畢業(yè)設計（論文）-四履帶搜救機器人機械結(jié)構(gòu)設計-擺臂設計

本科畢業(yè)論文V由《機械設計》表6--1查的平鍵截面=，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，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。半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。4.4本章小結(jié)本章通過對幾種主要的減速器進行對比，結(jié)合礦用履帶搜救機器人的工作環(huán)境，外型尺寸，確定所選用減速器的形式。5履帶的設計計算5.1帶的選擇由于在考慮履帶裝置設計時，基于標準化的思考，我們選擇了梯形雙面齒同步帶作為設計履帶，梯形雙面齒同步帶傳動具有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。同步帶是以鋼絲繩或玻璃纖維為強力層，外覆以聚氨酯或氯丁橡膠的環(huán)形帶，帶的內(nèi)周制成齒狀，使其與齒形帶輪嚙合。同步帶傳動時，傳動比準確，對軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度,，,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。

同步帶傳動具有以下特點：

（1）傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比；

（2）傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；

（3）傳動效率高，可達，節(jié)能效果明顯；

（4）維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低；

（5）速比范圍大，一般可達，線速度可達，具有較大的功率傳遞范圍，可達幾瓦到幾百千瓦；

（6）可用于長距離傳動，中心距可達以上。

同步帶傳動由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運動和動力，故帶與帶輪間無相對滑動，能保證準確的傳動比。因為同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大等優(yōu)點，所以傳遞功率可以從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。從以上對同步帶性能的分析中可以得出結(jié)論，選用梯形雙面齒同步帶作為移動裝置設計履帶能夠滿足設計性能及工作的環(huán)境條件要求。由已知輸出功率為；由已知設計裝置爬坡移動速度，根據(jù)公式，可得主動輪轉(zhuǎn)速預先設計履帶主動輪直徑=160mm，履帶從動輪直徑=，由公式，可得.。故可以得到設計的已知條件如下：（1）傳遞名義功率.（2）主動輪轉(zhuǎn)速.（3）從動輪轉(zhuǎn)速（4）中心距.5.2計算帶的型號和節(jié)距由設計功率=和=120r/min，考慮到可以用雙面交錯梯狀齒形同步帶作為履帶使用，由圖6-1查得型號選用XH型，對應節(jié)距=22.225mm，圖6-2為雙面交錯梯狀齒形同步帶的結(jié)構(gòu)圖，雙面齒同步帶的節(jié)距和齒形等同與單面齒同步帶的齒形和節(jié)距，圖A為DA型雙面齒同步帶，其兩面帶齒呈對稱排列，圖B為DB型雙面齒同步帶，其兩面帶齒呈交錯位置排列，本裝置設計履帶選擇DB型。XH型同步帶=2.794mm，=15.49mm。圖5-2梯形齒同步帶，輪選型圖圖5-3梯形齒形狀圖5.3計算主從動輪直徑為了增大摩擦力，應考慮增大履帶與接觸地面的有效接觸面積，所以履帶離地面的高度不易過大，故取履帶主動輪直徑=160mm，履帶從動輪直徑=160mm。選擇履帶主動輪型號為23XH，履帶從動輪型號為23XH，就近圓整帶輪直徑，查得履帶主動輪直徑=162.71mm，履帶從動輪直徑=162.71mm。前臂履帶與平行移動履帶型號一樣。故前臂驅(qū)動輪直徑確定為162.71mm。5.4本章小結(jié)為了減輕履帶驅(qū)動裝置的重量，可以選擇硬鋁合金作為履帶主，從動輪的材料，硬鋁合金主要是加入銅，鎂，錳元素，故硬鋁合金具有密度小，質(zhì)量低，強度高，硬度高，耐熱性好的優(yōu)點，能夠滿足設計性能要求。通過本章的分析，選擇梯形雙面齒同步帶作為設計履帶，確定了帶的型號和節(jié)距，主從動輪直徑，以及節(jié)線長度和帶寬，同時也采用了肋板作為支撐，節(jié)省了材料.圖5-4XH型同步帶輪尺寸表

規(guī)格齒數(shù)節(jié)徑d外徑do檔邊直徑df檔邊內(nèi)徑db檔邊厚度h18XH18127.34124.551391104.519XH19134.41131.621461174.520XH20141.49138.691531244.521XH21148.56145.771601314.522XH22155.64152.841671384.523XH23162.71159.921751454.524XH24169.79166.991811524.525XH25176.86174.071881594.526XH26183.94181.141951664.527XH27191.01188.222021734.528XH28198.08195.292091804.530XH30212.23209.4432XH32226.38223.5940XH40282.98280.1848XH48339.57336.78

60XH60424.47421.6772XH72509.36506.576擺臂結(jié)構(gòu)設計6.1擺臂作用擺臂的作用是是機器人在越障時起輔助作用，使機器人受力情況改變，更加靈活的適應崎嶇的環(huán)境。主要作用為以下兩點：1．支撐擺臂的前輪，使之能夠自由滾動。2．360度轉(zhuǎn)動時，能夠支撐起車體。為了使與擺臂相連的輪能夠自由轉(zhuǎn)動，設計成輸出軸上套軸承，軸承支撐車輪的形式。擺臂主體實際上是一塊鋼板，形狀與擺臂兩個輪的形狀相一致，尺寸略小于輪。前導輪安裝在一個短軸上，而短軸也是通過花鍵嵌到肋板上的。為了使花鍵與肋板不發(fā)生相對錯動，故當肋板安裝到位后，用螺栓將肋板與花鍵軸連接起來。為了增加肋板的強度剛度，在肋板外側(cè)連接一個條形擋板。在肋板前端短軸末端用螺栓連接一個擋板，用來卡住軸承。為了使之運動平穩(wěn)，肋板相連的大輪直徑應該與前車輪直徑相同而為了減小整機的尺寸，前輪是靠軸承支撐的。擺臂是用來聯(lián)接主動輪與擺臂輪，且能固定擺臂輪。擺臂的長度由越障高度來決定。本設計中，由于機人本體較重，為減輕重量，采用肋板式結(jié)構(gòu)。擺臂先通過鑄造，然后進行鉆孔、銑鍵槽等機械加工。安裝擺臂輪處采用自張緊結(jié)構(gòu)，通過靠螺栓鎖緊擺臂輪張緊履帶，這樣結(jié)構(gòu)相對變得簡單，而且有利于減重。擺臂需加工花鍵，通過花鍵與齒輪聯(lián)接，從而實現(xiàn)擺臂旋轉(zhuǎn)運動。固定肋板處厚度為。6.2肋板部分設計履帶肋板是整個履帶驅(qū)動裝置中的基礎部分，主要起支撐作用，履帶從動輪，張緊輪分別安裝在肋板上，所設計的機器人移動部分采用的是輪履結(jié)合式，這種機構(gòu)設計使機器人具有良好的越障和爬坡能力，履帶驅(qū)動部分必須能夠?qū)崿F(xiàn)在履帶主動輪轉(zhuǎn)動的過程中肋板也能夠繞從動輪的軸線轉(zhuǎn)動，即在有不同角度障礙物的情況下能夠順利越礙。支撐輪等零件都以前后肋板為固定支架，前后肋板的剛度直接影響著這些零部件工作狀態(tài)，若前后肋板剛性較差，在受到外界沖擊力的作用下易產(chǎn)生變形，那么將會直接導致電機安裝位置產(chǎn)生錯位，電機驅(qū)動齒輪與后同步帶輪中的傳動齒輪不能正常嚙合甚至卡死，或者導致安裝在后肋板上的承重輪不能正常支撐同步帶，失去承載機器人負荷的作用。為了實現(xiàn)肋板能夠繞軸線中心轉(zhuǎn)動，需要使用電機提供扭矩，履帶驅(qū)動裝置需要的扭矩越大，相同型號的電機的尺寸也越大，從經(jīng)濟性的考慮，應盡量減輕整個履帶驅(qū)動裝置的重量，所以在材料選擇方面，肋板的材料應滿足質(zhì)量輕，高強度，高硬度，易加工的優(yōu)點，綜合選擇，鎂合金能夠滿足一般的性能要求，所以肋板的材料選擇鎂合。6.3擺臂參數(shù)計算1.齒輪計算由履帶選擇可知擺臂傳動比為i=，主動輪齒數(shù)為23主動輪齒輪直徑為，則模數(shù)圓整為7即模數(shù)從動輪齒數(shù)直徑齒頂圓直徑計算=175.00mm==齒根圓直徑計算====由齒輪材料和布置方式可選的齒寬系數(shù)為計算齒寬則可知道與所選23XH型履帶相符合，故可知擋邊厚度為4.5mm。擺臂輪不僅具有支撐作用分擔機器人的重量；而且具有導向作用，夾持履帶，不讓它橫向滑出；在機器人轉(zhuǎn)向時，它又要迫使履帶在地面上橫向滑移，使履帶能夠順利傳動。同時可得擺臂主動輪轉(zhuǎn)速為，由得由此參數(shù)畫出齒輪結(jié)構(gòu)圖軸的設計初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為40，調(diào)制處理。由表7-1可取=100，于是可得輸出軸的的最小直徑查機械設計手冊得選用深溝球軸承6200型號。擺臂輪齒寬，選取螺母為六角螺母,=螺紋規(guī)格為。選取兩個六角螺母，將擺臂輪固定在肋板上，。查《機械設計課程設計》六角螺母附表3-13可得。肋板厚度為所以可得軸的長度所以可選軸的長度為。電機，減速器，移動平臺，擺臂設計計算完畢，可畫出裝配圖。7總結(jié)與展望本論文提出的礦用搜救履帶機器人是為了能勝任多種工作任務、適應多種工作環(huán)境而研發(fā)的一種小型智能移動運載機器人，論文分析了輪式、履帶式、腿式、履腿復合式等移動機構(gòu)的優(yōu)缺點，在此基礎上提出了四履帶的移動機構(gòu)，該機構(gòu)在復雜環(huán)境中為提高越野能力和機動能力，機器人采用履腿復合移動方式行進。本論文重點介紹了搜救機器人總體結(jié)構(gòu)方案設計、礦用搜救機器人運動參數(shù)設計、電機選擇，減速器的設計與布置等等，而我主要做的是四履帶機器人的擺臂設計，包括擺臂設計，驅(qū)動輪擺臂輪的設計等。搜救機器人總體結(jié)構(gòu)方案設計。論文從國內(nèi)外履帶機器人的移動方式著手，對三種常見的移動方式(輪式、履帶式、腿式)在越野性能、移動速度、機構(gòu)復雜程度、控制難易程度等幾方面進行了比較和分析，就研制的礦用履帶搜救機器人應達到的性能指標提出了具體要求。搜救機器人運動參數(shù)設計。論文針對兩履機器人運動特點推導出運動學方程并對機器人爬坡性能、越障性能、跨溝性能等運動性能從理論上進行了分析驗證。通過對機器人運動過程的分析選定了電機的類型。二級行星齒輪減速器的設計。通過對減速器類型的選擇確定了為2K-H型二級行星齒輪減速器，計算所需齒輪的齒數(shù)與傳動比，并進行配齒計算，校核齒輪和軸的強度，從而確定減速器的選擇。擺臂設計:通過從動輪和擺臂輪的分析，確定了從動輪和擺臂輪的各項參數(shù)，外形和材料。同時對擺臂輪的安裝和固定進行討論，確定了肋板的形狀和材料，從而確定了擺臂輪的安裝。礦用搜救機器人的研究是一個涉及到多領域、多學科的課題。本文僅僅討論了其中結(jié)構(gòu)與機構(gòu)方面的內(nèi)容。由于時間的限制和作者知識水平的欠缺，論文并不完善，有待于在以下幾個方面作進一步的探索和深化：(1)機器人的越障能力和行駛機構(gòu)的參數(shù)選取有很密切的關系。在結(jié)構(gòu)形式確定的基礎上，有必要對行駛機構(gòu)的參數(shù)作進一步的優(yōu)化，以求得到更好的越障性能和車體的穩(wěn)定性。(2)履地接觸關系是一個值得研究的課題。要確定履帶的外形和表面形式，必須對機器人在路面行走時履帶的受力狀態(tài)有深入的研究。(3)機器人在未知環(huán)境中執(zhí)勤，所處環(huán)境往往十分惡劣，如地形復雜、存在輻射污染、溫差大，其機械部件容易出現(xiàn)問題，因此合理利用硬件布局設計，保證機器人安全可靠地運行，這將成為今后研究的一個方向。致謝本次畢業(yè)設計也已接近尾聲了，在這次設計過程中發(fā)現(xiàn)對所學的知識掌握的還不夠，許多學過的知識都不會用，而且這次的設計與平常的課程設計有所不同，難度也加大不少，在設計過程中也遇到了很大的困難。在一些重要的問題上，我們的指導老師鄧樂老師給了我們很大的幫助，一些專業(yè)知識的指導和分析讓我們的畢業(yè)設計簡單了不少。也少走了很多的彎路。同時也很感謝和我一組的兩位同學，他們在一些知識的運用以及繪圖方面給我我很大的幫助，讓我順利的完成了此次的畢業(yè)設計。這次畢業(yè)設計的完成，讓我對大學所學的知識又重新有了一個新的認識和理解，又重溫了一遍大學所學的專業(yè)知識，尤其是機械設計方面的知識，所以這次畢業(yè)設計是對這個大學所學知識的回憶和總結(jié)，對我以后的學習和工作都起到了很大的幫助。最后感謝各位老師同學的幫助，謝謝！參考文獻[1]孫巖，陳曉羅主編，機械設計課程設計，北京理工大學出版社，2007[2]饒振剛行星傳動機構(gòu)設計國防工業(yè)出版社，1980[3]劉鴻文主編.材料力學.北京：高等教育出版社，2004[4]濮良貴主編.機械設計[第八版].北京：高等教育出版社，2006[5]徐元呂主編.工業(yè)機器人.北京：中國輕工業(yè)出版社，2006[6]哈爾濱工業(yè)大學.理論力學[第六版].北京：高等教育出版社，2002[7]殷玉楓主編.機械設計課程設計.北京：機械工業(yè)出版社，