爬樓梯小車設(shè)計原理

爬樓梯小車設(shè)計原理一、設(shè)計原理本文利用齒輪齒條原理設(shè)計了一款可爬樓梯的機(jī)器小車。摘要:運(yùn)用齒輪齒條原理設(shè)計了一款可爬樓梯的小車,同時以Pro/E為設(shè)計平臺建立了小車的參數(shù)化模型,提高了爬樓梯小車的設(shè)計效率,驗證設(shè)計的合理性。爬樓梯小車分為兩個組成部分：控制部分和車體部分。控制部分主要功能就是控制車體各部分的電機(jī)運(yùn)動，包括前后兩齒輪的正反轉(zhuǎn)，以及前后輪的正反轉(zhuǎn)。車體部分重要部分就是爬升機(jī)構(gòu)，爬升機(jī)構(gòu)采用兩組齒輪齒條機(jī)構(gòu)，各分部在前后兩處。具體爬樓原理為:當(dāng)剛開始上臺階時,前齒輪正轉(zhuǎn),使得前齒輪連同前輪抬升,等前輪上升到一個臺階高度時,后輪轉(zhuǎn)動,將前輪放在上一個臺階上;然后后輪停止轉(zhuǎn)動,前齒輪反轉(zhuǎn),后齒輪正轉(zhuǎn)，使得車身中部得以抬升,此時前后兩輪同時向前運(yùn)動使得小車中部也落到上一個臺階，然后反轉(zhuǎn)后齒輪，抬升后輪與前輪一平，繼續(xù)前進(jìn)小車。這樣小車就順利地上了一個臺階。這樣一直循環(huán),就可以使小車順利爬完樓梯。與其它可以上樓梯的車子相比有以下優(yōu)點(diǎn):（1）設(shè)計原理直觀;（2）小車結(jié)構(gòu)簡單,容易制造;（3）可爬變高度的樓梯。（4）整個爬升過程能保持車身安全平穩(wěn)運(yùn)動。依照上升原理，同樣可以進(jìn)行下臺階運(yùn)動。二、三維實(shí)體模型的建立和裝配2.1實(shí)體模型的建立實(shí)體建模是產(chǎn)品設(shè)計和仿真的基礎(chǔ),模型建立的好壞直接影響到后面仿真和運(yùn)動分析的結(jié)果。我們所研究的小車最主要的零部件是其爬升的關(guān)鍵部分齒輪齒條機(jī)構(gòu),其他零件還有底盤、軸、車輪等。齒輪的建模是一項繁瑣的工作,參數(shù)化的齒輪可以使設(shè)計工作成倍地減小,直齒圓柱齒輪的建模可以分為以下幾步:設(shè)置必需的參數(shù),如模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、分度圓直徑等。用公式設(shè)置它們之間的關(guān)系。使用“草繪”工具創(chuàng)建齒輪的分度圓、基圓、齒底圓和齒頂圓(3)根據(jù)漸開線的方程創(chuàng)建齒槽的輪廓曲線。如果選坐標(biāo)系為圓柱坐標(biāo),則方程可以是:r=db/(2*cos(45*t))theta=tan(45*t)*180/pi-(45*t)(db為基圓直徑)z=0(4)使用“拉伸”工具創(chuàng)建齒輪的實(shí)體輪廓。(5)使用“拉伸”工具創(chuàng)建輪齒特征。(6)創(chuàng)建其他特征。齒條的建模過程與齒輪相似,建立好的齒輪如圖1。圖12.2模型裝配建模工作完成后,就可以進(jìn)行零件的裝配,因為后面要進(jìn)行運(yùn)動仿真,所以裝配之前要考慮好各個零件的連接和約束關(guān)系。各零件間的連接關(guān)系如圖2所示。圖2爬樓梯小車結(jié)構(gòu)圖在這里,齒輪和齒條的裝配成為關(guān)鍵,齒輪和軸作為一個整體和底板用“銷釘”連接,然后作為一個整體與齒條連接,約束條件是“滑動桿”。為了防止齒條和齒輪發(fā)生干涉,可以先進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊,使用凸輪連接使齒輪的漸開面和齒條的漸開面配合。這樣就可以使裝配無干涉。齒條和齒輪的配合如圖3所示。圖3齒鴕齒條配合3結(jié)論本文以Pro/E為工具,進(jìn)行了爬樓梯小車的建模以及裝配。通過對爬樓梯小車的設(shè)計,可以看出,Pro/E作為一款功能強(qiáng)大的設(shè)計分析軟件,增加了產(chǎn)品設(shè)計的直觀性,大大提高產(chǎn)品設(shè)計的效率和質(zhì)量。4參考文獻(xiàn)曹巖.Pro/ENGINEERWildfire3.0曲面建模實(shí)例精解[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.葛友華.機(jī)械CAD/CAM[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008.萬志堅.基于Pro_Engineer建模的裝配仿真研究[J].汽車工藝與材料,2008(2):30-33.鐘日銘.Pro/ENGINEERWildfire4.0中文版裝配設(shè)計與產(chǎn)品實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.(編輯明濤)作者簡介:趙書曉(1986-),男,研究方向為數(shù)字化制造。收稿日期機(jī)械工程師年第