（毕业设计全套）履带式搜救机器人机械结构设计（打包下载）㊣精品文档值得下载

使用系数动载系数齿间载荷分配系数齿间载荷分布系数。

由机械零件可查得取根据.，可得查机械零件可得故。

由机械零件得齿形系数，得齿形修正系数许用应力的计算由机械零件得安全系数.，故。

因此弯曲疲劳强度，故弯曲疲劳强度足够。

齿轮副计算载荷系数由机械零件查得，根据.，对称支撑由机械零件取得，故。

查得齿形系数应力系数许用应力的计算由机械零件得由机械零件得由机械零件取弯曲疲劳强度安全系数.因此弯曲疲劳强度所以弯曲疲劳强度足够。

低速级齿轮强度的验算由于该行星轮传动具有长期有效间断工作的特点，具有结构紧凑，外轮廓尺寸较小的特点，因此应按齿面接触强度和齿根弯曲强度验算。

齿面接触疲劳强度的校核由公式可验算式中区域系数弹性影响系数螺旋角系数，直齿轮为重合度系数齿宽，齿轮副中的较小齿宽小齿轮分度圆直径许用应力齿数比齿轮副中许用接触应力的计算由机械零件查得选取安全系数故又查得由于螺旋角，由机械零件得直齿轮螺旋角系数重合度系数齿宽.故。

故满足强度要求。

齿轮副中许用接触应力的计算由机械零件查得选取安全系数故又查得由于螺旋角，由机械零件得直齿轮螺旋角系数重合度系数齿宽.故。

故满足强度要求。

齿根弯曲疲劳强度的校核由公式可验算式中齿根危险截面的弯曲应力载荷系数齿形系数应力校正系数。

齿轮副计算载荷系数式中载荷系数使用系数动载系数齿间载荷分配系数齿间载荷分布系数。

由机械零件可查得取根据.，可得查机械零件可得故。

由机械零件得齿形系数，得齿形修正系数许用应力的计算由机械零件得安全系数.，故。

因此弯曲疲劳强度，故弯曲疲劳强度足够。

齿轮副计算载荷系数由机械零件查得，根据.，对称支撑由机械零件取得，故。

查得齿形系数应力系数许用应力的计算由机械零件得由机械零件得由机械零件取弯曲疲劳强度安全系数.因此弯曲疲劳强度所以弯曲疲劳强度足够。

轴的设计及校核．选择轴的材料，确定许用应力根据工作条件选择轴的材料为钢，调质处理，由教材表查得。

．按扭转强度估算轴径根据机械零件取，故得.。

输出轴的最小直径是安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔相适应，故需同时选取联轴器型号。

按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件，为了隔离震动与冲击，应选用微型弹性联轴器，选用德国公司品牌的系列的微型无齿隙弹性联轴器轴套材质为铝式，加紧式轴套，无键槽，传递扭矩取决于轴径，轴径范围为，联轴器长度，外径。

半联轴器的孔，故取，联轴器与轴配合的毂孔长度。

.轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，用下图所示的装配方案可取因为轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选择单列圆锥滚子轴承。

参照工作要求选择，其尺寸为。

轴承采用反装形式，用轴肩定位，轴肩高度。

.确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角，各轴间圆角半径见图。

.轴上载荷以及轴的校核图轴的弯矩扭矩图圆周力径向力.法向力水平支反力为，垂直反力当量弯矩为垂直面内，水平面内总弯矩为，轴受转矩为.最后按弯矩合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，根据以上数据及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故取，轴的计算应力所以满足的条件，故设计的轴有足够的强度，并有定裕量。

.本章小结本章通过对几种主要的减速器进行对比，结合矿用履带搜救机器人的工作环境，外型尺寸，确定所选用减速器的形式。

同时设计计算了驱动轮减速锥齿轮，通过校核满足机器人的性能要求。

移动机构履带及翼板部分设计.履带的选择由于在考虑履带装置设计时，基于标准化的思考，我们选择了梯形双面齿同步带作为设计履带，梯形双面齿同步带传动具有带传动链传动和齿轮传动的优点。

同步带传动由于带与带轮是靠啮合传递运动和动力，故带与带轮间无相对滑动，能保证准确的传动比。

同步带通常以氯丁橡胶为材料，这种带薄而且轻，故可用于较高速度。

传动时的线速度可达，传动比可达，效率可达。

传动噪音比带传动链传动和齿轮传动小，耐磨性好，不需油润滑，寿命比摩擦带长。

因为同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大等优点，所以传递功率可以从几瓦到百千瓦。

传动效率高，结构紧凑，适宜于多轴传动，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。

从以上对同步带性能的分析中可以得出结论，选用梯形双面齿同步带作为移动装置设计履带能够满足设计性能及工作的环境条件要求。

由已知后轴输出功率为即由已知设计装置移动速度，根据公式，可得主动轮转速，预先设计履带主动轮直径，履带从动轮直径，由公式，可得.。

故可以得到设计的已知条件如下传递名义功率.主动轮转速.从动轮转速中心距.确定带的型号和节距由设计功率.和，考虑到可以用双面交错梯状齿形同步带作为履带使用，由图查得型号选用型，对应节距.，图为双面交错梯状齿形同步带的结构图，双面齿同步带的节距和齿形等同与单面齿同步带的齿形和节距，图为型双面齿同步带，其两面带齿呈对称排列，图为型双面齿同步带，其两面带齿呈交错位置排列，本装置设计履带选择型。

型同步带.，.。

图梯形齿同步带，轮选型图图梯形齿形状图确定主从动轮直径为了增大摩擦力，应考虑增大履带与接触地面的有效接触面积，所以履带离地面的高度不易过大，故取履带主动轮直径，履带从动轮直径。

选择履带主动轮型号为，履带从动轮型号为，就近圆整带轮直径，查得履带主动轮直径.，履带从动轮直径.。

确定节线长度和带宽确定中心距，中心距大，可以增加带轮的包角，减少单位时间内带的循环次数，有利于提高带的寿命，但是中心距过大，则会加剧带的波动，降低带的传动平稳性，同时增大带传动的整体尺寸，中心距过小，则有相反的利弊，取带传动的中心距为。

计算所选用型号同步带的基准额定功率式中许用工作拉力，查表得.单位长度质量，查表得.线速度求解线速度由已知条件主动轮转速.带入上式得.计算主动轮啮合齿数确定实际所需带宽式中带所传递的功率.啮合系数，因，故.所以将其取为标准值额定功率大于设计功率，则带的传动能力已足够，所选参数合理。

为了减轻履带驱动装置的重量，可以选择硬铝合金作为履带主，从动轮的材料，硬铝合金主要是加入铜，镁，锰元素，故硬铝合金具有密度小，质量低，强度高，硬度高，耐热性好的优点，能够满足设计性能要求。

.翼板部分设计履带翼板是整个履带驱动装置中的基础部分，主要起支撑作用，履带从动轮，张紧轮分别安装在翼板上，所设计的机器人移动部分采用的是轮履结合式，这种机构设计使机器人具有良好的越障和爬坡能力，履带驱动部分必须能够实现在履带主动轮转动的过程中翼板也能够绕从动轮的轴线转动，即在有不同角度障碍物的情况下能够顺利越碍。

电机电池组支撑轮等零件都以前后翼板为固定支架，前后翼板的刚度直接影响着这些零部件工作状态，若前后翼板刚性较差，在受到外界冲击力的作用下易产生变形，那么将会直接导致电机安装位置产生错位，电机驱动齿轮与后同步带轮中的传动齿轮不能正常啮合甚至卡死，或者导致安装在后翼板上的承重轮不能正常支撑同步带，失去承载机器人负荷的作用。

为了实现翼板能够绕轴线中心转动，需要使用电机提供扭矩，履带驱动装置需要的扭矩越大，相同型号的电机的尺寸也越大，从经济性的考虑，应尽量减轻整个履带驱动装置的重量，所以在材料选择方面，翼板的材料应满足质量轻，高强度，高硬度，易加工的优点，综合选择，镁合金能够满足般的性能要求，所以翼板的材料选择镁合金。

.本章小结通过本章的分析，选择梯形双面齿同步带作为设计履带，确定了带的型号和节距，主从动轮直径，以及节线长度和带宽，同时也采用了翼板作为支撑，节省了材料机器人摇臂的设计.摇臂作用概述摇臂的作用是是机器人在越障时起辅助作用，使机器人受力情况改变，更加灵活的适应崎岖的环境。

主要作用为以下两点．支撑摇臂的前轮，使之能够自由滚动。

．度转动时，能够支撑起车体。

为了使与摇臂相连的轮能够自由转动，设计成输出轴上套轴承，轴承支撑车轮的形式。

为了使摇臂转动时能够支撑起车体，车体前方的输出轴是由摇臂电机经减速器输出的。

输出轴通过花键与摇臂翼板固定连接。

采用花键的原因是安装方便。

摇臂主体实际上是块钢板，形状与摇臂两个轮的形状相致，尺寸略小于轮。

前导轮安装在个短轴上，而短轴也是通过花键嵌到翼板上的。

为了使花键与翼板不发生相对错动，故当翼板安装到位后，用螺栓将翼板与花键轴连接起来。

为了增加翼板的强度刚度，在翼板外侧连接个条形挡板。

在翼板前端短轴末端用螺栓连接个挡板，用来卡住轴承。

为了使之运动平稳，翼板相连的大轮直径应该与前车轮直径相同而为了减小整机的尺寸，故该轮的宽度要比前轮宽度窄些。

这里定轮宽为，所以小轮的宽度也为。

车前轮与摇臂大轮之间的间隙为，轮是靠轴承支撑的，轴承套在减速器输出轴上。

这两个轮子的位置是通过轴承内外圈限定的，故选择的轴承需要承担较大的轴向力，所以选择圆锥滚子轴承。

由输出轴直径为，查表得选择的轴承型号是。

翼板上各零件尺寸如下翼板宽度为，花键长度为，条形挡板厚度为，最远螺栓中心长度为，通过个螺栓与翼板相连接。

图.摇臂传动减速器设计计算总传动比由电动机的额定转速和后轮输出轴轴转速可确定传动装置应有的总传动比为合理分配各级传动比级齿轮减速比为初定级齿轮减速比为，二级涡轮减速比为。

各轴的运动和动力参数选择传动精度等级的选择如表所示表传动精度等级的选择项目圆柱齿轮涡轮蜗杆滚动轴承效率.各轴转速计算轴轴轴各轴功率的计算轴轴轴各轴输入转矩的计算电动机输出转矩轴轴轴通过计算齿轮尺寸，涡轮蜗杆尺寸如下齿顶圆直径齿轮宽度分度圆直径中心距小齿轮.大齿轮涡轮蜗杆本章小结通过摇臂的设计可以增加机器人的越障跨沟的能力，同时也对减速器的结构性能进行了分析通过设计减速器主要结构尺寸已确定，最终可得出减速器的外形尺寸为长宽高总结与展望本论文提出的矿用搜救履带机器人是为了能胜任多种工作任务适应多种工作环境而研发的种小型智能移动运载机器人，论文分析了轮式履带式腿式履腿复合式等移动机构的优缺点，在此基础上提出了两履腿移动机构，该机构在复杂环境中为提高越野能力和机动能力，机器人采用履腿复合移动方式行进。

本论文重点介绍了搜救机器人总体结构方案设计矿用搜救机器人运动参数设计翼板转动结构离合器方案设计驱动轮减速锥齿轮设计和脚轮支撑轮缓冲块的设计等五方面内容。

搜救机器人总体结构方案设计。

论文从国内外履带机器人的移动方式着手，对三种常见的移动方式轮式履带式腿式在越野性能移动速度机构复杂程度控制难易程度等几方面进行了比较和分析，就研制的矿用履带搜救机器人应达到的性能指标提出了具体要求。

搜救机器人运动参数设计。

论文针对两履机器人运动特点推导出运动学方程并对机器人爬坡性能越障性能跨沟性能等运动性能从理论上进行了分析验证。

翼板转动结构离合器方案设计。

重点围绕翼板转动自适应主动适应路面减速机构离合器的方案分析，通过理论计算，结合搜救机器人的实际性能要求，确定所需离合器的主要参数。

驱动轮减速锥齿轮设计。

通过对几种主要的减速器进行