【JX16-35】高越障性移动车辆的设计与研究(二维+三维+论文)

【JX16-35】高越障性移动车辆的设计与研究(二维+三维+论文)

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【JX16-35】高越障性移动车辆的设计与研究(二维+三维+论文),JX16-35,【JX16-35】高越障性移动车辆的设计与研究二维+三维+论文
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JX16-35 【JX16-35】高越障性移动车辆的设计与研究二维+三维+论文
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【JX16-35】高越障性移动车辆的设计与研究(二维+三维+论文),JX16-35,【JX16-35】高越障性移动车辆的设计与研究二维+三维+论文
内容简介:
46高越障性移动车辆的设计与研究设计科研立项课题本毕业设计的目标是设计一种具有高越障能力的移动车辆,可通过调整自身结构,适应复杂工作环境,从而提高野外生存能力。合1.5A0以上图纸及设计论文自由度简单设计,尽量不用控制部分,障碍物可以自己假设,让机器人简单,前期用Proe做大体模型,在论文中展示,论文要求30到40页。摘 要本设计是一种高越障性移动车辆的研究,其中核心部分即为多地形越障车用轮组,要求其不仅能在平坦的路面上全方位运动,而且具有一定的越障能力。在设计中,选择了由动力装置带动驱动轮系运动,转向装置带动轮系进行转向的运动方案,分析了越障车轮组的工作原理,算出了理论越障高度,对其中的圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、链传动、中心轴及轴承等进行了设计,并对需用到驱动离合器、转向离合器、制动器等进行了合理选用。为保证车轮组行驶速度,越障高度,负载能力等,对各个传动结构中的零件进行了校核,对轴上安装零件进行了合理定位,保证了结构设计应达到的要求。 关键词:越障,车轮组,齿轮传动 39AbstractThe design is a high avoidance of moving vehicle research, which core part is multi terrain obstacle for vehicle wheel group, ask for not only can in the flat on the road full range of motion, but also has a certain ability of obstacle surmounting.In the design, select the by the power device drives the driving gear train movement, steering gear driven wheel steering scheme, analysis the working principle of the obstacle surmounting wheel group, to calculate the theoretical obstacle height, of the cylindrical gear drive, bevel gear drive, chain drive, a center shaft and bearing design, and required to drive clutch, a steering clutch, brakes and other reasonable selection. In order to ensure the wheel set speed, obstacle height, load capacity, check the parts of each transmission structure, of shaft installation parts were reasonable position, to ensure that the structure should be designed to meet the requirements of. Key Words:The obstacle, wheels, gear transmission目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论61.1 选题的背景、目的和意义61.2 与课题相关的国内外研究现状与发展趋势61.2.1 新型越障车辆在太空探索方面的应用61.2.2 新型越障车辆在运用装备更新方面的发展71.2.3 越野车辆的改装71.3 现代战争对越障车辆的总体要求81.4论文研究主要内容9第2章 越障小车总体设计112.1越障小车总体方案设计112.1.1 设计要求112.1.2 越障车总体方案112.2越障高度的分析132.3选用电机型号14第3章 越障车轮组结构设计163.1 圆柱齿轮传动设计163.1.1 选择齿轮的精度等级、材料163.1.2 按齿面接触疲劳强度设计163.1.3 确定齿轮传动主要参数173.1.4 校核齿根弯曲疲劳强度183.1.5 齿轮结构设计193.2 中心链轮传动设计203.3 转向链轮传动的设计233.4 圆锥齿轮传动设计263.4.1 选择齿轮材料,精度等级和齿数263.4.2 齿面接触疲劳强度设计273.4.3 确定主要参数和几何尺寸273.4.4 校核齿根弯曲疲劳强度283.4.5 圆锥齿轮结构设计与绘制零件图293.5 中心轴设计303.5.1 选择轴的材料,确定许用应力303.5.2 初估轴的最小直径303.5.3 轴的结构设计313.5.4 轴的强度校核333.6 轴承的选用与校核353.7 轴上键的选用与强度校核36第4章 结论37参考文献38致 谢39 第1章 绪论1.1 选题的背景、目的和意义近年来,地震、洪水、泥石流等各种自然灾害频繁发生,给人们的生产生活带来了巨大的灾难,然而抢险救灾工作却往往由于设备技术等因素的影响受到很大的限制。比如在地震灾区,路面条件十分恶劣,很多普通的救援车辆无法开进;又比如在洪涝灾害地区,很多救援物资需要拥有两栖浮渡能力的车辆才能运送到达。因此,在抢险救灾过程中,研制出一种具有极高的越野机动能力和高速两栖浮渡能力的越障车辆具有很大的现实意义和实用价值。无论是在科考队的野外勘探还是在部队的野训侦查过程中,总是难免遇到一些坑坑洼洼的恶劣地形,严重影响了车辆的正常行进。比如在“三江源头科学考察”中,科考队的越野车均被阻隔在青藏高原的复杂地形中,考察队员只能徒步前进,影响了考察的进度。因此,在野外侦查过程中,拥有一辆具有极高的越野机动能力和高速两栖浮渡能力的越障车辆具有很大的科研及军事价值。1.2 与课题相关的国内外研究现状与发展趋势本课题主要是要研究论证一种新型的越障车方案的可行性。目前,国内外对越障车辆的研究涉及到太空探索、军事装备更新及越野车辆改装等各个方面,新研究的越障车型包括各种登月车、探月车、行星车、军用重型越野车等等,并且取得了一系列成果。1.2.1 新型越障车辆在太空探索方面的应用自20世纪60年代美、前苏掀起月球探测高潮以来,各国科研机构相继研制出诸如轮式、腿式、轮腿式、履带式等各种型式的行星探测车移动系统。每种型式的移动系统都有其自身的优点与不足,其中腿式结构的适应能力最强,但效率最低;履带式结构的越障能力较强, 但是效率也不高,且体积和重量较大;只有轮式移动系统因其效率高、易控制等特点成为研究最多、车型最全、应用最广的一类行星探测车移动系统。美国JPL在月球及行星车研制方面的成果代表了该领域的最高水平,开发的Rocky系列火星车均采用被动适应地形的摇臂转向架式的悬架,这种悬架适应地形不需要耗费额外的能量。因此在能量获取及其困难的太空环境中,将这种被动适应地形的悬架用于月球及行星车的移动系统是相当理想的。Rocky系列悬架被动适应地形能力较强,当行星车遇到障碍时,通过主摇臂副摇臂的转动,并借助于中间轮调整重力在各轮上的分布,从而提高车体的稳定性和越障能力。Rocky7没有实现整体质量在各轮上的均匀分配,导致各轮电动机的驱动力功率大小不一致,不能有效的利用电动机效率,造成浪费。前苏联的八轮月球车虽然实现了整车质量在各轮上的均匀分配,提高了电动机的驱动效率,但是由于月球车的八个车轮分别通过扭杆弹簧和底盘连接,导致悬架对复杂地形的适应能力不够好。国内在行星车悬架构型方面的研制尚处于起步阶段。八轮摇臂月球车、六轮铰接作用车、行星轮式探月车等各种车型相继推出,但在科研实践方面仍很欠缺。1.2.2 新型越障车辆在运用装备更新方面的发展在军用装备的研制开发过程中,越野机动性的好坏一直是衡量装备战斗力的一个重要标志。军用重型越野汽车虽然只是一种运载工具,但在各国武器装中占有极其重要的地位,发挥着十分重要的作用:一方面它大量用于牵引重型火炮,是炮兵的重要装备:另一方面它还是导弹、雷达等武器和作战器材的主要运输工具。此外各国还利用军用重型越野汽车的底盘开发了大量的轮式装甲车辆。如今,军用重型越野汽车已成为各国兵器家族中的重要成员。30年多年来,我国的军用重型越野汽车从无到有,从仿制、引进技术到自行研制,已发展了两代、若干车型,在提高部队的机动性和战斗力方面发挥着巨大的作用。1.2.3 越野车辆的改装越野车的改装与民用轿车的改装有所不同,相对后者更注重动力与速度的提升,越野车改装则把重点放在了提高其通过性,尽可能提高越野车对各种路况的适应与通过能力。普通的越野车经过正确地改装后,其越野性能都会大幅度提高,即使是我国生产的北京吉普2020,再改装后甚至也能和许多进口高档SUV车在复杂的地形中一决高下。底盘改装是提高越野车通过性能的一个最有效的途径。通常评价一部越野车的通过性能时,主要依靠这样一组数据:接近角、离去角和纵向通过角等。其次,越野车辆的改装还涉及到悬架系统、轮胎、差速器锁、平衡拉杆护板等等多个方面。因此研究越野车辆的改装方法定能对我们研究此课题起到很好的借鉴作用。1.3 现代战争对越障车辆的总体要求由于战争形式和反恐形势发生了深刻的变化,从国内到国外,从军事上到社会上,对小型车辆和特殊用途车辆的需求越来越大,比如两栖车、遥控车、空投车,又如侦察车、防暴车、巡逻车(森林、沙漠、雪地)等等。这种情况下,小型特种车辆和遥控车辆成为军内外研究的重要内容和重点课题。现代战争对轮式车辆提出的总体要求是:1、行驶里程远,运动速度高加满一次油料后,其持续行驶最远里程应满足S500公里(现代轮式装甲车的S达到600800公里),最高形式速度100公里/小时。而实际中,一般都以给定路面条件下的平均速度来衡量,它是车辆机动性能的综合评价指标。平均速度不仅与车辆的最大速度 有关,还和车辆动力性能,越野性能以及工作可靠性有关。平均速度通常依靠实验统计以及比较方法取。2、 具有通过各种路面与水障碍的越野能力在此对轮式装甲车的行动装置和两栖性能提出了较高要求。一般为:单位压力爬坡角度最低稳定行使速度2km/h克服垂直障碍高度1000mm最小转弯半径=36m接近角、离去角45, 45纵向通过半径4m涉水深度1.82m浮度=610km/h3、重量轻重量轻可以减少接地角压力p,提高单位功率(吨功率),改善动力性和通过性。还可以减少油料消耗,增大行使里程。对提高两栖性也大有益处。尤其是在空运和空投时,必须满足其重量限制要求。如空运时,要求轮式车辆总重量不能超过20吨;而在空投时,则车重不能超过16吨。4、选用成熟技术,降低制造成本轮式装甲车的结构与民用汽车之间有较密切的联系,设计中应尽可能选用现有大批量生产的民用卡车部件,或军用越野车零部件,制定出合理的轮式装甲车型谱。5、工作可靠耐久对轮式车辆的可靠性要求比对履带式车辆的要求高一些,虽然轮式装甲车可在民用汽车部门或厂家选用成熟相关技术和零部件,但是由于工作环境不同,所以其寿命不能与民用车相比。一般要求,轮式装甲车辆在行驶4万公里之后,应有90%的车辆不出现机件损坏故障。(履带式车辆在行驶8000公里后,要求90%车辆不出现损坏故障)。目前,国内外、军内外军用车辆的推进系统,不论是单流传动系统还是双流传动系统,不论是自动换挡还是托运换挡,采用的是纯机械式或液力液压机械复合传动方式,虽然传动效率不低,但其传动系统结构复杂,控制难度大,车内空间小,操纵费力,而且维修备件储备量极大,换件费时耗力,影响了整体战斗力的发挥。要克服这些问题,就需要进一步改进车辆的传动技术。作为现代战场倍受青睐的两栖遥控车,也是车辆研究领域的重点课题,这是一种由人在车外远距离进行驾驶操纵控制的军用两栖车辆,是具备初级智能的无人车辆,受控于远程控制台。遥控车辆要求车辆操纵灵敏、控制容易、动作准确、平台平稳。目前已研制的遥控搭载平台,多是机械传动车辆,在控制、操纵和及时性、准确性上都存在不尽如意的地方。现在, 铰接式车辆结构应用不仅在土方机械上随时可见, 在矿山、林业、农用、军用车辆上也相当普遍。美国通用汽车国防研究室在登月车辆研究中,专门研制过几种模型车,采用了铰接式的结构,以提高车辆适应地形的能力。1.4论文研究主要内容设计一种高越障性能的小车。通过设计一套合适的越障车轮组件,使车辆满足正常行驶、转向、越障等要求,从而达到课题预期的要求。1、完成总体结构方案设计。根据车辆设计要求和目标,结合车辆的性能特点,对车辆的整体布局进行论证设计,比较不同的方案,确定理想的方案形式;2、零部件的选取;通过计算相关的功率匹配,选择合适的零部件,使其满足整车的行驶需求;3、传动部分三维造型。利用SOLIDWORKS软件,对传动部分结构进行三维造型,比较不同结构方案的优缺点;4、关键部件校核。根据小型车辆的基本设计要求,选择合适方案对关键部件进行校核;5、撰写设计说明书。第2章 越障小车总体设计2.1越障小车总体方案设计2.1.1 设计要求比较现有越障装置,综合分析其各自优缺点,见下表2-1所示。表2-1 典型移动机构的性能对比表经分析,设计的越障装置要解决的几个基本问题:1. 越障机构在越障过程中的稳定性是影响其实用安全性的重要指标;2. 使用安全性;3. 对于越障机构,如何实现平地模式与越障模式之间的平滑切换也是重要的问题。2.1.2 越障车总体方案经综合分析,本课题确定采用越障优势较强的轮式机构。越障车辆要求具有在平面行驶和越障的功能,当然也具备转向避障和良好的行走线性轨迹。本论文设计的轮组式越障小车的整体结构由两部份组成,包括位于机器人中间部位由四个轮组驱动的主车架,以及轮组机构。图 2.1给出了越障车轮组的结构图。 1-电机;2-框架;3-车体;4-制动器;5-大圆锥齿轮;6-转向锥齿轮;7-传动链轮;8-转向链轮;9-转向离合器;10-中心轴;11-转臂;12-车轮;13-小链轮;14-中心链轮;15-驱动离合器;16、17-啮合齿轮图2-1 越障车轮组结构本结构有三套全方位越障车轮组组成,包括动力装置、车轮组和驱动轮系。动力装置由额定功率为100W的电机1、啮合齿轮16、17、驱动离合器15、转向离合器和转向传动装置组成。驱动轮系由转臂11、小链轮13和中心链轮14组成。小链轮13分别与每个车轮组上相应的三个车轮12固定连接。三个车轮12的轴线呈等角分布。框架2上安装中心轴10,中心轴上设有驱动离合器15、转向离合器9、转臂11和中心链轮14.当驱动离合器15闭合、制动器4制动,转向离合器9脱开时,且路面对车轮作用力变化的情况下,驱动轮系亦相应转化成定轴轮系或行星轮系。如果当路面平坦时,有两个车轮12同时着地,由转臂11、小链轮13和中心链轮14组成的驱动轮系构成定轴轮系。在电机1的驱动下,车轮组以滚动方式前进或后退,最大移动速度为11。而当前进的车轮遇到障碍时,前轮静止不动,此时定轴轮系自动转化为行星轮系。在电机1的驱动下,转臂11带动其余两个轮子12绕前轮的中心轴回转,而当要作转动时,驱动离合器15脱开,制动器4脱开,转向离合器9闭合,电机1的驱动力通过啮合齿轮16、17传送到安置在中心轴10上的转向链轮8,并通过链条和传动链轮7驱动转向锥齿轮6,使框架2相对于车体3进行转动。该种结构的优点有: (l)平顺的行驶能力。小车在平地行驶时,由于其结构上的特点,任意时刻都有两个小车轮接地,利用轮组的定轴轮系传递动力,使小车轮快速的前进,其效率与普通轮式驱动车辆相同。当遇到可跨越的障碍时,轮组演变成翻滚前进。 (2)可靠的越障能力。越障小车越障时,小车轮驱动电机停止,减速器形成自锁功能,使轮辐电机驱动轮组翻滚时,轮组中心齿轮不转动。这使得在越障过程中,小车轮不会发生滚动,使得运动方位的控制得到精确的保证。这一优点对小车越障控制尤其重要。 (3)控制方式容易实现。任意时刻车体左边两个车轮组接地小车轮和右边两车轮组接地小轮分别具有相同的转速,这样就能准确控制移动车辆的行走状态。 (4)车体的转弯容易实现。通过传感器检测出障碍物超过越障范围时,机器人需要采取避障的措施。根据运动学分析,小车能实现自转、直线前进、圆弧前进三个基本运动单元,所需的转弯半径即为车身宽度。 (5)结构简单,几何通过性更好。轮组结构小车的体积及占地面积仅相对于四个独轮驱动的越野机器人。其姿态的控制相对简单,只需在两种不同功能的驱动电机之间切换。 此外,为满足越障的要求,传感器技术、计算机控制技术必将越来越多地应用到越障装置中,从而提高装置的自动化程度以及使用安全性、舒适性。伴随机器人控制技术的发展,移动机器人的大量技术如计算机视觉、机器人导航和定位、模式识别等也将被运用到越障装置中,使其朝着智能化的方向发展。多功能越障装置将融合机械、控制、传感器、人工智能等技术于一体,逐渐跨入服务机器人的行列。2.2越障高度的分析当前进的车轮遇到障碍时,前轮静止不动,此时定轴轮系自动转化为行星轮系。 在电机的驱动下,转臂带动其余两个轮子绕前轮的中心轴回转,其工作原理如图2-2所示。图2-2 越障车轮组越障工作原理图越障车轮组跨越障碍的极限高度,为悬在最上空的车轮的中心线在障碍物顶部之上,按照理论计算,其攀越高度应满足以下几何关系 (2-1)越障高度示意图如图2-3所示。 图2-3 轮系越障高度示意图2.3选用电机型号路面行驶速度v =10m/min=0.17m/s,由于车轮攀越障碍高度h 110mm,初步确定车轮直径D=150mm,所以车轮转速 =601000/=21r/min。推荐圆柱齿轮传动比=35,链传动的传动比=1/51/2,则合理总传动范围为=0.62.5。初步确定电动机转速=(0.62.5)21r/min=12.652.5 r/min。所以,确定伺服电动机的功率100W,转速为15r/min50r/min。本设计选用三洋伺服电动机,型号为P50B04010DXS1J,功率为100W转速为15r/min50r/min。当车轮在平坦的公路上行驶时:取小齿轮的转速=24r/min,齿轮传动比=3,链轮传动比=0.4.则大齿轮的转速=8r/min中心链轮的转速=8r/min小链轮的转速=20r/min所以确定车轮转速=20r/min。确定车轮直径D=159.2mm。第3章 越障车轮组结构设计3.1 圆柱齿轮传动设计3.1.1 选择齿轮的精度等级、材料传递功率=100W,齿轮传动比=3,考虑到电动机的功率较小,故大小齿轮都采用软齿面,材料均选用45钢,小齿轮调质处理,硬度240HBS,大齿轮正火处理,硬度190HBS,齿轮按7级精度制造。取小齿轮 =24,大齿轮3.1.2 按齿面接触疲劳强度设计1初选载荷系数=1.32小齿轮传递转矩 = = 3选取齿宽系数 由文献【3】表10-7取 4弹性系数由文献【3】表10-6得=189.8MPa5节点区域系数=2.56接触疲劳强度极限=590Mpa, =410Mpa7接触疲劳强度安全系数,取=18计算许用接触应力590Mpa 410Mpa取410Mpa9计算小齿轮分度圆直径 =77.3mm10算圆周速度 =3.1477.324/(601000) =0.10m/s根据/100=0.1024/100=0.024m/s.由文献【3】图10-8,取动载系数=1.01,直齿轮传动,齿间载荷分配系数=1由文献【3】图10-13,取齿向载荷分配系数=1.23所以:与初选不符,需修正小齿轮分度圆直径 由式=76.09mm3.1.3 确定齿轮传动主要参数1模数 =76.09/24mm =3.17mm按文献【3】表9-2取标准模数=3mm2分度圆直径mm=216mm3传动中心距 =144mm4齿宽 =0.472=28.8mm圆整取=29mm.=34mm3.1.4 校核齿根弯曲疲劳强度按下式进行齿根弯曲疲劳强度,校核公式为 1齿形系数 取=2.65, =2.232应力修正系数YSa 由文献【3】表10-5取=1.58, =1.763弯曲疲劳强度极限由文献【3】图10-12取=440Mpa,=340Mpa4弯曲疲劳强度寿命系数由文献【3】图10-18查=1 =15弯曲疲劳强度安全系数=1.46计算许用应力, 由式 =314Mpa =243Mpa7校核齿根弯曲疲劳强度 = =65.96Mpa =61.8Mpa所以, 满足弯曲疲劳强度要求。3.1.5 齿轮结构设计小齿轮:分度圆直径=72mm 齿顶圆直径=78mm 齿根圆直径=64.5mm 孔径=40mm大齿轮:分度圆直径=216mm 齿顶圆直径=222mm 齿根圆直径=208.5mm 孔径mm式中齿顶高系数,国家标准规定,取正常齿制=1 顶隙系数,国家标准规定,取正常齿制=0.25 绘制圆柱齿轮机构如图3-1,3-2所示。图3-1小圆柱齿轮结构图图3-2大圆柱齿轮结构图3.2 中心链轮传动设计根据要求,中心链轮使用三排链齿结构,分别与对应三个小链轮组链传动由于主动链速=8r/min,从动链轮转速=20r/min,。1. 确定链轮的齿数取中心链轮齿数=30,=0.4,则小链轮齿数2. 确定链条型号查文献【2】表10-5得,工作情况系数=1.0查文献【2】图10-10得中心链轮齿数系数=0.61 =0.06确定链条型号为10A,查文献【2】表10-1得相应链节距p=15.875mm。3. 计算链速=0.0635m/s4. 确定链节数初选中心距由,取初选链节数 = =101.21圆整,取链节数节5. 计算中心距=625.4mm 6. 选取链轮材料及热处理40钢,齿圈淬火,硬度4050HRC7. 计算链轮分度圆直径由计算得 =158.75mm,=61.29mm8. 计算链条工作拉力=1830N9. 校核链条的静强度安全系数 =11.914所设计链条满足要求式中:FQ为单排链的极限拉伸载荷n为链排数,其余符号意义和单位同前。10. 链轮结构的设计和绘制零件工作图中心链轮分度圆直径mm齿顶圆直径查文献【2】表10-1滚子外径=10.16mm由于=168.53mm=163.16mm所以取=166mm齿根圆直径148mm齿侧凸缘直径 =134.59mm取=134mm小链轮分度圆直径=61.29mm齿顶圆直径查文献【2】表10-1滚子外径=10.16mm由于=70.964mm =64.438mm所以取=68mm齿根圆直径=51.13mm齿侧凸缘直径 =42.79取=42.5mm绘制中心链轮与小链轮的结构如图3-3和图3-4。图3-3中心链轮零件图图3-4小链轮零件图 3.3 转向链轮传动的设计当制动器脱开,转向离合器闭合时,转向链轮与传动链轮开始运动。已知转向链轮转速,传动比,则,转向链轮传动属于低速链传动,低速链传动动载,冲击小,转向链轮齿数允许小于17(但不得少于9),且可选较大节距的链条,只需校核链条的静强度安全系数。1. 确定链条的齿数取转向链轮的齿数,传动链轮的齿数2. 确定链条型号,节距选择链条型号为08A,查2表10-1得相应链节距p=12.7mm3. 计算链速 4. 确定链节数计算中心距初选中心距取根据公式,初选链节距 =105链节数取偶,取链节数=106节计算实际中心距=514.35mm5. 计算链条工作拉力 =10000.10.97/0.042=2310N6. 选择润滑方式:人工定期润滑7. 选择链轮材料及热处理方式40钢,齿圈淬火,硬度4050HRC8. 计算链轮分度圆直径按计算转向链轮分度圆直径 9. 校核链条的静强度安全系数 其公式为=117800/2310=7.74链条满足要求。其中:FQ单排链的极限拉伸载荷,其值见文献【2】表10-1n为链排数,其余符号意义和单位同前。10. 链轮结构的设计和绘制零件工作图主动链轮分度圆直径=101.6mm齿顶圆直径查文献【2】表10-1滚子外径=7.95mm由于=108.965mm =104.977mm 所以取=106mm齿根圆直径93mm齿侧凸缘直径 =87.488mm 取=87.4mm传动链轮分度圆直径=101.6mm齿顶圆直径查表11-1滚子外径=7.95mm由于=108.965mm =104.977mm 所以取=106mm齿根圆直径93mm齿侧凸缘直径 =87.488 取=87.4mm绘制转向链轮的结构如图3-5和图3-6所示。图3-5转向链轮1零件图图3-6转向链轮2零件图3.4 圆锥齿轮传动设计3.4.1 选择齿轮材料,精度等级和齿数 小齿轮选用45,调质,硬度取230HBS,大齿轮采用45钢,调质,硬度240HBS选用7级精度,由于大齿轮转900大约需要6秒,则,小齿轮转速则。 所以取。 采用闭式软齿面传动,主要失效形式为接触疲劳点蚀,按齿面接触疲劳强度设计,按齿根弯曲疲劳强度校核。3.4.2 齿面接触疲劳强度设计 1试选载荷系数 2小齿轮传递转矩 3选取尺宽系数 =0.25 4弹性系数 5节点区域系数 6接触疲劳极限 由文献【3】图10-6, 7接触疲劳强度寿命系数,按无限寿命计算取 8接触疲劳强度安全系数 9许用接触应力 取 10计算小齿轮分度圆直径=42.66mm 11根据零件结构尺寸,初步确定小圆锥齿轮的分度圆直径为mm3.4.3 确定主要参数和几何尺寸1确定模数, mm,取标准值=5mm2分度圆直径 mm mm3锥距210mm4 齿宽 mm, mm 5分度圆锥角 3.4.4 校核齿根弯曲疲劳强度1当量齿数 2齿形系数,由文献【3】中表10-7查得 3应力修正系数,由文献【3】中表10-7查得 4弯曲疲劳强度极限,由文献【3】中图10-7得 5弯曲疲劳强度寿命系数,由文献【3】中图10-9得, 6弯曲疲劳强度安全系数,取 7计算许用弯曲应力 8校核齿根弯曲疲劳强度 =40.8 因此所设计齿轮满足弯曲疲劳强度。3.4.5 圆锥齿轮结构设计与绘制零件图 小齿轮:分度圆直径mm 齿宽mm 齿顶高mm 齿根高mm 齿顶圆直径 =134.5mm 齿根圆直径=113.6mm 大齿轮:分度圆直径mm 齿宽mm 齿顶高mm 齿根高mm 齿顶圆直径 =403mm 齿根圆直径 =396.4mm绘制圆锥齿轮结构如图3-7和图3-8。图3-7圆锥齿轮1结构图图3-8圆锥齿轮2结构图3.5 中心轴设计3.5.1 选择轴的材料,确定许用应力选用45钢,正火处理,查表15-2取查表15-7取3.5.2 初估轴的最小直径由文献【2】表15-5查得A=110,按式计算 = =25.3mm轴的右端直径为最小,其上安装转向轴承,取3.5.3 轴的结构设计1.径向尺寸的确定从轴段开始,从右到左,逐段选取相邻轴端的直径,如图3-9所示。图3-9轴系结构草图轴段上安装转向离合器,取=40mm,轴段与轴承配合,取=45mm,其上轴承型号为7209C,轴段与轴承配合,取=50mm,其上轴承型号为6010,相邻轴段取=53mm, 上安装中心链轮,也于轴承配合,取=55mm,其上轴承型号为6011,上安装驱动离合器,取=60mm,上安装齿轮,取=50mm,上安装轴承,取=45mm,其上轴承型号为7209C。现列出与轴承配合的轴段上的轴承的型号如表3.1所示。表3.1各轴段上配合轴承的型号尺寸轴段直径 轴承型号 轴承内径d 轴承外径D 轴承宽度B=30mm6006 30 55 13=40mm - - - -=45mm6009 45 85 19=50mm6010 5080 16=53mm - - - -=55mm6011 55 90 18=60mm - - - -=50mm - - - -=45mm600945 85 192轴向尺寸的确定绘制中心轴的结构如图3-10所示。图3-10中心轴零件图由大齿轮的设计知,大齿轮的齿宽为=29mm,轮毂宽度=34.543.5mm,取=36mm,取轴段=35mm,轴段=55mm,轴段=30mm,轴段上安装中心链轮取=50mm,取=70mm,轴段上与轴承配合,取=50mm, 取=63mm, 上安装转向离合器,则取=52mm,轴段上安装一对轴承,取=25mm.综上所述最外两轴承中心间的跨距L=396mm。3.5.4 轴的强度校核 1计算齿轮受力 大齿轮分度圆直径=216mm转矩=115782N.mm 齿轮切向力=1072N 齿轮径向力=390N 2绘制轴的受力简图由与中心链轮上链条对轴的压力,三力平衡,可忽略其对轴的压链轮上轴承对轴的支承力,转臂上轴承对轴的支承力也可忽略。如图3-11所示。 3计算支承反力(如图2-11b和2-11d) 水平平面=864N =2766N 垂直平面N N4绘制弯矩图水平弯矩图(如图3-11c)b截面N.mmc截面=180108N.mm垂直平面弯矩图(如图3-11e)=69210N.mm合成弯矩图(如图3-11f) N.mm5绘制转矩图(如图3-11g) 转矩=115782N.mm6绘制当量弯矩图(如图3-11h) 单向运转,转矩为脉动循环 N.mm b截面N.mm图3-11轴的强度校核c截面N.mm a截面和d截面 N.mm7.分别校核b和c截面 mm mm而实际直径分别为50mm,45mm,强度足够,则该轴的结构设计无需修改。8.绘制轴的零件工作图 轴的各轴段直径的尺寸公差:配合轴段直径(如轴承、齿轮,离合器等)可根据配合性质决定;非配合轴段轴径为未注公差。各轴段长度尺寸公差通常均为未注公差。为了保证主要工作段的同轴度及配合轴端的圆柱度和径向跳动,两项形位公差需综合表示。3.6 轴承的选用与校核轴承类型的正确选择是在了解各类轴承特点的基础上,综合考虑轴承的具体工作条件和使用要求进行的。选择时,主要考虑如下因素:1.轴承所受的载荷2.轴承的转速3.调心要求4.允许的空间5.安装与拆卸6.公差等级7.价格在符合轴径尺寸和低于极限转速条件下,选择深沟球轴承,角接触球轴承,圆锥滚子轴承进行比较。由于本设计越障车轮组中心轴及其它轴的转速和承载的载荷均不大,再考虑轴承成本价格,所以在轴承的选用上,大多选用深沟球轴承,只在框架支承轴径处采用角接触轴承,在车体上的轴径处选用圆锥滚子轴承。本实用越障车轮组功率和转速均很小,且承受的径向载荷和轴向载荷也很小,故不用校核。3.7 轴上键的选用与强度校核轴与轴上转动或摆动零件(如齿轮、链轮等)轮毂之间的连接称为轴毂连接,本设计中用到的键连接就是轴毂连接的一种形式,其主要作用是实现周向固定。本次设计中,主要选用普通平键连接。在中心轴上齿轮段选取普通平键=161028驱动离合器段选取普通平键=181130转向离合器段选取普通平键=12820。 以齿轮段的普通平键为例,校核其强度。设载荷沿键长均匀分布,则挤压强度条件为式中T为传递的转矩,N.mm;为轴的直径,mm;为键与轮毂的接触高度,;为键的工作长度; 较弱材料的许用挤压应力,Mpa ,其值查文献【3】图10-12得。故该键的强度足够,选用合理。第4章 结论本设计的链式越障车轮组,是通过动力装置、转向装置和驱动轮系来实现全方位运动和越障的。我们设计时先确定了电机的转速和功率,然后进行圆柱齿轮传动设计,中心链轮传动设计,转向链轮传动设计,圆锥齿轮传动设计,中心轴设计等。在齿轮设计、链轮设计中,选择了最优传动比,然后在计算各传动结构的转速和功率,最后确定各结构的基本尺寸,设计时,应尽量使车轮组结构紧凑,易于实现,且具有一定的工程应有价值。在中心轴设计中,对各轴上安装的结构零件进行了轴向和周向固定(如齿轮,链轮的定位)。另外,齿轮、链轮、轴承都会对轴产
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