某按摩輪椅的參數(shù)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u500某按摩輪椅的參數(shù)計(jì)算案例 1248241.1電機(jī)的選擇 1106571.2電機(jī)參數(shù)的選擇 31901.3減速器的選擇 53991.4按摩傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 6246551.4.1電機(jī)選擇 613771.4.2傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 6254441.4.3蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 8281951.4.4齒輪設(shè)計(jì) 10312981.5軸的設(shè)計(jì) 14165781.5.1蝸桿軸的設(shè)計(jì) 1473851.5.2齒輪軸的設(shè)計(jì) 17269481.6軸承的選用及校核 20214091.7蓄電池選擇 221.1電機(jī)的選擇（1）步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)的功能性好，可以通過(guò)脈沖信號(hào)的接收將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛘呤蔷€位移，憑借這一點(diǎn)就很適合按摩輪椅在行駛和按摩模塊的驅(qū)動(dòng)，根據(jù)脈沖信號(hào)的脈沖頻率和脈沖數(shù)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果取用開(kāi)環(huán)控制，電機(jī)會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而節(jié)省大量輔助康復(fù)輪椅的開(kāi)支。缺點(diǎn)是如果控制不當(dāng)?shù)脑捜菀桩a(chǎn)生共振，超過(guò)負(fù)載的話會(huì)破壞同步，工作時(shí)也會(huì)發(fā)出振動(dòng)和噪音。圖1.1步進(jìn)電機(jī)（2）直流永磁高速電機(jī)直流電機(jī)的控制效果還是很好地，主要工作是將直流的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在外界的控制下可以平滑的調(diào)整速度，不需要和其他硬件配合，只需要改變輸入電壓電流就可以調(diào)速，可以說(shuō)是比較經(jīng)濟(jì)型。但是自身的結(jié)構(gòu)制造還是很復(fù)雜的，如果按摩輪椅選用此電機(jī)則會(huì)增加一定的重量，這會(huì)使按摩輪椅負(fù)重更多，所以不適合選用。圖1.2直流電機(jī)（3）無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)與上文兩種電機(jī)相比較，功能方面更為完善，是一種機(jī)電一體化的產(chǎn)品。無(wú)刷直流電機(jī)又稱(chēng)換向電機(jī)，以電子換向代替了傳統(tǒng)的機(jī)械換向，這更為實(shí)用，且性能可靠，壽命比普通電機(jī)強(qiáng)上許多，傳動(dòng)效率高，體積小。更適合按摩輪椅后輪的驅(qū)動(dòng)。圖1.3無(wú)刷直流電機(jī)綜上所述，選擇無(wú)刷直流電機(jī)作為按摩輪椅的主要驅(qū)動(dòng)裝置，其驅(qū)動(dòng)的主要部件有電動(dòng)推桿、按摩頭、輪椅后輪。1.2電機(jī)參數(shù)的選擇電機(jī)主要驅(qū)動(dòng)按摩輪椅的后輪，當(dāng)然不是直接驅(qū)動(dòng)，中間還有減速機(jī)，通過(guò)一系列的傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)后輪在道路行駛，行駛的時(shí)候要克服重力做功，其所需的功率一般比平地行走所需的功率要大。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，假設(shè)設(shè)計(jì)出的按摩輪椅的重量是40kg，普通老年人的重量為60kg。按摩輪椅后輪的半徑為0.11m。首先確定輸出電機(jī)的功率P：其中Pw為各種不同工作臺(tái)中電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)要求的整體功耗；η其中，F(xiàn)r為克服重力做功時(shí)的工作阻力，這個(gè)阻力會(huì)根據(jù)地面復(fù)雜程度，且假定為線性變化。根據(jù)資料查詢(xún)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)輪椅的速度是不超過(guò)8公里每小時(shí)，所以假設(shè)速度為v確定各部分效率：帶架軸承傳動(dòng)效率（一對(duì)）η1=0.99，聯(lián)軸器效率η2傳動(dòng)裝置的總效率η應(yīng)為組成傳動(dòng)裝置的各個(gè)運(yùn)動(dòng)副效率的連乘積電機(jī)需經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器、減速機(jī)和軸承才能將轉(zhuǎn)矩傳遞到后輪，所以總效率為η電機(jī)功率P綜上所述，電機(jī)應(yīng)選取功率大于0.306kw表1.1電機(jī)參數(shù)表電機(jī)型號(hào)額定功率（kw）額定扭矩（）額定轉(zhuǎn)速（rpm）額定電壓（V）FBLM86-6600.662.1300048圖1.4FBLM86-660電機(jī)假設(shè)按摩輪椅和老年人的總重量由萬(wàn)向輪和承重輪按照不同比例承擔(dān)，萬(wàn)向輪承受40%的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)重量，由于前輪較小，所以所承受的力臂短，就設(shè)為40%，則承重輪承受60%的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)重量。地面的滑動(dòng)摩擦平衡系數(shù)一般大約為0.02。萬(wàn)向輪所承受的壓力N承重輪所承受的壓力N輪子在地面所受到的滑動(dòng)摩擦力F1FF如果按摩輪椅在電動(dòng)行駛下的總傳動(dòng)比定義為i總=90M=G×L=100×9.8×0.2=196N·mM=扭矩相差7N因?yàn)橐袃山M輪子分別承重.M每個(gè)輪子通過(guò)計(jì)算得到的驅(qū)動(dòng)力為：F=根據(jù)上述公式比較結(jié)果可知，驅(qū)動(dòng)力合理，假設(shè)正確。1.3減速器的選擇減速器的種類(lèi)有很多種，再根據(jù)本設(shè)計(jì)選用減速機(jī)的同時(shí)，對(duì)比了幾種實(shí)用的減速器，我認(rèn)為諧波減速機(jī)是按摩輪椅最佳選擇。它的主要部分是基于依靠小型柔性驅(qū)動(dòng)齒輪所設(shè)計(jì)所制造，它能夠自動(dòng)管理和輸出一種可以被自動(dòng)管制的小型齒輪變形波，使剛性齒輪與柔輪之間的兩個(gè)齒相對(duì)錯(cuò)齒來(lái)傳遞動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)力及其他運(yùn)動(dòng)。(1)傳動(dòng)速度比重大，它不僅可以用于減速運(yùn)行，也可用于增速，適用領(lǐng)域廣泛。(2)在傳動(dòng)過(guò)程中減速器可以承受較大的載荷，保持運(yùn)行的平穩(wěn)性。(3)安裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。(4)利用柔輪柔性的特點(diǎn)，可在比較密集的空間傳遞運(yùn)動(dòng)因此，根據(jù)上述可選用諧波減速器與無(wú)刷直流電機(jī)配合工作。由無(wú)刷直流電機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)可知減速器電機(jī)功率選400W，減速比35，因此選擇的減速器減速比要比35大，電機(jī)軸11由以上數(shù)據(jù)初步選擇型號(hào)為FHA??BC，減速比50，重量0.4kg，最大電流3.3A，容許力矩負(fù)載表1.2減速機(jī)型號(hào)表1.4按摩傳動(dòng)的設(shè)計(jì)1.4.1電機(jī)選擇按摩傳動(dòng)設(shè)計(jì)的電機(jī)選型應(yīng)要考慮按摩頭的轉(zhuǎn)速，不能太快，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)速在1500轉(zhuǎn)左右的電機(jī)，而且還需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)單頭和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)雙頭的小轉(zhuǎn)矩、小功率直流電機(jī)來(lái)作為驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)如下表所示：表1.3電機(jī)參數(shù)品牌：HYT產(chǎn)品類(lèi)型：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)型號(hào)：DS05L30KA01級(jí)數(shù)：4級(jí)額定功率：0.45額定電壓：5額定轉(zhuǎn)速：1440產(chǎn)品認(rèn)證：IOS9001根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按摩輪椅的重量較大、所以要運(yùn)動(dòng)起來(lái)并不容易，需要轉(zhuǎn)速和扭矩較大的電機(jī)，所以確定轉(zhuǎn)速n為60r/min；本設(shè)計(jì)選用蝸輪蝸桿作為按摩頭的減速裝置，選用的蝸輪蝸桿傳動(dòng)比范圍為10~40；按摩頭的轉(zhuǎn)速在600r/min~2400r/min電機(jī)選擇的合適，符合按摩需要達(dá)到的需求。1.4.2傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)首先根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算傳動(dòng)比：ia=n根據(jù)按摩輪椅設(shè)計(jì)要求分配減速各級(jí)傳動(dòng)比，首先電機(jī)連接的是蝸桿軸，設(shè)蝸桿軸的傳動(dòng)比為i1=15.5所以第二級(jí)的齒輪傳動(dòng)比為i各軸的轉(zhuǎn)速的計(jì)算：1軸是蝸桿軸，與電機(jī)直接相連為高速軸；2軸是蝸輪軸，是經(jīng)過(guò)減速后的低速軸；3軸是從動(dòng)齒輪軸，也是低速軸。電機(jī)軸：nM蝸桿軸：n1蝸輪軸：n2從動(dòng)齒輪軸：n3各軸的輸入功率的計(jì)算從動(dòng)齒輪軸：P3蝸輪軸：P蝸桿軸：PP各軸的輸入轉(zhuǎn)矩的計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T蝸桿軸：T蝸輪軸：T從動(dòng)齒輪軸：T3=將所有軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩參數(shù)的計(jì)算進(jìn)行整理，結(jié)果如下表：表1.4各軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)軸名功率P/kW轉(zhuǎn)矩T/N·m轉(zhuǎn)速nr/min傳動(dòng)比i效率輸入輸出輸入輸出電機(jī)軸0.312.961144010.99蝸桿軸0.4422.931144015.50.792蝸輪軸0.3535.967從動(dòng)齒輪軸0.34115.9蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)（1）選擇材料、熱處理方式鑒于同時(shí)考慮到承受齒輪的蝸桿的橫向傳動(dòng)所承受的傳遞的力不大，所以功率不打，速度相對(duì)較高，采用45號(hào)鋼作為材料制造，調(diào)制硬度處理，冶煉鋼的硬度為230HBW。假設(shè)相對(duì)滑動(dòng)速度vS（2）選擇蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)由機(jī)械手冊(cè)，蝸輪蝸桿計(jì)算部分參照表可知，按照i=15.5計(jì)算，齒數(shù)：z2=i（3）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度確定模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d根據(jù)按摩機(jī)芯的按摩情況確定，載荷應(yīng)平穩(wěn)運(yùn)行，所以載荷系數(shù)選為K根據(jù)上表所示，蝸輪轉(zhuǎn)矩應(yīng)為蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩，即2軸輸入轉(zhuǎn)矩：T確定蝸輪的許用接觸應(yīng)力，根據(jù)公式得σHP=根據(jù)查詢(xún)導(dǎo)熱系數(shù)ZVS=0.92根據(jù)公式解得許用接觸應(yīng)力σ確定蝸桿分度圓直徑，根據(jù)公式計(jì)算得m所以選取模數(shù)m=10，（4）確定蝸輪分度圓直徑d（5）根據(jù)上述模數(shù)可知q=10，可確定蝸桿的導(dǎo)程角γ=arctanZ1（6）根據(jù)模數(shù)確定蝸輪齒寬b（7）根據(jù)電機(jī)速度以及蝸桿的分度圓直徑確定蝸桿圓周速度V（8）根據(jù)上式得出的蝸桿圓周速度確定蝸桿的相對(duì)滑動(dòng)速度V（9）驗(yàn)算應(yīng)力是否合格根據(jù)設(shè)計(jì)查表可知當(dāng)量摩擦角ρ根據(jù)當(dāng)量摩擦角可以確定摩擦系數(shù)μ驗(yàn)算：根據(jù)齒面接觸應(yīng)力校核接觸應(yīng)力公式為σ確定彈性系數(shù)ZE=155MPa；確定使用系數(shù)KA=1，由于蝸輪圓周速度vσσH（10）熱平衡計(jì)算蝸輪蝸桿的嚙合效率為η所以根據(jù)計(jì)算解得總效率η=假設(shè)油溫t=70oK=15W/(所需的散熱面積A=0.33(若按摩機(jī)芯的散熱面積不足此值，則需加散熱片，裝置風(fēng)扇或采取其他散熱冷卻方式確定蝸輪蝸桿運(yùn)行時(shí)的工作溫度：tt11.4.4齒輪設(shè)計(jì)（1）選擇齒輪的類(lèi)型，精度級(jí)別，材料及齒數(shù)選用傳動(dòng)方式為錐齒輪傳動(dòng)；速度較高，故選用8級(jí)精度；材料選擇。材料都為45號(hào)鋼，硬度平均為236HBW根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算如下：（2）初步計(jì)算傳動(dòng)主要尺寸：d根據(jù)表1.4所示，蝸輪轉(zhuǎn)矩應(yīng)為蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩，即3軸輸入轉(zhuǎn)矩：T得T確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值確定齒寬系數(shù)ψd=0.9，查表并根據(jù)齒面硬度要求可得大齒輪和小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限分別為σHlim1=710MPa，σHlim許用接觸應(yīng)力由公式計(jì)算得σσ初步計(jì)算小齒輪直徑：d取d（3）根據(jù)上述確定的齒寬系數(shù)以及小齒輪直徑確定齒寬b=（4）根據(jù)確定的齒輪直徑和表1.4的3軸輸出速度可確定圓周速度v=（5）初步確定模數(shù)精度等級(jí)：8級(jí)取z1=10zd取mn=4（6）通過(guò)許用接觸應(yīng)力校核由于按摩機(jī)芯運(yùn)行均勻平穩(wěn)，偶爾有人體的沖擊所以確定使用系數(shù)為KA查表可知齒間的力為1004N，所以通過(guò)計(jì)算可得齒間載荷分配系數(shù)Ft=1004.66N根據(jù)上式得出齒間載荷分配系數(shù)可確定齒向載荷分布系數(shù)KK查表得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=2.28根據(jù)查表得重合度系數(shù)公式，計(jì)算得ααα由于無(wú)變位，端面嚙合角αεε所以Z根據(jù)上式計(jì)算可得重合度系數(shù)為0.738將上述查表和計(jì)算得到的系數(shù)代入許用接觸應(yīng)力式σσH（7）通過(guò)許用彎曲應(yīng)力校核根據(jù)大齒輪和小齒輪的齒數(shù)計(jì)算齒形系數(shù)得zz查表得大齒輪齒形系數(shù)為YFa1經(jīng)過(guò)查表可知應(yīng)力修正系數(shù)YSa1=1.63，通過(guò)齒寬和齒頂高可知齒向載荷分布系數(shù)bh=許用彎曲應(yīng)力由式得σ其中YX1由表查得彎曲疲勞極限應(yīng)力σFlim1查得壽命系數(shù)YNT1代入得σσ許用彎曲應(yīng)力由式得σ解得σσ滿足疲勞強(qiáng)度。通過(guò)上述計(jì)算得到齒輪的傳動(dòng)尺寸如下表：表1.5齒輪主要傳動(dòng)尺寸模數(shù)m2.0壓力角α20°螺旋角β14.53°分度圓直徑ddd齒頂高h(yuǎn)h2.0齒根高h(yuǎn)h2.5齒頂間隙CC=0.25m=0.25×2.00.5齒根圓直徑ddddd中心距aa=25齒寬bbbbb齒頂圓直徑ddddd1.5軸的設(shè)計(jì)1.5.1蝸桿軸的設(shè)計(jì)圖1.4蝸桿軸示意圖（1）各段的直徑的確定d①為電機(jī)軸通過(guò)聯(lián)軸器后的尺寸，所以設(shè)根據(jù)公式查詢(xún)可知定位軸肩h=(0.07~0.1)d軸的材料選用為45號(hào)鋼，所以C取112d≥C所以d①d②為蝸輪蝸桿的嚙合處，按照標(biāo)準(zhǔn)軸應(yīng)取蝸桿齒底圓高度與第三段相同為24mmd③為非定位軸肩，取d④為非定位軸肩，?。?）各段長(zhǎng)度的確定L①放置聯(lián)軸器，取L②為蝸桿，取L③為非定位軸肩，L④為非定位軸肩，表3-6（a）軸段直徑表dddd15242415表3-6（b）軸段長(zhǎng)度表LLLL2950mm36mm30（3）蝸桿軸的強(qiáng)度校核受力分析圖如圖所示圖1.5受力分析圖根據(jù)圖1.5可知蝸桿軸的轉(zhuǎn)矩為：T根據(jù)蝸桿軸的轉(zhuǎn)矩和力臂可計(jì)算出圓周力F根據(jù)蝸桿軸所受轉(zhuǎn)矩和力臂可計(jì)算得出徑向力F根據(jù)公式計(jì)算軸向力F根據(jù)受力分析圖可計(jì)算得出垂直面反力FF根據(jù)受力分析圖水平面反力FF根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可確定應(yīng)力校正系數(shù)查得載荷σ?1b=60解得應(yīng)力校正系數(shù)α=根據(jù)軸徑公式d校核所得的最大彎矩為d[d圖1.6蝸桿軸的受力分析圖1.5.2齒輪軸的設(shè)計(jì)軸的尺寸圖如1.7所示圖1.7軸的尺寸圖（1）各段直徑的確定d①為小齒輪的軸孔尺寸，所以為小齒輪的內(nèi)徑，估算軸徑d≥C取d所以d①d②為非定位軸肩，取d③也為定位軸肩，安裝軸承的位置所以d③d④為定位軸肩，d⑤為非定位軸肩，取d⑥定位軸肩，是大齒輪的內(nèi)徑，（2）各段長(zhǎng)度的確定L①為與小齒輪連接處，取L②為非定位軸肩，取L③也為非定位軸肩，取L④為定位軸肩，取L⑤為非定位軸肩，取L⑥為與大齒輪連接處，取表1.7（a）軸段直徑表dddddd81012151810表1.7（b）軸段長(zhǎng)度表LLLLLL1087mm2118（3）齒輪軸強(qiáng)度校核根據(jù)表1.4可知齒輪軸的轉(zhuǎn)矩由此可計(jì)算出齒輪圓周力F根據(jù)上式計(jì)算得出的齒輪圓周力可根據(jù)公式計(jì)算得出齒輪徑向力F根據(jù)計(jì)算得出的齒輪圓周力可根據(jù)關(guān)系計(jì)算得出齒輪軸向力F根據(jù)蝸輪受力情況分析，可根據(jù)力矩力臂算出蝸輪圓周力F在1.5.1中計(jì)算得出過(guò)蝸桿徑向力，它與蝸輪徑向力相等F在1.5.1中通過(guò)計(jì)算得到過(guò)蝸桿圓周力，它與蝸輪軸向力相等F軸受力圖如圖1.8所示：圖1.8軸受力圖軸的載荷受力分布圖如圖1.9所示通過(guò)力矩力臂的計(jì)算可得出垂直面反力FH1=?29.013通過(guò)力矩力臂的計(jì)算可得出水平面反力FV1=?22.937圖1.9軸的載荷分布圖根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可確定應(yīng)力校正系數(shù)σ?1b=75解得應(yīng)力校正系數(shù)α=查表可知，根據(jù)軸徑公式得d校核所得的最大彎矩為d設(shè)計(jì)時(shí)由于有彈鍵的削弱，所以[[d1.6軸承的選用及校核1、蝸桿軸軸承的選擇蝸桿軸根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用的支撐方式是采用一端固定一端游動(dòng)。固定兩端采用角接觸球軸承，以同時(shí)承受蝸桿的軸向應(yīng)力，軸徑初選7211AC，游動(dòng)端軸承部分采用一個(gè)深溝球軸承，只承受蝸桿徑向力，軸徑初選6202。校對(duì)審核如下：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得7211AC軸承主要性能參數(shù)：α=25°；CCNCCN經(jīng)