履帶式小車地盤

1、1目錄目錄第第 1 1 章救援機(jī)器人的選型設(shè)計(jì)章救援機(jī)器人的選型設(shè)計(jì)21.1 鐵消防救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求21.2 地鐵消防救援機(jī)器人類型的確定21.3 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)21.4 履帶及驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì) 41.5 主動(dòng)軸平鍵的選擇與校核7第第 2 2 章電源選擇章電源選擇8第第 3 3 章脹套選擇章脹套選擇10第第 4 4 章零件及花費(fèi)章零件及花費(fèi)12第第 5 5 章章 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ)135.1 工作總結(jié)135.2 收獲體會(huì)135.3 致謝13參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)15附件：附件：162第第 1 章救援機(jī)器人的選型設(shè)計(jì)章救援機(jī)器人的選型設(shè)計(jì)1.1 地鐵消防救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求地鐵消防救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求隨著城

2、市的發(fā)展進(jìn)程不斷加快，路面交通的擁擠、堵塞成為限制交通發(fā)展的首要問題，而地鐵運(yùn)輸將會(huì)成為眾多城市的風(fēng)景。但地鐵一旦起火，將難以排出煙和熱。因此地鐵消防救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)主要是代替消防員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)以快速排煙，為救援提供便利，為挽救生命創(chuàng)造條件。1.2 地鐵消防救援機(jī)器人類型的確定地鐵消防救援機(jī)器人類型的確定由于設(shè)計(jì)要求中需要地鐵救援機(jī)器人具有倒爬 30 度的爬坡能力，故選用附著能力好、能適應(yīng)惡略路況的履帶。1.3 地鐵機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)地鐵機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)地鐵機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式：普通的輪式結(jié)構(gòu)和履帶的結(jié)構(gòu)。兩者的比較如下：（1 1）履帶結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：）履帶結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：組成組成：負(fù)重輪用來(lái)承受機(jī)器人的重量和

3、規(guī)正履帶。它由輪轂、輪盤、膠帶、滾珠軸承、輪軸蓋、固定螺母、回繞擋油蓋等組成。負(fù)重輪數(shù)量多,可使每個(gè)輪子所承擔(dān)的重量小,對(duì)地面的壓力分布均勻,有利于提高機(jī)器人的通行性能。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳到主動(dòng)輪上時(shí),主動(dòng)輪按順時(shí)針方向撥動(dòng)履帶,于是接地履帶和地面之間生產(chǎn)了相互作用力。根據(jù)力的作用與反作用原理,履帶沿水平方向給地面一個(gè)作用力,而地面給履帶一個(gè)反作用力,這個(gè)反作用力使機(jī)器人運(yùn)動(dòng),稱為機(jī)器人的牽引力。3條件限制條件限制：由此看來(lái),機(jī)器人能否運(yùn)動(dòng),主要受到兩個(gè)條件的限制；一是動(dòng)力條件,二是地面條件。動(dòng)力條件就是指發(fā)動(dòng)機(jī)提供給機(jī)器人通過地面所必須的力量,沒有這個(gè)力量,主動(dòng)輪就轉(zhuǎn)不動(dòng)。地面條件則是指主動(dòng)輪

4、傳給履帶的力,必須由地面提供一個(gè)反作用力（即使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的牽引力）才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)牽引力和行駛阻力相等時(shí),機(jī)器人就作等速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)牽引力大于行駛阻力時(shí),機(jī)器人就加速行駛；當(dāng)牽引力小于行駛阻力時(shí),機(jī)器人則減速行駛。履帶特點(diǎn)履帶特點(diǎn)：重量輕、強(qiáng)度高,可根據(jù)客戶要求生產(chǎn)阻燃、抗爆、抗靜電、耐高溫、耐酸堿等滿足各種特殊要求履帶底盤：履帶底盤：橡膠膠履或鋼制履帶橡膠膠履帶橡膠膠履帶底盤多適用于小型輕工業(yè)和小型工程機(jī)械行業(yè)。輕工業(yè)一般是一噸到四噸以內(nèi)的農(nóng)用機(jī)械。工程機(jī)械行業(yè)則多用于小型鉆探行業(yè)。其作業(yè)環(huán)境的選擇大致如下：(1)橡膠履帶的使用溫度一般在25+55C 之間。(2)化學(xué)藥品、機(jī)油、海水的鹽份會(huì)加快履帶

5、的老化,在這樣的環(huán)境下使用后要清洗履帶。(3)有銳利突起(如鋼筋、石塊等)的路面會(huì)導(dǎo)致橡膠履帶外傷。(4)道路的邊石、車轍或凹凸不平的路面會(huì)導(dǎo)致履帶邊緣接地側(cè)花紋產(chǎn)生裂紋,這種裂紋未傷及鋼絲簾線時(shí)可以繼續(xù)使用。(5)砂礫、碎石路面會(huì)造成與承重輪接觸的橡膠表面早期磨損,形成小裂口。嚴(yán)重時(shí)水份侵入,造成芯鐵脫落、鋼絲斷裂。鋼制履帶鋼制履帶相對(duì)而言使用的范圍及其壽命及對(duì)對(duì)工況的選擇則更寬廣。它由鋼履帶、托帶輪、導(dǎo)向輪、承重輪、底盤和兩臺(tái)行走減速機(jī)組成（行走減速機(jī)由馬達(dá)、齒輪箱、制動(dòng)器、等成）。一般比如鉆機(jī)整體布置在底盤上,通過控制手柄調(diào)節(jié)履帶底盤行走速度,可使整機(jī)實(shí)現(xiàn)方便的移動(dòng)、轉(zhuǎn)彎、爬坡、行走等（

6、2 2）普通輪式的特點(diǎn)：）普通輪式的特點(diǎn)：4組成比較的簡(jiǎn)單，有四個(gè)輪轂組成，原理易懂，裝配安裝制造便宜，運(yùn)動(dòng)速度快，機(jī)動(dòng)性能好，維修簡(jiǎn)單便宜，適合在路況比較好的地帶工作。爬坡能力一般，不宜滿足生產(chǎn)阻燃、抗爆、抗靜電、耐高溫、耐酸堿等客戶的各種特殊要求。1.41.4 履帶及驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì)履帶及驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì)履帶采用整體式履帶板遵照 MT/T579-1996 懸臂式掘進(jìn)機(jī)履帶板及其銷軸標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。1.4.11.4.1 履帶支承長(zhǎng)度 L、軌距 B 和履帶板寬度 b令 l驅(qū)動(dòng)輪與引導(dǎo)輪之間的輪距； h表示高度； G表示整機(jī)質(zhì)量；331.071.07 61944LGmm軌距 B：1.2 1.4LB19441388

7、.5 16201.2 1.41.2 1.4LmmBmm履帶板寬：0.22 0.80bL (0.22 0.8) 1944(427.68 1555.2)bmmmm由于是消防車底座,?。?b=427.68mm51.4.2 履帶的張緊度計(jì)算 h 的值一般取為：0(0.03 0.06)(0.03 0.06) 194458.32 116.64hlmmmm1.4.31.4.3 節(jié)距 44(15 17.5)(15 17.5) 6000(132 154)tGmm根據(jù)機(jī)械工程手冊(cè) ，履帶的節(jié)距已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，取節(jié)距為 154mm表 2-2 履帶底盤的主要技術(shù)參數(shù)額定功率軌距節(jié)距履帶板寬接地長(zhǎng)度外形尺寸37kw1500

8、1544251944245015005851.4.41.4.4 運(yùn)行阻力計(jì)算( 1) 履帶運(yùn)行的內(nèi)阻力 Fn 履帶運(yùn)行時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)輪與履帶鏈軌的嚙合、履帶銷軸間的摩擦以及支重輪、引導(dǎo)輪和驅(qū)動(dòng)輪等滾動(dòng)阻力和軸頸摩擦阻力等構(gòu)成了履帶運(yùn)行的內(nèi)阻力。計(jì)算時(shí)通常取履帶本身?yè)p失等于其垂直自重載荷的 57%，即：(0.05 0.07)nFmg也可取履帶行走裝置的效率等于 0.70.85。（2）土壤變形阻力：dFddFmg上坡時(shí)：cosddFmg6式中：坡度角，運(yùn)行比阻力系數(shù)，見表 2-3：d表 2-3（3）坡度阻力：坡度阻力由于機(jī)械在斜坡上因自身重力的分力所引sF起的；sinsFmg（4）轉(zhuǎn)彎阻力：rF31

9、4rmgLFR式中：履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)的摩擦系數(shù)；R履帶轉(zhuǎn)彎半徑（m）3表 2-4 履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)的最大摩擦系數(shù)表 max3計(jì)算時(shí)一般取值范圍為 0.40.7，對(duì)于堅(jiān)實(shí)地面取較小值，對(duì)于松軟3地面取較大值。（5）慣性阻力：tF(0.01 0.02)tFmg7 綜上所述，以上 5 種阻力中，以坡道阻力和轉(zhuǎn)彎阻力為最大，往往占到總阻力的 2/3，但是轉(zhuǎn)彎阻力和爬坡阻力一般不同時(shí)進(jìn)行。因此，在確定其行走牽引力時(shí)，取二者的較大值，即：爬坡時(shí)：TndsiFFFFF轉(zhuǎn)彎時(shí)：driTnFFFFF對(duì)于消防車履帶底盤設(shè)計(jì)時(shí)，有些阻力很難計(jì)算，一般行走牽引力取為整機(jī)重量的 0.70.85，對(duì)于工作條件好了可以取小值 0.7。

10、1.4.51.4.5 其他由黃義劍負(fù)責(zé)計(jì)算，此處僅列出結(jié)果其他由黃義劍負(fù)責(zé)計(jì)算，此處僅列出結(jié)果驅(qū)動(dòng)輪凹齒形設(shè)計(jì)：驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù) Z=19履帶板節(jié)距 P=44.45mm滾子直徑 d=25.4mm節(jié)圓直徑 D1=270mm齒溝半徑 r=0.5d=12.7mm工作面長(zhǎng)度 L=0.01pz=8.45mm作用角=18du齒溝圓弧圓心距離 e=19.5mm齒頂半徑 R=P-（e+r）=12.3mm齒根圓直徑 Df=D-d=245mm1.51.5 主動(dòng)軸平鍵選擇與校核主動(dòng)軸平鍵選擇與校核軸頸 D=60mm 所以通過查鍵標(biāo)準(zhǔn)表選取圓頭普通平鍵（A 型）b*h=18*11a=2T/dkl=4T/dhl=4*1307

11、*1000/（60*11*100）=79.2Mpa8由機(jī)械設(shè)計(jì)表 2-10 查取【a】=100-120Mpa所以 a【a】 ，鍵強(qiáng)度滿足要求。第第 2 章電源選擇章電源選擇基本計(jì)算如下：根據(jù)電機(jī)與電池匹配規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) ，有 式中， Uo1電機(jī)輸出額定電流 時(shí)的輸出電壓值 Uo2電池輸出最大電流 時(shí)的端電壓值 Pg電機(jī)輸出額定電流 時(shí)的輸出功率 Pb電池輸出最大電流 時(shí)的輸出功率 Plmax負(fù)載最大功率計(jì)算結(jié)果為： =10.36A所要求的放電容量： C=10.36A 5h=51.8Ah 要想蓄電池在整個(gè)壽命期限內(nèi)均能可靠地支持系統(tǒng)的工作，選型時(shí)還應(yīng)考慮蓄電池壽命終止的規(guī)定：當(dāng)蓄電池的放電低于額定容量

12、的 80% 時(shí)，壽命終止。實(shí)際的放電容量應(yīng)為： C =51.8Ah 120%=62.16Ah因?yàn)榧由系妆P驅(qū)動(dòng)的兩臺(tái)電機(jī)，切火災(zāi)救援時(shí)間小于 5 小時(shí)。所以選擇容量 180AH 比亞迪磷酸鐵鋰電池組，可以滿足供電需求。9同時(shí)配套采購(gòu)升壓電路板一套，升壓至 380V，滿足電機(jī)需要。附表：10第第 3 章脹套選擇章脹套選擇負(fù)重輪及導(dǎo)向輪處采用脹套聯(lián)接脹套屬于機(jī)械通用零部件范疇，用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。脹套由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與

13、工作機(jī)相聯(lián)接，是機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)最常用的聯(lián)接部件。20 世紀(jì)后期國(guó)內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)如何從品種甚多、性能各異的各種聯(lián)軸器中選用能滿足機(jī)器要求的聯(lián)軸器，對(duì)多數(shù)設(shè)計(jì)人員來(lái)講，始終是一個(gè)困擾的問題。常用脹套有膜片脹套， 鼓形齒式脹套，萬(wàn)向脹套，安全脹套，彈性脹套及蛇形彈簧脹套。鑒于功能與空間的需要，采用鑒于功能與空間的需要，采用 Z3Z3 型脹套。型脹套。Z3 型脹套尺寸規(guī)范參照下表（部分）：11此例為負(fù)重輪的鏈接方式1314第第 4 章零件及花費(fèi)章零件及花費(fèi)由于地鐵消防救援機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜而且龐大的系統(tǒng)，所以需要的零部件很多，也比較的雜亂，而且我們只是研究設(shè)計(jì)他的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，它

14、的電子及控制部分我們就不做任何的設(shè)計(jì)。因此在這里只是粗略簡(jiǎn)單的把一些打的零部件給列了出來(lái)，電子器件我們也不做任何的介紹與羅列。部分零部件的名稱如下：名稱規(guī)格/ /材料數(shù)量單價(jià)總價(jià)（元）主動(dòng)輪HT2002200400負(fù)重輪HT20082001600誘導(dǎo)輪HT2002100200底盤HT2002000其它5000總計(jì)9200備注：其它包括：各種型號(hào)的螺栓，螺母，墊片，軸承，軸等等具體的型號(hào)及要求見前面的設(shè)計(jì)說明。15第第 5 章章 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ)5.1 工作總結(jié)工作總結(jié)作為課程設(shè)計(jì)報(bào)告選題本文對(duì)地鐵消防救援機(jī)器人進(jìn)行了較為深入的研究總結(jié)起來(lái)主要做了如下的工作：1)產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)查以及設(shè)計(jì)需要的分析，并

15、對(duì)我國(guó)消防機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀作了簡(jiǎn)要闡述。2)設(shè)計(jì)方案的確定，選擇了履帶式進(jìn)行主要研究對(duì)象。3)機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)方法的選擇。采用圖解法對(duì)履帶底盤進(jìn)行了尺寸設(shè)計(jì)，并利用 SOLIDWORKS 及 Inventor 對(duì)地鐵消防救援機(jī)器人進(jìn)行了三維設(shè)計(jì).4）機(jī)構(gòu)的動(dòng)力設(shè)計(jì)。本部分對(duì)履帶進(jìn)行了故障排除，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)心的分析與設(shè)計(jì)組裝。5.2 收獲體會(huì)收獲體會(huì)經(jīng)過對(duì)這一課題的研究，重新溫習(xí)了上學(xué)期所學(xué)過的機(jī)械原理，機(jī)械制造技術(shù)方面的知識(shí)，鞏固了本學(xué)期學(xué)習(xí)的機(jī)械設(shè)計(jì)方面的相關(guān)知識(shí)。在這一學(xué)期的學(xué)習(xí)中本組組成員平時(shí)密切聯(lián)系，經(jīng)常就課題中出現(xiàn)的問題進(jìn)行討論，在討論中不僅使問題得到了解答，還使各自的知識(shí)

16、得到了補(bǔ)充，知識(shí)面得到拓展，這都是在課內(nèi)難以獲得的，由于在研究過程中需要用軟件構(gòu)建模型進(jìn)行求解，使兩成員使用軟件的能力得到很大提高了。在數(shù)據(jù)計(jì)算和分析過程中偶爾會(huì)出現(xiàn)計(jì)算結(jié)果使機(jī)構(gòu)安裝不上，組員經(jīng)過反復(fù)的嘗試。在這反復(fù)的求解中培養(yǎng)了耐心，以及遇事不驕不躁的良好習(xí)慣，這將使本組成員終身受益。165.3 致謝致謝本文是在王老師的悉心指導(dǎo)和熱情鼓勵(lì)下得以完成的。從課題的選題、實(shí)施到論文的撰寫無(wú)不凝結(jié)著老師的心血，正是由于導(dǎo)師在學(xué)術(shù)上無(wú)私的指導(dǎo)和幫助使本課題得以順利完成。王老師老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度勤勉的工作精神淵博的知識(shí)和敏銳的洞察力以及對(duì)學(xué)生言傳身受親切熱情的態(tài)度使學(xué)生受益終身，老師那份對(duì)事業(yè)的執(zhí)著精

17、神將永遠(yuǎn)激勵(lì)著學(xué)生不懈地去攀登科學(xué)的高峰勇敢地去接受具體的實(shí)踐中將要面臨的任何挑戰(zhàn)在此本組成員謹(jǐn)向敬愛的王老師老師致以最誠(chéng)摯的謝意和祝福！同時(shí)感謝機(jī)械工程學(xué)院為學(xué)生提供了課題研究的平臺(tái)，感謝 11 級(jí)機(jī)設(shè)同學(xué)陪伴我們走過這一期，感謝他們?cè)谄渲薪o予我們?cè)S多有力的幫助和真誠(chéng)的鼓勵(lì)。17參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 譚雪松. Solidworks 機(jī)械設(shè)計(jì).北京：人民郵電出版社，2008.2 段建中. Solidworks 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)教程.北京：電子工業(yè)出版社，2009.3 謝進(jìn).機(jī)械原理.北京：高等教育出版社，2010.4 李增剛.ADAMS 入門詳解與實(shí)例.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.5 邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，1997.6 上滑道車庫(kù)門通用技術(shù)條件(討論稿).中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu) 2002,9:7 12.7 杜菲,張新.基于 MCGS 組態(tài)軟件的自動(dòng)車庫(kù)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.起重運(yùn)