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需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑XXXXX毕 业 设 计设计题目: 多功能电动爬楼轮椅设计学 院: 机械与电气工程学院专 业: 机械设计制造及其自动化班 级: 机械 125学 号:学生姓名:指导教师:2016 年 04 月 24 日多功能电动爬楼轮椅设计I摘 要当前中国老龄化社会的压力越来越大。项目针对老龄化社会护理人员多为女性且老式楼房没有电梯的特点，设计具备爬楼梯功能的电动轮椅，从而有效提高老年人的生活质量。本次设计主要针多功能电动爬楼轮椅进行设计。首先，通过对电动爬楼轮椅结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过AutoCAD制图软件绘制了电动爬楼轮椅装配图及主要零部件图。整个设计过程中包括其中的数据计算、传动系统设计、电机等外购件选型、应用环境、维护保养等方面进行系统设计。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词：电动；爬楼；轮椅；行星轮多功能电动爬楼轮椅设计IIAbstractWith the advent of an aging society and increase number in the disabilities persons ,the wheelchairs play a more important role in the living, the staircase can be seen everywhere in life limits the use of an ordinary wheelchair, the purpose of this study is to design affordable and reasonable ,safe and reliable performance . 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 多功能电动爬楼轮椅设计III目 录摘 要 .IAbstract .II第 1 章 绪 论 .11.1 课题的研究背景及意义 .11.2 国内外研究现状 .11.2.1 履带式 .11.2.2 星轮式 .21.2.3 腿足式 .21.2.4 复合式 .3第 2 章 总 体 方 案 设 计 .52.1 总体类型选择 .52.1.1 设计要求 .52.1.2 类型选择 .52.2 总体结构设计 .62.3 行星轮机构设计 .72.3.1 行星轮总体结构概述 .72.3.2 行星轮架的中心距 .72.3.3 小轮半径 r 的范围值 .8第 3 章 驱 动 机 构 设 计 .103.1 动力系统参数选择 .103.2 驱动电机选择 .103.2.1 驱动电机的类型选择 .103.2.2 选择驱动电机的功率 .103.3 蓄电池选择 .123.4 计算传动装置的运动和动力参数 .133.4.1 各轴转速 .133.4.2 各轴输入功率 .133.4.3 各轴转矩 .13多功能电动爬楼轮椅设计IV第 4 章 主 要 零 件 设 计 计 算 .144.1 齿轮传动设计 .144.1.1 传动比计算 .144.1.2 齿轮模数与齿数计算 .144.1.3 载荷系数计算 .164.1.4 几何尺寸计算 .184.2 链传动设计 .184.2.1 链传动设计计算 .194.2.2 链轮结构尺寸设计 .214.3 轴及附件设计 .214.3.1 计算各轴的强度 .214.3.2 轴的结构设计 .224.3.3 轴的强度校核 .23结 论 .25参 考 文 献 .26致 谢 .27多功能电动爬楼轮椅设计V多功能电动爬楼轮椅设计VI多功能电动爬楼轮椅设计VII多功能电动爬楼轮椅设计VIII多功能电动爬楼轮椅设计IX多功能电动爬楼轮椅设计1第 1 章 绪 论1.1 课题的研究背景及意义当前中国老龄化社会的压力越来越大。项目针对老龄化社会护理人员多为女性且老式楼房没有电梯的特点。另外，由于各种生产事故、交通事故、各种灾害等意外事故导致大量残疾人的出现，这也是整个社会一直面临的问题。轮椅是现在大多数年老体弱者及肢体伤残人士使用较为广泛的代步工具。轮椅的发展也随着社会的需求变得多种多样，人类的智慧引领轮椅行业的发展，智能轮椅在越来越高的使用需求中得到了更多的重视，随着科技的飞速发展，将逐步替代手动轮椅和电动轮椅。由于考虑到使用区域的广泛性，设计一款使用方便、重量适宜、价格合理的电动爬楼梯轮椅可能会大大的改善老年人和残疾人的生活质量，让他们的出行更为方便，楼梯和路障将不再成为他们出行的障碍。设计具备爬楼梯功能的电动轮椅，从而有效提高老年人的生活质量。1.2 国内外研究现状爬楼梯装置的研究已经有了较长的历史，早在 19 世纪 90 年代就已经有了此类专利的出现。自此，美、英、日德等发达国家就开始向此领域冲击，经过不断努力开发，也出现了一些成果。由于起步较早，它们在这方面的技术也相对成熟，已经推出此类产品。但现存产品都还存在各种瑕疵，还没有一种能做到尽善尽美。我国对此类装置的研究起步较晚，在近几年也有一些成果产生，但距离形成成熟产品还有很长的路要走。目前已经存在的爬楼梯装置也是各种各样，可以按照爬楼方式分为履带式、星轮式、腿足式以及复合式爬楼梯装置。各种装置都有自己的优点，但也都存在一定不足。1.2.1 履带式履带式爬楼装置是目前应用较广的一种方式，其原理简单，有多款成熟产品问世。其中较为出名的是法国 TopChiar 公司研制的悍马-H8 型，如图 1.2.1a)。悍马-H8 在结构上将平地电动轮椅和爬楼机构融为一体，平地运动时履带机构多功能电动爬楼轮椅设计2收起，由后轮驱动，爬楼时履带机构放下，与轮椅底部成一定角度，爬楼时可调节，使乘坐者始终处于较舒适的状态。（a)法国悍马-H8 （b) T09-ROBY 图 1.2.1 履带式爬楼装置履带式爬楼机构行走方式连续，抓地力强，上下楼时重心平稳，安全可靠，但体积、重量及噪声也较大。1.2.2 星轮式轮式机构在地面的运输工具中应用范围最大，国外的爬楼梯装置设计中也常常采取轮式机构。普通的残疾人使用的轮椅及电动轮椅车也通常使用轮式机构，轮式机构体积小巧，结构简单且容易控制，运行起来既平稳速度又快，工作能效高，并且由于转向时候采取的差动传动转向半径，这种转向半径很小，且易于转向;圆柱型轮体机构常常应用在一般的轮式机构之中，在平地行走具有很大的优势，但是路况较差如崎岖路面、楼梯状况时，普通的轮式机构又不能达到使用者的要求。普通轮式机构要想跨越台阶等障碍，其中一个必要条件就是车轮半径至少要大于台阶高度，而且跨越台阶需要的能量很大，过程不稳定，冲击较大;而且楼梯台阶的宽度有限，如果一味的增大车轮半径又会导致轮椅在台阶上失去了支撑点，这也是目前常规轮椅采用大的后轮而无法实现上下楼梯功能的主要原因。1.2.3 腿足式多功能电动爬楼轮椅设计3腿足式爬楼轮椅的主要特点是爬楼动作是一个由腿足完成的不连续过程。早期的爬楼梯装置多数都采用这种不连续方式。18 世纪 90 年代 Bray 发明制造的爬楼梯轮椅采用的方式就是不连续方式。在爬楼过程中，两套支撑装置中的一套作为支撑，另一套爬升，运动轨迹为上升、平移、着陆，类似人的两条腿一样爬楼。腿足式爬楼梯装置实际上就是模仿人类爬楼的动作。（a） iFoot (b) WL-16RII图 1.2.3 腿足式爬楼装置1.2.4 复合式鉴于履带式、星轮式、腿足式等装置的优缺点，在研究过程中，产生了一些其它的爬升装置。例如由英国的 Stairmatic，它是此类型爬楼梯轮椅的一个典型例子，如图 1.2.4（a)所示，它不仅理论成熟并且已经通过了实际应用试验。但是，仅能上下楼梯，对平地自主适应性差，使其距完美还有一定距离。另外约 8 万余元人民币的价格也让多数人难以承受。但是复合式的复杂机构与结构，致使设计、控制、分析等工作都非常复杂。（a）Stairmatic （b) ShrimpRobot图 1.2.4 复合式爬楼梯装置多功能电动爬楼轮椅设计4综上所述，国内外在爬楼梯装置方面的研究已经有较长的历史，成果也较多，诞生了很多的专利以及产品，但是它们或者结构复杂、或者造价昂贵，总是存在这样或那样的缺陷。为了更好地解决老年人、残疾人活动问题，提出一种整体结构紧凑、质量适中、安全性好、操作方便、价格适宜的爬楼梯轮椅方案是十分必要的。此外，考虑到轮椅的主要作用是平地行驶，故在做好爬升装置的前提下更应将平地行驶功能做到最好。可以看出，虽然爬楼梯装置的研究已经有了一定的成果，但距离完美的产品的诞生还是有很长一段路需要走的。多功能电动爬楼轮椅设计5第 2 章 总体方案设计2.1 总体类型选择2.1.1 设计要求设计要求如下：（1）爬楼轮椅有效负重=60Kg；（2）有安全保护设计；（3）适合中国标准楼梯。根据目前爬楼梯装置的研究现状，分析已产生的各种机构的优缺点，在充分考虑结构、造价、安全性等重要因素的基础上，研究设计电动爬楼梯轮椅。该设计在满足爬楼梯轮椅的基本要求前提下，尽量做到结构简单，价格适宜，对台阶适应性强，安全性高等方面。具体要做到以下几点:(1)能爬楼、越障，平地时可作电动轮椅使用。(2)爬楼时重心波动较小，具有良好的稳定性和可靠性。(3)作为电动轮椅时要符合，国标 GB12996-91 电动轮椅技术参数标准。(4)轮椅车上下楼应与我们日常习惯一致，避免反向上楼给使用者带来的不便，同时确保上下楼过程的安全性。2.1.2 类型选择分析现有的三种典型爬楼梯机构，综合比较其缺点，见表 2-1表 2-1 典型爬楼机构优缺点对照表爬升机构 星轮式 履带式 腿足式台阶适应能力 一般 强 强稳定性 一般 强 差控制难易 易 一般 难机构复杂程度 简单 一般 复杂对台阶是否损伤 否 是 否行走阻力 小 大 大多功能电动爬楼轮椅设计6通过对比以上各种爬升机构的优缺点，星轮式越障机构优势突出，结构简单，成本低，而且传动机构易布置，因此本课题采用星轮式越障机构。综合考虑我国国情和普通消费者的购买能力，在三种爬楼梯机构的性能对比分析，同时满足轮椅的设计要求的基础上，开发了一种既可满足爬楼梯功能，又安全可靠，操作方便，通用性好而且价格适中的行星轮式多功能电动爬楼梯轮椅车。2.2 总体结构设计轮椅的总体设计如图 2-2 所示，主要由越障机构（行星轮机构） 、车架、座椅、驱动机构和转向机构组成。图 2-2 总体方案简图(1)越障机构：本课题采用一对星轮式机构，行星轮并且左右分别对称安装，通过行星轮的公转和自传实现平地行驶与越障的转换，以便顺利通过各种路况；行星轮小轮之间通过齿轮传动，每组行星轮一侧安装一对电磁离合器，通过电磁离合器的通与断来控制行星轮支架的翻转。(2)车架：车架是整个轮椅车的基础，应结合轮椅车总布置的要求来设计，多功能电动爬楼轮椅设计7还应具有足够的强度和刚度，保证轮椅车可以顺利通过各种复杂路况；质量要尽可能小，应布置的离地面更近一些，使轮椅重心降低，有利于提高轮椅的行驶稳定性。(3)座椅：座椅起着支撑人体，使轮椅操纵方便和乘坐舒适的作用，因此这次设计要充分考虑使用者的要求（4）驱动机构：采用电机中置，链传动与齿轮相结合的传动方式，以使电机的传动可以有效的传递给行星轮结构，驱动轮椅的运动。（5）转向机构：鉴于设计的车轮数目较多，如果直接采用前轮转向或是后轮转向，则同时有 6 个轮着地，并且同时要转到 6 个轮才能实现转向，所需的转向力将很大，造成转向困难。为了解决这一困难，我单独在轮椅的前边设计了转向轮并且还采用了机械传动等，在平地行驶时使用者可以方便的通过控制转向盘的传动实现对轮椅的转向，越障时依靠电机带动转向轮升高，防止转向轮影响轮椅越障。2.3 行星轮机构设计2.3.1 行星轮总体结构概述行驶机构采用轮组结构。轮组结构中的小轮个数越少，结构越简单，但是轮组的翻转力矩也越大，轮椅重心波动也就大，稳定性越差。但随着小轮个数的增加，轮椅重心波动减小，但是整个轮组机构的结构也越来越复杂。因此，本文轮椅的前轮采用一个小轮构成轮组机构，后边是由三个小轮组成轮组机构。多功能电动爬楼轮椅设计8图 2-3 行星轮机构图2.3.2 行星轮架的中心距由建筑楼梯数协调标准 GBJ101-87 知：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。图 2-3-1（1）s，h 最小时，两小轮中心距不应大于 ，如图 2-3-1 所示，2hs根据几何关系有：( R)2 (2-3-1)2minis代入数值，求得：R180mm（2）s，h 最大时，车体后面行星轮架至少前倾，并且一小轮应至少能登上上一台阶，所以 2Rh =110mm。ma综上分析知，R 的取值范围是（110,180） 。R 应尽量大，但太大又影响体积的大小设定，所以综合一下设计设计中取 R=150mm。2.3.3 小轮半径 r 的范围值（1）两小轮半径应小于小轮中心距，根据几何关系有：rR (2-3-2)代入数值得：rR=150mm（2）小轮最小时，支架不应与楼梯沿相碰。h 最小时，这种可能性大，则有几何关系知：多功能电动爬楼轮椅设计9sin= (2-3-3)Rh3mintan=tan（90-）= （2-3-minrh4）计算并代入数值：=arcsin 32.606Rh3min=27.394所以47.79mmminr综上可知：r 的取值范围是（47.79,195） ，r 应取较大值，以提高平地行驶速度，但是过大行星轮支架的半径也越大，不利于机构紧凑型和轻便型，因此我们取r=125mm。特别指出的是，以上分析中 R，r 的值并不是固定的，只需要在其范围内取值即可。多功能电动爬楼轮椅设计10第 3 章 驱动机构设计3.1 动力系统参数选择对轮椅动力系统进行设计，必须结合轮椅在平地和爬楼等不同路况进行分析，以满足各种路况下轮椅都能提供足够的动力需求。根据电动轮椅的标准GB12996-91 可知，对其主要技术性能的规定如表 3-1 所示：表 3-1 电动轮椅国家标准参考轮椅的运行实际情况，确定其技术指标为：平地行驶时最大运行速度为 7.2km/h，最大爬楼速度为每分钟 20 个台阶。轮椅携带四块 12v 蓄电池，每块电池容 20Ah，一次行程 40km 以上。3.2 驱动电机选择3.2.1 驱动电机的类型选择选择驱动电机的类型，轮椅车依靠蓄电池来供电，为电机提供能源，一般可选步进电机、直流电机或是无刷直流电机作为驱动电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，可以准确定位和调速：转矩大、惯性小、多功能电动爬楼轮椅设计11影响频率高，但是其能耗大、转速低，并且伴有振动和噪声，不利于轮椅的稳定型和实用性。无刷直流电机继承了直流电机的优点，采用电子换相电路，克服了传统直流电机采用机械转换装置的弊病，具有无噪声、免维护、可靠性高的优越特性。因此我们选用 48V 的无刷直流电机作为轮椅的驱动电机。3.2.2 选择驱动电机的功率轮椅具有平地行驶和爬楼两种不同的工作状态，不同工作状态对应不同的功率需求，因此先分别计算两种状态下驱动电机所需功率，然后再选择驱动电机的额定功率。该轮椅自重为 40kg，最大承载能力为 60kg，因此轮椅的最大运行总质量为 100kg，该总质量由前轮和后轮共同分担，假设前轮和后轮分别承受总质量的 40和 60，并且取轮胎与地面间的静摩擦系数 为 0.71.（1） 平地所需功率平地行驶时，轮椅采用后驱动轮，后驱动轮组任意两个小轮着地，克服与地面间的摩擦力 前进，前轮随之前进，同时设前轮与地面之间的摩擦力为 。2F 1F当 时，轮椅在平地上正常行驶。12前轮承受的正压力; NGN5840(1）人车后轮承受的正压力： 262）人车前轮承受的水平摩擦力： F.171后轮承受的水平摩擦力： N2所以 ,满足正常行驶要求。12F所设计的轮椅直径为 D=195mm，轮椅平地的最大运动速度为 V=2m/s，根据轮椅行驶速度和车轮直径，计算轮椅车在平地上行驶的相关参数：后驱动轮所需要最大转速为： rpm19601DVn后驱动轮所需最大角速度为： s/rad5.211后驱动轮最大切向加速度为： 22/96.mF多功能电动爬楼轮椅设计12后驱动轮最大角加速度为： 22/8.9/sradD后驱动轮转动惯量为： 22121 /0476.8mkgmrJ电机所需要的工作功率为： aap10VWdFP轮椅包括齿轮传动。链传动和轴传动，因此我们设传动总功率为 0.85，所以在平地行驶所需功率为： kwPd13.0（2） 轮椅爬楼时，由于速度较小，忽略空气阻力和加速阻力，只有滚动阻力和坡度阻力 ，所以轮椅行驶方程式可以表示为：cosGfFfsinGFt，其中 为坡度角。总 sftf 查表可知，良好的沥青路面和混凝土路面的滚动阻力系数 f 的数值为0.010-0.018，一般的沥青和混凝土路面为 0.018-0.020。平时路地行驶时我们取滚动阻力系数为 0.018，爬楼时因为大多数楼梯为混凝土或是大理石，所以我们把滚动系数取为 0.020。因为平路行驶时 =0，所以受工作阻力为：NGfFt46.2我们设计的轮椅最大爬坡度为 40，所以爬楼时工作阻力为：t 3.97tf2所以 ，取 F= =974.3N，取 v=0.2m/s，求得电机所需工作功率为：tt2F tkwpPad1.0综上所述，为了使轮椅爬楼与越障时有足够的驱动力，驱动电机功率必须大于 0.13kw，并且有一定的剩余。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。主要性能参数如下表：多功能电动爬楼轮椅设计13表 3.1型号 额定功率 额定转速 额定负载 长 宽 高DG-M4 144w 120rmin 3.39N.m 305mm 125mm 123mm3.3 蓄电池选择轮椅装载 48V 的蓄电池作为供电能源，同时可以满足平地行驶和爬楼梯的要求。为了选择性价比最高的蓄电池，一般从电池容量、电压大小、重量、使用寿命和价格成本等几方面进行考虑，市场上有四种常见的蓄电池：铅酸电池、镍氢电池、镍锌电池和锂电池。镍氢电池、镍锌电池和锂电池性能优越，使用寿命长，但是价格昂贵，一般比铅酸电池高 4-5 倍，增加了轮椅的制造成本。铅酸蓄电池成本较低、应用历史长、相对更加成熟，改进后的免维护铅酸电池性能更加稳定可靠，使用也更方便，得到了广泛应用。因此，轮椅车选用免维护铅酸蓄电池作为供电能源。3.4 计算传动装置的运动和动力参数3.4.1 各轴转速电动机轴为 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=30r/min3.4.2 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=0.13KW3.4.3 各轴转矩T0=95500.144/120=11.46N.mm多功能电动爬楼轮椅设计14TI=95500.135/60=21.49N.mmT=95500.13/20=62.08N.mm将以上数据整理如下表第 4 章 主要零件设计计算4.1 齿轮传动设计4.1.1 传动比计算由前面已知上楼梯时，要使后轮转动而爬上楼梯所需要的扭矩为 170 Nm功率 P=0.13kw .而所选电机额定转速 =120 额定转矩为 51enminr已知外轮系的大径为 500mm后轮由电机通过一级齿轮传动和一级链轮传动而进行上楼梯动作。由 m=9549 可知pn轴转速 =603mir由于链轮 3.4.5.6 之间为等传动比传动，现假定三个链轮 d=250mm 则轴的转速 ，由电机额定转速2360innr230minenr1.2 齿轮之间的传动比 2106ei4.1.2 齿轮模数与齿数计算（1）初选小齿轮齿数 则大齿轮齿数 取150Z2150Zi20Z（2）按齿面接触强度设计 21312.6t EtKTZddH多功能电动爬楼轮椅设计15试选载荷系数 1.3tK计算小齿轮传递的转矩 15eTNm查表可知齿宽系数 （小齿轮作悬臂布置）0.6d查手册可知材料的弹性影响系数 1289.EZMPa按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大1li60HPa齿轮的接触疲劳强度极限 2lim50H由齿轮的工作力循环次数 N 的计算式 hnjL60hhNnjLjr齿 轮 转 速 i齿 轮 每 转 一 圈 时 ， 同 意 齿 面 啮 合 的 齿 数齿 轮 的 工 作 寿 命可算出两齿轮的应力循环次数 81N60230186520.61jhnL82.7.则可查得接触疲劳寿命系数 1.93HNK20.97HNK（3）计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1% 安全系数 S=11limlimlim20.935615.7.HNHNKsMPasKsa齿 轮 接 触 疲 劳 寿 命 系 数齿 轮 的 接 触 疲 劳 强 度 系 数安 全 系 数（3） 计算试算小齿轮分度圆直径 ，代入 中较小的值1tdH多功能电动爬楼轮椅设计162131 2332.50.7189.65327.9t EtKTZndduHm计算圆周速度 v1.230.66061tdnv ms计算齿宽 b1.79.4t计算齿宽与齿高之比 b/h模数 12.1.68ttmdZm齿高 .53h674.85.7b4.1.3 载荷系数计算（1）根据 , 7 级精度，查得动载系数0.36vms 1.07vK直齿轮，假设 10AtKFbNtbm使 用 系 数圆 周 力齿 宽查得齿间载荷分配系数 HFK1.2查手册得使用系数 A而对于 7 级精度的小齿轮相对支撑悬臂布置时齿向载荷分布系数 HK查得 23HK1.2086.70.1db2.1.66.74345多功能电动爬楼轮椅设计17由 , 查手册得 5.87bh1.345HK 1.273FK故载荷系数 AVH.02.按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径3317.91.0.69ttdKm计算模数 m10.62.5Z（2)按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为132FaSYKTmdZ确定公式内的各计算数值（1） 查手册得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 150FEMPa，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 2380FEPa（2） 查得弯曲疲劳寿命系数，10.865NKF20.895N（3） 计算弯曲疲劳许用应力， 取弯曲疲劳强度安全系数s=1.35 则1220.865320.7.91.9NFEKMPas（4） 计算载荷系数 k AVFK1.0721.3.65由 ， 查得齿形系数及应力校正系数Z8多功能电动爬楼轮椅设计18， ， ，12.7FaY1.57Sa2.16FaY2.71SaY（5） 计算大小齿轮的 并加以比较F321.650.158m.9712.0.133.6.5859FaSaSY即：大齿轮的数值大对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小要取决于弯曲强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数0.957 并就近圆整为标准 1.25mm，按接触强度算得的分度圆直径 130.69dm算出小齿轮齿数 ，取 大齿轮齿数130.691254.Zd125Z2153.72Z4.1.4 几何尺寸计算（1） 计算分度圆直径1251.23.596dZmm中心距123.51.273.5ad齿轮宽度 068bm取 12,Bm（2） 验算1503.2tTFNd多功能电动爬楼轮椅设计19合适13207.6108.5AtKFNmb齿轮 1.2 12,90ZB.254.2 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。4.2.1 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=54（2）链轮转速:N1=120r/minN2=n1/i=120/2=60r/min（3）设计功率 Pd:多功能电动爬楼轮椅设计20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）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。（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/35P754=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=283.92mm（9）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=282.78mm（10）作用在轴上的力 Fa:由式（12-9）多功能电动爬楼轮椅设计21Fa1000（1.2-1.3）P/V=1000（1.2-1.3）X0.144/0.432N=400-433.33N（11）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-1x1124.2.2 链轮结构尺寸设计（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=137.93mm（3）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71.498mmd173.97mm140.69mmd2142.93mm（4）齿根圆直径 df:由表 12-2，dfI=dI-d1=68.97-5=63.97mmdfII=dII-d1=137.93-5=132.93mm（5）齿形:按 GB1244-85（6）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。4.3 轴及附件设计多功能电动爬楼轮椅设计224.3.1 计算各轴的强度（1）后轴的计算该轴的转速 功率 60minr0.1Pkw初步估算轴径选择轴的材料为 45 钢，经调质处理，查手册可得材料力学性能数据为 15650327.0bsMPaEa根据公式 341PdAnv初步计算轴径 0mindnrPkwAvd计 算 剖 面 处 轴 的 直 径轴 的 转 速轴 传 递 的 额 定 功 率掟 定 的 系 数轴 的 许 用 转 应 力空 心 圆 轴 的 内 径 与 外 径 之 比初选空心轴内外之比 .75v则可查表得 431315A则 30.80.5161dm考虑到轴需要加键，需将其轴径增加 4%5%故大锥直径取 4.3.2 轴的结构设计根据轴的受力，初选轴承 6205，已知轴传递的转矩 3170TNm多功能电动爬楼轮椅设计23两外轮系圆周力 332102710568tFTdN前面已知四个等传动比的链轮参数分别为：8Z5.m.P节 距0.Pkw8PL139762vs有效圆周力 eF0.8101296ePNv离心力引起的拉力 2cFqvq单 位 长 度 链 条 的 质 量 kgmvs键 速查表得 0.6则 249.1cFN链传动的压轴力 PFeKFPK压 轴 力 系 数对于水平传动 1.5FP则 1.5290483.Pe N求支反力 1213.61.5NHtF12VG4.3.3 轴的强度校核根据轴的结构尺寸及弯矩图，转矩图，截面 C 处弯矩最大 多功能电动爬楼轮椅设计24239.8cMNm安全系数校核计算弯曲应力幅为 caW抗 弯 断 面 系 数340.1dv50.7316.9m28165.0a MPa由于是对称循环弯曲应力，故平均应力 0m由 式 amSK式中， -1 45钢 弯 曲 对 称 循 环 应 力 时 的 疲 劳 极 限取 K正 应 力 有 效 集 中 系 数 2.60.9表 面 质 量 系 数 ， 查 得8尺 寸 系 数 ， 查 得多功能电动爬楼轮椅设计25270.47.689S结 论毕业设计是对大学中所学知识的回顾，是对以往所学知识的综合运用，锻炼了我们的独立思考能力、独立解决工程实际问题的能力、画图能力，更是从课本中的理论知识到生产实际的转变。玉米收获机主要创新特点在于搅拌叶片的安装方法，壳体两端焊接盖板，目的是为了在叶片损坏或轴断裂时方便拆装，减少工作量，有利于节省成本，有一定的经济性。在这之前，虽然经过四年的学习学到了很多知识，但是还没有机会来运用和掌握这些东西。通过这次实践，我对机械设计过程都有了全面的了解，设计、计算和绘图方面的能力都得到了全面的训练和提高，也使我对机械产生了更加浓厚的兴趣，更坚定了我从事机械行业的信心。设计初期，我去图书馆的网站内下载了许多相关的文献资料，对玉米收获机有所了解，然后开始准备我的开题报告、任务书和文献综述。在总体结构设计的过程中，我也遇到了很多困难，多功能电动爬楼轮椅设计26经过多次的数据修改才把总体方案给确定下来，开始画图等工作。设计期间得到了我的指导老师的帮助，我觉得从与老师的沟通过程中，我能学到很多东西，老师可以从另外一个角度来启发我，给了我很多帮助、鼓励和指导。通过这段时间的设计，我已基本按照设计要求完成玉米收获机的设计，但是由于本人知识水平有限，又没有实际工作经验，本设计中定存在不足之处，敬请老师同学批评指正，提出宝贵意见，以便及时纠正。当然，我知道整个毕业设计还没有结束，因为还需要答辩，还要有答辩老师的提问与意见，我的毕业设计才能最终画上句号。因此，我还需要继续努力，认真准备答辩，仔细检查我的论文，更好的完善，为我的大学画上一个圆满的句号。参考文献1孟晓东. 轮履组合式电动爬楼轮椅的研究D.长春理工大学,2013. 2孟祥雨. 一种星轮式爬楼梯电动轮椅设计与研究D.长春工业大学,2012. 3王丽娟. 行星滚轮转换步行式驱动爬楼梯轮椅设计D.苏州大学,2010. 4何丽. 腿轮复合式电动爬楼轮椅的设计与分析D.燕山大学,2015. 5周琪. 一种平地、爬楼两用助行装置的设计与工程实现D.南京理工大学,2013. 6陈延伟,梁白冰,刘洪萤. 电动爬楼载物车传动系统的设计与动力学仿真J. 机械工程师,2015,03:32-34. 7吴晓龙,覃忠,伍学明,李成毅. 新型可爬梯式智能轮椅的研究和设计J. 中国医学装备,2015,06:12-15. 8刘柄辰,宋其江,凌志成,季鹏. 一种新型全控式自平衡爬楼车的设计与研究J. 机电产品开发与创新,2015,04:34-36. 9纪莎莎,王继荣,刘东,林鲁超. 电动爬楼轮椅的结构及控制系统设计 J. 青岛大学学报( 工多功能电动爬楼轮椅设计27程技术版),2015,03:27-32. 10王占礼,孟祥雨,陈延伟. 一种星轮式爬楼梯电动轮椅设计J. 机械设计与制造,2012,10:56-58. 11王占礼,郭化超,陈延伟. 爬楼梯轮椅发展及关键技术的研究J. 机械研究与应用,2013,02:180-182+190. 12王淑坤,孟晓东,尚鸿鹏. 一种轮履组合式爬楼轮椅的设计 J. 机械传动,2013,10:156-159. 13李超,胡延平,韦端利. 一种轮组结构的爬楼梯轮椅的设计 J. 现代机械,2010,06:42-44. 14李育文,位建康,王红卫,张金,杨改云. 一种新型的可爬楼梯轮椅结构设计及运动分析J. 制造业自动化,2014,07:135-137. 15Dan Ding ; Cooper, R.A.Electric powered wheelchairsJ.Cont
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