定向作用。為了使自己在地磁場倒轉中生存下來，螃蟹采取“以不變應萬變”的做法，干脆不前進，也不后退，而是橫著走。從生物學的角度看，蟹的胸部左右比前后寬，八只步足伸展在身體兩側，它的前足關節(jié)只能向下彎曲，這些結構特征也使螃蟹只能橫著走。第 2 頁共 26 頁機器螃蟹第二章設計分析a) 設計要求：全機械結構控制，利用一個電驅動動各類齒輪、連桿等機構運動，能夠實現(xiàn)整個蟹身的橫向移動和轉向運動。做到結構簡單緊湊，運動靈活可靠、合理有效，盡量模仿實物運動過程，并應考慮到制造工藝要求、材料強度等因素，使方案真實合理，可實際執(zhí)行。具體的結構設計將

8、在下面的設計部分給出。b) 設計中，所有齒輪均采用標準備參數，各連桿、槽輪、機架等結構均根據工件制造加工工藝及材料強度要求設計。c) 設計方案簡介：經過一些資料的分析和對其他機械螃蟹結構的考察，并對各種方案進行分析比較，我們最終決定設計一個六足的機械螃蟹。該螃蟹在一個電機驅動下可以實現(xiàn)橫向爬行、行進中左右轉向及原地轉向，且可適應多種路面狀況，有較強的穩(wěn)定性。第 3 頁共 26 頁機器螃蟹第三章執(zhí)行機構的設計31 蟹腿的設計單獨對一條蟹腿的運動進行研究，易知在螃蟹邁進的時候，足尖抓地，帶動蟹身前行，在運動到極限位置時則需抬起回復，為下一次邁進做準備。所以相對于蟹身，單條腿的運動軌跡應大致為如下曲

9、線圖 3-1 ：若單純采用連桿機構來直接實現(xiàn)該軌跡， 將使得機構比較復雜， 降低了機構的可靠度。 若采用了這樣的機構（如右圖3-2 所示一類機構），即把整條腿的運動功能由一組連桿機構來實現(xiàn)， 易知，自然中的螃蟹是可以在原地抬腿的， 而此機構無法實現(xiàn)單獨抬腿或邁腿的功能。而且在整個行進過程中，連桿機構都要提供支撐整個蟹身的力，這樣會使得電機始終要提供一個很大的力，甚至有可能使電機無法負荷，一旦失去電機供力，為了保持蟹身的平穩(wěn)，則需要另外加入固定裝置，使機構更加復雜，進一步降低了可靠性。經分析，對蟹身的支撐作用僅發(fā)生在小腿接觸地面的過程中，而此時大腿可保持不動，聯(lián)想到人類的走路方式，肌肉僅提供抬腿

10、時所需的力，而支撐身體則主要由關節(jié)的“死點”位置來實現(xiàn)。所以我們在蟹腿中也引入一個類似“死點”的機構，便可大大減輕電機的負荷，提高機構的可靠性與合理性，同時把該曲線簡化分解為蟹腿的擺動與抬落這兩個單一的運動，更加符合實際蟹腿的運動情況，也降低了機構的復雜程度。經過反復研究比較，我們把蟹腿簡化為如下圖3-3 所示的運動機構，將蟹腿結構中對行走起主要作用的肢節(jié)簡化為大腿和小腿，大腿完成抬腿功能（由圖中連桿1 和 2 與偏心輪 2 共同實現(xiàn)），小腿完成擺動功能。其中，連桿1 和 2 在圖示位置中正好構成所需的第 4 頁共 26 頁機器螃蟹“死點”，使大腿保持不動。下面具 體 分析 蟹 腿的 運 動以

11、 確 定驅 動 機構首 先設 定 蟹腿每 2秒爬行一步，即小腿完成一次伸展、收回運動，小腿擺動的幅度設為60 度。大腿上抬的不需要太大，且為了使電機驅動抬腿的力盡量小，支點的位置離連桿1 較遠。進一步分析，在小腿收回過程中，偏心輪 1 運動 180 度，大腿則要完成抬和落兩個動作，所以偏心輪 2 需要運動 360 度，兩者傳動關系為 1:2 。而同時，根據運動循環(huán)圖，大腿的運動是間歇的，所以與偏心輪 2 相連的機構必須具有間歇周期，且在大腿的“死點”位置能將偏心輪 2 卡住保持不動。經過努力，我們找到了能完成此功能的槽輪機構，并確定槽輪槽數為 4，圓銷數為 2 且夾角為 90 度，機構如下圖

12、3-4 棘輪：有了如此的思路后，我們便開始了機構的繪制。首先我們統(tǒng)一將所有的中心孔直徑定為 1.5mm，小齒數齒輪厚 2mm，大齒數齒輪厚 1mm，小腿長 50mm，寬 3mm，厚 3mm，大腿長 60mm，寬 3mm，厚 2mm，為了避免鉸鏈處產生力偶，我們均將鉸鏈設計為外包的形式，如右圖：然后我們分別設計了兩腿的驅動機構，小腿的擺動如左下圖：第 5 頁共 26 頁機器螃蟹左圖 3-5 中偏心輪 1的齒數為 30 齒。大腿的擺動則相對復雜些，如上圖（右） 3-6（圖中槽輪部分與原先不同，將在下面說明）：右下圖 3-7 中大齒輪與小齒輪傳動比為 1:2 ，即槽輪的單次工作行程為 180 度，此

13、時大腿完成一次抬落，即小齒輪轉 360 度，由此得到該傳動比。我們設定螃蟹 2 秒爬行一步，即小腿完成一個往復擺動，所以偏心輪 1 為 180 度/ 秒，由大小腿關系易知槽論撥盤也為180 度 / 秒。同時我們?yōu)樾吠扰c蟹身的固結設計了機架，并根據傳動比設計了相互間的傳動齒輪，結合右圖作以說明：因偏心齒輪為 30 齒，與撥盤雙聯(lián)的齒輪（簡稱撥盤齒輪）帶動撥盤與偏心輪1 同速轉動，根據機架位置，我們設計了齒數為20 和 18 的雙聯(lián)齒輪，撥盤齒輪為27 齒，即 20 齒齒輪與偏心輪1 嚙合， 18 齒齒輪（圖中被 20 齒齒輪遮?。┡c撥盤齒輪嚙合，以實現(xiàn)偏心輪1 與撥盤同速轉動。在運動仿真中，我們

14、發(fā)現(xiàn)了新的問題，該腿的下一時刻動作為離地抬腿，由于槽輪運動非并勻速，所以使得小腿伸展時，大腿還沒抬起來，小腿收回帶動螃蟹爬行時，大腿還沒落下，所以我們將運動循環(huán)圖3-8 修改如下：第 6 頁共 26 頁機器螃蟹經過調試，我們將大腿的動作周期修改為不連續(xù)，抬和落分別提前和滯后了 15 度，使得下一刻蟹腿能很快的抬起來并即時回落。 同時槽輪機構中的撥盤改為如下圖 3-9 所示，即兩圓銷夾角為 120 度，同時調好撥輪與槽輪的初始位置。我們完成了一條蟹腿的設計，附上整圖供參考。（如右圖 3-10 ）考慮了螃蟹的初始位置及腿的相互協(xié)調運動，我們將六條腿分為兩組， 一組編號為：l-d-m ， l-d-a

15、 ，l-d-b ，一組編號為： l-u-m ，l-u-a ，l-u-b 。以下是六條腿的運動循環(huán)圖3-11 ，圖中黑色虛線為螃蟹裝配時的初始位置。第 7 頁共 26 頁機器螃蟹第 8 頁共 26 頁機器螃蟹由以上運動循環(huán)圖可知， 兩組腿共四種情況， 一種為上述設計的初始位置，為即將抬腿向行進方向邁進，對應編號為l-u-a ，l-u-b ；一種為大腿保持不動，小腿收回，帶動螃蟹爬進的腿，對應編號為l-d-m ；一種為大腿保持不動，小腿伸展，推動螃蟹行進的腿，對應編號為 l-d-a ，l-d-b ；另一種為即將抬腿，小腿收回跟隨螃蟹運動，對應編號為 l-u-m 。示意圖 3-12 如下：根據初始位

16、置不同， 只需將已完成的腿做出相應調整即可， 下面給出 l-d-m 的獲得過程，其他位置同理可得：首先將小腿擺過 60 度，相應偏心輪 1 轉動 180 度，大腿部分撥盤順時針轉 135 度，并將槽輪與之嚙合即可。如下圖 3-13 ：第 9 頁共 26 頁機器螃蟹3 2轉向機構螃蟹的轉向是一個很復雜的過程。我們分析了多種方案，如果用腿部動作來實現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)時序都十分復雜，而且轉向過程中機械螃蟹身體很不穩(wěn)定。再加上我們的螃蟹被限定為由一個電機驅動、全機械結構控制，這樣會使得螃蟹的機械控制結構十分復雜，而且意義也不大，因為實際中這樣的復雜運動都是要用到機電控制的。為了簡化機構，提高螃蟹運行時的可靠性、

17、穩(wěn)定性，我們決定采用其他方法來實現(xiàn)螃蟹的轉向。聯(lián)想到現(xiàn)實中的某種重型起重機的前向爬行機構，該機構是將起重機下盤分為兩層，每層交替和地面接觸、抬高并前移來實現(xiàn)前進的。由此，我們受到很大啟發(fā)，我們把螃蟹的身體也分為上下兩層機架，如圖 3-14 ，六條腿分成兩組， 分別固定在兩層機架上 , u組腿（l-u-m,l-u-a,l-u-b）固定在上機架上， d組腿（ l-d-m,l-d-a,l-d-b）固定在下機架上。兩層機架可以繞著中心軸做小幅轉動，當下機架的腿抓地時，上機架的腿抬起，同時，上機架繞中心軸做一個 10度的轉動，然后放下腿，讓腿抓地，這時，下機架的腿抬起來，同時下機架繞中心軸向剛才的方向再

18、轉 10度，然后放下腿抓地。如此往復，螃蟹就可以完成轉向動作了。具體結構設計：以地面為參考，若螃蟹右轉時，兩層機架都是向右轉動的，但是，驅動電機必然是與某一層機架固定的，所以設計時應該研究的是兩層機架的相對轉動，假設電機固定在下機架上，螃蟹右轉時，若上機架先相對于地面向右轉了10 度（此時下機架抓地，即上機架相對于下機架也是向右轉的），然后上機架放下腿，讓腿抓地，下機架的腿抬起來，同時下機架繞中心軸相對于地面向右再轉10 度，注意，此時下機架相對于上機架仍是向 右轉的，由運動的相對性可知， 上機架相對于下機架是向 左轉的。這樣就可以看出，如果我們以下機架為參考，上機架相對于下機架先是向右轉，再

19、是向左轉，如此往復。即上機架相對于下機架做的是往復擺動。經過多種方案比較，我們決定采用曲柄搖桿機構來實現(xiàn)上機架的往復擺動。第 10 頁共 26 頁機器螃蟹機構簡圖如圖 3-15 所示（俯視圖）：上、下機架通過中心軸連接在一起 （為了表達清楚，圖中未直接畫出），搖桿是與上機架固結的，曲柄轉動使搖桿往復擺動，從而使上機架往復擺動。為了使搖桿來回擺動的時間是一樣的，必須消除機構的急回特性。使偏心輪的中心與搖桿擺動弧線的弦線共線即可消除。做好的螃蟹轉向機構如下圖所示。曲柄已設計成為偏心輪，鉸接在下機架上，曲柄由下面的齒輪來傳遞動力，這個齒輪設計為雙聯(lián)滑移齒輪，通過齒輪的滑移來決定是否與動力齒輪輪嚙合，

20、從而控制螃蟹的轉停。曲柄轉動使上機架繞中心軸做往復擺動。若機構處在圖 3-16 示位置時，則下一狀態(tài)曲柄將帶動上機架相對于下機架繞中心軸向右轉動，如果此時 d 組腿抓地，即下機架與地面保持靜止，這時上機架相對地向右轉動，由前面的分析可知螃蟹將一直向右轉。如果前述初始位置時 u 組腿抓地，即上機架與地面保持靜止，這時下機架相對上機架向左轉動，由前面的分析可知螃蟹將一直向左轉?？梢婓π忿D動方向取決于轉動前抓地的腿，這樣就可以通過適時地控制滑移齒輪來控制螃蟹的轉動方向。第 11 頁共 26 頁機器螃蟹33 上下機架的設計上下機架不僅要有轉向功能，還要有腿的固定、支撐功能，以及各條腿的動力傳動功能。腿

21、的固定、支撐結構要有一定的剛度、強度，以保證腿能平穩(wěn)地支撐機架；機架同時還要保證各條腿之間的相對位置，使各條腿能協(xié)調運動完成行進動作；機架還要保證在轉向時各條腿不要碰到；最后，機架的結構還要便于各條傳動鏈的布置。上、下機架結構圖如下圖 3-17,3-18,3-19 所示：上機架下機架下機架第 12 頁共 26 頁機器螃蟹3 4 傳動鏈設計341.主軸傳動鏈電機：螃蟹是由 1 個電機來驅動的，電機參數直接決定了傳動的結構，為此我們對電機作了一個簡單的調查：品牌XXXXX產品類型有刷直流電動機型號WZY-131額定功率0.02 （ kW）額定電壓1.2 （V）額定轉速10000（rpm）外形尺寸1

22、9.5*12*9.5（mm）WZY一 131 型玩具電動機的性能列表電 壓空 載負載制動力矩使用電壓測試電壓轉速電流轉速電流力矩功率( 克厘米）范圍（伏）（伏）( 轉 / 分)（安）（安）（安）( 克厘米 )（瓦）1.5-3.01.576000.2752000.716. 50.320.61.5-3.03100000.3475001100. 9632.5根據情況，我們采用了轉速為7500 轉/ 分的電機，即 125 轉/ 秒。由于電機只有一個，而要把運動傳到六條腿上，而且這六條腿之間的相對位置還會因為蟹身的轉動而變化，考慮到轉動時，六條腿也是跟著機架一起繞著中心軸轉動的，腿和中心軸的位置是不變的

23、，所以把中心軸定為傳動主軸可以大大簡化傳動機構，并使得機構更加可靠。減速器：聯(lián)系到前面腿的擺動速度，可把主軸速度設定為1 轉 / 秒，而電機是125轉 / 秒，所以需要提供 125 倍的傳動比?？紤]各種減速機構，行星輪系雖然傳動比很大，但是效率太低，幾乎不能用于給蟹腿大功率傳動，渦輪蝸桿則由于摩擦大、發(fā)熱大也被排除，最后，我們決定用齒輪機構來變速。由于蟹身比較小，我們決定采用模數為0.5的小模數標準齒輪，電擊主軸串聯(lián)一個8 齒的齒輪，如果與一個40 齒的齒輪嚙合，則可達到 5 倍的變速，再用一個8 齒的齒輪與 40 齒的齒輪雙聯(lián)，就可進行下一級變速。據此，畫機構簡圖3-20 如下：第 13 頁

24、共 26 頁機器螃蟹404040125傳動比 i888主軸轉速： n主軸n電機1251 轉/ 秒i125安裝好的減速機構如圖3-21,3-22,3-23所示：第 14 頁共 26 頁機器螃蟹3 4 2 轉向傳動鏈轉向機構里的偏心輪雙聯(lián)一個30 齒的齒輪（即前文所述雙聯(lián)滑移齒輪） ，并與主軸上 15 齒的齒輪嚙合，即可將動力傳至偏心輪（即曲柄） ，同時使偏心輪轉速為 2 轉/ 秒。因為腿抬起的時間是 1 秒，抓地的時間也是 1 秒，所以機架一次轉動時間應該與抬腿時間一樣，即也是 1 秒，由于是交替進行的，曲柄轉一周，搖桿來回擺動兩次，所以因該使曲柄的轉速為 2 轉/ 秒。裝配效果如圖 3-24,

25、3-25 ：3 4 3 下機架蟹腿傳動鏈由于電機是固定在下機架上的，在轉向時，電機與下機架蟹腿是保持相對位置不變的，所以傳動鏈比較簡單。但是傳動鏈除了傳動以外，還應該有合理的空間結構，下機架傳動鏈因該盡量貼近下機架，使螃蟹的底盤盡量遠離地面，以免在凹凸不平的地面上行走時蹭到地面；同時傳動鏈結構還因該盡量緊湊，以便于其他機構的布置，并保證整體外形的美觀。傳動鏈機構簡圖如圖 3-26 所示：主軸 上的 錐齒輪與 下機 架水平軸上的錐齒輪嚙合，使轉動方向在豎直面內改變90 度，下機架水平軸上再與蟹腿傳第 15 頁共 26 頁機器螃蟹動齒輪軸以錐齒輪嚙合，方向在水平面內改變90 度，與蟹腿齒輪方向一致

26、，此時即可用直齒圓柱齒輪進行嚙合。裝配效果見下頁圖3-27 ：3 4 4 上機架蟹腿傳動鏈由于電機是固定在下機架上的，在轉向時，下機架與上機架之間有相對轉動，所以電機與上機架之間也有相對轉動，也就是說，電機與上機架蟹腿是有相對運動的，這樣，轉向與不轉向時，電機與上機架蟹腿之間的傳動比是不一樣的，而這是不允許的，可在主軸與上機架之間設計一個差動輪系來消除這種變化。機構簡圖及裝配效果如圖3-28 ：第 16 頁共 26 頁機器螃蟹差動輪系中，頂部的的錐齒輪再雙聯(lián)一個與之背靠背的錐齒輪，這個錐齒輪再與水平軸上的錐齒輪嚙合，使轉動方向在豎直面內改變90 度，這樣就蟹腿齒輪方向一致，此時即可用直齒圓柱齒

27、輪進行嚙合。上機架的傳動鏈更應該保證緊湊，以免上機架轉動時打到下機架的部件。傳動鏈簡及裝配效果如圖3-29 所示：第 17 頁共 26 頁機器螃蟹經過精心設計、反復嘗試上下傳動鏈都很好地達到了設計要求，同時，整體結構也比較緊湊，與螃蟹的外形比較接近如圖3-30 ：第 18 頁共 26 頁機器螃蟹第四章零件的設計整 個 螃蟹 的設計中，用得最多的便是齒輪，有圓柱直齒齒輪和錐齒輪兩種，為了使螃蟹體積小，結構緊湊，所以我們須采用小模數齒輪。下面附上國家標準圖（不完全）4-1最終我們決定采用 齒 輪 模 數 為0.5 ，并統(tǒng)一將壓力角為 20 度，41 直齒齒輪的繪制各計算公式：分度圓直徑 d=m*z

28、標準安裝中心距 a (z1 z2 ) * d / 2基圓直徑 dbd cos漸開線齒輪輪廓線的繪制如圖4-2 ：漸開線展角公式為 ktan， rkrb / cos ，經過我們大量嘗試并翻閱資料發(fā)現(xiàn)，如果直接將該公式化為參數方程，輸入SolidWorks 生成漸開線，這個漸開線由于自封閉性，是不能拉伸為實體的，所以我們必須采用近似曲線來擬合。由公式可得xrk sink ， yrk cos k ，取 rkrbra ，即可得到漸開線上各點的坐標，考慮到精度要求，取 100 個點，然后連成線即得到漸開線，再相對于 y 軸鏡像，并由原點畫齒頂圓與之相交，修剪相交的外部曲線，再畫齒根圓，從漸開線兩起點畫圓

29、弧與齒根圓相切，修剪外部曲線，即得齒廓線如下圖4-3 ：第 19 頁共 26 頁機器螃蟹然后重新畫上齒根圓，將齒廓線陣列，最后修剪拉伸即得到了所需的圓柱直齒齒輪。（如右圖）42 錐齒輪的繪制各計算公式：分度圓直徑d=m*z齒頂圓直徑 dad 2ha cos齒根圓直徑 d fd 2h f cos錐距 Rr / sin由于錐齒輪繪制太過復雜，我們決定用圓錐嚙合代替。為了定位方便，統(tǒng)一將錐角定為 45 度，由于標準安裝齒輪是在分度圓上嚙合，將嚙合長度設定為3mm，易知 hf =0.6mm，為繪制方便，將背錐長度定為1mm，如下圖 4-4 所示：只需根據不同錐齒輪的齒數計算相應分度圓直徑，即可得到各個

30、不同的錐齒輪。第 20 頁共 26 頁機器螃蟹第五章方案的比較51 蟹腿設計方案比較結合螃蟹的行走方式，我們設計了兩種機構，具體機構設計及方案比較參見3.1節(jié)。52 減速器方案比較如前文所述，在電機與主軸之間需要一個能提供 125 倍傳動比的減速器， 減速器要體積小以便融蟹身， 同時還要有較高的效率，以便驅動蟹腿的運動。首先想到的是蝸輪蝸桿機構 5-1，該機構三維體積比較小，結構緊湊，同時還可以提供很大的傳動比， 如果蝸桿齒數 (頭數 )為 1，蝸輪齒數為 40，則傳動比 i= 40 =40，但是，1蝸桿嚙合時， 相對滑動速度達， 磨損很快，同時發(fā)熱大， 傳動效率低，這些都很不利于高效的傳動，

31、 綜合考慮，我們決定放棄該方案。聯(lián)想到行星輪系經組合后也可達到很高的傳動比， 我們嘗試使用行星輪系來構成減速器， 右圖 5-2 為一典型的行星輪系減速器，以為主動件時傳動比iH 11z2 z41z1 z3由圖 5-3適當選擇各齒的齒數則可達到很大的傳動比，比如z1 100，z2 101， z3100 ， z4 99 時， i H 1 10000。而且該機構的空間體積也不是很大?，F(xiàn)在對對該機構進行效率計算：假設一對嚙合的直尺齒輪之間的傳動效率為98%， i H1 =125，由第 21 頁共 26 頁機器螃蟹行星輪系的效率公式:H 110.16921 (1 i H 1 ) (11Hk )可見，效率

32、只有 16%，這遠遠到不到傳動的要求， 觀察行星輪系得效率曲線，如右圖。當傳動比比較大時，行星輪系不是傳動效率很低，就是體積比較大，均不能很好地達到設計要求。經權衡，還是決定放棄這種方案。經過對比，最終決定還是采用直齒圓柱齒輪來構成減速器，雖然齒輪比較多，但是經過精心地排布、設計， 還是成功地將齒輪緊密地裝配在了機架上，具體設計參見 3.4.1 節(jié)的介紹。該減速器的傳動比為125，傳動效率0.9830.9412 效果十分滿意。53 轉向機構方案比較如前文所述，轉向機構需要給上機架提供一個往復擺動，由往復運動，首先聯(lián)想到了間歇運動， 進而考慮到可以采用不完全齒輪來玩成這種運動， 機構簡圖如圖 5

33、-3：10-15 齒雙聯(lián)不完全齒輪，上下兩個齒都只有一半的齒，且兩輪的齒相對分布，即上層齒與惰輪嚙合時， 下層齒不和 30 齒的齒輪嚙合， 而下層齒與 30 齒的齒輪嚙合時， 上層齒不與惰輪嚙合。 假設設 10-15 齒雙聯(lián)不完全齒輪逆時針轉動時，先是上層齒與惰輪嚙合， 則上機架也是逆時針轉動， 而當上層齒與惰輪脫離嚙合、下層齒與 30 齒的齒輪進入嚙合時，機架是順時針轉動的，這樣就實現(xiàn)了往復轉動，且轉速均勻。進一步進行設計時， 我們發(fā)現(xiàn)，由于齒輪有雙齒嚙合區(qū)，兩層不完全齒輪在嚙合、分離期間為了保證不干涉， 必須多切去一些齒， 這樣就造成了比較大的誤差（一次往復轉動后很難再精確地回到初始位置）

34、 ，而要達到前文所述的理想嚙合過程，齒數必須是無限多的，這顯然是不可能的，該方案最終被擱置。第 22 頁共 26 頁機器螃蟹考慮到連桿機構也可實現(xiàn)往復運動，我們又重新設計了曲柄搖桿轉向機構，具體說明參見 3.2 節(jié)，曲柄搖桿機構雖然可以被消除急回特性，但是，其運動是不規(guī)律的，這樣就直接造成了轉向時轉動的不均勻，但是考慮到每次只轉10 度，這點不均勻性可以忽略， 而且，即便是不均勻也不會給轉向動作的實現(xiàn)帶來太大的影響；另一方面，曲柄搖桿機構可以精確地回到原位，運動可控，符合設計要求，所以我們最終采用了曲柄搖桿機構來實現(xiàn)轉向。第 23 頁共 26 頁機器螃蟹第六章心得體會這次的課程設計，對我來說是一次全新的體驗，不僅讓我學到了如何設計一件小機械，而且讓我在這個過程中學會了機械傳動中的知