一種三星輪式電動爬樓梯輪椅的結構設計【10張CAD圖紙及說明書全套】【YC系列】

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When walking on level ground as an ordinary electric wheelchair ,and in others on the stairs like a simple auxiliary function of electric stairs. Climbing stairs electric wheelchair is one kind of the service robots ,and it is the elderly and disabled peoples’ indispensable rehabilitation and transport ,To use a wheelchair old people and disabled people can physical exercise and participate in social activities .Considering the convenience of the elderly and the disabled peoples’ traveling ,researching and developing a climb stairs function wheelchair has the significant practical significance. The design will be up and down the stairs to the electric wheelchair design, to meet the legs disabled and elderly automatic staircase function. From the main design, structure design, including the data computation, the transmission system design, the motor and purchased parts selection, application, maintenance and other aspects of system design. And draw the electric wheelchair2D assembly drawing and parts drawing. Key words: Electric wheelchair Star wheel climbing device Structure design 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1課題的研究背景及意義 1 1.2國內外研究現(xiàn)狀 1 1.2.1履帶式 1 1.2.2星輪式 2 1.2.3腿足式 2 1.2.4復合式 3 第2章 總體方案設計 5 2.1總體類型選擇 5 2.1.1設計要求 5 2.1.2類型選擇 5 2.2 總體結構設計 6 2.3行星輪機構設計 7 2.3.1行星輪總體結構概述 7 2.3.2行星輪架的中心距 7 2.3.3小輪半徑r的范圍值 8 第3章 驅動機構設計 10 3.1動力系統(tǒng)參數(shù)選擇 10 3.2驅動電機選擇 10 3.2.1驅動電機的類型選擇 10 3.2.2選擇驅動電機的功率 10 3.3蓄電池選擇 12 3.4計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 13 3.4.1各軸轉速 13 3.4.2各軸輸入功率 13 3.4.3各軸轉矩 13 第4章 主要零件設計計算 14 4.1齒輪傳動設計 14 4.1.1傳動比計算 14 4.1.2齒輪模數(shù)與齒數(shù)計算 14 4.1.3載荷系數(shù)計算 16 4.1.4幾何尺寸計算 18 4.2 鏈傳動設計 18 4.2.1鏈傳動設計計算 19 4.2.2鏈輪結構尺寸設計 21 4.3軸及附件設計 21 4.3.1計算各軸的強度 21 4.3.2軸的結構設計 22 4.3.3軸的強度校核 23 結 論 25 參考文獻 26 致 謝 27 26 第1章 緒 論 1.1課題的研究背景及意義 輪椅為老年人及下肢傷殘者帶來生活上的方便，隨著生活水平的提升，無障礙設施日漸增多，輪椅的使用范圍也逐步加大。然而，樓梯的存在卻使輪椅的使用受到了很大的限制,因此研發(fā)一種自動爬樓梯的輪椅是很有必要的。該課題是為了設計一款簡單易用且價格低廉的自動爬樓梯輪椅。盡管目前輪椅的研發(fā)正朝著三星輪、智能化的方向發(fā)展，其中不乏涵蓋了一些具有視覺或語音控制的智能輪椅。但是就我國的現(xiàn)狀而言，大多數(shù)需求輪椅的老年人或下肢傷殘者經(jīng)濟狀況都不甚樂觀，對于那些功能繁多卻價格昂貴的爬樓梯輪椅，并不具備購買能力，因此研發(fā)一款體積小巧、操作簡單、價格低廉的自動爬樓梯輪椅更符合我國對自動爬樓梯的市場需求，具有一定的社會價值。 1.2國內外研究現(xiàn)狀 樓梯裝置的研究有著悠久的歷史，在19世紀90年代，已經(jīng)證明了這種專利。此后，美國、英國、日本和德國等發(fā)達國家的沖擊開始在這一領域的發(fā)展，通過不斷努力，但也取得了一些成績。但是，由于起步較早，他們在這方面的技術比較成熟，有這些產(chǎn)品的現(xiàn)有產(chǎn)品，但仍有許多錯誤，還沒有一個這樣的設備在中國開始研究，近年來也取得了一些成績，但距離成熟的產(chǎn)品還有很長的路要走。 現(xiàn)有的爬樓梯爬樓裝置不同，分為履帶式，星形輪、腿、腳和復合樓梯裝置有自己的優(yōu)勢，但也存在一些缺陷。 1.2.1履帶式 履帶式爬樓梯裝置的廣泛應用，其原理很簡單，有幾個成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。在法國相對眾所周知，公司開發(fā)的龍蝦421－8型），如圖8 1.2.1a 結構有關的地面和樓梯的電動輪椅機構運動綜合的和平機制，后輪驅動，履帶，履帶式爬樓梯機制下降，在某個角度和爬樓梯輪椅乘客可以調整，所以仍然在一個相對舒適的狀態(tài)。 （a)法國悍馬-H8 （b) T09-ROBY 圖1.2.1履帶式爬樓裝置 履帶式爬樓梯機制，如良好的牽引力和持續(xù)向上和向下，重心穩(wěn)定，安全可靠，但其尺寸，重量和噪音也越大。 1.2.2星輪式 運輸輪的當?shù)亟M織中最大的外國爬樓梯裝置的設計，通常也在車輪機構。輪椅和電動輪椅也通常采用輪機構機制，體積小，結構簡單，易于控制，運行穩(wěn)定、快速、有工作效率高，而且由于不同的驅動，如果要轉彎，轉彎半徑很小，這種輕微的旋轉圓柱輪體，輪機構一般經(jīng)常在腳上具有很大的優(yōu)勢，但是，惡劣的道路條件，如在堅硬的路面狀況，樓梯，普通機構不能達到用戶的要求。 車輪機構想和其他干擾的步驟，其中一個必要條件是車輪半徑至少大于臺階高度，必須在大門口的能量和穩(wěn)定的過程，影響較大；樓梯的寬度是有限的，如果只輪車，并導致半徑增加輪椅在樓梯上沒有支撐點，這是目前使用的常規(guī)輪椅后輪不到樓梯功能的主要原因。 1.2.3腿足式 腿和腳的主要特點是運動型輪椅爬樓梯的樓梯是一個不連續(xù)的腳和腿的方法完成。最早爬樓梯裝置的非連續(xù)的方式。在1890年發(fā)明了爬樓梯輪椅嘶叫不斷。在爬樓梯的過程，在一系列的兩個支持支持另一種軌跡上升，降落，翻譯，類似于人的兩條腿，在腿和腳爬樓梯。事實上在樓梯爬樓裝置模仿人類的動作。 （a） iFoot (b) WL-16RII 圖1.2.3腿足式爬樓裝置 1.2.4復合式 鑒于星形輪，履帶，腿和腳像設備的優(yōu)缺點，在研究過程中，有一些其他的例子，英國爬樓梯輪椅這種類型，這是一個典型的例子，如圖1（a）顯示，不僅成熟的理論和實踐中的實驗，但只有在樓梯，地板本身的適應性，仍然遠離完美。約8萬元的費用讓大多數(shù)人難以承受。但復合復雜的機構和結構的設計，分析和控制，是十分復雜的。 （a）Stairmatic （b) ShrimpRobot 圖1.2.4復合式爬樓梯裝置 綜上所述，國內外樓梯裝置主體，具有悠久的歷史，結果是更多的出生，許多專利和產(chǎn)品，但它是昂貴的，或復雜的結構總是有這樣或那樣的缺陷。針對老年人、殘疾人的活動，結構緊湊，質量適中，安全可靠，使用方便，價格為輪椅在樓梯上，必要的程序，在輪椅的一個主要功能的前提下，平底，所以爬裝置在平坦的土地使用功能應做到最好?？梢钥吹?，雖然已經(jīng)研究了裝置的樓梯一些的成就，但是距離理想的產(chǎn)品誕生了，還有很長的路要走。 第2章 總體方案設計 2.1總體類型選擇 2.1.1設計要求 設計要求如下： （1）爬樓輪椅有效負重=60Kg； （2）有安全保護設計； （3）適合中國標準樓梯。 根根據(jù)目前的研究狀況，爬樓梯裝置，分析了其優(yōu)缺點，考慮到不同的機構，結構，成本，安全和其他重要因素的基礎上，對電動輪椅爬樓梯。爬樓梯輪椅的設計條件是最基本的要求，所以盡可能的步驟，結構簡單，適應性強，安全，價格合理。具體要做到以下幾點： （1）爬樓梯，克服障礙，可作為電動輪椅的和平。 爬樓梯（2）重心波動較小，具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。 （3）為電動輪椅，電動輪椅gb12996—91 GB技術參數(shù)標準。 （4）輪椅向上和向下與我們的日常習慣，避免向后，向上為用戶帶來的不便向上和向下移動，并確保安全。 2.1.2類型選擇 分析現(xiàn)有的三種典型爬樓梯機構，綜合比較其缺點，見表2-1 表2-1典型爬樓機構優(yōu)缺點對照表 爬升機構 星輪式 履帶式 腿足式 臺階適應能力 一般 強 強 穩(wěn)定性 一般 強 差 控制難易 易 一般 難 機構復雜程度 簡單 一般 復雜 對臺階是否損傷 否 是 否 行走阻力 小 大 大 通過比較的優(yōu)點和缺點，不同的機構更多的攀登、越障機構的星形輪具有結構簡單，成本低，易于布置和驅動鏈輪的，所以這個問題的機構。 考慮到國情和消費者購買力在三層樓梯，機構的性能和比較分析的要求，開發(fā)了基于輪椅的樓梯是一個功能的滿足，而且安全可靠，操作簡單，通用性強，價格適中的行星三星輪樓梯的輪椅。 2.2 總體結構設計 輪椅的總體設計如圖2-2所示，主要由越障機構（行星輪機構）、車架、座椅、驅動機構和轉向機構組成。 圖2-2 總體方案簡圖 （1）主題：一個障礙的機制，機制的恒星，行星和行星是由左、右對稱安裝，使革命的自傳和沖積土和轉換障礙，成功的道路。通過齒輪行星之間的渡輪，每一組行星輪安裝在側，通過一個電磁離合器電磁離合器的通斷來控制行星齒輪旋轉。 （2）圖片：圖片是基于整個輪椅輪椅后，應與總布置的要求開發(fā)的，還應具有足夠的強度和剛度，以確保輪椅可以很容易地通過各種復雜路面，質量要盡可能小，越接近地面，使輪椅在重力的影響下，提高汽車的行駛平順性為輪椅使用者。 （3）、總部：總部支持輪椅的人起作用，操作方便和舒適性，所以設計應滿足用戶的要求 （4）：發(fā)動機驅動齒輪，鏈條和傳動的發(fā)動機相結合，可以有效的行星結構的輪椅運動。 （5）轉向機構設計：鑒于數(shù)輪或后輪與前輪轉向，如果直接在六輪，然后在地板上，同時，六輪所需的力，造成很大的困難，為了解決這個問題，我獨自坐在輪椅上的方向盤和前設計包括機械傳動在平地上，用戶可以很容易地通過控制傳輸時，在方向盤上，克服障礙，輪椅依賴，防止增加電機驅動車輪，車輪的輪椅。 2.3行星輪機構設計 2.3.1行星輪總體結構概述 結構輪驅動車輪組機構。在“數(shù)量少，結構簡單，但更多的輪椅車輪旋轉扭矩波動也大，穩(wěn)定性差，但隨著數(shù)量的輪椅重心降低，波動，但整個輪組結構變得越來越復雜。因此，一個小輪子的輪椅前輪后面的一組三個機構，展開一輪組構成。 圖2-3行星輪機構圖 2.3.2行星輪架的中心距 由建筑樓梯數(shù)協(xié)調標準GBJ101-87知：經(jīng)過測量樓梯的臺階長度高度在a=140mm-210mm之間，在220mm-320mm之間，計算樓梯的臺階角度在32°—35°之間。 圖2-3-1 這種分析知道，R值的范圍（110180），應大，但大和體積大小的影響，綜合設計，所以設計一點r＝150mm。 2.3.3小輪半徑r的范圍值 R值的范圍（47.79195），R值越大，速度，以便土壤，但大不利于行星輪半徑，結構緊湊，重量輕的機構類型，因此我們的R = 105mm.指出，上面分析的R值不固定的框架，只有在其價值的可能。 第3章 驅動機構設計 3.1動力系統(tǒng)參數(shù)選擇 輪椅動力系統(tǒng)的設計，必須結合不同的輪椅在爬樓梯上下，分析了各種道路需要提供足夠的動力的輪椅，電動輪椅gb12996 91根據(jù)標準，主要技術性能表的規(guī)定： 表3-1電動輪椅國家標準 輪椅上的運行，以確定技術規(guī)格：最大速度7.2km平底／h，最大速度為每分鐘20步爬樓梯輪椅。四塊電池，每個電池為20Ah，航程40公里以上。 3.2驅動電機選擇 3.2.1驅動電機的類型選擇 輪椅驅動方式的選擇，一般的電池能量，一個可選的電機，步進電機，直流電機，無刷直流電機或驅動。 步進電機是電脈沖信號或位移中心線位移驅動控制的步驟，以一個固定的角度，可以準確定位的速度和轉矩，慣性，影響頻率高，但能量大、速度低、振動和噪聲的陪同下，不利于輪椅的穩(wěn)定性和繼承直流直流電流的電子電路的優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)直流電機的機械裝置的弊端，具有無噪聲、維護、可靠性高選擇48V無刷直流電機為輪椅推進。 3.2.2選擇驅動電機的功率 平底的輪椅的樓梯和兩個不同的國家不同的狀態(tài)，根據(jù)不同的需求，驅動電機功率的計算，這兩個國家的需要，然后選擇驅動電機的額定功率。輪椅重量公斤，最大承載能力的最大總重量600公斤，100公斤的輪椅車，總重量前面和后輪或前后輪之間的聯(lián)合通過總質量的40%和60%，輪胎與路面間的靜摩擦系數(shù)為0.71。 （1） 平地所需功率 （2） 輪椅爬樓時，由于速度較小，忽略空氣阻力和加速阻力，只有滾動阻力和坡度阻力，所以輪椅行駛方程式可以表示為：，其中α為坡度角。 該表顯示，良好的瀝青和混凝土路面的滾動阻力系數(shù)f值一般0.010-0.018瀝青和瀝青混凝土，通常為0.018-0.020.in我們遠離滾動0.018，爬樓梯，因為樓梯是大多數(shù)混凝土或大理石的系數(shù)，所以我們的角色，因為在0.020。道路阻力α＝0，所以 總之，以輪椅爬樓梯的障礙有足夠的驅動力和驅動電機，必須大于0.13kw，和一定程度的剩余。M4：DG和dyw—60B型一般，考慮到經(jīng)濟性和實用性，選擇DG-1的M4是合適的。主要參數(shù)如下表： 表3.1 型號 額定功率 額定轉速 額定負載 長 寬 高 DG-M4 144w 120r∕min 3.39N.m 305mm 125mm 123mm 3.3蓄電池選擇 48V的電池作為電源和輪椅滿足平坦的地面和樓梯跑。為了選擇最便宜的電池，通常是電池的容量，電壓，尺寸，重量，成本和價格等多方面考慮，市場上一般有四個：鉛酸電池，氫電池電池，鎳鋅電池和鋰離子電池、鎳鋅電池和鋰離子電池使用性能和壽命，但價格昂貴，一般比鉛的4.5倍鉛酸電池的成本，在成本低，具有悠久的歷史，改進的相對成熟，鉛蓄電池廠的可靠、穩(wěn)定、方便、廣泛。因此，輪椅，免維護鉛酸電池作為供電方式的選擇。 3.4計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 3.4.1各軸轉速 電動機軸為O軸，與鏈傳動的高速軸為I軸，齒輪之間的傳動低速軸為II軸。 各軸轉速為 n0=nm=120r/min ni=n0/i1=120/2=60 nII =nI/I2=60/3=30r/min 3.4.2各軸輸入功率 按電動機額定功率Ped計算各軸輸入功率，即 P0=Ped=144W PⅠ= P0η1=144×0.94=135.36W≈0.135KW PⅡ= PⅠη3=135.36×0.96=130W=0.13KW 3.4.3各軸轉矩 T0=9550×0.144/120=11.46N.mm TI=9550×0.135/60=21.49N.mm TⅡ=9550×0.13/20=62.08N.mm 將以上數(shù)據(jù)整理如下表 第4章 主要零件設計計算 4.1齒輪傳動設計 4.1.1傳動比計算 4.1.2齒輪模數(shù)與齒數(shù)計算 計算圓周速度v 計算齒寬b 計算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù) 齒高 4.1.3載荷系數(shù)計算 （1）根據(jù), 7級精度，查得動載系數(shù) 直齒輪，假設 （2)按齒根彎曲強度設計 彎曲強度的設計公式為 s=1.35 則 （1） 計算載荷系數(shù)k 由 ， 查得齒形系數(shù)及應力校正系數(shù) ，，， （2） 計算大小齒輪的 并加以比較 4.1.4幾何尺寸計算 （1） 計算分度圓直徑 中心距 齒輪寬度 取 （2） 驗算 合適 齒輪 1.2 4.2 鏈傳動設計 從帶中心在大軸的長度，以不同的中心距；帶具有良好的成形性和沖擊和振動作用，少開車太慢了，如果這過載時打滑，防止損壞其他零件，起過載保護作用，結構簡單，制造裝配和維修的成本。但是，轉移規(guī)模大，結構不緊湊，在軸和皮帶輪之間的壓力和彈性滑動和滑動，不能提供準確的傳輸效率低，壽命短，需要張緊裝置。 非彈性鏈滑，確保準確的傳輸，如軸電壓，負荷小，結構緊湊，傳動可靠，傳動效率高，其力；能在高溫、潮濕、灰塵和污垢的惡劣傳動鏈是不適合的負荷大，速度快?！币啄p的齒鏈，降低的現(xiàn)象。 根據(jù)條件的需要三個方面：一軸，向上和向下的負荷小，使軸的工作壽命；第二，效率高，所以，在向上和向下，在保證安全的過程也可以坐輪椅的人往上拉，三星在枕頭上，使安裝空間與封閉的鏈輪鏈條的使用壽命當不能匹配。 4.2.1鏈傳動設計計算 （1）確定鏈輪齒數(shù)Z1、Z2: 因傳動比i=2，查表12-6選取Z1=27 則Z2=iZ1=27X2=54 （2）鏈輪轉速: =283.92mm （9）實際中心距a′: （12）鏈條標記:05B-1x112 4.2.2鏈輪結構尺寸設計 （6）鏈輪公差: 根直徑公差為H11；齒頂圓直徑齒坯公差H11；孔徑公差公差H8，齒寬為14小時；根圈徑向跳動大鏈輪鏈10。類為11度，根界不小的鏈輪結束10。類，大鏈輪11。 4.3軸及附件設計 4.3.1計算各軸的強度 （1）后軸的計算 初選空心軸內外之比 則可查表得 則 考慮到軸需要加鍵，需將其軸徑增加4%~5% 故大錐直徑取 4.3.2軸的結構設計 有效圓周力 離心力引起的拉力 查表得 則 鏈傳動的壓軸力 對于水平傳動 則 求支反力 4.3.3軸的強度校核 根據(jù)軸的結構尺寸及彎矩圖，轉矩圖，截面C處彎矩最大 安全系數(shù)校核計算 彎曲應力幅為 由于是對稱循環(huán)彎曲應力，故平均應力 由 式 結 論 設計學院是由過去的知識，鍛煉了我們的綜合利用能力，獨立思考，獨立解決工程實際問題的能力，比能力，從課本上的理論知識在實踐中的變化。 玉米收獲機的創(chuàng)新特點是刀片安裝在一個外殼兩端焊接在葉片損壞或斷軸的拆裝，減少工作量，節(jié)約成本，經(jīng)濟。 在這之前，雖然經(jīng)過四年的學習，學到了很多，但沒有機會，這些東西和掌握。通過這次實踐，我了解到有一個全面的機械設計、結構設計、計算和綜合能力的訓練和提高，我的機器產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，更堅定了我在機械行業(yè)中的信仰。在設計階段，的網(wǎng)站上下載的，我去了圖書館，許多相關文獻，了解玉米收獲我的報告，然后開始打開，轉讓和文學。在總體結構規(guī)劃，我遇到了許多困難，經(jīng)過多次修改數(shù)據(jù)，總體方案確定之前，得到了我的指導老師，我覺得從與老師的溝通過程中，我可以學到很多東西，老師可以從不同的角度啟發(fā)了我，給了我很多的幫助，支持和指導。在此期間，我的設計，符合玉米收獲機的設計，但也因為我的知識有限，沒有實際經(jīng)驗，設計中存在的缺陷，如果教師對學生的批評和建議，使他們及時糾正我知道整個項目還沒有結束，因為我們需要的答案，也和教師意見調查恩，我可以設計終于結束了。所以，我要繼續(xù)努力，準備答辯論文，認真，仔細的檢查我的完美，我的大學，畫一個完美的結局。 參考文獻 [1] 蘇和平，王人成，爬樓梯輪椅的研究發(fā)展［J］.中過康復醫(yī)學雜志，2005.20 （5）：366-367. 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