半自动负重爬楼器设计

半自动负重爬楼器设计-载人及运货结构设计摘要现如今，随着经济与科技的发展中国在科技技术方面攻下一个又一个难关，尽管如此，在半自动负重爬楼器结构制造这一方面，中国的技术水平仍与国外先进水平国家有很大差距。在此次的毕业设计意在使多功能半自动负重爬楼器（以下简称为爬楼器）可以渗入普通家庭的日常生活中。本文首先初步的设计了爬楼器的结构框架，之后又分析爬楼器结构的，计算方法和其几种方案的选择原则，根据设计准则与计算基础设计检查支架装置，并选择其主要部件。普通型半自动负重爬楼器结构由：车体、电机、辅助轮、操控单元、电池、爬升机构六个主要部件组成。简单的辅助爬楼结构已不满足于现状，半自动负重爬楼器结构逐渐向长距离、高速度、低摩擦等方向发展。在本次设计中，爬楼机结构还有待提高，但其结构设计体现了生活中的需求关系与适用范围，为后续设计工作以及改进方向提供了改良建议。关键词：半自动辅助爬楼；多功能；运动学仿真；结构设计Semi-automaticloadcrawler-structuraldesignformanandfreightAbstractNowadays,withthedevelopmentofeconomyandscienceandtechnology,Chinahasovercomeonedifficultyafteranotherintheaspectofscienceandtechnology.However,intheaspectofthestructuremanufacturingofsemi-automaticloadcrawler,thetechnicallevelofChinastilllagsfarbehindthatofforeignadvancedcountries.Inthisgraduationproject,thepurposeistomakethemulti-functionsemi-automaticweight-bearingstaircrawler(hereinafterreferredtoasthestaircrawler)infiltrateintothedailylifeofordinaryfamilies.Inthispaper,thestructuralframeworkofthecrawlerisbrieflysummarizedatfirst,thenthecalculationmethodandselectionprincipleofthecrawlerstructureareanalyzed,thebracketdeviceischeckedaccordingtothedesigncriterionandcalculationbasis,andthemaincomponentsareselected.Thestructureoftheordinarytypesemi-automaticloadelevatoriscomposedofsixmainparts:thebodyofthevehicle,themotor,thetrainingwheels,thecontrolunit,thebatteryandtheclimbingmechanism.Thesimpleauxiliarystructureisnolongersatisfiedwiththestatusquo.Thesemi-automaticload-bearingstructuregraduallydevelopstothedirectionoflongdistance,highspeedandlowfriction.Inthisdesign,thestructureofthemachinestillneedstobeimproved,butitsstructuredesignreflectstheneedsoflifeandthescopeofapplication,forthefollow-updesignworkandimprovementdirectiontoprovideimprovedSuggestions.Thestructuraldesignofsemi-automaticload-bearingclimbingdevicerepresentsthegeneralprocessofdesign,whichhascertainreferencevaluefortheselectionoffuturedesignwork.Keywords:semi-automaticloadclimbingdevicestructuretransmissiondeviceclimbing目录1前言 11.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求 11.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题 11.3本设计应解决的主要问题 31.4

国外研究现状 31.5

国内研究现状 32负重爬楼器的总体设计方案 52.1方案一：曲柄滑块装置 52.1.1曲柄滑块机构杆长计算 62.1.2传动机构受力分析 72.2方案二：滚轮 82.3两方案选择 92.4分析问题 102.5设计过程 112.5.1研究的基本思路和方法 112.5.2技术路线： 113负重爬楼器的结构设计 123.1负重爬楼器的结构设计 123.1.1半自动负重爬楼器结构的安装注意事项 173.1.2支架断面设计方案 183.2整体支架强度的计算 193.3计算车体的最大载荷 223.4支架变形度计算 233.5半自动负重爬楼器结构材料介绍及选择 253.6车轮外车胎的选择 263.7半自动负重爬楼器电动机及电池的选择 264载重机构的设计计算 274.1计算工作循环中的最大载荷 274.2轴的设计计算 284.3确定轴的最小直径 284.4轴的结构设计 294.5轴的强度计算 294.6支架轴的设计计算 305结论 31参考文献 32谢辞 33PAGE11前言辅助爬楼机是一种辅助行动不便的人群进行上下楼的设备，它具有便捷性和稳定性，用电机的传动来进行爬高、输出轴直接或者传动到另外设备而后联系起来，用来传递向上的或者升高的动力。其主要功能是在电梯不允许或没有电梯的情况下，可以使人或货物进行爬高或者平移。为了满足爬楼机器的结构框架在工作过程中，可以适用于各种不同情况的工况要求。我们采用无级变速传动和定传动比同有级传动相比，可以根据爬楼机实际情况实际环境的特定需求上，在特定范围内连续变换动力和速度，用来适应各种不同环境下的爬楼需求，载人和载货的切换基本满足了家庭的日常使用，单人操作更是增加了便携性。1.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求主要是处理考虑在执行爬楼动作时设备的安全性和稳定性这是最关键的内容，遥控设备的操作简单程度和需求者者的舒适度和载货的便捷性,第一步我们对爬楼机进行了方案设计和选择,主要包括我们设计的爬楼机，需要满足的最低技术要求，机械结构，爬楼过程，多种用法的转换的方案设计。目前老旧小区电梯覆盖率还是很低，老旧小区等安装外跨电梯存在成本高，邻里关系难以协调等问题，现在世面存在的辅助爬楼机的形式繁多，楼梯式滑轨辅助电梯：多数存在与地下通道等基础设施无电梯的楼梯边。轮式辅助爬楼机：多数用于家庭。履带式辅助爬楼机；存在于辅助机器人等。本设计目的在于便携性和单人使用能力的提高，旨在适应多种地形和楼梯，适用于家庭的搬运货物以及帮助行动不便的人群上下楼。需要达到：轻便，降低成本，便于操作，可以进行快速切换，耐用可靠等要求。1.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题爬楼机在现在城市出行中有着不可或缺的地位，在基础公共设施的不完全完善和使用率无法达到最大化的背景下，单人载人载货的设计增加了不方便出行人群的出行选择。存在的问题是：对爬楼梯机在平地操作时和爬楼升降运动下进行动力学分析,从而得到爬楼机，所需要的最大工作扭矩,根据得出的最大扭矩，我们可以设计选择出最合适的匹配驱动系统;再进行分析验证爬楼机在工况时的承载能力和稳定性;对相应的部件进行受力的分析，从而找出最优的方案,用来检查检验了小组所制造的机器再在爬楼运动过程中，的稳定性和各种参数的是否合格，具有更好的更舒适的体验和良好的操控。在货物和载人切换的可靠性分析。在降低成本的同时，如何做到更轻，更具有性价比。操作的便携性。半自动负重爬楼器诞生于1795年，历经两个世纪的洗礼后在运输行业中被广泛应用。

其发展尤为显著的是在第三次工业革命，新技术、新设备的应用的影响下半自动负重爬楼器进入了一个新纪元。

现如今，各个国家和行业的主要发展对象和技术攻关已经包含了方方面面，例如爬楼能力、爬楼距离、续航能力、经济效益等等。

半自动负重爬楼器是一种爬楼工具。其特点是利用轴的旋转带动杆的运动，从而实现的爬楼机的传递动力呈现一种较为线性高效快捷的上升模式。和半自动负重爬楼器圆管形半自动负重爬楼器。

与其他爬楼设备（如机车类）相比，半自动负重爬楼器不仅具有长距离连续爬楼的能力，而且运行可靠。其最大的优点在于易于实现自动化，可以集中控制，大大提升了爬楼效率。正因如此，高效的半自动负重爬楼器成为半自动负重爬楼器高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。在中国，被生产的半自动负重爬楼器共约1200000台。大批量、长距离、高效率已成为半自动负重爬楼器发展的大势所趋。

（1）大型化、提高爬楼能力

为了适应高产、高效、集约化生产的需要，要提高半自动负重爬楼器的爬楼能力，长距离、高带速、大运量、大功率是顺应时代发展的必然条件。在今后10

年内爬楼能力要提高到3000

～10000

t/h,带速提高至5～8mm

/

s,爬楼齿合面对于可伸缩半自动负重爬楼器爬楼距离要达到600mm以上,对于钢板芯强力半自动负重爬楼器须达到1400mm以上,单台爬楼盘功率要达到1000～2500kW

以上。

(2)

提高性能和可靠性

（1）规模，提高爬楼能力

（2）提高爬楼的性能和可靠性

整个装置的可靠性主要取决于半自动负重爬楼器的性能和可靠性。在现在的中国国内市场主要是小型的，各生产厂家一直没有研究出来大型的，高效的专业爬楼器。现在只有不断的在之前基础上改良改进，没有更加合理的结构出现，材料和结构的不断发展是我们现在的快速增长的首要任务。

（3）增加新公用，实现一台机器多种用途

半自动负重爬楼器是连续爬楼的理想设备，但现实中并没有完全发挥作用。可以通过修改半自动负重爬楼器的结构，同时增加一些安全措施，从而扩大运作范围。运作方式可分为单向爬楼或双向爬楼功能。可将半自动负重爬楼器融入进日常生活，例如帮助残障人士或老人等行动不方便同时没有安装电梯条件的人，帮助这一类人群优化日常生活。一机多用，经济效益最大化的同时提高人民幸福水平。

(4)

开发专用

为了高效传送，本次设计了半自动负重爬楼器专用机型。以下介绍半自动负重爬楼器专用圆盘的主要设计参数及相关计算。1.3本设计应解决的主要问题过对半自动负重爬楼器结构的数学模型分析,实地探索确定一个合适合理的车体结构框架,对初步设计的车体进行动态的分析;确定建造出来的爬楼机可以相对稳定高效的进行一个爬升的动作,座椅的稳定和载物平台的稳定是我们的首要保证目标，并运用SolidWorks软件完成前期的车体结构设计和各部件摆放的初步计划;运用相对应的软件进行动态的分析,通过设计和前期的软件实地分析，小组讨论得出结论,确定和验证了我们的设想和前期设计的可行性可操作性。1.4

国外研究现状国外从17

世纪开始半自动负重爬楼器结构的研究与生产，在19

世纪欧洲工业革命时期，半自动负重爬楼器结构得到迅速发展，到本世纪，半自动负重爬楼器结构发展到一个较高水平。

美国公司生产的200多种半自动负重爬楼器结构，其制作材料较全，技术水平较高，通用化程度较高，新研制FF

型双频率爬楼，采用了不同速度的爬楼器。日本公司和海因勒曼公司都研制了双倾角的半自动负重爬楼器结构。日本的一些公司成功研究出了成三路分配器供给料，使用一台高速电机来进行驱动。日本的东海株式会社和，英国的公司等一起合作研究生产出了垂直的料流爬楼，大规模的运用到工厂中，巧妙的把旋转运动，旋回运动等各种运动巧妙的结合起来，对细料的分级有着高效快捷的运送方式，大大减少了人工的压力增快了生产线的效率。在前苏联研制了一种，多功能的高效直线半自动负重爬楼器，结构优良的自同步直线，全自动负重爬楼器结构。1.5

国内研究现状由于中国工业发展较缓慢，基础比较薄弱，理论研究和技术水平较落后。我国半自动负重爬楼器结构的发展是本世纪近50

年的事情，这期间，仿制了前苏联的I

系列半自动负重爬楼器结构、D

型摇动爬楼；波兰的GD半自动负重爬楼器结构、CE

型摇动爬楼和GH型吊式直线半自动负重爬楼器结构。这些半自动负重爬楼器结构仿制成功，为我国半自动负重爬楼器结构的发展奠定了坚实的基础，并培养了一批技术人员。以下是一些国内外现有的爬楼机设计图1.1履带式图1.2滚轮式2负重爬楼器的总体设计方案2.1方案一：曲柄滑块装置机器的传动部分是由电动机，连杆，曲柄，滑块，导轨来装配，保证车体的稳定运动，传动部分的原理图如图1所示。曲柄、滑块、导轨及其连杆组成曲柄滑块机构，由电动机连接曲柄带动其转动来实现曲柄滑块的运动从而实现传动功能，传动机构整体图如图2所示。使用曲柄滑块机构实现动能的传递，结构相比于现有设计比较简单，便于前期的组装和生产和后期的维修检查，提高生产使用效率。图2.1滑块原理图图2.2滑块原理图2.1.1曲柄滑块机构杆长计算图2.3曲柄滑块结构图对于曲柄滑块机构，使用对心曲柄机构时，处于极限位置时没有竖直分力，无法提供动力使半自动负重爬楼器爬楼，故选用偏心曲柄滑块机构。考虑台阶高度，选用行程s=200，为计算方便，使滑块处于极限位置时与平面夹30度角，即θ=30°。所示。所以e=（l-r）sin30°考虑爬楼装置实用尺寸，取e=100,r=100,即l=30传动机构受力分析图2.4曲柄滑块机构的受力分析示意图从曲柄传到连杆上的力与滑块发出的压力之间关系为=(1)曲柄A处，沿半径方向的力和的关系为=（2）曲柄颈沿方向承受与力大小相等的压力。曲柄沿圆周方向所受切力与半径的乘积，就是扭矩。=*（3）由图像可知：=（4）联立（1）（2）（3）（4）可得（5）负重爬楼器上升机构设计负重爬楼器上升部分主要是由传动机构给支撑架力来使爬楼器上楼，连接图。支撑架主要由倒T型钢架连接组成，这样既保证了其强度又提高了稳定性。图2.5支撑架结构图2.2方案二：滚轮半自动负重爬楼器采用电动驱动主轴转动，通过齿轮带动支撑部件的旋转爬楼器旋转，达到爬楼的目的。爬楼器结构前动式结构紧凑，可以改善组成机构零部件的受力情况，零件数量相对较少，并且爬楼的移动速度较为线性，爬楼机制造时比较容易。图2.6滚轮运动构件图2.7滚轮式负重爬楼器结构2.3两方案选择爬楼器结构滚轮式结构更为紧凑减小占地面积，在一定程度上更少的零件意味着更小的故障率，更加轻盈，重量减少，成本也将更低廉，零件的数量相对于滑块式少，配合度也更为宽容，在运动相同的爬楼情况下较为线性，运动的效率较为快，可活动的构件较为少，相对于曲柄滑块机构的运动构件较少，占地和使用面积更小，在后期的安装与拆解更为简单，爬楼机制造比较容易，因为承载部件更加少，对材料的选择更为宽泛，可以更好的控制成本，同时滑块的配合程度需要较高在加工精度和加工时间会打折扣，相对于滑块来说旋转滚轮式需要尺寸精密配合的零件较少，固定件较多，可使用的标准件更多，降低需要自行生产设计的零件的数目，这在后续的生产和维修中会有更高的宽容度，说以我们选择了方案2滚轮式。图2.8现有产品概念图2.4分析问题由于我国的工业发展和第一梯队的国家还是有一定的差距，基础比较薄弱，在理论层面研究和现有的技术相对于不是最先进的，我国半自动负重爬楼器结构的发展是仿造为主在借鉴国外的经验等，在这期间，由于材料的和电机的限制，我国的辅助爬楼机一直处于一个相对薄弱可需求量还较为大的环境。电池的续航能力也是对我们设备很大的一个限制，若需要长续航电池沉重车体自重将会很大，车的载重将会大大收到限制。若采用较小容量的电池，车的续航能力很难保证。现有的主要问题就是电机和电池的配合如何才能做到最优，即保证续航需求又可以降低车体自身重量，将更多重量转移到车体的载重上面，而不是车体自重。2.5设计过程2.5.1研究的基本思路和方法在设计的过程中我们采用了调查法和观察法来了解我们所设计的产品大概情况，首先我们通过三维建模和仿真来进行设计，在设计的过程中逐渐发现问题查找出来不足和需要改进的问题，这个流程是在于更好的发现问题确定自己的设计路线是正确且合理的，而是在于掌握基本情况是否合格正确，以方便可以正确地计划整个实验过程。在充分了解周边的情况，和我们需求是什么，需要解决什么？根据分析任务和需求，考虑清楚现有的情况，需要的材料和我们现有的条件，进行展开解决问题，现状和需求，以及等待解决的问题，进行小组分工，从各个方面进行解决问题，从而实现现有资源的最大化利用。明确设计的中心，范围，要解决的问题搜集什么材料。调查了解实际情况，分析实际存在问题，样本随机，充分利用现有资源在一个合理区间内进行抽样调查，例如：台阶高度宽度，所需最低续航，功能需求，成本控制，材料的选择。2.5.2技术路线：（1）.预诊：对现有情况中存在问题进行一个自我诊断，得出在设计过程中的偏差及时改变思路，在接下来的各种结构中，主体框架的正确选择，对本次的设计有着决定性的影响。解决现在上下楼困难的老年人等上下楼困难问题，以及产品的轻量化，便携性，多功能多用途的方案（2）.收集资料初步研究：我们三个人组成的课题小组，来对现在发现和有争议的地方进行一个深刻的讨论和计划，查找需要的知识和现有产品的比较，用来决问题的有关书籍，资料，文献，利用我们所学过的基础知识和专业技能，小组的同学们都参与讨论，取长补短，求同存异，听取各种意见，总结拟定设计方案及设计路线。（3）.拟定初步计划：方案的设计，材料的使用，台阶高低宽窄的抽样，形成一个初步的想法，有一个大概的总方向（4）.制定具体计划：以实际问题的解决为基础，制定具体计划（5）.开始行动;整个毕业设计的中心思想就是，在设计的过程中，边发现问题，边修改和解决问题，小组成员多沟通存在争议的地方要，可行性分析，若是可行，则求同存异，找到最优的办法，反之则各自查找资料进行商议，旨在进行设计的可行性认定，在此过程中，整理和收集资料也是十分重要的。3负重爬楼器的结构设计3.1负重爬楼器的结构设计本次所设计的半自动负重爬楼器主要是由车体主机架、运动机构和平地行驶辅助装置组成。在一般平地使用时，由电动机正传，提供动力，依靠四轮和平地行驶辅助装置进行运动。在进行上下楼梯运动时，电动机反转，通过齿轮啮合，带动爬楼支杆运动，实现爬楼的运动过程。在平地或者上下楼梯运动时，由载物台进行载物。如是载人的情况下，则将座椅板放下，人坐在上面。如是载物的情况下，则将座椅板放回，与车体贴合，释放空间，不会造成干扰。平地行驶辅助装置与座椅板类似。不用时则将杆件收回，不会造成干扰。其具体结构如下图所示：图3.1整体结构图图3.2整体结构图载重平台是爬楼机的主要承载部件硬度和强度是最高的。结合现有的产品和技术决定，我们最终确定采用折叠踏板和加强筋加强抗弯能力的结构的方式来实现载物平台的稳定和抗弯曲。图3.3车体结构部分载人平台用于载人，一般成年人体重大约在100kg之下所以我选用合金结构钢作为平台的材料，简单的结构设计降低了整车的重量，合金钢的使用版增加了强度，保证乘车人员的安全。图3.4载人座椅结构部分图3.5座椅和车体主体的连接部分在载人平台完全打开后会和后面的合金钢板接合在一起形成垂直的关系，让人的重量同时由轴和后面的钢板共同承担大大增加了平台的使用寿命为了承载板件的强度，我们在座椅的下方增加了两条加强筋，防止在坐人时发生形变弯曲图3.6加强筋结构部件载物平台相对于载人平台更为承载重量载物平台分为两部分，一部分为连接在车体上的母版，另外一部分为通过螺钉安装在母版上可进行更换的子板在存放时可将母板折叠起进行收纳，在子板中空位置留有环形缺口，目的是为了减轻车体材料，减少材料的使用，不会对车体的承重有影响。母版的前段留有一对从动轮的位置，使车体在不上楼梯时四轮着地减轻使用者的体力活动。图3.7母版图3.8子板图3.9子母板对应位置关系3.1.1半自动负重爬楼器结构的安装注意事项安装前检查所有部分：和半自动负重爬楼器结构，是否有腐蚀损坏，是否有整个构件的变形形状的半自动负重爬楼器结构支架的局部变形，如果零件生锈损坏，应该机构分开，把零件用煤油清洗，对部件的损伤，当损伤程度修理或更换，然后装配。半自动负重爬楼机在全部的部件结构安装完成之后，流入市场使用之前应该进行严格，正式的出厂安全试验。进行此次测试安全测试的人应该有专业的质检员进行测试，以确保出厂设备符合出厂标准，测试的设备包含有三个主要的程序，只有在前一个检测流程检验合格的情况下，才允许进行到下一个测试程序。在检验前应先目视检查工作，测试人员检查组装的机体是否完整，正确的，合理的，所有的部件都紧固可靠，各个机构中是否有足够的正确的润滑油（脂）。最关键的是车体主结构是否都通过前期开设的孔洞固定安装，是否因为由于安装技师的暴力安装不严谨操作导致造成安装结构的的变形亦或是车体喷漆保护件的受损等。对设备的的日常维护和全车的检修的目的是发现车体在使用的过程中出现的问题需要升级的地方，更换需要日常更换的磨损件，消耗件，例如轮胎，轴承，电脑板的升级刷新。日常维护保养需要给轴承等旋转件定期添加润滑油、检查车体的主题结构是否出现断裂出现细小弯曲形变。同时发现设备存在的问题和下一代产品的修改和设计方向的宝贵经验。3.1.2支架断面设计方案图3.10半自动负重爬楼器结构整体跨中断面图①半自动负重爬楼器结构支架断面面积F=0.5（l1-2×δ1）+2δ1×h1+2×δ2×l2+F1+δ×l3=0.5×（25+25+35）+48.541+25=116cm2②半自动负重爬楼器结构支架断面水平形心轴x-x位置y1=式中：∑F1是车体结构，支架面的总面积（平方厘米）.∑F1y1x-车体的各部分面积对x-x轴的静矩之和（立方厘米）y1x-各部分面积，和车体形心到x-x轴的距离(cm)则：y1=〔0.5×（35-2×0.5）×55.25+2×0.5×25×43+2×0.5×25.5×30+48.54×13+1×10.5×0.5〕÷116=30cmy2=56-30=26cm结果得：F=116cm2y1=30cmy2=26cm③半自动负重爬楼器结构断面惯性矩Jx=ΣJxi+ΣFiy12(ΣJxi为对自身惯性矩）=(34×0.53)÷12+34×0.5×25.752+2×0.5×253÷12+2×0.5×25×17.752+[2×0.5×（cos47×25.5）3]÷12cos47°+2×0.5×25.5×8.252+48.54×17.752+(10.5×12)÷12+10.5×1×29.52=20336Jy=ΣJyi+ΣFiy12(ΣJyi为对自身惯性矩）=(0.5×343)÷12+2×25×0.53÷12+2×0.5×25×17.252+2×0.5×（sin47°×25.5）3÷12sin47°+2×0.5×25.5×8.52+1×10.53÷12=11634结果：Jx=20336Jy=116343.2整体支架强度的计算我们根据半自动负重爬楼机的组成构造和使用环境特性，可以减少考虑支架的扭转力的惯性，和半自动负重爬楼器结构在水平面荷载水平这两个力是可以忽略不计。求在竖向荷载下弯曲应力，引起的下法兰的形变（经过分析承载的负荷不是很高，用一般的条件，可以达到我们所需要的）：σx=单位：N/厘米2式中：P=ψⅡQ+G车=200×1.2+221×1.1=2643.1其中：F-半自动负重爬楼器结构断面面积F=0.0126m2γ-材料比重，对钢板γ=7.85t／米平方q′-材料加加强筋的重量所产生的均布载荷q′=7.5t／m②半自动负重爬楼器结构铸钢子板的局部弯曲变形计算a、计算压作用点位置i及系数ζi=a+c-e式中：i-加压的作用点和支架表面的距离（cm）c-车体支撑架边缘与铸钢子板边缘，两边之间的合理间隙，取c=0.4cma==(11.6-0.54)÷2=5.53cme=0.164R（cm）对于我们所选则材料为普型铸钢，翼缘表面斜度为.R-为半自动负重爬楼器结构曲率半径，由机械手册31.84查得R=16.4cm则：e=0.164×16.4=2.36cm所以：i=5.53＋0.4-2.36=3.57ξ==3.57÷5.53=0.65结果：i=3.57ξ=0.65b、铸钢的子板，局部曲应力计算：横向受力（在平面xy内），局部的弯曲应力：σ1由下式计算：σx=±式中：a1-车体翼缘的形成系数，在贴板补强时取：a1=0.91P支架—-半自动负重爬楼器结构走支架最大压（Kg）P支架=——起升载荷动载系数（=1.2）——额定机械重量——起升冲击系数（1~1.1）——半自动负重爬楼器结构自身结构重量t0=t+δ：t-铸钢翼缘的平均厚度t=1.30cmδ-补强板厚度δ=1cmt02=（1.30+1）2=2.302=5.29cm2所以：σ1=±(0.9×2.1×843÷5.29)=301.19Kg/cm2结果：σ1=301Kg／cm21点纵向：（在YZ平面内）承受的局部弯曲应力为σ2由下式计算：σ2=±式中：k2由得：k2=0.6所以：σ2=（0.9×0.6×8435.6=81Kg／cm2α′点纵向（yz平面内）局部弯曲应力为σ3，由下式计算：σ3=±式中：K3-局部弯曲系数，得：k3=0.91a2-翼缘形式系数，贴板补强是a2=1.5：σ3=±（1.5×0.9×843÷5.29）=215Kg／cm2c、半自动负重爬楼器结构跨中断面当量应力计算1点当量应力为σ当===703.6Kg／cm2＜[σ]=1800Kg／cm2αˊ点当量应力为α当αˊ，由下式计算：α当i=αx+α3=723+215=938Kg／cm2＜[σ]=1800Kg／cm23.3计算车体的最大载荷在计算载人平台的承重时，平台所能展开的最大角度为90°，所选用的材料是结构钢其密度为7.85，载人平台重量5.5kg图3.11受力图由图2.1可得如下方程：X方向合力为零得&&FtY方向合力为零得&W+Ftsin式中：Ft——载重机构的推力，也就是载重机构的最大载荷——载重机构的安装角度90°——载重机构板上方物体对载重机构板的作用力——为的旋转角度——载重机构板机构的重力W=mg=ρvg=7.087——物体重量和载重机构板机构重量在底板上产生的摩擦力（3）载重机构机构的重量计算Ft底部钢管：m=WL=7.087L=7.087*1.823.4支架变形度计算①垂直静钢度计算f=≤[f]=式中：f-半自动负重爬楼器结构垂直静挠度（cm）P-静载荷（N）P=Q+G=200+21=221NL-跨度L=100厘米E-材料弹性衡量，对3号钢E=2.1×103×103N/厘米2Jx-半自动负重爬楼器结构断面垂直惯性矩（）Jx=206[f]-许用垂直静挠度（cm），取[f]=厘米所以：f=221×10003÷(48×2.1×103×103×20336)=0.68cm[f]=1000÷700=1.43cmf＜[f]所以满足要求结果：②水平静刚度计算f水=≤[f水]=出自[]26-108式式中:f水-半自动负重爬楼器结构支架水平静挠度（cm）P′-水平惯性力（N）P′==（200+21）÷20=11.05NJy-半自动负重爬楼器结构断面水平惯性矩Jy=116[f水]-许用水平静挠度，取[f水]=厘米[f水]=1000÷200=5cmf水=111.05×10003÷(48×2.1×103×103×11634)=0.1cmf水＜[f水] 满足要求注：系数的选取是按P惯=a平=(Q+G)/9.8×0.5≈(Q+G)P惯-水平惯性力（N）g-重力加速度，取g=9.8m/s2a平-半自动负重爬楼器，结构运行部件的加速度为a，当驱动的支架为总数的½时，我们取a平=0.5m/s2③车体动态刚度计算在车体垂直方向，的自振周期是：T=2π≤[T]＝0.3s式中：T-自振周期（秒）M-半自动负重爬楼器结构和半自动负重爬楼器结构的换重量M=(0.5qlk+G)其中：g-重力加速度g=980cm/s2L-跨度L=1000cmq-半自动负重爬楼器结构均布载荷q=0.99kg/cmG-机体的重量G=221kg所以：M=(0.5×0.99×1000＋221)=0.73kg·s2／cm则：T=2×3.16=0.04sT=0.04s＜[T]=0.3s3.5半自动负重爬楼器结构材料介绍及选择按品质分类(1)普通钢(2)优质钢(3)高级优质钢含磷和含硫量不同按化学成份分类(1)碳素钢：a.低碳钢；b.中碳钢；c.高碳钢。含碳量不同(2)合金钢：a.低合金钢b.中合金钢c.高合金钢含合金量不同。(3)灼烧：铁中的碳与空气反应生成二氧化碳，带走铁中的碳，生成四氧化三铁按用途分类(1)建筑及工程用钢：a.钢筋钢；b.低合金结构钢；c.普通碳素结构钢。(2)专业用钢——比如半自动负重爬楼器结构支架用钢、船舶用钢、锅炉用钢、重力容器用钢、农机用钢等。综合分类(1)普通钢a.碳素结构钢：(a)Q215(A、B)；(b)Q195；(c)Q255(A、B、C)；(d)Q235(A、B)；(e)Q275。b.特定用途的普通结构钢c.低合金结构钢。(2)优质钢（包括高级优质钢）a.结构钢：(a)弹簧钢；(b)合金结构钢；(c)优质碳素结构钢；(d)轴承钢；(e)易切钢；(f)特定用途优质结构钢。.工具钢：(a)合金工具钢；(b)碳素合金钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(1)不锈耐酸钢；(2)耐热钢；(c)高锰耐磨钢；(d)电工用；(e)电热合金。综上所述，本次设计半自动负重爬楼器结构选用结构钢。

3.6车轮外车胎的选择我们日常生活中可以选择的材料有很多，例如尼龙车轮但是这种材料的摩擦系数太小，表面太滑对设备的安全性打了折扣，摩擦力过小在设备行走，和攀爬楼梯的过程中需要很大的摩擦力来实现向下的抓地力。查表《常见材料动摩擦因数》我们得出合适的材料就是橡胶，总所周知，日常生活中的橡胶和地面的摩擦因数为0.7，而尼龙的摩擦因数小于橡胶的摩擦因数为0.5。其他材料造价更高不符合我们降低成本的初衷，所以我们摩擦因数高，成本相对低廉的橡胶作为车体轮胎的材料。3.7半自动负重爬楼器电动机及电池的选择电动机的类型有很多，在我们以往的减速器课程设计当中，我们曾经接触过它的具体型号。教材所介绍的是最常见的Y系列三相异步电动机，Y系列电动机是按照国际电工委员会（IEC）的标准设计的，具有国际互换的特点。在《机械设计课程设计》中的表20-1，详细列出了Y系列（IP44）三相异步电动机的技术参数。在设计之初，我们就曾考虑过电动机的类型，按照以往惯例来说，我们肯定采用的是Y系列三相异步电动机，但随着设计的不断进行，我们发现采用传统电机会增加设计的尺寸，同时会增加自身的重量，后来在查询电动机的其他类型中，我们发现了双轴伸电动机。根据爬楼器的身重和我们需要的上升速度，经济性，等综合考虑，车体我们选择选用额定功率：34W;额定电压：24V；额定电流：1.4A；额定转速；3000r/min;的电机来进行驱动。对于电池的选择采用接近电机额定的电压24v，因此我们采用了24V电压的电池。可以分为长续航的和续航的，区别在于车体的重量不同，这样的话可以保证爬楼器上升的速度，车体的重量也有一个供需关系的变化，变化不同的设备4载重机构的设计计算4.1计算工作循环中的最大载荷A.对载重机构进行受力分析可得如下方程：（4-1）（4-2）式中：——载重机构的推力，也就是载重机构的最大载荷——载重机构的安装角度——爬楼的物体在转动臂四壁产生的摩擦阻力——载重机构板上方物体对载重机构板的作用力——为的旋转角度——载重机构板机构的重力——物体重量和载重机构自身重量在底板上产生的摩擦力，——为导轨对载重机构板机构的法向作用力由4-3式得，（4-3）.载重机构机构的重量计算底部钢管：

4.2轴的设计计算支架轴的计算1.输出轴的功率、转速和转矩由上述计算可知=0.442=124.1于是2.作用在支架上的力已知支架轴的分度圆直径为而圆周力径向力4.3确定轴的最小直径经过选择，我们的主轴的材料为40Cr，进行调质处理。估算轴的最小直径。取则轴的最小直径由图可知是安装在从动支架处轴的直径。这根轴上有一个键槽，应适该增大轴径：单键增大5%。取为了使所选的轴与支架孔径相互配合，同时，支架轴孔的直径是，所以；又由于支架支架毂齿合面为，故该轴尺寸；4.4轴的结构设计1．轴上零件的装配方案选用装配方案：螺母、轴端挡圈、支架、轴承端盖、右端轴承、、右端套筒、支架轴、左端套筒、轴承、轴承端盖按顺序相对应的从轴的从左向右安装。2．根据轴向定位，来确定主轴的各段直径和齿合面（1）为了满足我们对从动轮的电机支架配合强度，轴向定位要求，在轴段的右端需要制作出一轴肩，轴肩高度，所以段的直径；齿合面可参考安装尺寸取（2）初步选取滚动轴承。根据所学内容因为轴承受到的径向力是最大的，在使用中会有很大磨损，我们特别选用了用单列向心球轴承。参考轴承和工作环境的要求并根据我们选用的轴，由轴承产品目录中初步选取单列向心球轴承6207，其尺寸为，故、；而。轴端滚动轴承，查到应该采用轴肩进行轴向的定位。根据轴承的安装尺寸，。其余尺寸可根据其他相关零件而确定，即，4.5轴的强度计算根据弯曲扭矩的合成强度条件校核计算通过前期对轴的结构设计的确定，轴的主要结构尺寸、轴上零件的装配位置、以及外载荷和支反力的作用位置都已经计算得出许用应力值用插入法由表查得，应力校正系数支架轴受载计算结果载荷垂直面V水平面H支反力弯矩总弯矩扭矩6）.由于支架为K式直支架，按弯扭合成应力校核的强度故安全。4.6支架轴的设计计算由从动支架的结构尺寸可知轴的直径为，它的齿合面参数可以参考装配尺寸确定。这跟轴所受载荷较小可以忽略不计，选用的材料完全符合现在所需要的强度，可以不进行强度校核的计算。使用系数：=1.5动载荷系数：=1.15齿间载荷分配系数：先求.由此可得KHα=1Zε2=1.255结论此次论文已经告一段落从最后的结果来看，我们所设计的半自动爬楼器大体上是具有使用的操作度的，我们所设计的产品符合设计之初的实际预想，已经基本可以满足我们最初的设计需求。和以往的减速器设计和模具设计等，在单个或者是零件的工艺过程设计不同，我们是以实际出发，根据自己的实际需求多方位所学习的知识进行融汇，参考我们各种寻求来到文献查找资料进行发明创作，同时为我们将来的工作中打下良好的基础，在设计的过程里，出现了很多的问题，有些意想不到的，我们考虑不周的细节没有发现，经过老师和同学的指点使我们的设计可以继续顺利的进行，解答了我们的疑惑和使用专业软件中存在的问题，这种团队合作的模式更是为问哦们将来的学习生活都很有帮助，增加了和人沟通的技巧以及更加高效快捷的完成解决问题。通过计算分析，我们的设计符合预想中的设计理念，在设计中还存在着诸多问题，例如产品的价格把控，车体材料的选择，电池等耐久度的考虑，电机的使用范围都是我们后续需要考虑的问题，产品还需要继续完善才能最优化。参考文献[1]孙丽媛.机械制造工艺及专用设计指导[M].北京：冶金工业出版社.2010：25-62.[2]李良军.机械设计[M].第二版.北京：高等教育出版社.2018：78-109.[3]董鹏敏.机械制造工艺学[M].北京：北京航空航天大学出版社.2012：13-26.[4]陈立德.机械制造装备设计[M].第二版.北京：高等教育出版社.2010：89-91.[5]魏康民.机械制造技术[M].北京：机械工业出版社.2020：63-88.[6]王先逵.机械制造工艺学[M].第四版.北京：机械工业出版社.2020：23-45.[7]尹鑫雷.多功能电动爬楼机设计[D].天津：天津科技大学.2017.[8]马岩，李剑.一种便携式爬楼装置[P].北京:CN104434431A,2015-03-25.[9]童俊华.行星轮式爬楼梯机器人小车的研究[D].江西：江西理工大学.2009.[10]于骏一.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社.2019：137-177.[11]卞洪元.机械制造工艺与夹具[M].北京：北京理工大学出版社.2016：97-143.[12]徐茂功.公差配合与技术测量（第2版）[M].机械工业出版社.2014：210-213.[13]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：机械工业出版社.2009：189-193.[14]杨可桢，程光蕴.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社.2016:245-254.[15]倪小丹，杨继荣，熊运昌.机械制造技术基础（第2版）[M].北京：清华大学出版社.2015:302-311.[16]芦书荣，张翠华.机械设计课程设计[M].成都：西南交通大学出版社.2018：271-275.[17]秦雪梅，李冬冬.工程力学[M].武汉：华中科技大学出版社.2013：142-233.[18]傅燕鸣.机械设计课程设计教程[M].上海：科学技术出版社.2012：253-274.[19]单辉祖，谢传锋.工程力学[M].北京：高等教育出版社.2015：63-89.[20]边培莹.机械CAD/CAM原理及应用[M].北京：机械工业出版社.2020：15-44.[21]何培英，杜宝玉.AutoCAD计算机绘图实用教程[M].北京：高等教育出版社.2013：24-156.[22]姜海军.CAD/CAM软件-UGNX8.0实用教程[M].北京：高等教育出版社.2015：18-167.

谢辞毕业论文的完成意味着大学的生活走到了尾声，这也意味着我在北京理工大学珠海学院的大学生涯也将要画上完美的句号。毕业期间还经历了严重的疫情，在毕业设计这段时间里，我得到了很大的自身提高，其中包含了对机械系统知识的理解、还有对有关这方面书籍的认识等等，这些都得益于老师和同学的大力帮助，明白了小组合作的优势，更加锻炼了我们在人际交往能力和专业知识的提高。在今后的学习生活中，更好的运用所学的知识和更高效的完成手中的任务。

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不用再去移动鼠标点“开始→搜索→文件和文件夹”了，在任何状态下，只要一按winkey+f就会弹出搜索窗口。

winkey+r:

在我们的文章中，你经常会看到这样的操作提示:“点击‘开始→运行’，打开‘运行’对话框……”。其实，还有一个更简单的办法，就是按winkey+r！

alt+tab:

如果打开的窗口太多，这个组合键就非常有用了，它可以在一个窗口中显示当前打开的所有窗口的名称和图标●，选中自己希望要打开的窗口，松开这个组合键就可以了。而alt+tab+shift键则可以反向显示当前打开的窗口。

winkey+e:

当你需要打开资源管理器找文件的时候，这个快捷键会让你感觉非常“爽”！再也不用腾出一只手去摸鼠标了！

小提示:

winkey指的是键盘上刻有windows徽标的键●。winkey主要出现在104键和107键的键盘中。104键盘又称win95键盘，这种键盘在原来101键盘的左右两边、ctrl和alt键之间增加了两个windwos键和一个属性关联键。107键盘又称为win98键盘，比104键多了睡眠、唤醒、开机等电源管理键，这3个键大部分位于键盘的右上方。

再补充点

F1显示当前程序或者windows的帮助内容。

F2当你选中一个文件的话，这意味着“重命名”

F3当你在桌面上的时候是打开“查找：所有文件”对话框

F10或ALT激活当前程序的菜单栏

windows键或CTRL+ESC打开开始菜单

CTRL+ALT+DELETE在win9x中打开关闭程序对话框

DELETE删除被选择的选择项目，如果是文件，将被放入回收站

SHIFT+DELETE删除被选择的选择项目，如果是文件，将被直接删除而不是

放入回收站

CTRL+N新建一个新的文件

CTRL+O打开“打开文件”对话框

CTRL+P打开“打印”对话框

CTRL+S保存当前操作的文件

CTRL+X剪切被选择的项目到剪贴板

CTRL+INSERT或CTRL+C复制被选择的项目到剪贴板

SHIFT+INSERT或CTRL+V粘贴剪贴板中的内容到当前位置

ALT+BACKSPACE或CTRL+Z撤销上一步的操作

ALT+SHIFT+BACKSPACE重做上一步被撤销的操作

Windows键+D：最小化或恢复windows窗口

Windows键+U：打开“辅助工具管理器”

Windows键+CTRL+M重新将恢复上一项操作前窗口的大小和位置

Windows键+E打开资源管理器

Windows键+F打开“查找：所有文件”对话框

Windows键+R打开“运行”对话框

Windows键+BREAK打开“系统属性”对话框

Windows键+CTRL+F打开“查找：计算机”对话框

SHIFT+F10或鼠标右击打开当前活动项目的快捷菜单

SHIFT在放入CD的时候按下不放，可以跳过自动播放CD。在打开wo

rd的时候按下不放，可以跳过自启动的宏

ALT+F4关闭当前应用程序

ALT+SPACEBAR打开程序最左上角的菜单

ALT+TAB切换当前程序

ALT+ESC切换当前程序

ALT+ENTER将windows下运行的MSDOS窗口在窗口和全屏幕状态间切换

PRINTSCREEN将当前屏幕以图象方式拷贝到剪贴板

ALT+PRINTSCREEN将当前活动程序窗口以图象方式拷贝到剪贴板

CTRL+F4关闭当前应用程序中的当前文本（如word中）

CTRL+F6切换到当前应用程序中的下一个文本（加shift可以跳到前

一个窗口）

在IE中：

ALT+RIGHTARROW显示前一页（前进键）

ALT+LEFTARROW显示后一页（后退键）

CTRL+TAB在页面上的各框架中切换（加shift反向）

F5刷新

CTRL+F5强行刷新1.打开“我的电脑”-“工具”-“文件夹选项”-“查看”-在“显示所有文件和文件夹”选项前打勾-“确定”

2.删除以下文件夹中的内容：

x:\DocumentsandSettings\用户名\Cookies\下的所有文件(保留index文件)

x:\DocumentsandSettings\用户名\LocalSettings\Temp\下的所有文件(用户临时文件)

x:\DocumentsandSettings\用户名\LocalSettings\TemporaryInternetFiles\下的所有文件(页面文件)

x:\DocumentsandSettings\用户名\LocalSettings\History\下的所有文件(历史纪录)

x:\DocumentsandSettings\用户名\Recent\下的所有文件(最近浏览文件的快捷方式)

x:\WINDOWS\Temp\下的所有文件(临时文件)

x:\WINDOWS\ServicePackFiles(升级sp1或sp2后的备份文件)

x:\WINDOWS\DriverCache\i386下的压缩文件(驱动程序的备份文件)

x:\WINDOWS\SoftwareDistribution\download下的所有文件

3.如果对系统进行过windoesupdade升级，则删除以下文件：x:\windows\下以$u...开头的隐藏文件

4.然后对磁盘进行碎片整理，整理过程中请退出一切正在运行的程序

5.碎片整理后打开“开始”-“程序”-“附件”-“系统工具”-“系统还原”-“创建一个还原点”(最好以当时的日期作为还原点的名字)

6.打开“我的电脑”-右键点系统盘-“属性”-“磁盘清理”-“其他选项”-单击系统还原一栏里的“清理”-选择“是”-ok了

7、在各种软硬件安装妥当之后，其实XP需要更新文件的时候就很少了。删除系统备份文件吧：开始→运行→sfc.exe/purgecache近3xxM。(该命令的作用是立即清除"Windows文件保护"文件高速缓存，释放出其所占据的空间)

8、删掉\windows\system32\dllcache下dll档(减去200——300mb),这是备用的dll档，只要你已拷贝了安装文件，完全可以这样做。

9、XP会自动备份硬件的驱动程序，但在硬件的驱动安装正确后，一般变动硬件的可能性不大，所以也可以考虑将这个备份删除，文件位于\windows\drivercache\i386目录下，名称为driver.cab，你直接将它删除就可以了，通常这个文件是74M。

10、删除不用的输入法：对很多网友来说，WindowsXPt系统自带的输入法并不全部都合适自己的使用，比如IMJP8_1日文输入法、IMKR6_1韩文输入法这些输入法，如果用不着，我们可以将其删除。输入法位于\windows\ime\文件夹中，全部占用了88M的空间。

11、升级完成发现windows\多了许多类似$NtUninstallQ311889$这些目录，都干掉吧，1x-3xM

12、另外，保留着\windows\help目录下的东西对我来说是一种伤害，呵呵。。。都干掉！

13、关闭系统还原：系统还原功能使用的时间一长，就会占用大量的硬盘空间。因此有必要对其进行手工设置，以减少硬盘占用量。打开"系统属性"对话框，选择"系统还原"选项，选择"在所有驱动器上关闭系统还原"复选框以关闭系统还原。也可仅对系统所在的磁盘或分区设置还原。先选择系统所在的分区，单击"配置"按钮，在弹出的对话框中取消"关闭这个驱动器的系统还原"选项，并可设置用于系统还原的磁盘空间大小。

14、休眠功能会占用不少的硬盘空间，如果使用得少不妨将共关闭，关闭的方法是的：打开"控制面板"，双击"电源选项"，在弹出的"电源选项属性"对话框中选择"休眠"选项卡，取消"启用休眠"复选框。

15、卸载不常用组件：XP默认给操作系统安装了一些系统组件，而这些组件有很大一部分是你根本不可能用到的，可以在"添加/删除Windows组件"中将它们卸载。但其中有一些组件XP默认是隐藏的，在"添加/删除Windows