履带式小车地盘

1、1 目录目录 第第 1 1 章救援机器人的选型设计章救援机器人的选型设计2 1.1 铁消防救援机器人的设计要求2 1.2 地铁消防救援机器人类型的确定2 1.3 机器人的运动设计2 1.4 履带及驱动轮设计 4 1.5 主动轴平键的选择与校核7 第第 2 2 章电源选择章电源选择8 第第 3 3 章胀套选择章胀套选择10 第第 4 4 章零件及花费章零件及花费12 第第 5 5 章章 结束语结束语13 5.1 工作总结13 5.2 收获体会13 5.3 致谢13 参考文献参考文献15 附件：附件：16 2 第第 1 章救援机器人的选型设计章救援机器人的选型设计 1.1 地铁消防救援机器人的设计

2、要求地铁消防救援机器人的设计要求 随着城市的发展进程不断加快，路面交通的拥挤、堵塞成为限制交通发 展的首要问题，而地铁运输将会成为众多城市的风景。但地铁一旦起火，将 难以排出烟和热。因此地铁消防救援机器人的设计主要是代替消防员进入现 场以快速排烟，为救援提供便利，为挽救生命创造条件。 1.2 地铁消防救援机器人类型的确定地铁消防救援机器人类型的确定 由于设计要求中需要地铁救援机器人具有倒爬 30 度的爬坡能力，故选用 附着能力好、能适应恶略路况的履带。 1.3 地铁机器人的运动设计地铁机器人的运动设计 地铁机器人的运动方式：普通的轮式结构和履带的结构。两者的比较如 下： （1 1）履带结构的特

3、点：）履带结构的特点： 组成组成：负重轮用来承受机器人的重量和规正履带。它由轮毂、轮盘、胶 带、滚珠轴承、轮轴盖、固定螺母、回绕挡油盖等组成。负重轮数量多,可使 每个轮子所承担的重量小,对地面的压力分布均匀,有利于提高机器人的通行 性能。 当发动机的动力传到主动轮上时,主动轮按顺时针方向拨动履带,于是接 地履带和地面之间生产了相互作用力。根据力的作用与反作用原理,履带沿水 平方向给地面一个作用力,而地面给履带一个反作用力,这个反作用力使机器 人运动,称为机器人的牵引力。 3 条件限制条件限制：由此看来,机器人能否运动,主要受到两个条件的限制；一是 动力条件,二是地面条件。动力条件就是指发动机提

4、供给机器人通过地面所必 须的力量,没有这个力量,主动轮就转不动。地面条件则是指主动轮传给履带 的力,必须由地面提供一个反作用力（即使机器人运动的牵引力）才能实现。 当牵引力和行驶阻力相等时,机器人就作等速运动；当牵引力大于行驶阻力时,机 器人就加速行驶；当牵引力小于行驶阻力时,机器人则减速行驶。 履带特点履带特点：重量轻、强度高,可根据客户要求生产阻燃、抗爆、抗静电、 耐高温、耐酸碱等满足各种特殊要求 履带底盘：履带底盘：橡胶胶履或钢制履带 橡胶胶履带橡胶胶履带底盘多适用于小型轻工业和小型工程机械行业。轻工业一般 是一吨到四吨以内的农用机械。工程机械行业则多用于小型钻探行业。 其作业环境的选择

5、大致如下： (1)橡胶履带的使用温度一般在25+55C 之间。 (2)化学药品、机油、海水的盐份会加快履带的老化,在这样的环境下使 用后要清洗履带。 (3)有锐利突起(如钢筋、石块等)的路面会导致橡胶履带外伤。 (4)道路的边石、车辙或凹凸不平的路面会导致履带边缘接地侧花纹产生 裂纹,这种裂纹未伤及钢丝帘线时可以继续使用。 (5)砂砾、碎石路面会造成与承重轮接触的橡胶表面早期磨损,形成小裂 口。严重时水份侵入,造成芯铁脱落、钢丝断裂。 钢制履带钢制履带相对而言使用的范围及其寿命及对对工况的选择则更宽广。它 由钢履带、托带轮、导向轮、承重轮、底盘和两台行走减速机组成（行走减 速机由马达、齿轮箱、

6、制动器、等成）。一般比如钻机整体布置在底盘上,通 过控制手柄调节履带底盘行走速度,可使整机实现方便的移动、转弯、爬坡、 行走等 （2 2）普通轮式的特点：）普通轮式的特点： 4 组成比较的简单，有四个轮毂组成，原理易懂，装配安装制造便宜，运 动速度快，机动性能好，维修简单便宜，适合在路况比较好的地带工作。爬 坡能力一般，不宜满足生产阻燃、抗爆、抗静电、耐高温、耐酸碱等客户的 各种特殊要求。 1.41.4 履带及驱动轮设计履带及驱动轮设计 履带采用整体式履带板遵照 MT/T579-1996 悬臂式掘进机履带板及其销 轴标准设计。 1.4.11.4.1 履带支承长度 L、轨距 B 和履带板宽度 b

7、 令 l驱动轮与引导轮之间的轮距； h表示高度； G表示整机质量； 33 1.071.07 61944LGmm 轨距 B：1.2 1.4 L B 1944 1388.5 1620 1.2 1.41.2 1.4 Lmm Bmm 履带板宽：0.22 0.80 b L (0.22 0.8) 1944(427.68 1555.2)bmmmm 由于是消防车底座,取： b=427.68mm 5 1.4.2 履带的张紧度计算 h 的值一般取为： 0 (0.03 0.06)(0.03 0.06) 194458.32 116.64hlmmmm 1.4.31.4.3 节距 44 (15 17.5)(15 17.5

8、) 6000(132 154)tGmm 根据机械工程手册 ，履带的节距已经标准化，取节距为 154mm 表 2-2 履带底盘的主要技术参数 额定功率轨距节距履带板宽接地长度外形尺寸 37kw150015442519442450150058 5 1.4.41.4.4 运行阻力计算 ( 1) 履带运行的内阻力 Fn 履带运行时，由于驱动轮与履带链轨的啮合、 履带销轴间的摩擦以及支重轮、引导轮和驱动轮等滚动阻力和轴颈摩擦阻力 等构成了履带运行的内阻力。计算时通常取履带本身损失等于其垂直自重载 荷的 57%，即：(0.05 0.07) n Fmg 也可取履带行走装置的效率等于 0.70.85。 （2）

9、土壤变形阻力： d F dd Fmg 上坡时：cos dd Fmg 6 式中：坡度角，运行比阻力系数，见表 2-3： d 表 2-3 （3）坡度阻力：坡度阻力由于机械在斜坡上因自身重力的分力所引 s F 起的； sin s Fmg （4）转弯阻力： r F 3 1 4 r mgL F R 式中：履带转弯时的摩擦系数；R履带转弯半径（m） 3 表 2-4 履带转弯时的最大摩擦系数表 max 3 计算时一般取值范围为 0.40.7，对于坚实地面取较小值，对于松软 3 地面取较大值。 （5）惯性阻力： t F(0.01 0.02) t Fmg 7 综上所述，以上 5 种阻力中，以坡道阻力和转弯阻力为

10、最大，往往占到 总阻力的 2/3，但是转弯阻力和爬坡阻力一般不同时进行。因此，在确定其 行走牵引力时，取二者的较大值，即： 爬坡时： Tndsi FFFFF 转弯时： driTn FFFFF 对于消防车履带底盘设计时，有些阻力很难计算，一般行走牵引力取为 整机重量的 0.70.85，对于工作条件好了可以取小值 0.7。 1.4.51.4.5 其他由黄义剑负责计算，此处仅列出结果其他由黄义剑负责计算，此处仅列出结果 驱动轮凹齿形设计： 驱动轮齿数 Z=19 履带板节距 P=44.45mm 滚子直径 d=25.4mm 节圆直径 D1=270mm 齿沟半径 r=0.5d=12.7mm 工作面长度 L

11、=0.01pz=8.45mm 作用角=18du 齿沟圆弧圆心距离 e=19.5mm 齿顶半径 R=P-（e+r）=12.3mm 齿根圆直径 Df=D-d=245mm 1.51.5 主动轴平键选择与校核主动轴平键选择与校核 轴颈 D=60mm 所以通过查键标准表选取圆头普通平键（A 型） b*h=18*11 a=2T/dkl=4T/dhl=4*1307*1000/（60*11*100）=79.2Mpa 8 由机械设计表 2-10 查取【a】=100-120Mpa 所以 a【a】 ，键强度满足要求。 第第 2 章电源选择章电源选择 基本计算如下： 根据电机与电池匹配规范标准 ，有 式中， Uo1电

12、机输出额定电流 时的输出电压值 Uo2电池输出最大电流 时的端电压值 Pg电机输出额定电流 时的输出功率 Pb电池输出最大电流 时的输出功率 Plmax负载最大功率 计算结果为： =10.36A 所要求的放电容量： C=10.36A 5h=51.8Ah 要想蓄电池在整个寿命期限内均能可靠地支持系统的工作，选型时还应 考虑蓄电池寿命终止的规定：当蓄电池的放电低于额定容量的 80% 时，寿 命终止。 实际的放电容量应为： C =51.8Ah 120%=62.16Ah 因为加上底盘驱动的两台电机，切火灾救援时间小于 5 小时。所以选择 容量 180AH 比亚迪磷酸铁锂电池组，可以满足供电需求。 9

13、同时配套采购升压电路板一套，升压至 380V，满足电机需要。 附表： 10 第第 3 章胀套选择章胀套选择 负重轮及导向轮处采用胀套联接 胀套属于机械通用零部件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴 和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中， 有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。 胀套由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借 助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的联接部件。20 世 纪后期国内外联轴器产品发展很快，在产品设计时如何从品种甚多、性能各 异的各种联轴器中选用能满足机器要求的联轴器，对多数设计人员来讲，始 终是

14、一个困扰的问题。 常用胀套有膜片胀套， 鼓形齿式胀套，万向胀套，安全胀套，弹性胀套 及蛇形弹簧胀套。 鉴于功能与空间的需要，采用鉴于功能与空间的需要，采用 Z3Z3 型胀套。型胀套。 Z3 型胀套尺寸规范参照下表（部分）： 11 此例为负重轮的链接方式 13 14 第第 4 章零件及花费章零件及花费 由于地铁消防救援机器人是一个复杂而且庞大的系统，所以需要的零部 件很多，也比较的杂乱，而且我们只是研究设计他的机械结构部分，它的电 子及控制部分我们就不做任何的设计。因此在这里只是粗略简单的把一些打 的零部件给列了出来，电子器件我们也不做任何的介绍与罗列。 部分零部件的名称如下： 名称规格/ /材

15、料数量单价 总价（元） 主动轮 HT2002200400 负重轮 HT20082001600 诱导轮 HT2002100200 底盘 HT2002000 其它 5000 总计 9200 备注：其它包括：各种型号的螺栓，螺母，垫片，轴承，轴等等 具体的型号及要求见前面的设计说明。 15 第第 5 章章 结束语结束语 5.1 工作总结工作总结 作为课程设计报告选题本文对地铁消防救援机器人进行了较为深入的研 究总结起来主要做了如下的工作： 1)产品的市场调查以及设计需要的分析，并对我国消防机器人 行业的发展历史及现状作了简要阐述。 2)设计方案的确定，选择了履带式进行主要研究对象。 3)机构尺寸设计

16、方法的选择。采用图解法对履带底盘进行了尺 寸设计，并利用 SOLIDWORKS 及 Inventor 对地铁消防救援机器人进行了 三维设计. 4）机构的动力设计。本部分对履带进行了故障排除，运动机构进行了细 心的分析与设计组装。 5.2 收获体会收获体会 经过对这一课题的研究，重新温习了上学期所学过的机械原理，机械制 造技术方面的知识，巩固了本学期学习的机械设计方面的相关知识。在这一 学期的学习中本组组成员平时密切联系，经常就课题中出现的问题进行讨论， 在讨论中不仅使问题得到了解答，还使各自的知识得到了补充，知识面得到 拓展，这都是在课内难以获得的，由于在研究过程中需要用软件构建模型进 行求解

17、，使两成员使用软件的能力得到很大提高了。在数据计算和分析过程 中偶尔会出现计算结果使机构安装不上，组员经过反复的尝试。在这反复的 求解中培养了耐心，以及遇事不骄不躁的良好习惯，这将使本组成员终身受 益。 16 5.3 致谢致谢 本文是在王老师的悉心指导和热情鼓励下得以完成的。从课题的选题、 实施到论文的撰写无不凝结着老师的心血，正是由于导师在学术上无私的指 导和帮助使本课题得以顺利完成。王老师老师严谨的治学态度勤勉的工作精 神渊博的知识和敏锐的洞察力以及对学生言传身受亲切热情的态度使学生受 益终身，老师那份对事业的执着精神将永远激励着学生不懈地去攀登科学的 高峰勇敢地去接受具体的实践中将要面临

18、的任何挑战在此本组成员谨向敬爱 的王老师老师致以最诚挚的谢意和祝福！ 同时感谢机械工程学院为学生提供了课题研究的平台，感谢 11 级机设同 学陪伴我们走过这一期，感谢他们在其中给予我们许多有力的帮助和真诚的 鼓励。 17 参考文献参考文献 1 谭雪松. Solidworks 机械设计.北京：人民邮电出版社，2008. 2 段建中. Solidworks 机械设计实战教程.北京：电子工业出版社，2009. 3 谢进.机械原理.北京：高等教育出版社，2010. 4 李增刚.ADAMS 入门详解与实例.北京：国防工业出版社，2009. 5 邱宣怀.机械设计.北京：高等教育出版社，1997. 6 上滑道车库门通用技术条件(讨论稿).中国建筑金属结构 2002,9:7 12. 7 杜菲,张新.基于 MCGS 组态软件的自动车库门控制系统设计J.起重