課程設計技術總結(jié)報滿分版

“如履平地”爬樓梯小車技術總結(jié)報告學院：機械工程學院項目名稱：“如履平地”爬樓梯小車小組成員：張鵬鵬、武懷宇、邢舉學、李小龍摘要爬樓梯，尤其是在有負荷的情況下爬樓梯是人們在日常生活中面臨的很大的問題，當人們搬著重物爬樓梯的時候時常會感到力不從心，這時候人們便希望有一種產(chǎn)品能夠幫助他們在載物爬樓梯的過程中“如履平地”。我們的項目就是為了幫助人們解決這個難題，滿足人們生活中的需求?！叭缏钠降亍迸罉翘菪≤囀遣捎脗鹘y(tǒng)的行星輪裝置實現(xiàn)小車在樓梯間平穩(wěn)地行走，同時采用棘輪機構(gòu)對小車的逆向及順向行走實現(xiàn)意外情況下的自鎖。本項目主要采用理論分析與仿真分析相結(jié)合的研究方法，對設計的爬樓梯小車的性能及應力進行了詳細精密的計算，分析。首先小車的設計基于嚴格的理論基礎，并對它進行了理論分析，計算了在設計尺寸下它是否能承受預定的載重，并且對它的受阻情況進行了模擬計算，經(jīng)理論分析后，“如履平地”爬樓梯小車滿足基本的需求，但是在極限情況下，它是否依舊滿足條件呢，這就需要我們進行受力的仿真分析，本項目采用Solidworks中Simulation分析部分，對在受力情況下小車軸以及棘輪的應力情況進行了分析，經(jīng)模擬受力情況下，小車的軸以及棘輪在極限情況下均滿足力學條件。通過本項目的研究，我們希望能夠幫助人們解決爬樓梯過程中的面臨的難題，實現(xiàn)在爬樓梯過程中的平穩(wěn)行走，同時能夠更加省力，盡量減少行走阻力，使人們能感到更加舒適，輕松。希望經(jīng)過我們的努力，把這種爬樓梯小車推向市場。目錄1.緒論 圖1。2.1.3輪架部分小車含有左右共兩個輪架，每個輪架由三根互成120°角的臂桿固結(jié)而成。輪架中心出有一孔結(jié)構(gòu)，用以安裝中心軸。在臂桿的末端各有一孔結(jié)構(gòu)，用以安裝與行星輪連接的軸。2.1.4行星輪圖SEQ圖\*ARABIC圖SEQ圖\*ARABIC22.1.5棘輪棘輪是該產(chǎn)品設計中的創(chuàng)新點。在爬樓梯的過程中，面臨的一大問題就是容易倒轉(zhuǎn)。但安裝棘輪可以有效避免倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生。棘輪安裝在中心軸上，棘爪安裝在拉桿上。小車只能向上運動，當下滑時棘輪會產(chǎn)生自鎖。如圖3所示。2.2整體工作流程如圖4所示，“如履平地”爬樓梯小車的工作流程：首先是根據(jù)樓梯的高度差與輪架的高度相比較，判斷小車是否能順利的爬過樓梯，如果能夠滿足要求，那么開始行走；如果不能滿足條件，則必須要調(diào)節(jié)行星輪與軸線的距離，即輪架的長度，輪架長度的調(diào)節(jié)采用手動，類似與雨傘的自動扣結(jié)構(gòu)，用力一拉輪距便會伸長，而在受力情況下由于它處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此并不會縮短，要想縮短必須要給一個垂直與桿方向的力。它可以滿足樓梯高度差之后，則小車便開始爬樓梯。在上樓梯的過程中，人們可能會由于太累或者不小心而松力，這樣普通的小車便會有向下的趨勢，而“如履平地”爬樓梯小車則由于中心軸線上的棘輪機構(gòu)，實現(xiàn)自鎖功能，有效的避免了意外的發(fā)生。當然了，在下樓的過程中，通過一個手剎可以改變棘爪的方向，這樣同樣可以避免下樓的過程中意外的發(fā)生。圖42.3研究方法圖4①在機構(gòu)的設計中采用功能分析的方法，確定機構(gòu)各尺寸關系間的約束關系。②運動學分析：建立合理的運動學模型，從而對不同運動階段進行分析。③運動學仿真與分析：在爬樓梯越障的運動學模型基礎上，改變機構(gòu)相關尺寸進行仿真分析，從而得到最優(yōu)解。④對機體質(zhì)心及其穩(wěn)定性進行分析，選取合適參數(shù)做仿真，得到最優(yōu)解。⑤介紹了爬樓梯小車結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法，從傳動設計、零件組成及選用，從設計方面對爬樓梯小車的結(jié)構(gòu)進行了詳細說明。⑥機構(gòu)動力消耗問題的研究。⑦設計的機構(gòu)在模態(tài)環(huán)境和非模態(tài)環(huán)境下使用情況的對比，驗證其適應性。2.4理論分析2.4.1托盤受力分析托盤結(jié)構(gòu)相當于懸臂梁，采用合金鋼管40Cr，力學特征如下圖5：圖圖6實際結(jié)構(gòu)如上圖6所示。最大載重為50kg，桿長為500mm（實際尺寸為450mm），則作用點位于中心250mm處。外徑為50mm，壁厚為4mm，計算桿的受力情況。（彎曲正應力[σ]=250MPa）計算：σ=Mmax/WzMmax=50*10*250*10-3=125N.mWz=П/32*D4（1-α4）=6.13*10-7σ=Mmax/Wz=125/6.13*10-7=203MPa<250MPa=[σ]托盤滿足彎曲應力條件。2.5仿真分析該項目的仿真分析主要應用的是solidworks2010這款軟件，作品如圖1。圖SEQ圖\*ARABIC12.5.1設計步驟第一步，我們對零件的尺寸進行的大致的設計，確定零件尺寸的區(qū)間為下一步建模做準備。這是我們產(chǎn)品中最主要的三角行星架的設計圖紙。（圖X）圖SEQ圖\*ARABIC2第二步，根據(jù)已有的尺寸對產(chǎn)品進行三維建模，并根據(jù)相互之間的幾何關系確定一些相配合的尺寸值。這是該產(chǎn)品中防止小車倒退的棘輪機構(gòu)的三維設計圖（圖3）和實際產(chǎn)品中的棘輪結(jié)構(gòu)效果圖（圖4）。圖SEQ圖\*ARABIC3圖SEQ圖\*ARABIC4第三步，對產(chǎn)品中的關鍵零件和構(gòu)件進行實際受力模擬以及分析，從而確定零件的材料以及最經(jīng)濟合理的尺寸。2.5.2產(chǎn)品使用具體工況：產(chǎn)品基本尺寸（折疊）（mm550*300*450產(chǎn)品基本尺寸（展開）（mm550*600*900最大載重量（kg）1002.5.3應力狀態(tài)分析：產(chǎn)品在最大載重的情況下，我們選用安全因數(shù)=3，對產(chǎn)品的幾個主要受力零件以及構(gòu)件進行了受力分析。1.首先是最主要的受力零件三角行星架的靜態(tài)應力圖（圖5）。材料為20MnCr5合金鋼。圖SEQ圖\*ARABIC5三角行星架靜態(tài)應力圖2.第二個是支撐輪子的支架的靜態(tài)應力圖，材料為AISI4130鋼，正火溫度為870 屈服強度為460Mpa。圖SEQ圖\*ARABIC6輪子支架的靜態(tài)應力圖3.連接輪子與輪子支撐架的軸的靜態(tài)應力圖。材料為AISI4340鋼屈服強度710Mpa.圖SEQ圖\*ARABIC7連接軸的靜態(tài)應力圖4.棘輪以及棘爪的靜態(tài)應力分析。采用的材料為20MnCr5合金鋼。2.5.4分析結(jié)論在安全因數(shù)=3的條件下，該產(chǎn)品的主要受力零件均滿足強度條件，經(jīng)過優(yōu)化的尺寸均能在許用載荷下正常工作。3結(jié)論通過對現(xiàn)有國內(nèi)外爬樓梯裝置資料的查閱，我們對爬樓梯裝置有了一個全面的了解，在對比各個不同機構(gòu)的優(yōu)劣之后，我們優(yōu)先選用了傳統(tǒng)的行星輪機構(gòu)來實現(xiàn)小車的爬樓梯過程，其中不僅考慮了材料價格，消費偏向，性價比等問題，而且考慮到了最廣大人們的需求，我們用盡可能低的成本來實現(xiàn)最多的功能。在整個設計過程中，我們對爬樓梯小車的設計，從二維圖到三維圖，從理論分析到仿真分析，辯證地分析了不同的方案，對它的可行性進行了認真的思考和激烈的討論，采用科學的設計流程，實現(xiàn)了產(chǎn)品的工程化設計?，F(xiàn)在的小車可以解決不同高度的樓梯差的爬行問題，而且運行平穩(wěn)，可以運載易碎的產(chǎn)品，這是其它的產(chǎn)品所不能的。整個小車質(zhì)量輕盈，而且可折疊十分便攜。并且造價低，適合的各個消費群體使用，增加的棘輪機構(gòu)可以實現(xiàn)小車在上升過程中的倒轉(zhuǎn)問題，而手剎可以輕易的在上下樓梯間切換。4.參考文獻[1]鄭文緯，吳克堅.機械原理機械(第