爬楼轮椅设计(共36页)

精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业摘 要本设计首先对轮椅的结构和传动机构进行分析，通过轮椅的主要部件的结构和作用分析，反映出了轮椅在上下楼过程中的运动实现。由原理图分析可以体现和反映出轮椅的内部结构，它主要是由电动机运转带动链轮，使链轮通过链子进行传导，以实现高速轴和低速轴之间的齿轮传动，从而达到轮椅上下楼的安全可靠的完成。在轮椅的设计过程中，主要考虑轮的作用、结构和运动传递进行了分析。在轴的设计过程中，主要论述了材料的选择、载荷分析、结构设计、受力分析、轴承选择、键的选择及对它们的校核等相关内容。关键词：轮椅 轮 轴ABSTRACT First of all, the design of the wheelchair structure and analysis of transmission through the main components of a wheelchair and the role of structural analysis, reflecting a wheelchair down the stairs in the course of the movement. By the schematic diagram analysis, we can embody and reflect the internal structure of a wheelchair, it is mainly driven by the motor running sprocket to sprocket for conduction through the chain in order to achieve high-speed shaft and low-speed gear transmission between the shaft, so as to achieve a wheelchair down the stairs The completion of the safe and reliable. In a wheelchair in the design process, the main considerations of the role of rotation, the structure and motion transmission to the sub -Analysis. In the axis of the design process, focuses on the choice of materials, load analysis, structural design, stress analysis, bearing selection, the choice of keys and check on them and other related content.Key Words：Wheelchair Wheel Axis精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目 录精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业绪 论轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的代步工具，随着无障碍设施的增多，轮椅使用者的活动范围逐步加大，但楼梯却使轮椅受到很大限制，因此研发价格低廉、简单易用的爬楼梯轮椅是面临的一项比较紧迫的任务。设计一台高效简单的爬楼轮椅是一个非常实际应用价值的课题。该设计的爬楼轮椅主要轮子是由 5 个小轮组成的五星轮，轮椅前方一个半米长的安全支架上还有 4 个小轮，整个椅子共有 14 个小轮，打开电源后，背对着楼梯将轮椅微微倾斜，很轻松就将人拉了上去，且五星轮上的一个小轮刚好能上一级楼梯。在爬楼过程中，因为有安全支架的支撑，轮椅能停在任何一处。因此该轮椅可以实现上下楼的方便安全性。轮椅在上下楼过程中按下上下楼的按钮，电动机带动链轮传动，进而使齿轮与齿轮之间进行传动，从而带动五星轮进行旋转，且轮椅在下楼过程中需要有人握紧轮椅手柄控制方向，在下楼过程中不仅需要五星轮固定卡住台阶，还需要五星轮前面四个小轮起到支撑和导向顺滑作用，这样就可以不费任何力气轻松下楼。且轮椅在平地上运动，是靠五星轮的一个或两个轮着地和中间轮起支撑作用达到运动，前面两个轮在平地上运动时候被收起，减小空间和降低阻碍运动的平稳性。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第 1 章 原理图分析 图 1.1 原理图经过测量楼梯的台阶长度在 20-25cm 之间，高度在 15-18cm 之间，计算楼梯的台阶角度在 3235之间，因此为保证轮椅在上下楼的安全，必须使五星轮的两小轮之间的夹角大于 3235，这样五星轮在上下楼中卡住台阶，从而保证安全可靠性。轮椅在上楼过程中按下上楼的按钮，电动机带动链轮传动，进而使齿轮与齿轮之间进行传动，从而带动五星轮进行旋转，且轮椅在上楼过程中需要有人握紧轮椅手柄向上拉，这样就可以轻松上楼。轮椅在下楼过程中按下下楼的按钮，电动机带动链轮传动，进而使齿轮与齿轮之间进行传动，从而带动五星轮进行旋转，且轮椅在下楼过程中需要有人握紧轮椅手柄控制方向，在下楼过程中不仅需要五星轮固定卡住台阶，还需要五星轮前面四个小轮起到支撑和导向顺滑作用，这样就可以不费任何力气轻松下楼。轮椅在平地上运动，是靠五星轮的一个或两个轮着地和中间轮起支撑作用达到运动，前面两个轮在平地上运动时候被收起，减小空间和降低阻碍运动的平稳性。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第 2 章 轮椅简介轮椅一般有轮椅架、车轮、刹车装置及座靠等几部分组成。1、大车轮 承载主要的重量和上楼的主要驱动装置。轮的直径有51、56、61、66cm 规格，根据人的身高要求，我选用直径为 56cm 的轮子且该轮子有直径为 20cm 的五个小轮子组成，小轮采用实心轮胎。2、小车轮 一般有 8、10、12、15、18、20cm 数种规格。直径大的小轮易越过小的障碍物和地毯，并且在上下楼的过程中，小车轮起到支撑作用，但直径太大，使整个轮椅所占的空间变大，行动不方便，而且小轮的方向最好与大轮垂直，否则易倾倒，因此选用 8、12cm 的最合适，该轮采用实心轮胎。 3、轮胎 轮胎有实心的、有充气内胎和无内胎充气型三种，实心型在平地走较快且不易爆破，易推动，但在不平路上振动大，且卡入与轮胎同宽的沟内是不易拔出；有充气内胎的较难推，也易刺破，但振动比实心的小，无内胎充气型因无内胎不会刺破，而且内部也充气、坐起来舒服、但比实心较难推。考虑到经济性和实用性，选用实心的轮胎。4、刹车装置 （1） 在座椅上设置一个挡块，在静止轮椅时，可以伸出挡块阻止轮子运动，使之静止。 （2） 在低速轴上设置一个制动片，刹车性能强，耐高温，摩擦系数稳定，磨损率低，噪音小，但只能起到及时性刹车，却不能固定。5、轮椅座 其高、深、宽取决于患者的体型，其材料质地也取决于病种，考虑到天气、湿度一般采用不锈钢，耐久使用，一般深为 41、43cm，宽40、46cm，高 45、50cm。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第 3 章 传动机构的设计3.1 拟定传动方案的任务拟定传动方案的任务轮椅的机器构造主要由电动机、传动装置和工作装置等构成。传动装置位于原动机和工作装置之间，用来传递运动和动力，并可用以改变转速、转矩的大小或改变运动形式，以改变工作装置功能要求，传动装置的设计对整台机器的性能、尺寸、重量和成本都有很大的影响，因此应当合理地拟定传动方案。根据轮椅的功能要求和工作条件，并确定各类传动机构的布置顺序以及各组成部分的连接方式。传动方案的运动简图如图 3.1 所示: :图 3.1 运动简图3.2 选择传动机构类型选择传动机构类型根据轮椅的工作条件有关要求，我们应考虑到工作机构的功能；对尺寸、重量的限制；环境条件；制造能力；工作寿命与经济性要求等。有选择类型的基本原则可知：（1）充分考虑提高传动装置的效率，以减小能耗、降低齿轮传动具有能保证瞬时传动比恒定；寿命长；结构紧凑，主要的是传动效率高。（2）考虑到载荷变化不大，环境条件等因素，选择链传动，它没有弹性滑动和打滑现象，传动可靠，且能在高温、潮湿、多尘等条件下工作。（3）上下楼过程中，传动要求严格，尺寸要求紧凑，转速比较轻，选用齿轮传动。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3.3 选择电动机选择电动机轮椅的电动机的型号一般为 DG-M4 和 DYW-60B,考虑到经济性及实用性，选择DG-M4 比较合适。表 3.1型号额定功率额定转速额定负载长宽高DG-M4144w120rmin3.39N.m305mm125mm123mm电动机的输出功率 Pd 为从电动机至工作机主动轴之间的总效率，即：=1231电动机的效率2高速机传动的效率3低速机传动的效率由表 24 查得：电动机 1=0.9滚子链传动 2=0.94 圆柱齿轮 3=0.96则 =123=0.90.94X0.96=0.81故 Pd=Pw/=0.142/0.81=0.049KW3.4 传动装置总传动比和分配各级传动比传动装置总传动比和分配各级传动比由表 3.2 常用机械传动的单级传动比推荐值链传动 i1=2 圆柱传动 i2=3总传动比 i=i1Xi2=6表 3.2 常用机械传动的单级传动比推荐值类型平带传动V 带传动圆柱齿轮传动圆锥齿轮传动蜗杆传动链传动推荐值242436直齿 23104025最大值5710直齿 68073.5 计算传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数3.5.1 各轴转速各轴转速精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业电动机轴为 O 轴，与链传动的高速轴为 I 轴，齿轮之间的传动低速轴为 II轴。各轴转速为n0=nm=120r/minni=n0/i1=120/2=60nII =nI/I2=60/3=2r/min3.5.2 各轴输入功率各轴输入功率按电动机额定功率 Ped计算各轴输入功率，即P0=Ped=144WP= P01=1440.94=135.36W0.135KWP= P3=135.360.96=130W=0.13KW3.5.3 各轴转矩各轴转矩T0=95500.144/120=11.46N.mmTI=95500.135/60=21.49N.mmT=95500.13/20=62.08N.mm将以上数据整理如下表表 3.5 传动装置参数项 目电动机轴高速轴 I低速轴转速（r/min）1206020功率（KW）0.1440.1350.13转矩（N.mm）11.4621.4962.08传动比23效率0.8640.9408精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第 4 章 齿轮设计4.1 选择齿轮材料、热处理、齿面硬度、精度等级及齿数选择齿轮材料、热处理、齿面硬度、精度等级及齿数1、选择精度等级:爬楼椅为一般工作机器，速度不高故齿轮选用八级精度2、选取齿轮材料，热处理方法及齿面硬度:因传递功率不大，转速不高，选用软齿面齿轮传动，齿轮选用便于制造且价格便宜的材料小齿轮：45 钢（调质） ，硬度为 240HBS大齿轮：45 钢（正火） ，硬度为 200HBS3、选齿数 Z1、Z2:Z1=17 i=3 Z2=iZ1=3X17=51因选用闭式硬齿面传动，故按齿面接触疲劳强度设计，然后校核其弯曲疲劳强度。4.2 按齿面接触疲劳强度设计按齿面接触疲劳强度设计按式（13-11） ，设计公式为：d1=3211)(uuZZdkTHEH1、初选载荷系数 Kt：试选载荷系数 Kt=1.32、小齿轮传递转矩 TII：小齿轮名义转矩 TII=9550XPII/nII=62.08N.m3、选取齿宽系数 d：由表 13-8，选齿宽系数 d=0.84、弹性系数 ZE：由表 13-6，查取弹性系数 ZE=189.8Mpa5、节点区域系数 ZH：节点区域系数 ZH=2.56、接触疲劳强度极限 Hlim1、Hlim2：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业由图 13-6 查得Hlim1=590Mpa Hlim2=480Mpa7、接触应力循环次数 N1、N2：由式（13-2）N1=60n1jLh=60X20X1X(10X280X8X1)=2.688X107N2=2.688X1017/3=8.96X1068、接触疲劳强度寿命系数 ZN1、ZN2： ZN1=1 ZN2=19、接触疲劳强度安全系数：取失效概率为 1%，接触疲劳强度最小安全系数 SH=1。10、计算许用接触应用：由式（13-3） ，得H1= Hlim1XZN1/SH=590X1/1=590MpaH2= Hlim2XZN2/SH=480X1/1=480Mpa11、计算小齿轮分度圆直径 d1t：d1t32112uuZZdTKHEHt =323134808 .1895 . 28 . 008.623 . 12 =6.406mm12、计算圆周速度：Vt=3.14X6.406X20/60X1000=0.0067m/s10006011Xtnd13、确定载荷系数 K：由表 13-5 查取使用系数 KA=1根据 VZ1/100=0.0067X17/100=0.0011m/s由图 13-13，动载系数 Kv=1.01直齿轮传动，齿间载荷分配系数 Ka=1由图 13-15，齿向载荷分配系数 K=1.08故载荷系数 K=KAKvKaK=1X1.01X1X1.08=1.090814、修正小齿轮分度圆直径 d1：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业d1=d1t=6.406X=6.042mm3KtK33 . 10908. 14.3 确定齿轮传动主要参数和几何尺寸确定齿轮传动主要参数和几何尺寸1、确定模数 m:m=d1/Z1=6.042/17=0.355mm圆整为标准值 m=0.5mm2、计算分度圆直径 d1、d2 :d1=mZ1=0.5X15=8.5mmd2=mZ2=0.5X51=25.5mm3、计算传动中心距 a:a=d1+d2/2=8.5+25.5/2=174、计算齿宽 b1、b2:b=dd1=0.8X8.5=6.8mm取 b1=12mm b2=7mm4.4 校核齿根弯曲疲劳强度校核齿根弯曲疲劳强度按式（13-12） ，校核公式为:F=2KT1YFaYsa/bd1mF1、齿形系数:由表 13-7YFa1=2.97 YFa2=2.3162、应力修正系数:由表 13-7Ysa1=1.52 Ysa2=1.7033、弯曲疲劳强度极限 Flim1、Flim2:由图 13-7 查得Flim1=450Mpa Flim2=390Mpa4、弯曲疲劳强度寿命系数 YN1、YN2:由图 13-9 查得YN1=1 YN2=1精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业5、弯曲疲劳强度安全系数 SF:取弯曲疲劳强度最小安全系数 SF=1.4。6、计算许用弯曲应力: F1= Flim1 YN1/SF=450X1/1.4=321.4Mpa F2= Flim2 YN2/SF=390X1/1.4=278.5Mpa7、校核齿根弯曲疲劳强度:F1=2KT1YFa1Ysa1/bd1m=2X1.0908X62.08X2.97X1.52/7X8.5X0.5=20.55MpaF1=321.4MpaF1=2KT1YFa2Ysa2/bd1m=2X1.0908X62.08X2.316X1.703/7X8.5X0.5=17.96MpaF2 =278.5Mpa满足弯曲疲劳强度要求。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第 5 章 链传动设计带传动适用于两轴中心距较大的场合，改变带的长度可以适用不同的中心距;带具有良好的弹性，有缓冲和吸振的作用，因而传动平稳、噪声小。且过载时候带与带轮之间会出现打滑现象，可防止损坏其他零件，起过载保护作用，结构简单，制造、安装和维护方便，成本低廉。但是传动的外廓尺寸较大，结构不紧凑，且对轴的压力大，带与带轮之间存在弹性打滑和滑动，不能保证准确的传动比。机械效率低，带的寿命较短，需要张紧装置。链传动没有弹性打滑和滑动现象，能保证准确的平均传动比;张紧力小，轴与轴承所承受载荷较小；结构紧凑，传动可靠，传递圆周力；传动效率较高，能在高温、潮湿、多尘、油污等恶劣环境下工作。但链传动不适于载荷变化大和急速反转的场合且易磨损，从而产生跳齿脱链现象。根据条件的需要，从三个方面考虑：一、上下楼过程中轴所承受的载荷要小，这样可以提高轴的工作寿命；二、传动效率要高，这样在上下楼过程中在保证安全的同时也能减少人在推轮椅上楼的拉力，三、链轮放在坐垫下面，这样不仅减少装配空间而且封闭的链轮可以提高使用寿命。因此选择链传动比较合适。5.1 链传动设计计算链传动设计计算1、确定链轮齿数 Z1、Z2:因传动比 i=2，查表 12-6 选取 Z1=27则 Z2=iZ1=27X2=542、链轮转速:N1=120r/minN2=n1/i=120/2=60r/min3、设计功率 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=0.098KW4、选用链条:由 Pd=0.098KW 和 n1=120r/min 查图 12-9选得链号为 05B，节距 P=8mm，单排链。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业5、验算链速 V :由式（12-1）V=Z1n1P/60X1000=27X120X8/60X1000=0.432m/s0.6m/s在限定范围内。6、初选中心距 ao:因结构上无限定，初选 ao=35P。7、确定链节数 Lp:由式(12-5),初算链节数Lpo=2ao/p+Z1+Z2/2+(Z2-Z1/2) XP/ao2=2X35P/P+27+54/2+() XP/35P227542=111.03 对 Lpo圆整并取偶数，则 Lp=112。8、理论中心距 a:因 Lp-Z1/Z2-Z1=112-27/54-27=3.15,用插值法求得Ka=0.24818，则由式（12-7） ，得a=2Lp-（Z1+Z2）KaP=2X112-(27+54) X0.24818X8=283.92mm9、实际中心距 a:a=a-a a=(0.002-0.004)a,取a=0.004a，则a=a-a=283.92-0.004X283.92=282.78mm10、作用在轴上的力 Fa:由式（12-9）Fa1000（1.2-1.3）P/V=1000（1.2-1.3）X0.144/0.432N=400-433.33N11、润滑方式:由 P=8mm V=0.432m/s,查图 12-14选用人工定期润滑。12、链条标记:05B-1x112精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业5.2 链轮标记链轮标记1、选择材料及热处理方法:选用 45 钢，淬火处理，硬度为 40-45HRC。2、分度圆直径 d:dI=P/sin180/Z1=8/sin180/27=68.97mmdII=P/sin180/Z2=8/sin180/54=137.93mm3、齿顶圆直径 da:由表 12-1，得滚子外径 d1=5mm由表 12-2，damax=d+1.25P-d1damin=d+（1-1.6/Z）P-d1,得71.498mmd173.97mm140.69mmd2142.93mm4、齿根圆直径 df:由表 12-2，dfI=dI-d1=68.97-5=63.97mmdfII=dII-d1=137.93-5=132.93mm5、齿形:按 GB1244-856、链轮公差:齿根圆直径公差为 h11；齿顶圆直径公差为 h11；齿坯孔径公差为 H8；齿宽公差为 h14；齿根圆径向圆跳动小链轮为 10 级、大链轮为 11 级；齿根圆处端面圆跳动小链轮为 10 级、大链轮为 11 级。8、小链轮工作图:精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 5.2 链轮图精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第 6 章 轴的设计6.1 轴的功用轴的功用轴是组成机器的重要零件之一，它的主要功用是安装、固定和支承机器中的回转零件，使其具有确定的工作位置，并传递运动和动力。6.2 轴的分类轴的分类心轴 工作时只承受弯矩不承受扭矩的轴，这类轴只起支承传动零件的作用，不传递扭矩，受力后发生弯曲变形。传动轴 工作时主要承受扭矩而不承受弯矩，或弯矩很小的轴，这类轴起传递动力和运动的作用，主要发生扭转变形。转轴 工作时既承受弯矩又承受扭矩的轴。经分析爬楼轮椅的原理是通过齿轮与齿轮之间的啮合进行传递动力，这使轴旋转进而实现运动，在运动过程中，既受到齿轮与齿轮之间的扭矩，又受到五星轮子与轴的配合对轮椅的支承，所以综合选择转轴。6.3 高速轴的设计高速轴的设计1、选择轴的材料，确定许用应力:选择轴的材料为 45 钢，调质处理。由表 17-1 查得b=637N/mm ,s=353N/mm ,-1=268N/mm ,-2221=155N/mm ,+1b=216N/mm ,0b=98N/mm ,-1b=59N/mm 。22222、计算轴的载荷:轴所传递的转矩为T=9550P/n=9550X0.135/60=21.49N.mm作用在齿轮上的力为Ft=2T/d=2T/mZ1=2X21.49/8.5=5.06NFr=Fttana=5.06Xtan20 =1.84NFn=Ft/cosa=1.84/cos20 =5.38N圆周力 Ft，径向力 Fr及正压力 Fn的方向如图所示，且 a=20 。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3、初步估算轴的最小直径:与电动机链传动的直径 dI为轴的最小直径，根据表 17-2，A=107-118,按公式（17-2）得dI=A =(107-118) =14-16mm3np360135. 0考虑到轴上键槽削弱，轴径须加大 3%-5%，则取 dI=17mm。4、轴的结构设计:(1)拟定轴上零件的装配方案，轴上是大部分零件包括齿轮、左端轴承、链轮，依次由左端装配，仅右端轴承由右端装配。(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。装左轴承端盖段：根据直齿轮有轴向力及 dI=17mm，轴段 I 的长度由轴承端盖宽度及其固定螺钉的装拆空间要求决定，取 LI=20mm。装轴承段：这两段轴径由滚动轴承的内圈孔来决定。根据直齿轮有轴向力及 dI=17mm，选深沟球轴承 6204，其尺寸为 dXDXB=20X47X14,故取 dII=dv=20mm.轴段 II 的长度由滚动轴承宽度 B，齿轮端面与轴承座之间的距离 a=10-20mm，则LII=B+a+2=14+20+2=36mm,齿轮相对于轴承对称配置，Lv=a-b-B=20-7+14=27mm装齿轮段：考虑到齿轮装拆的方便，取 dIII=25mm，为保证套筒紧靠齿轮左端使齿轮轴向固定，LIII略小于齿轮宽度，取 LIII=10mm。轴环段：齿轮右端用轴环定位，按设计手册，推荐轴环高度h=0.07d+3=0.07X25+3=4.75mm，取 h=5mm，故轴环直径 dIV=dIII+2h=25+2X5=35mm,轴环宽度一般为高度的 1.4 倍，取 LIV=7mm。(3)轴上零件的轴向固定齿轮，链轮与轴的径向固定均采用平键连接。同时为了保证齿轮与轴有良好的对中性，采用 H7/r6 的配合，链轮与轴的配合为H7/k6，滚动轴承与轴的配合为 H7/k6。(4)定出轴肩的圆角半径 R 的值，轴端倒角取 2X45 。o5、画轴的计算简图，计算支反力:由轴的结构简图，可确定出轴承支点跨距 L2=14mm，L3=23mm，悬臂L1=36mm。由此可画出轴的受力简图（b） ，水平面支反力RBH=BDH=Fn/2=5.38/2=2.69N垂直面支反力精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业RDV=(FrXL2-FtXd/2)/L2+L3=(1.84X14-5.06X8.5/2)/14+23=0.115NRBV=Fr-RDV=1.84-0.115=1.725N6、画弯矩图(c、d、f)、转矩图:(1)水平面弯矩图 MH截面 C 处MCH=RBHXL2=2.69x14=37.66N.mm(2)垂直面弯矩图 MV截面 C 左边MCV1=RBVXL2=1.725x14=24.15N.mm截面 C 右边MCV2=RDVXL3=0.115x23=2.65N.mm(3)合成弯矩图(g)截面 C 左边MC1=44.74N.mm122CVCHMM2215.2466.37截面 C 右边MC2=37.75N.mm222CVCHMM2265. 266.37(4)转矩图(h)转矩 T=21.49N.mm7、按弯扭合成强度条件校核轴的强度:从图中可见截面 C 处弯矩最大，校核该截面的强度。截面 C 的当量弯矩：Me= = =46.56N/mm212TMC2249.216 . 074.442式中 a=-1b/0b0.6由式（17-5） ，可得：e=Me/W=Me/0.1d =46.56/0.1X25 =0.03N/mm332校核结果：e-1b=59M/mm ,截面 C 的强度足够。28、绘制轴的工作图:精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 6.3 高速轴的工作图6.4 低速轴的设计低速轴的设计1、选择轴的材料，确定许用应力:选择轴的材料为 45 钢，调质处理。由表 17-1 查得b=637N/mm ,s=353N/mm ,-1=268N/mm ,-2221=155N/mm ,+1b=216N/mm ,0b=98N/mm ,-1b=59N/mm 。22222、 计算轴的载荷:轴所传递的转矩为T=9550P/n=9550X0.135/60=21.49N.mm精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业作用在主动轮与从动轮上的同名力大小相等、方向相反，即Ft=2T/d=5.06NFr=Fttana=1.84NFn=Ft/cosa=5.38N圆周力 Ft，径向力 Fr及正压力 Fn的方向如图所示，且 a=20。3、初步估算轴的最小直径:与电动机链传动的直径 dI为轴的最小直径，根据表 17-2，A=107-118,按公式（17-2）得dI=A =(107-118) =20-22mm3np32013. 0考虑到轴上键槽削弱，轴径须加大 3%-5%，则取 dI=22mm。4、轴的结构设计:(1)拟定轴上零件的装配方案，轴上是大部分零件包括齿轮、左端轴承、五星轮，依次由左端装配，仅右端轴承与五星轮由右端装配。(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。装左轴承端盖段：根据直齿轮有轴向力及 dI=22mm，轴段 I 的长度由轴承端盖宽度及其固定螺钉的装拆空间要求决定，取 LI=20mm,该结构为对称，则dI=dVIII=22mm。装轴承段：这两段轴径由滚动轴承的内圈孔来决定。根据直齿轮有轴向力及 dI=22mm，选深沟球轴承 6206，其尺寸为 dXDXB=25X52X15,故取 dII=dv=25mm.轴段 II 的长度由滚动轴承宽度 B，五星轮端面与轴肩内壁之间的距离为 5-10mm，则 LII=B+5+2=16+5+2=23mm齿轮相对于轴承对称配置，则 LII=LvII=23mm 装齿轮段：考虑到齿轮装拆的方便，取 dIv=35mm，根据要求可知总宽为560mm，则 LIII=560-23-23-20-20=474mm ，在装配过程中考虑到，阻挡五星轮的左右移动及支撑架支撑轴，但不影响齿轮的装配，且该结构是对称的，则取dIII=dvI=30mm，LVI=474/2-7-4=226mm,dIII=474/2-3=234mm。轴环段：齿轮右端用轴环定位，按设计手册，推荐轴环高度h=0.07d+3=0.07X25+3=4.75mm，取 h=5mm，故轴环直径 dV=dIII+2h=35+2X5=45mm,轴环宽度一般为高度的 1.4 倍，取 LV=7mm。(3)轴上零件的轴向固定齿轮，齿轮与轴的径向固定均采用平键连接。同时精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业为了保证齿轮与轴有良好的对中性，采用 H7/r6 的配合，五星轮与轴的配合为H7/k6，滚动轴承与轴的配合为 H7/k6。(4)定出轴肩的圆角半径 R 的值，轴端倒角取 2x45 。o5、画轴的计算简图，计算支反力:由轴的结构简图，可确定出轴承支点跨距且由于是对称关系，因此L1=L2=249mm，由此可画出轴的受力简图，水平面支反力RAH=BCH=Fn/2=5.38/2=2.69N垂直面支反力RCV=(-FrXL2-FtXd/2)/L1+L2=(-1.84X14-5.06X8.5/2)/249+249=-1.28NRAV=-（Fr+RDV）=-1.84-1.28=-3.12N6、画弯矩图、转矩图:(1)水平面弯矩图 MH截面 B 处MBH=RAHXL1=2.69X249=669.81N.mm(2)垂直面弯矩图 MV截面 B 左边MBV1=RAVXL1=-3.12X249=-776.88N.mm截面 B 右边MBV2=RCVXL2=-1.28X249=-318.72N.mm(3)合成弯矩图截面 B 左边MB1=1025.76N.mm122BVBHMM2288.77681.669截面 B 右边MB2= =741.77N.mm222BVBHMM2272.31881.669(4)转矩图转矩 T=62.08N.mm7、按弯扭合成强度条件校核轴的强度:从图中可见截面 B 处弯矩最大，校核该截面的强度。截面 B 的当量弯矩：Me= = =1026.44N/mm212TMB2208.626 . 076.10252精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业式中 a=-1b/0b0.6由式（17-5） ，可得：e=Me/W=Me/0.1d =1026.44/0.1X35 =0.239N/mm332校核结果：e-1b=59M/mm ,截面 B 的强度足够。28、绘制轴的工作图: 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 图 6.4 低速轴的工作图精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第 7 章 键连接设计7.1 小链轮键连接设计小链轮键连接设计1、平键的选型和尺寸选择:选择 A 型平键，根据轴直径 d=12mm 和轮毂宽度 12mm，从表 17-6 查得键的截面尺寸为 b=3mm,h=3mm,L=12mm。2、校核挤压强度:由式（17-13） ，可得p=2T/dkLpk=h/2=3/2=1.5mml=L-b=12-3=9mm由上述可知 T=11.46N.mm,查表 17-7 的许用应力p=(100-120)N/mm ,则2p=2X11.46/12X2.5X9=0.0.14N/mm p 2满足挤压强度的要求。7.2 大链轮键连接设计大链轮键连接设计1、平键的选型和尺寸选择:选择 A 型平键，根据轴直径 d=17mm 和轮毂宽度 12mm，从表 17-6 查得键的截面尺寸为 b=5mm,h=5mm,L=12mm。2、校核挤压强度:由式（17-13） ，可得p=2T/dkLpk=h/2=5/2=2.5mml=L-b=12-5=7mm由上述可知 T=21.49N.mm,查表 17-7 的许用应力p=(100-120)N/mm ,则2p=2X21.49/17X2.5X7=0.15N/mm p 2满足挤压强度的要求。 7.3 高速轴齿轮键连接设计高速轴齿轮键连接设计1、平键的选型和尺寸选择:精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业选择 A 型平键，根据轴直径 d=25mm 和轮毂宽度 12mm，从表 17-6 查得键的截面尺寸为 b=5mm,h=5mm,L=10mm。2、校核挤压强度:由式（17-13） ，可得p=2T/dkLpk=h/2=5/2=2.5mml=L-b=12-5=7mm由上述可知 T=21.49N.mm,查表 17-7 的许用应力p=(100-120)N/mm ,则2p=2X21.49/25X2.5X7=0.098N/mm p 2满足挤压强度的要求。7.4 低数轴齿轮键连接设计低数轴齿轮键连接设计1、平键的选型和尺寸选择:选择 A 型平键，根据轴直径 d=35mm 和轮毂宽度 7mm，从表 17-6 查得键的截面尺寸为 b=5mm,h=5mm,L=10mm。2、校核挤压强度:由式（17-13） ，可得p=2T/dkLpk=h/2=5/2=2.5mml=L-b=10-5=5mm由上述可知 T=62.08N.mm,查表 17-7 的许用应力p=(100-120)N/mm ,则2p=2X62.08/7X2.5X5=1.42N/mm p 2满足挤压强度的要求。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第 8 章 电动机的连线为保证轮椅能够上下楼，必须实现电动机的正反转来达到要求。 下面为电动机的主电路和控制电路的路线图：图 8.1 主电路图 图 8.2 控制电路图精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业电动机“正-停-反”控制电路，主电路中的 KM1、KM2分别为实现正、反转的接触主触点，为防止两个接触器同时得电而导致电源短路，利用两个接触器的常闭触点 KM1、KM2分别串联在对方的工作线圈电路中，构成相互制约关系，以保证电路安全可靠地工作。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第 9 章轮椅三维设计图图 9.1 轮椅三维图精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 9.2 前轮和脚托图 9.3 五星轮精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 9.4 控制装置精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业总结轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的代步工具，随着无障碍设施的增多，轮椅使用者的活动范围逐步加大，但楼梯却使轮椅受到很大限制，因此解决轮椅如何安全上下楼是实现该课题的主要目的。该设计的爬楼轮椅主要轮子是由 5 个小轮组成的五星轮，轮椅前方一个半米长的安全支架上还有 4 个小轮，整个椅子共有 14 个小轮，打开电源后，背对着楼梯将轮椅微微倾斜，很轻松就将人拉了上去，且五星轮上的一个小轮刚好能上一级楼梯。在爬楼过程中，因为有安全支架的支撑，轮椅能停在任何一处。因此该轮椅可以实现上下楼的方便安全性。在设计中，我们还发现爬楼轮椅的一些缺陷，主要是不能达到个人化，比如轮椅刹车装置，个人控制上下楼，走平地还需要有人帮助在后面推等缺陷，这些都需要进行改进。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业致谢首先感谢母校，给我一个难得的学习机会，让我在即将毕业之际学到了很多知识，经过这几个月的紧张的毕业设计，我在理论和动手能力上都有了进一步的提高。毕业设计是在我们进行完三年的机械制造与自动化专业课程后进行的，它是对我们三年来所学课程的又一次深入、系统的综合性的复习，也是一次理论联系实践的训练。它在我们的学习中占有重要的地位。经过这次设计，我在温习已学知识的同时又学习了许多新知识，也提高了我很多的能力，比如分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等。在这期间凝结了很多人的心血，在此表示衷心的感谢。没有你们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。我的毕业设计主要在司尧华老师指导下，在设计过程中受到了司尧华老师无微不至的关心与耐心指导，使我的毕业设计得以顺利进展，让我受益匪浅。在司尧华老师帮助下我解决了很多以前解决不了的问题，在此我向您表示衷心的感谢！同时也要感谢各位老师和同学，是你们让我的学习和生活充满乐趣，感谢你们！谢谢! 作为一名即将完成学业、离开学校生活的我，再次感谢母校，是她给我创造了一个学习的机会，创造了美好的学习生活环境，让我在这里学到了很多知识；感谢各位老师，是你们传授给我的知识；感谢各位同学和朋友，是你们让我的学习和生活充满乐趣，感谢你们！精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 参考文献1 寇世瑶 司尧华.机械制图.北京：高等教育出版社，2004.7 2 杨黎明 杨志勤.机械设计 简明手册. 北京：国防工业出版社，2008.13 姚永刚.机床电器与可编程序控制器. 北京：机械工业出版社，2008.24 徐起贺.机械设计基础. 北京：科学出版社， 2007.95 王 昆.机械设计 课程设计. 北京：高等教育出版社，1995.12