多功能電動(dòng)爬樓輪椅設(shè)計(jì)IXXXXX畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目:多功能電動(dòng)爬樓輪椅設(shè)計(jì)學(xué)院:機(jī)械與電氣工程學(xué)院專業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí):機(jī)械學(xué)號(hào):學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:20XX年04月24日摘要當(dāng)前中國(guó)老齡化社會(huì)的壓力越來(lái)越大。項(xiàng)目針對(duì)老齡化社會(huì)護(hù)理人員多為女性且老式樓房沒(méi)有電梯的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)具備爬樓梯功能的電動(dòng)輪椅，從而有效提高老年人的生活質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)主要針多功能電動(dòng)爬樓輪椅進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，通過(guò)對(duì)電動(dòng)爬樓輪椅結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了總體結(jié)構(gòu)方案；接著，對(duì)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算選擇；然后，對(duì)各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核；最后，通過(guò)AutoCAD制圖軟件繪制了電動(dòng)爬樓輪椅裝配圖及主要零部件圖。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中包括其中的數(shù)據(jù)計(jì)算、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電機(jī)等外購(gòu)件選型、應(yīng)用環(huán)境、維護(hù)保養(yǎng)等方面進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對(duì)今后的工作于生活具有極大意義。關(guān)鍵詞：電動(dòng)；爬樓；輪椅；行星輪全套設(shè)計(jì)圖紙加V信153893706或扣3346389411AbstractWiththeadventofanagingsocietyandincreasenumberinthedisabilitiespersons,thewheelchairsplayamoreimportantroleintheliving,thestaircasecanbeseeneverywhereinlifelimitstheuseofanordinarywheelchair,thepurposeofthisstudyistodesignaffordableandreasonable,safeandreliableperformance. Whenwalkingonlevelgroundasanordinaryelectricwheelchair,andinothersonthestairslikeasimpleauxiliaryfunctionofelectricstairs.Climbingstairselectricwheelchairisonekindoftheservicerobots,anditistheelderlyanddisabledpeoples’indispensablerehabilitationandtransport,Touseawheelchairoldpeopleanddisabledpeoplecanphysicalexerciseandparticipateinsocialactivities.Consideringtheconvenienceoftheelderlyandthedisabledpeoples’traveling,researchinganddevelopingaclimbstairsfunctionwheelchairhasthesignificantpracticalsignificance.Thedesignwillbeupanddownthestairstotheelectricwheelchairdesign,tomeetthelegsdisabledandelderlyautomaticstaircasefunction.Fromthemaindesign,structuredesign,includingthedatacomputation,thetransmissionsystemdesign,themotorandpurchasedpartsselection,application,maintenanceandotheraspectsofsystemdesign.Anddrawtheelectricwheelchair2Dassemblydrawingandpartsdrawing.Keywords:ElectricwheelchairStarwheelclimbingdeviceStructuredesign目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題的研究背景及意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.2.1履帶式 11.2.2星輪式 21.2.3腿足式 21.2.4復(fù)合式 3第2章總體方案設(shè)計(jì) 52.1總體類型選擇 52.1.1設(shè)計(jì)要求 52.1.2類型選擇 52.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 62.3行星輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 72.3.1行星輪總體結(jié)構(gòu)概述 72.3.2行星輪架的中心距 72.3.3小輪半徑r的范圍值 8第3章驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 103.1動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)選擇 103.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇 103.2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型選擇 103.2.2選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率 103.3蓄電池選擇 123.4計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 133.4.1各軸轉(zhuǎn)速 133.4.2各軸輸入功率 133.4.3各軸轉(zhuǎn)矩 13第4章主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算 144.1齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 144.1.1傳動(dòng)比計(jì)算 144.1.2齒輪模數(shù)與齒數(shù)計(jì)算 144.1.3載荷系數(shù)計(jì)算 164.1.4幾何尺寸計(jì)算 184.2鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 184.2.1鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 194.2.2鏈輪結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 214.3軸及附件設(shè)計(jì) 214.3.1計(jì)算各軸的強(qiáng)度 214.3.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 224.3.3軸的強(qiáng)度校核 23結(jié)論 25參考文獻(xiàn) 26致謝 27第1章緒論1.1課題的研究背景及意義當(dāng)前中國(guó)老齡化社會(huì)的壓力越來(lái)越大。項(xiàng)目針對(duì)老齡化社會(huì)護(hù)理人員多為女性且老式樓房沒(méi)有電梯的特點(diǎn)。另外，由于各種生產(chǎn)事故、交通事故、各種災(zāi)害等意外事故導(dǎo)致大量殘疾人的出現(xiàn)，這也是整個(gè)社會(huì)一直面臨的問(wèn)題。輪椅是現(xiàn)在大多數(shù)年老體弱者及肢體傷殘人士使用較為廣泛的代步工具。輪椅的發(fā)展也隨著社會(huì)的需求變得多種多樣，人類的智慧引領(lǐng)輪椅行業(yè)的發(fā)展，智能輪椅在越來(lái)越高的使用需求中得到了更多的重視，隨著科技的飛速發(fā)展，將逐步替代手動(dòng)輪椅和電動(dòng)輪椅。由于考慮到使用區(qū)域的廣泛性，設(shè)計(jì)一款使用方便、重量適宜、價(jià)格合理的電動(dòng)爬樓梯輪椅可能會(huì)大大的改善老年人和殘疾人的生活質(zhì)量，讓他們的出行更為方便，樓梯和路障將不再成為他們出行的障礙。設(shè)計(jì)具備爬樓梯功能的電動(dòng)輪椅，從而有效提高老年人的生活質(zhì)量。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀爬樓梯裝置的研究已經(jīng)有了較長(zhǎng)的歷史，早在19世紀(jì)90年代就已經(jīng)有了此類專利的出現(xiàn)。自此，美、英、日德等發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始向此領(lǐng)域沖擊，經(jīng)過(guò)不斷努力開(kāi)發(fā)，也出現(xiàn)了一些成果。由于起步較早，它們?cè)谶@方面的技術(shù)也相對(duì)成熟，已經(jīng)推出此類產(chǎn)品。但現(xiàn)存產(chǎn)品都還存在各種瑕疵，還沒(méi)有一種能做到盡善盡美。我國(guó)對(duì)此類裝置的研究起步較晚，在近幾年也有一些成果產(chǎn)生，但距離形成成熟產(chǎn)品還有很長(zhǎng)的路要走。目前已經(jīng)存在的爬樓梯裝置也是各種各樣，可以按照爬樓方式分為履帶式、星輪式、腿足式以及復(fù)合式爬樓梯裝置。各種裝置都有自己的優(yōu)點(diǎn)，但也都存在一定不足。1.2.1履帶式履帶式爬樓裝置是目前應(yīng)用較廣的一種方式，其原理簡(jiǎn)單，有多款成熟產(chǎn)品問(wèn)世。其中較為出名的是法國(guó)TopChiar公司研制的悍馬-H8型，如圖1.2.1a)。悍馬-

（a)法國(guó)悍馬-H8（b)T09-ROBY圖1.2.1履帶式爬樓機(jī)構(gòu)行走方式連續(xù)，抓地力強(qiáng)，上下樓時(shí)重心平穩(wěn)，安全可靠，但體積、重量及噪聲也較大。1.2.2星輪式輪式機(jī)構(gòu)在地面的運(yùn)輸工具中應(yīng)用范圍最大，國(guó)外的爬樓梯裝置設(shè)計(jì)中也常常采取輪式機(jī)構(gòu)。普通的殘疾人使用的輪椅及電動(dòng)輪椅車也通常使用輪式機(jī)構(gòu)，輪式機(jī)構(gòu)體積小巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且容易控制，運(yùn)行起來(lái)既平穩(wěn)速度又快，工作能效高，并且由于轉(zhuǎn)向時(shí)候采取的差動(dòng)傳動(dòng)轉(zhuǎn)向半徑，這種轉(zhuǎn)向半徑很小，且易于轉(zhuǎn)向;圓柱型輪體機(jī)構(gòu)常常應(yīng)用在一般的輪式機(jī)構(gòu)之中，在平地行走具有很大的優(yōu)勢(shì)，但是路況較差如崎嶇路面、樓梯狀況時(shí)，普通的輪式機(jī)構(gòu)又不能達(dá)到使用者的要求。普通輪式機(jī)構(gòu)要想跨越臺(tái)階等障礙，其中一個(gè)必要條件就是車輪半徑至少要大于臺(tái)階高度，而且跨越臺(tái)階需要的能量很大，過(guò)程不穩(wěn)定，沖擊較大;而且樓梯臺(tái)階的寬度有限，如果一味的增大車輪半徑又會(huì)導(dǎo)致輪椅在臺(tái)階上失去了支撐點(diǎn)，這也是目前常規(guī)輪椅采用大的后輪而無(wú)法實(shí)現(xiàn)上下樓梯功能的主要原因。1.2.3腿足式腿足式爬樓輪椅的主要特點(diǎn)是爬樓動(dòng)作是一個(gè)由腿足完成的不連續(xù)過(guò)程。早期的爬樓梯裝置多數(shù)都采用這種不連續(xù)方式。18世紀(jì)90年代Bray發(fā)明制造的爬樓梯輪椅采用的方式就是不連續(xù)方式。在爬樓過(guò)程中，兩套支撐裝置中的一套作為支撐，另一套爬升，運(yùn)動(dòng)軌跡為上升、平移、著陸，類似人的兩條腿一樣爬樓。腿足式爬樓梯裝置實(shí)際上就是模仿人類爬樓的動(dòng)作。（a）iFoot(b)WL-16RII圖1.2.3腿足式爬樓裝置1.2.4復(fù)合式鑒于履帶式、星輪式、腿足式等裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，在研究過(guò)程中，產(chǎn)生了一些其它的爬升裝置。例如由英國(guó)的Stairmatic，它是此類型爬樓梯輪椅的一個(gè)典型例子，如圖1.2.4（a)所示，它不僅理論成熟并且已經(jīng)通過(guò)了實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)。但是，僅能上下樓梯，對(duì)平地自主適應(yīng)性差，使其距完美還有一定距離。另外約8萬(wàn)余元人民幣的（a）Stairmatic（b)ShrimpRobot圖1.2.4綜上所述，國(guó)內(nèi)外在爬樓梯裝置方面的研究已經(jīng)有較長(zhǎng)的歷史，成果也較多，誕生了很多的專利以及產(chǎn)品，但是它們或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜、或者造價(jià)昂貴，總是存在這樣或那樣的缺陷。為了更好地解決老年人、殘疾人活動(dòng)問(wèn)題，提出一種整體結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量適中、安全性好、操作方便、價(jià)格適宜的爬樓梯輪椅方案是十分必要的。此外，考慮到輪椅的主要作用是平地行駛，故在做好爬升裝置的前提下更應(yīng)將平地行駛功能做到最好?？梢钥闯?，雖然爬樓梯裝置的研究已經(jīng)有了一定的成果，但距離完美的產(chǎn)品的誕生還是有很長(zhǎng)一段路需要走的。第2章總體方案設(shè)計(jì)2.1總體類型選擇2.1.1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求如下：（1）爬樓輪椅有效負(fù)重=60Kg；（2）有安全保護(hù)設(shè)計(jì)；（3）適合中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)樓梯。根據(jù)目前爬樓梯裝置的研究現(xiàn)狀，分析已產(chǎn)生的各種機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，在充分考慮結(jié)構(gòu)、造價(jià)、安全性等重要因素的基礎(chǔ)上，研究設(shè)計(jì)電動(dòng)爬樓梯輪椅。該設(shè)計(jì)在滿足爬樓梯輪椅的基本要求前提下，盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格適宜，對(duì)臺(tái)階適應(yīng)性強(qiáng)，安全性高等方面。具體要做到以下幾點(diǎn):(1)能爬樓、越障，平地時(shí)可作電動(dòng)輪椅使用。(2)爬樓時(shí)重心波動(dòng)較小，具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。(3)作為電動(dòng)輪椅時(shí)要符合，國(guó)標(biāo)GB12996-91電動(dòng)輪椅技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。(4)輪椅車上下樓應(yīng)與我們?nèi)粘Ａ?xí)慣一致，避免反向上樓給使用者帶來(lái)的不便，同時(shí)確保上下樓過(guò)程的安全性。2.1.2類型選擇分析現(xiàn)有的三種典型爬樓梯機(jī)構(gòu)，綜合比較其缺點(diǎn)，見(jiàn)表2-1表2-1典型爬樓機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)照表爬升機(jī)構(gòu)星輪式履帶式腿足式臺(tái)階適應(yīng)能力一般強(qiáng)強(qiáng)穩(wěn)定性一般強(qiáng)差控制難易易一般難機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度簡(jiǎn)單一般復(fù)雜對(duì)臺(tái)階是否損傷否是否行走阻力小大大通過(guò)對(duì)比以上各種爬升機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，星輪式越障機(jī)構(gòu)優(yōu)勢(shì)突出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，而且傳動(dòng)機(jī)構(gòu)易布置，因此本課題采用星輪式越障機(jī)構(gòu)。綜合考慮我國(guó)國(guó)情和普通消費(fèi)者的購(gòu)買能力，在三種爬樓梯機(jī)構(gòu)的性能對(duì)比分析，同時(shí)滿足輪椅的設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了一種既可滿足爬樓梯功能，又安全可靠，操作方便，通用性好而且價(jià)格適中的行星輪式多功能電動(dòng)爬樓梯輪椅車。2.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輪椅的總體設(shè)計(jì)如圖2-2所示，主要由越障機(jī)構(gòu)（行星輪機(jī)構(gòu)）、車架、座椅、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成。圖2-2總體方案簡(jiǎn)圖(1)越障機(jī)構(gòu)：本課題采用一對(duì)星輪式機(jī)構(gòu)，行星輪并且左右分別對(duì)稱安裝，通過(guò)行星輪的公轉(zhuǎn)和自傳實(shí)現(xiàn)平地行駛與越障的轉(zhuǎn)換，以便順利通過(guò)各種路況；行星輪小輪之間通過(guò)齒輪傳動(dòng)，每組行星輪一側(cè)安裝一對(duì)電磁離合器，通過(guò)電磁離合器的通與斷來(lái)控制行星輪支架的翻轉(zhuǎn)。(2)車架：車架是整個(gè)輪椅車的基礎(chǔ)，應(yīng)結(jié)合輪椅車總布置的要求來(lái)設(shè)計(jì)，還應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，保證輪椅車可以順利通過(guò)各種復(fù)雜路況；質(zhì)量要盡可能小，應(yīng)布置的離地面更近一些，使輪椅重心降低，有利于提高輪椅的行駛穩(wěn)定性。(3)座椅：座椅起著支撐人體，使輪椅操縱方便和乘坐舒適的作用，因此這次設(shè)計(jì)要充分考慮使用者的要求（4）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：采用電機(jī)中置，鏈傳動(dòng)與齒輪相結(jié)合的傳動(dòng)方式，以使電機(jī)的傳動(dòng)可以有效的傳遞給行星輪結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)輪椅的運(yùn)動(dòng)。（5）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：鑒于設(shè)計(jì)的車輪數(shù)目較多，如果直接采用前輪轉(zhuǎn)向或是后輪轉(zhuǎn)向，則同時(shí)有6個(gè)輪著地，并且同時(shí)要轉(zhuǎn)到6個(gè)輪才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，所需的轉(zhuǎn)向力將很大，造成轉(zhuǎn)向困難。為了解決這一困難，我單獨(dú)在輪椅的前邊設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向輪并且還采用了機(jī)械傳動(dòng)等，在平地行駛時(shí)使用者可以方便的通過(guò)控制轉(zhuǎn)向盤的傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)輪椅的轉(zhuǎn)向，越障時(shí)依靠電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪升高，防止轉(zhuǎn)向輪影響輪椅越障。2.3行星輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1行星輪總體結(jié)構(gòu)概述行駛機(jī)構(gòu)采用輪組結(jié)構(gòu)。輪組結(jié)構(gòu)中的小輪個(gè)數(shù)越少，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，但是輪組的翻轉(zhuǎn)力矩也越大，輪椅重心波動(dòng)也就大，穩(wěn)定性越差。但隨著小輪個(gè)數(shù)的增加，輪椅重心波動(dòng)減小，但是整個(gè)輪組機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜。因此，本文輪椅的前輪采用一個(gè)小輪構(gòu)成輪組機(jī)構(gòu)，后邊是由三個(gè)小輪組成輪組機(jī)構(gòu)。圖2-3行星輪機(jī)構(gòu)圖2.3.2行星輪架的中心距由建筑樓梯數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)GBJ101-87知：經(jīng)過(guò)測(cè)量樓梯的臺(tái)階長(zhǎng)度在20-25cm之間，高度在15-18cm之間，計(jì)算樓梯的臺(tái)階角度在32°—35°之間。圖2-3-1（1）s，h最小時(shí)，兩小輪中心距不應(yīng)大于，如圖2-3-1所示，根據(jù)幾何關(guān)系有：(R)2≤(2-3-1)代入數(shù)值，求得：R≤180mm（2）s，h最大時(shí)，車體后面行星輪架至少前傾，并且一小輪應(yīng)至少能登上上一臺(tái)階，所以2R≥h=110mm。綜上分析知，R的取值范圍是（110,180）。R應(yīng)盡量大，但太大又影響體積的大小設(shè)定，所以綜合一下設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中取R=150mm。2.3.3小輪半徑r的范圍值（1）兩小輪半徑應(yīng)小于小輪中心距，根據(jù)幾何關(guān)系有：r≤R(2-3-2)代入數(shù)值得：r≤R=150mm（2）小輪最小時(shí)，支架不應(yīng)與樓梯沿相碰。h最小時(shí)，這種可能性大，則有幾何關(guān)系知：sinα=(2-3-3) tanβ=tan（90-α）= （2-3-4）計(jì)算并代入數(shù)值：α=arcsin≈32.606°β=27.394°所以47.79mm綜上可知：r的取值范圍是（47.79,195），r應(yīng)取較大值，以提高平地行駛速度，但是過(guò)大行星輪支架的半徑也越大，不利于機(jī)構(gòu)緊湊型和輕便型，因此我們?nèi)=125mm。特別指出的是，以上分析中R，r的值并不是固定的，只需要在其范圍內(nèi)取值即可。第3章驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)選擇對(duì)輪椅動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須結(jié)合輪椅在平地和爬樓等不同路況進(jìn)行分析，以滿足各種路況下輪椅都能提供足夠的動(dòng)力需求。根據(jù)電動(dòng)輪椅的標(biāo)準(zhǔn)GB12996-91可知，對(duì)其主要技術(shù)性能的規(guī)定如表3-1所示：表3-1電動(dòng)輪椅國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參考輪椅的運(yùn)行實(shí)際情況，確定其技術(shù)指標(biāo)為：平地行駛時(shí)最大運(yùn)行速度為7.2km/h，最大爬樓速度為每分鐘20個(gè)臺(tái)階。輪椅攜帶四塊12v蓄電池，每塊電池容20Ah，一次行程40km以上。3.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇3.2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型選擇選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型，輪椅車依靠蓄電池來(lái)供電，為電機(jī)提供能源，一般可選步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)或是無(wú)刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，可以準(zhǔn)確定位和調(diào)速：轉(zhuǎn)矩大、慣性小、影響頻率高，但是其能耗大、轉(zhuǎn)速低，并且伴有振動(dòng)和噪聲，不利于輪椅的穩(wěn)定型和實(shí)用性。無(wú)刷直流電機(jī)繼承了直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，采用電子換相電路，克服了傳統(tǒng)直流電機(jī)采用機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置的弊病，具有無(wú)噪聲、免維護(hù)、可靠性高的優(yōu)越特性。因此我們選用48V的無(wú)刷直流電機(jī)作為輪椅的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。3.2.2選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率輪椅具有平地行駛和爬樓兩種不同的工作狀態(tài)，不同工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的功率需求，因此先分別計(jì)算兩種狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需功率，然后再選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率。該輪椅自重為40kg，最大承載能力為60kg，因此輪椅的最大運(yùn)行總質(zhì)量為100kg，該總質(zhì)量由前輪和后輪共同分擔(dān)，假設(shè)前輪和后輪分別承受總質(zhì)量的40％和60％，并且取輪胎與地面間的靜摩擦系數(shù)μ為0.71.平地所需功率平地行駛時(shí)，輪椅采用后驅(qū)動(dòng)輪，后驅(qū)動(dòng)輪組任意兩個(gè)小輪著地，克服與地面間的摩擦力前進(jìn)，前輪隨之前進(jìn)，同時(shí)設(shè)前輪與地面之間的摩擦力為。當(dāng)時(shí)，輪椅在平地上正常行駛。前輪承受的正壓力;后輪承受的正壓力：前輪承受的水平摩擦力：后輪承受的水平摩擦力：所以,滿足正常行駛要求。所設(shè)計(jì)的輪椅直徑為D=195mm，輪椅平地的最大運(yùn)動(dòng)速度為V=2m/s，根據(jù)輪椅行駛速度和車輪直徑，計(jì)算輪椅車在平地上行駛的相關(guān)參數(shù)：后驅(qū)動(dòng)輪所需要最大轉(zhuǎn)速為：后驅(qū)動(dòng)輪所需最大角速度為：后驅(qū)動(dòng)輪最大切向加速度為：后驅(qū)動(dòng)輪最大角加速度為：后驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：電機(jī)所需要的工作功率為：輪椅包括齒輪傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)和軸傳動(dòng)，因此我們?cè)O(shè)傳動(dòng)總功率為0.85，所以在平地行駛所需功率為：輪椅爬樓時(shí)，由于速度較小，忽略空氣阻力和加速阻力，只有滾動(dòng)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。查表可知，良好的瀝青路面和混凝土路面的滾動(dòng)阻力系數(shù)f的數(shù)值為0.010-0.018，一般的瀝青和混凝土路面為0.018-0.020。平時(shí)路地行駛時(shí)我們?nèi)L動(dòng)阻力系數(shù)為0.018，爬樓時(shí)因?yàn)榇蠖鄶?shù)樓梯為混凝土或是大理石，所以我們把滾動(dòng)系數(shù)取為0.020。因?yàn)槠铰沸旭倳r(shí)α=0，所以受工作阻力為：我們?cè)O(shè)計(jì)的輪椅最大爬坡度為40°，所以爬樓時(shí)工作阻力為：所以，取F==974.3N，取v=0.2m/s，求得電機(jī)所需工作功率為：綜上所述，為了使輪椅爬樓與越障時(shí)有足夠的驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率必須大于0.13kw，并且有一定的剩余。輪椅的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)一般為DG-M4和DYW-60B,考慮到經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用性，選擇DG-M4比較合適。主要性能參數(shù)如下表：表3.1型號(hào)額定功率額定轉(zhuǎn)速額定負(fù)載長(zhǎng)寬高DG-M4144w120r∕min3.39N.m305mm125mm123mm3.3蓄電池選擇輪椅裝載48V的蓄電池作為供電能源，同時(shí)可以滿足平地行駛和爬樓梯的要求。為了選擇性價(jià)比最高的蓄電池，一般從電池容量、電壓大小、重量、使用壽命和價(jià)格成本等幾方面進(jìn)行考慮，市場(chǎng)上有四種常見(jiàn)的蓄電池：鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鋅電池和鋰電池。鎳氫電池、鎳鋅電池和鋰電池性能優(yōu)越，使用壽命長(zhǎng)，但是價(jià)格昂貴，一般比鉛酸電池高4-5倍，增加了輪椅的制造成本。鉛酸蓄電池成本較低、應(yīng)用歷史長(zhǎng)、相對(duì)更加成熟，改進(jìn)后的免維護(hù)鉛酸電池性能更加穩(wěn)定可靠，使用也更方便，得到了廣泛應(yīng)用。因此，輪椅車選用免維護(hù)鉛酸蓄電池作為供電能源。3.4計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)3.4.1各軸轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)軸為O軸，與鏈傳動(dòng)的高速軸為I軸，齒輪之間的傳動(dòng)低速軸為II軸。各軸轉(zhuǎn)速為n0=nm=120r/minni=n0/i1=120/2=60nII=nI/I2=60/3=30r/min3.4.2各軸輸入功率按電動(dòng)機(jī)額定功率Ped計(jì)算各軸輸入功率，即P0=Ped=144WPⅠ=P0η1=144×0.94=135.36W≈0.135KWPⅡ=PⅠη3=135.36×0.96=130W=0.13KW3.4.3各軸轉(zhuǎn)矩T0=9550×0.144/120=11.46N.mmTI=9550×0.135/60=21.49N.mmTⅡ=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(shè)計(jì)計(jì)算4.1齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.1.1傳動(dòng)比計(jì)算由前面已知上樓梯時(shí)，要使后輪轉(zhuǎn)動(dòng)而爬上樓梯所需要的扭矩為170功率P=0.13kw.而所選電機(jī)額定轉(zhuǎn)速=120額定轉(zhuǎn)矩為5已知外輪系的大徑為500mm后輪由電機(jī)通過(guò)一級(jí)齒輪傳動(dòng)和一級(jí)鏈輪傳動(dòng)而進(jìn)行上樓梯動(dòng)作。由m=9549可知Ⅲ軸轉(zhuǎn)速=60由于鏈輪3.4.5.6之間為等傳動(dòng)比傳動(dòng)，現(xiàn)假定三個(gè)鏈輪d=250mm則軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速，由電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1.2齒輪之間的傳動(dòng)比4.1.2齒輪模數(shù)與齒數(shù)計(jì)算（1）初選小齒輪齒數(shù)則大齒輪齒數(shù)取（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)試選載荷系數(shù)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩查表可知齒寬系數(shù)（小齒輪作懸臂布置）查手冊(cè)可知材料的彈性影響系數(shù)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限由齒輪的工作力循環(huán)次數(shù)N的計(jì)算式可算出兩齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)則可查得接觸疲勞壽命系數(shù)（3）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%安全系數(shù)S=1計(jì)算試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值計(jì)算圓周速度v計(jì)算齒寬b計(jì)算齒寬與齒高之比b/h模數(shù)齒高4.1.3載荷系數(shù)計(jì)算（1）根據(jù),7級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù)直齒輪，假設(shè)查得齒間載荷分配系數(shù)查手冊(cè)得使用系數(shù)而對(duì)于7級(jí)精度的小齒輪相對(duì)支撐懸臂布置時(shí)齒向載荷分布系數(shù)查得由,查手冊(cè)得故載荷系數(shù)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑計(jì)算模數(shù)m（2)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值查手冊(cè)得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)s=1.35則計(jì)算載荷系數(shù)k由，查得齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)，，，計(jì)算大小齒輪的并加以比較即：大齒輪的數(shù)值大對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)0.957并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)1.25mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑算出小齒輪齒數(shù)，取大齒輪齒數(shù)4.1.4幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑中心距齒輪寬度?。?）驗(yàn)算合適齒輪1.24.2鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)適用于兩軸中心距較大的場(chǎng)合，改變帶的長(zhǎng)度可以適用不同的中心距;帶具有良好的彈性，有緩沖和吸振的作用，因而傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小。且過(guò)載時(shí)候帶與帶輪之間會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，可防止損壞其他零件，起過(guò)載保護(hù)作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝和維護(hù)方便，成本低廉。但是傳動(dòng)的外廓尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊，且對(duì)軸的壓力大，帶與帶輪之間存在彈性打滑和滑動(dòng)，不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。機(jī)械效率低，帶的壽命較短，需要張緊裝置。鏈傳動(dòng)沒(méi)有彈性打滑和滑動(dòng)現(xiàn)象，能保證準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比;張緊力小，軸與軸承所承受載荷較??；結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)可靠，傳遞圓周力；傳動(dòng)效率較高，能在高溫、潮濕、多塵、油污等惡劣環(huán)境下工作。但鏈傳動(dòng)不適于載荷變化大和急速反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合且易磨損，從而產(chǎn)生跳齒脫鏈現(xiàn)象。根據(jù)條件的需要，從三個(gè)方面考慮：一、上下樓過(guò)程中軸所承受的載荷要小，這樣可以提高軸的工作壽命；二、傳動(dòng)效率要高，這樣在上下樓過(guò)程中在保證安全的同時(shí)也能減少人在推輪椅上樓的拉力，三、鏈輪放在坐墊下面，這樣不僅減少裝配空間而且封閉的鏈輪可以提高使用壽命。因此選擇鏈傳動(dòng)比較合適。4.2.1鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算（1）確定鏈輪齒數(shù)Z1、Z2:因傳動(dòng)比i=2，查表12-6選取Z1=27則Z2=iZ1=27X2=54（2）鏈輪轉(zhuǎn)速:N1=120r/minN2=n1/i=120/2=60r/min（3）設(shè)計(jì)功率Pd:由表12-7，取KA=1由表12-8，取KZ=0.684由表（12-4），Pd=KAKZP=1X0.684X0.144=0.098KW（4）選用鏈條:由Pd=0.098KW和n1=120r/min查圖12-9選得鏈號(hào)為05B，節(jié)距P=8mm，單排鏈。（5）驗(yàn)算鏈速V:由式（12-1）V=Z1n1P/60X1000=27X120X8/60X1000=0.432m/s＜0.6m/s在限定范圍內(nèi)。（6）初選中心距ao:因結(jié)構(gòu)上無(wú)限定，初選ao=35P。（7）確定鏈節(jié)數(shù)Lp:由式(12-5),初算鏈節(jié)數(shù)Lpo=2ao/p+Z1+Z2/2+(Z2-Z1/2)XP/ao=2X35P/P+27+54/2+()XP/35P=111.03對(duì)Lpo圓整并取偶數(shù)，則Lp=112。（8）理論中心距a:因Lp-Z1/Z2-Z1=112-27/54-27=3.15,用插值法求得Ka=0.24818，則由式（12-7），得a=[2Lp-（Z1+Z2）]KaP=[2X112-(27+54)]X0.24818X8=283.92mm（9）實(shí)際中心距a′:a′=a-△a△a=(0.002-0.004)a,取△a=0.004a，則a′=a-△a=283.92-0.004X283.92=282.78mm（10）作用在軸上的力Fa:由式（12-9）Fa≈1000（1.2-1.3）P/V=1000（1.2-1.3）X0.144/0.432N=400-433.33N（11）潤(rùn)滑方式:由P=8mmV=0.432m/s,查圖12-14選用人工定期潤(rùn)滑。（12）鏈條標(biāo)記:05B-1x1124.2.2鏈輪結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)（1）選擇材料及熱處理方法:選用45鋼，淬火處理，硬度為40-45HRC。（2）分度圓直徑d:dI=P/sin180/Z1=8/sin180/27=68.97mmdII=P/sin180/Z2=8/sin180/54=137.93mm（3）齒頂圓直徑da:由表12-1，得滾子外徑d1=5mm由表12-2，damax=d+1.25P-d1damin=d+（1-1.6/Z）P-d1,得71.498mm≤d1≤73.97mm140.69mm≤d2≤142.93mm（4）齒根圓直徑df:由表12-2，dfI=dI-d1=68.97-5=63.97mmdfII=dII-d1=137.93-5=132.93mm（5）齒形:按GB1244-85（6）鏈輪公差:齒根圓直徑公差為h11；齒頂圓直徑公差為h11；齒坯孔徑公差為H8；齒寬公差為h14；齒根圓徑向圓跳動(dòng)小鏈輪為10級(jí)、大鏈輪為11級(jí)；齒根圓處端面圓跳動(dòng)小鏈輪為10級(jí)、大鏈輪為11級(jí)。4.3軸及附件設(shè)計(jì)4.3.1計(jì)算各軸的強(qiáng)度（1）后軸的計(jì)算該軸的轉(zhuǎn)速功率①初步估算軸徑選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，查手冊(cè)可得材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)為根據(jù)公式初步計(jì)算軸徑初選空心軸內(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸的受力，初選軸承6205，已知Ⅲ軸傳遞的轉(zhuǎn)矩兩外輪系圓周力前面已知四個(gè)等傳動(dòng)比的鏈輪參數(shù)分別為：有效圓周力離心力引起的拉力查表得則鏈傳動(dòng)的壓軸力對(duì)于水平傳動(dòng)則求支反力4.3.3軸的強(qiáng)度校核根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖，截面C處彎矩最大安全系數(shù)校核計(jì)算彎曲應(yīng)力幅為由于是對(duì)稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，故平均應(yīng)力由式式中，-1取結(jié)論畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)中所學(xué)知識(shí)的回顧，是對(duì)以往所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，鍛煉了我們的獨(dú)立思考能力、獨(dú)立解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力、畫(huà)圖能力，更是從課本中的理論知識(shí)到生產(chǎn)實(shí)際的轉(zhuǎn)變。玉米收獲機(jī)主要?jiǎng)?chuàng)新特點(diǎn)在于攪拌葉片的安裝方法，殼體兩端焊接蓋板，目的是為了在葉片損壞或軸斷裂時(shí)方便拆裝，減少工作量，有利于節(jié)省成本，有一定的經(jīng)濟(jì)性。在這之前，雖然經(jīng)過(guò)四年的學(xué)習(xí)學(xué)到了很多知識(shí)，但是還沒(méi)有機(jī)會(huì)來(lái)運(yùn)用和掌握這些東西。通過(guò)這次實(shí)踐，我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程都有了全面的了解，設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖方面的能力都得到了全面的訓(xùn)練和提高，也使我對(duì)機(jī)械產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，更堅(jiān)定了我從事機(jī)械行業(yè)的信心。設(shè)計(jì)初期，我去圖書(shū)館的網(wǎng)站內(nèi)下載了許多相關(guān)的文獻(xiàn)資料，對(duì)玉米收獲機(jī)有所了解，然后開(kāi)始準(zhǔn)備我的開(kāi)題報(bào)告、任務(wù)書(shū)和文獻(xiàn)綜述。在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我也遇到了很多困難，經(jīng)過(guò)多次的數(shù)據(jù)修改才把總體方案給確定下來(lái)，開(kāi)始畫(huà)圖等工作。設(shè)計(jì)期間得到了我的指導(dǎo)老師的幫助，我覺(jué)得從與老師的溝通過(guò)程中，我能學(xué)到很多東西，老師可以從另外一個(gè)角度來(lái)啟發(fā)我，給了我很多幫助、鼓勵(lì)和指導(dǎo)。通過(guò)這段時(shí)間的設(shè)計(jì)，我已基本按照設(shè)計(jì)要求完成玉米收獲機(jī)的設(shè)計(jì)，但是由于本人知識(shí)水平有限，又沒(méi)有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)中定存在不足之處，敬請(qǐng)老師同學(xué)批評(píng)指正，提出寶貴意見(jiàn)，以便及時(shí)糾正。當(dāng)然，我知道整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)還沒(méi)有結(jié)束，因?yàn)檫€需要答辯，還要有答辯老師的提問(wèn)與意見(jiàn)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能最終畫(huà)上句號(hào)。因此，我還需要繼續(xù)努力，認(rèn)真準(zhǔn)備答辯，仔細(xì)檢查我的論文，更好的完善，為我的大學(xué)畫(huà)上一個(gè)圓滿的句號(hào)。參考文獻(xiàn)[1]孟曉東.輪履組合式電動(dòng)爬樓輪椅的研究[D].長(zhǎng)春理工大學(xué),2013.[2]孟祥雨.一種星輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅設(shè)計(jì)與研究[D].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué),2012.[3]王麗娟.行星滾輪轉(zhuǎn)換步行式驅(qū)動(dòng)爬樓梯輪椅設(shè)計(jì)[