课程设计技术总结报满分版

“如履平地”爬楼梯小车技术总结报告学院：机械工程学院项目名称：“如履平地”爬楼梯小车小组成员：张鹏鹏、武怀宇、邢举学、李小龙摘要爬楼梯，尤其是在有负荷的情况下爬楼梯是人们在日常生活中面临的很大的问题，当人们搬着重物爬楼梯的时候时常会感到力不从心，这时候人们便希望有一种产品能够帮助他们在载物爬楼梯的过程中“如履平地”。我们的项目就是为了帮助人们解决这个难题，满足人们生活中的需求。“如履平地”爬楼梯小车是采用传统的行星轮装置实现小车在楼梯间平稳地行走，同时采用棘轮机构对小车的逆向及顺向行走实现意外情况下的自锁。本项目主要采用理论分析与仿真分析相结合的研究方法，对设计的爬楼梯小车的性能及应力进行了详细精密的计算，分析。首先小车的设计基于严格的理论基础，并对它进行了理论分析，计算了在设计尺寸下它是否能承受预定的载重，并且对它的受阻情况进行了模拟计算，经理论分析后，“如履平地”爬楼梯小车满足基本的需求，但是在极限情况下，它是否依旧满足条件呢，这就需要我们进行受力的仿真分析，本项目采用Solidworks中Simulation分析部分，对在受力情况下小车轴以及棘轮的应力情况进行了分析，经模拟受力情况下，小车的轴以及棘轮在极限情况下均满足力学条件。通过本项目的研究，我们希望能够帮助人们解决爬楼梯过程中的面临的难题，实现在爬楼梯过程中的平稳行走，同时能够更加省力，尽量减少行走阻力，使人们能感到更加舒适，轻松。希望经过我们的努力，把这种爬楼梯小车推向市场。目录1.绪论 图1。2.1.3轮架部分小车含有左右共两个轮架，每个轮架由三根互成120°角的臂杆固结而成。轮架中心出有一孔结构，用以安装中心轴。在臂杆的末端各有一孔结构，用以安装与行星轮连接的轴。2.1.4行星轮图SEQ图\*ARABIC图SEQ图\*ARABIC22.1.5棘轮棘轮是该产品设计中的创新点。在爬楼梯的过程中，面临的一大问题就是容易倒转。但安装棘轮可以有效避免倒转现象的发生。棘轮安装在中心轴上，棘爪安装在拉杆上。小车只能向上运动，当下滑时棘轮会产生自锁。如图3所示。2.2整体工作流程如图4所示，“如履平地”爬楼梯小车的工作流程：首先是根据楼梯的高度差与轮架的高度相比较，判断小车是否能顺利的爬过楼梯，如果能够满足要求，那么开始行走；如果不能满足条件，则必须要调节行星轮与轴线的距离，即轮架的长度，轮架长度的调节采用手动，类似与雨伞的自动扣结构，用力一拉轮距便会伸长，而在受力情况下由于它处于稳定状态，因此并不会缩短，要想缩短必须要给一个垂直与杆方向的力。它可以满足楼梯高度差之后，则小车便开始爬楼梯。在上楼梯的过程中，人们可能会由于太累或者不小心而松力，这样普通的小车便会有向下的趋势，而“如履平地”爬楼梯小车则由于中心轴线上的棘轮机构，实现自锁功能，有效的避免了意外的发生。当然了，在下楼的过程中，通过一个手刹可以改变棘爪的方向，这样同样可以避免下楼的过程中意外的发生。图42.3研究方法图4①在机构的设计中采用功能分析的方法，确定机构各尺寸关系间的约束关系。②运动学分析：建立合理的运动学模型，从而对不同运动阶段进行分析。③运动学仿真与分析：在爬楼梯越障的运动学模型基础上，改变机构相关尺寸进行仿真分析，从而得到最优解。④对机体质心及其稳定性进行分析，选取合适参数做仿真，得到最优解。⑤介绍了爬楼梯小车结构实现方法，从传动设计、零件组成及选用，从设计方面对爬楼梯小车的结构进行了详细说明。⑥机构动力消耗问题的研究。⑦设计的机构在模态环境和非模态环境下使用情况的对比，验证其适应性。2.4理论分析2.4.1托盘受力分析托盘结构相当于悬臂梁，采用合金钢管40Cr，力学特征如下图5：图图6实际结构如上图6所示。最大载重为50kg，杆长为500mm（实际尺寸为450mm），则作用点位于中心250mm处。外径为50mm，壁厚为4mm，计算杆的受力情况。（弯曲正应力[σ]=250MPa）计算：σ=Mmax/WzMmax=50*10*250*10-3=125N.mWz=П/32*D4（1-α4）=6.13*10-7σ=Mmax/Wz=125/6.13*10-7=203MPa<250MPa=[σ]托盘满足弯曲应力条件。2.5仿真分析该项目的仿真分析主要应用的是solidworks2010这款软件，作品如图1。图SEQ图\*ARABIC12.5.1设计步骤第一步，我们对零件的尺寸进行的大致的设计，确定零件尺寸的区间为下一步建模做准备。这是我们产品中最主要的三角行星架的设计图纸。（图X）图SEQ图\*ARABIC2第二步，根据已有的尺寸对产品进行三维建模，并根据相互之间的几何关系确定一些相配合的尺寸值。这是该产品中防止小车倒退的棘轮机构的三维设计图（图3）和实际产品中的棘轮结构效果图（图4）。图SEQ图\*ARABIC3图SEQ图\*ARABIC4第三步，对产品中的关键零件和构件进行实际受力模拟以及分析，从而确定零件的材料以及最经济合理的尺寸。2.5.2产品使用具体工况：产品基本尺寸（折叠）（mm550*300*450产品基本尺寸（展开）（mm550*600*900最大载重量（kg）1002.5.3应力状态分析：产品在最大载重的情况下，我们选用安全因数=3，对产品的几个主要受力零件以及构件进行了受力分析。1.首先是最主要的受力零件三角行星架的静态应力图（图5）。材料为20MnCr5合金钢。图SEQ图\*ARABIC5三角行星架静态应力图2.第二个是支撑轮子的支架的静态应力图，材料为AISI4130钢，正火温度为870 屈服强度为460Mpa。图SEQ图\*ARABIC6轮子支架的静态应力图3.连接轮子与轮子支撑架的轴的静态应力图。材料为AISI4340钢屈服强度710Mpa.图SEQ图\*ARABIC7连接轴的静态应力图4.棘轮以及棘爪的静态应力分析。采用的材料为20MnCr5合金钢。2.5.4分析结论在安全因数=3的条件下，该产品的主要受力零件均满足强度条件，经过优化的尺寸均能在许用载荷下正常工作。3结论通过对现有国内外爬楼梯装置资料的查阅，我们对爬楼梯装置有了一个全面的了解，在对比各个不同机构的优劣之后，我们优先选用了传统的行星轮机构来实现小车的爬楼梯过程，其中不仅考虑了材料价格，消费偏向，性价比等问题，而且考虑到了最广大人们的需求，我们用尽可能低的成本来实现最多的功能。在整个设计过程中，我们对爬楼梯小车的设计，从二维图到三维图，从理论分析到仿真分析，辩证地分析了不同的方案，对它的可行性进行了认真的思考和激烈的讨论，采用科学的设计流程，实现了产品的工程化设计。现在的小车可以解决不同高度的楼梯差的爬行问题，而且运行平稳，可以运载易碎的产品，这是其它的产品所不能的。整个小车质量轻盈，而且可折叠十分便携。并且造价低，适合的各个消费群体使用，增加的棘轮机构可以实现小车在上升过程中的倒转问题，而手刹可以轻易的在上下楼梯间切换。4.参考文献[1]郑文纬，吴克坚.机械原理机械(第