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7-爬楼梯的自行轮椅车设计论文,楼梯,自行,轮椅车,设计,论文
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附表8新乡职业技术学院毕业设计（论文）中期报告系别机械制造系班级2011级机械一班学生姓名忠指导教师课题名称：爬楼轮椅设计课题主要任务：熟练运用机械设计与制造中的基本理论以及生产实习中学习到的实践知识预期成果形式实现任务要求预期目标完成设计方案和有关图纸1、 简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果（1）具体工作安排 a设计前的准备工作： 查阅有关参考文献，了解爬楼轮椅的设计过程与设计原则，了解爬楼轮椅的基本要求；了解设计的基本过程，了解目前轮椅的的基本结构和优缺点；根据指导老师的要求，写出开题报告。 b明确设计任务与目的： 应用大学三年所学机械制图、互换性、机械设计、工程材料、CAD知识；练习爬楼轮椅零件设计方案的制定、设计原则的掌握，零件设计的原则与作图方法、零部件的设计和绘制、装配图的绘制、设计说明书的撰写等等，为毕业后的工作或进一步深造打下良好的基础。 c按下列要求进行设计： 收集、分析、消化原始资料。熟悉爬楼轮椅结构型式、设计原理，熟悉零件材料要求，熟悉Pro/E及CAD软件的运用，收集有关数据;熟悉零部件制件图，了解零部件的用途，分析零部件的工艺性，尺寸精度等技术要求。例如机械加工等方面的要求是什么。成型件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理。明确设计计算书的内容，熟悉计算公式和计算系数。按设计要求完成壳体零件整体结构及零部件设计。 d确定设计计算 拟订设计计算书；勾画主要零部件的结构形状；学习各种结构行业标准；确定主要技术参数。 e绘制零部件图 复习机械制图CAD的制图、编辑方法；绘制零部件图和装配图，要求按照国家制图标准绘制；编写零件装配、使用说明书。 （2）取得的进展 a爬楼轮椅的结构已初步确定； b结构参数已确定； c已进行初步的设计计算。下一步的主要研究任务，具体设想与安排1、 熟悉零件结构，分析零件作用及其工艺特点2、 制定工艺路线，确定机械加工余量，工序尺寸及切削用量等3、 完成轮椅零件的工艺规程及工序卡片4、 绘制零件加工工序图5、 制作实体模型以及PPT设计6、 编写实物说明书写论文7、 对所有答辩资料进行整理进行答辩3、 存在的具体问题1、不够熟悉零件结构，对爬楼轮椅的了解不够全面2、资料收集的还有些欠缺，相关信息在网上很难找到3、没有经过实际检测，对爬楼轮椅实体只能想象，来完善自己的设计4、计算内容较复杂，容易出错5、论文书写所需资料较少进度有点慢4、指导教师对该生前期研究工作的评价5、教研室对指导教师工作的建议与要求6、系主任审阅意见、签字新乡职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生姓名： 学号： 1110211 专业： 机械设计与制造 毕业设计（论文）题目及专题： _爬楼轮椅设计_ 题目类型: 机械设计 题目来源: 学生自选题 毕业设计（论文）时间：自_11_月_13_日开始至 12 月_29_日止 1. 毕业设计（论文）完成的主要内容及要求：能熟练运用机械制造与设计中的基本理论以及生产实习中学习到的实践知识，正确的解决了轮椅在障碍或上楼等传动轮的工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。提高结构设计能力，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力即经济合理又能保证加工质量等。 学会使用手册及图表资料，掌握与设计有关的各种资料名称的出处，能够做到熟练运用。 利用杠杆省力、螺旋传动等原理进行人力驱动，同时自主设计的离合器实现平地与爬楼之间不同工况的转换，利用螺杆自锁原理保证机构的安全性和可靠性，四连杆的设计则保证了后轮可靠到位和简单精巧的控制。 2. 主要参考资料： 武明，项海筹等人的人体上半身摆动对对爬楼轮椅稳定性的影响的实验研究。 董尚斌，实用新型专利申请说明书Z. CN86210653U, 1789。 李笑，赵永强，陈晶，赵瑰贤。机械爬楼装置的传动系统方案研究 J 盛艳君 孙幸瑛：机械制图天津科学技术出版社2011年版。朱艳芳：机械设计基础，吉林大学出版社2010年版。 周彩荣：互换性与测量技术，机械工业出版社2011年版。闻邦椿：机械设计手册，机械工业出版社2010年版。 司乃骏：机械制造工艺基础，高等教育出版社2008年版。 许德珠：机械工程材料高等教育出版社2008年版。 陈丹: 工程力学，中国劳动社会保障出版社2005年版。 3. 毕业设计进度安排：阶段阶 段 内 容起止时间1撰写个人选题报告2013 11.11-11.152着手收集资料，并报送提纲审定2013 11.18-11.223集中指导与个别指导，提交中期报告2013 11.16-11.204集中指导与个别指导，提交初稿审查2013 12.22-12.265修改，经审稿后定稿交稿2013 12.28-12.296答辩2014 1.6-1.7 1 题目类型：(1) 理论研究 (2) 实验研究 (3) 工程设计 (4) 应用研究 (5) 软件开发2 题目来源：(1) 教师科研题 (2) 生产实际题 (3) 模拟或虚构题 (4) 学生自选题指导老师: 冯跃霞_ 系主任: 索卫东 附件3新乡职业技术学院毕业设计(论文)开题报告书 题目名称：爬楼轮椅设计 学生姓名： 学 号： 系 部： 机械制造系 专业年级： 2011级机械设计与制造1班 指导教师： 填写时间： 2013年11月28日 新乡职业技术学院毕业设计（论文）开题报告一、选题的根据：1）本选题的理论、实际意义 2）综述国内有关本选题的研究动态和自己的见解（一）毕业设计是一个总结性的教学环节，是全面系统地融会所学理论知识和专业的一次综合实践。高龄人群以及下肢残障者的最大障碍是步行能力的减弱甚至缺失他们不仅丧失行动力，更需要有劳动能力的人来加以护理。大部分年老体弱者及肢体伤残者都会选择轮椅作为他们的代步工具，并且大都需要家人或护理人员伴随协助轮椅的使用。然而，普通轮椅无法攀登楼梯，从而限制了轮椅使用者的活动范围，影响其参与社会生活。尤其是国内城市以多层公寓式楼房居多，电梯并没有普及到所有的居民住宅，这给轮椅乘坐者造成诸多不便。为了缓解上述弱势群体因为比例显著增加而给社会经济、医疗护理各方面带来的巨大压力，更好的关怀老年人、残疾人的生活，改善他们的生活质量，除了增加房屋和各种公共建筑设施的无障碍设计，扩大轮椅的使用范围之外，改进现有的普通轮椅，使其兼备平地行驶以及爬越楼梯障碍两种功能，成为更行之有效、立竿见影的措施。因此，为了解决上述需求，给老年人和残疾人提供性能优越的代步工具，解决楼梯对他们生活造成的不便，同时考虑使用者的经济承受能力研究一种价格适宜、平稳安全的爬楼梯装置具有重大的意义和实用价值。 （二）近年来随着社会的人口老龄化程度越来越大，人们的身体状况也不容乐观。轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的代步工具，随着无障碍设施的增多，轮椅使用者的活动范围逐步加大，但楼梯却使轮椅受到很大限制。目前的轮椅、电动轮椅能在坡度小于12度平坦的路面上行驶，但遇到楼梯台阶就无法跨越。目前中国仍有近一半的城市居民仍住在7层以下没有电梯的建筑，往往下楼需要一个身强体壮的人背行，或由4人抬着轮椅才能下楼。这一现状给无数残疾和老年人带来生活的不便，甚至有些家庭由于护理人手不够，家中的残疾人一年也难得下几次楼。因此设计爬楼轮椅将会很大程度的帮助身体不便的人，使其能够有更大的活动范围。二、研究内容人力式可爬楼轮椅利用杠杆省力、螺旋传动等原理进行人力驱动，同时自主设计的离合器实现平地与爬楼之间不同工况的转换，利用螺杆自锁原理保证机构的安全性和可靠性，四连杆机构的设计则保证了后轮的可靠到位和简单精巧的控制。在机构设计时利用运动、受力及机构合理性进行分析优化，提高设计效率和机构的合理性。在保证质量的前提下应不断地最大限度的提高生产率，节约耗费， 减少投资3、 研究方法、拟解决的关键技术、实验方案及可行性分析（一） 研究方法： 1、调研和参观实习，查阅相关资料，了解此课题额研究动态。2、根据原始数据进行设计计算。3、根据设计计算，选择合理方案，设计出总图及各部件的尺寸。4、绘制总装图及零件图（2） 解决的技术 ： 对爬楼轮椅零件进行工艺分析，分析主要技术要求和关键技术问题。审查零件的结的变形，最终达到零件的技术要求和组装成型。（三）方案及分析： 1、对零件进行工艺分析，分析主要技术要求和关键技术问题。审查零件的结构原件，配合度的选折等。2、整个系统采用人力驱动，并利用杠杆增距减力原理使上楼过程简单省力，同时避免使用复杂昂贵笨重的电动设备，性价比高。3、利用螺杆传动中的自锁，避免上下楼时的位置变化带来的危险。4、 进度安排和采取的主要措施 （一）进度安排： 1、撰写个人选题报告 11月1911月21日 2、着手收集资料，并报送提纲审定 11月2211月27日 3、考虑总体方案，提交中期报告 12月1012月12日 4、绘制总体装配图、零件图，提交初稿审查 12月1712月23日 5、课题全面总结，撰写毕业论文 12月2412月29日 6、完成论文，修改图纸，准备论文答辩 2013年1月1213日（二）主要措施：1、 熟悉零件结构，分析零件作用及其工艺特点，选择加工基准。2、制定工艺路线，确定机械加工余量，工序尺寸及切削用量等。 3、 绘制零件加工工序图，绘制夹具图。 五、主要参考文献朱艳芳：机械设计基础，吉林大学出版社2010年版.刘力：机械制图，高等教育出版社2004年版.周彩荣：互换性与测量技术，机械工业出版社2011年版.闻邦椿：机械设计手册，机械工业出版社2010年版.陈丹：工程力学，中国劳动社会保障出版社2005年版.司乃骏：机械制造工艺基础，高等教育出版社2008年版.孙丽媛:机械制造工艺及专用夹具设计,冶金工业出版社2003年版.吴 拓：机械制造工艺与机床夹具，机械工业出版社2006年版.王先逵：机械制造工艺学，机械工业出版社2006年版.陈立德：机械制造装备设计，高等教育出版社2006年版.六、指导老师意见 指导老师签名： 年 月 日七、答辩小组意见答辩小组长签名： 年 月 日八、系毕业设计领导小组审核意见系毕业设计领导小组负责人签名： （公章） 年 月 日附表3新乡职业技术学院毕业设计（论文）选题申报表年 月 日 专业机械设计与制造班级1学生姓名联系电话E-mail07432539拟选题目爬楼轮椅设计指导老师联系电话E-mail68868409指导老师对选题意见个人意见：题目新颖，对社会弱势群体有很大帮助小组意见：符合专业特点，有很大的社会意义指导老师意见：系主管审查意见说明：学生本人初选毕业设计（作业）题目后填报此表，指导老师根据选题进行初审和修改，经系主管审批后正式确定题目，并由指导老师填写毕业设计（论文）任务书下达给学生。 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 0 页 毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 论文题目：爬楼轮椅设计论文题目：爬楼轮椅设计 系 部： 机械制造系 专 业： 机械设计与制造 班 级： 11 级机械一班 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2013 年 12 月 26 日 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 0 页 目 录 摘 要 .I Abstract II 绪 论.5 第 1 章 原理图分析.1 第 2 章 轮椅简介.2 第 3 章 传动机构的设计.3 3.1 拟定传动方案的任务.4 3.2 选择传动机构类型4 3.3 选择电动机 .5 3.4 传动装置总传动比和分配各级传动比6 3.5 计算传动装置的运动和动力参数6 3.5.1 各轴转速6 3.5.2 各轴输入功率6 3.5.3 各轴转矩7 第 4 章 齿轮设计.7 4.1 选择齿轮材料、热处理、齿面硬度、精度等级及齿数8 4.2 按齿面接触疲劳强度设计8 第 5 章 链传动设计.12 5.1 链传动设计计算13 5.2 链轮标记15 第 6 章 轴的设计.16 6.1 轴的功用17 6.2 轴的分类17 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 1 页 6.3 高速轴的设计17 6.4 低速轴的设计22 第 7 章 键连接设计.27 7.1 小链轮键连接设计28 7.2 大链轮键连接设计28 7.3 高速轴齿轮键连接设计29 7.4 低数轴齿轮键连接设计29 第 8 章 电动机的连线.30 第 9 章 轮椅三维设计图.32 总结.35 致谢.36 参考文献 38 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 0 页 摘 要 本设计首先对轮椅的结构和传动机构进行分析，通过轮椅的主要部件的结构和作 用分析，反映出了轮椅在上下楼过程中的运动实现。由原理图分析可以体现和反映出 轮椅的内部结构，它主要是由电动机运转带动链轮，使链轮通过链子进行传导，以实 现高速轴和低速轴之间的齿轮传动，从而达到轮椅上下楼的安全可靠的完成。在轮椅 的设计过程中，主要考虑轮的作用、结构和运动传递进行了分析。在轴的设计过程中， 主要论述了材料的选择、载荷分析、结构设计、受力分析、轴承选择、键的选择及对 它们的校核等相关内容。 关键词：轮椅 ， 轮 ， 轴 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 1 页 ABSTRACT First of all, the design of the wheelchair structure and analysis of transmission through the main components of a wheelchair and the role of structural analysis, reflecting a wheelchair down the stairs in the course of the movement. By the schematic diagram analysis, we can embody and reflect the internal structure of a wheelchair, it is mainly driven by the motor running sprocket to sprocket for conduction through the chain in order to achieve high- speed shaft and low-speed gear transmission between the shaft, so as to achieve a wheelchair down the stairs The completion of the safe and reliable. In a wheelchair in the design process, the main considerations of the role of rotation, the structure and motion transmission to the sub -Analysis. In the axis of the design process, focuses on the choice of materials, load analysis, structural design, stress analysis, bearing selection, the choice of keys and check on them and other related content. Key Words：Wheelchair Wheel Axis 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 0 页 绪 论 轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的代步工具，随着无障碍设施的增多， 轮椅使用者的活动范围逐步加大，但楼梯却使轮椅受到很大限制，因此研发价格低廉、 简单易用的爬楼梯轮椅是面临的一项比较紧迫的任务。设计一台高效简单的爬楼轮椅 是一个非常实际应用价值的课题。 该设计的爬楼轮椅主要轮子是由 5 个小轮组成的五星轮，轮椅前方一个半米长的 安全支架上还有 4 个小轮，整个椅子共有 14 个小轮，打开电源后，背对着楼梯将轮椅 微微倾斜，很轻松就将人拉了上去，且五星轮上的一个小轮刚好能上一级楼梯。在爬 楼过程中，因为有安全支架的支撑，轮椅能停在任何一处。因此该轮椅可以实现上下 楼的方便安全性。 轮椅在上下楼过程中按下上下楼的按钮，电动机带动链轮传动，进而使齿轮与齿 轮之间进行传动，从而带动五星轮进行旋转，且轮椅在下楼过程中需要有人握紧轮椅 手柄控制方向，在下楼过程中不仅需要五星轮固定卡住台阶，还需要五星轮前面四个 小轮起到支撑和导向顺滑作用，这样就可以不费任何力气轻松下楼。且轮椅在平地上 运动，是靠五星轮的一个或两个轮着地和中间轮起支撑作用达到运动，前面两个轮在 平地上运动时候被收起，减小空间和降低阻碍运动的平稳性。 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 1 页 第 1 章 原理图分析 图 1.1 原理图 经过测量楼梯的台阶长度在 20-25cm 之间，高度在 15-18cm 之间，计算楼梯的台 阶角度在 3235之间，因此为保证轮椅在上下楼的安全，必须使五星轮的两小轮 之间的夹角大于 3235，这样五星轮在上下楼中卡住台阶，从而保证安全可靠性。 轮椅在上楼过程中按下上楼的按钮，电动机带动链轮传动，进而使齿轮与齿轮之 间进行传动，从而带动五星轮进行旋转，且轮椅在上楼过程中需要有人握紧轮椅手柄 向上拉，这样就可以轻松上楼。 轮椅在下楼过程中按下下楼的按钮，电动机带动链轮传动，进而使齿轮与齿轮之 间进行传动，从而带动五星轮进行旋转，且轮椅在下楼过程中需要有人握紧轮椅手柄 控制方向，在下楼过程中不仅需要五星轮固定卡住台阶，还需要五星轮前面四个小轮 起到支撑和导向顺滑作用，这样就可以不费任何力气轻松下楼。 轮椅在平地上运动，是靠五星轮的一个或两个轮着地和中间轮起支撑作用达到运 动，前面两个轮在平地上运动时候被收起，减小空间和降低阻碍运动的平稳性。 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 2 页 第 2 章 轮椅简介 轮椅一般有轮椅架、车轮、刹车装置及座靠等几部分组成。 1、大车轮 承载主要的重量和上楼的主要驱动装置。轮的直径有 51、56、61、66cm 规格，根据人的身高要求，我选用直径为 56cm 的轮子且该轮子有直 径为 20cm 的五个小轮子组成，小轮采用实心轮胎。 2、小车轮 一般有 8、10、12、15、18、20cm 数种规格。直径大的小轮易越过 小的障碍物和地毯，并且在上下楼的过程中，小车轮起到支撑作用，但直径太大，使 整个轮椅所占的空间变大，行动不方便，而且小轮的方向最好与大轮垂直，否则易倾 倒，因此选用 8、12cm 的最合适，该轮采用实心轮胎。 3、轮胎 轮胎有实心的、有充气内胎和无内胎充气型三种，实心型在平地走 较快且不易爆破，易推动，但在不平路上振动大，且卡入与轮胎同宽的沟内是不易拔 出；有充气内胎的较难推，也易刺破，但振动比实心的小，无内胎充气型因无内胎不 会刺破，而且内部也充气、坐起来舒服、但比实心较难推。考虑到经济性和实用性， 选用实心的轮胎。 4、刹车装置 （1） 在座椅上设置一个挡块，在静止轮椅时，可以伸出挡块阻止 轮子运动，使之静止。 （2） 在低速轴上设置一个制动片，刹车性能强，耐高温，摩擦 系数稳定，磨损率低，噪音小，但只能起到及时性刹车，却不能固定。 5、轮椅座 其高、深、宽取决于患者的体型，其材料质地也取决于病种，考虑 到天气、湿度一般采用不锈钢，耐久使用，一般深为 41、43cm，宽 40、46cm，高 45、50cm。 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 3 页 第 3 章 传动机构的设计 3.1 拟定传动方案的任务拟定传动方案的任务 轮椅的机器构造主要由电动机、传动装置和工作装置等构成。传动装置位于原动 机和工作装置之间，用来传递运动和动力，并可用以改变转速、转矩的大小或改变运 动形式，以改变工作装置功能要求，传动装置的设计对整台机器的性能、尺寸、重量 和成本都有很大的影响，因此应当合理地拟定传动方案。 根据轮椅的功能要求和工作条件，并确定各类传动机构的布置顺序以及各组成部分 的连接方式。传动方案的运动简图如图 3.1 所示: : 图 3.1 运动简图 3.23.2 选择传动机构类型选择传动机构类型 根据轮椅的工作条件有关要求，我们应考虑到工作机构的功能；对尺寸、重量的 限制；环境条件；制造能力；工作寿命与经济性要求等。有选择类型的基本原则可知： 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 4 页 （1）充分考虑提高传动装置的效率，以减小能耗、降低齿轮传动具有能保证瞬时 传动比恒定；寿命长；结构紧凑，主要的是传动效率高。 （2）考虑到载荷变化不大，环境条件等因素，选择链传动，它没有弹性滑动和打 滑现象，传动可靠，且能在高温、潮湿、多尘等条件下工作。 （3）上下楼过程中，传动要求严格，尺寸要求紧凑，转速比较轻，选用齿轮传动。 3.33.3 选择电动机选择电动机 轮椅的电动机的型号一般为 DG-M4 和 DYW-60B,考虑到经济性及实用性，选择 DG- M4 比较合适。 表 3.1 型号额定功率额定转速额定负载长宽高 DG-M4144w120rmin3.39N.m305mm125mm123mm 电动机的输出功率 Pd 为从电动机至工作机主动轴之间的总效率，即： =123 1电动机的效率 2高速机传动的效率 3低速机传动的效率 由表 24 查得：电动机 1=0.9 滚子链传动 2=0.94 圆柱齿轮 3=0.96 则 =123=0.90.94X0.96=0.81 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 5 页 故 Pd=Pw/=0.142/0.81=0.049KW 3.43.4 传动装置总传动比和分配各级传动比传动装置总传动比和分配各级传动比 由表 3.2 常用机械传动的单级传动比推荐值 链传动 i1=2 圆柱传动 i2=3 总传动比 i=i1Xi2=6 表 3.2 常用机械传动的单级传动比推荐值 类型平带传动V 带传动圆柱齿轮 传动 圆锥齿轮 传动 蜗杆传动链传动 推荐值 242436 直齿 23 104025 最大值 5710 直齿 6 807 3.53.5 计算传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数 3.5.13.5.1 各轴转速各轴转速 电动机轴为 O 轴，与链传动的高速轴为 I 轴，齿轮之间的传动低速轴为 II 轴。 各轴转速为 n0=nm=120r/min ni=n0/i1=120/2=60 nII =nI/I2=60/3=2r/min 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 6 页 3.5.23.5.2 各轴输入功率各轴输入功率 按电动机额定功率 Ped 计算各轴输入功率，即 P0=Ped=144W P= P01=1440.94=135.36W0.135KW P= P3=135.360.96=130W=0.13KW 3.5.33.5.3 各轴转矩各轴转矩 T0=95500.144/120=11.46N.mm TI=95500.135/60=21.49N.mm T=95500.13/20=62.08N.mm 将以上数据整理如下表 表 3.5 传动装置参数 项 目电动机轴高速轴 I低速轴 转速（r/min）1206020 功率（KW）0.1440.1350.13 转矩（N.mm）11.4621.4962.08 传动比23 效率0.8640.9408 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 7 页 第 4 章 齿轮设计 4.14.1 选择齿轮材料、热处理、齿面硬度、精度等级及齿数选择齿轮材料、热处理、齿面硬度、精度等级及齿数 1、选择精度等级: 爬楼椅为一般工作机器，速度不高故齿轮选用八级精度 2、选取齿轮材料，热处理方法及齿面硬度: 因传递功率不大，转速不高，选用软齿面齿轮传动，齿轮选用便于制造且价格便 宜的材料 小齿轮：45 钢（调质） ，硬度为 240HBS 大齿轮：45 钢（正火） ，硬度为 200HBS 3、选齿数 Z1、Z2: Z1=17 i=3 Z2=iZ1=3X17=51 因选用闭式硬齿面传动，故按齿面接触疲劳强度设计，然后校核其弯曲疲劳强度。 4.24.2 按齿面接触疲劳强度设计按齿面接触疲劳强度设计 按式（13-11） ，设计公式为： d1=3 21 1 ) ( u uZZ d kT H EH 1、初选载荷系数 Kt： 试选载荷系数 Kt=1.3 2、小齿轮传递转矩 TII： 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 8 页 小齿轮名义转矩 TII=9550XPII/nII=62.08N.m 3、选取齿宽系数 d： 由表 13-8，选齿宽系数 d=0.8 4、弹性系数 ZE： 由表 13-6，查取弹性系数 ZE=189.8Mpa 5、节点区域系数 ZH： 节点区域系数 ZH=2.5 6、接触疲劳强度极限 Hlim1、Hlim2： 由图 13-6 查得 Hlim1=590Mpa Hlim2=480Mpa 7、接触应力循环次数 N1、N2： 由式（13-2） N1=60n1jLh=60X20X1X(10X280X8X1) =2.688X10 7 N2=2.688X1017/3=8.96X10 6 8、接触疲劳强度寿命系数 ZN1、ZN2： ZN1=1 ZN2=1 9、接触疲劳强度安全系数： 取失效概率为 1%，接触疲劳强度最小安全系数 SH=1。 10、计算许用接触应用： 由式（13-3） ，得 H1= Hlim1XZN1/SH=590X1/1=590Mpa H2= Hlim2XZN2/SH=480X1/1=480Mpa 11、计算小齿轮分度圆直径 d1t： 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 9 页 d1t 3 2 1 12 u uZZ d TK H EHt =3 2 3 13 480 8 . 1895 . 2 8 . 0 08.623 . 12 =6.406mm 12、计算圆周速度： Vt=3.14X6.406X20/60X1000=0.0067m/s 100060 11 X tnd 13、确定载荷系数 K： 由表 13-5 查取使用系数 KA=1 根据 VZ1/100=0.0067X17/100=0.0011m/s 由图 13-13，动载系数 Kv=1.01 直齿轮传动，齿间载荷分配系数 Ka=1 由图 13-15，齿向载荷分配系数 K=1.08 故载荷系数 K=KAKvKaK=1X1.01X1X1.08=1.0908 14、修正小齿轮分度圆直径 d1： d1=d1t=6.406X=6.042mm 3 Kt K 3 3 . 1 0908. 1 4.34.3 确定齿轮传动主要参数和几何尺寸确定齿轮传动主要参数和几何尺寸 1、确定模数 m: m=d1/Z1=6.042/17=0.355mm 圆整为标准值 m=0.5mm 2、计算分度圆直径 d1、d2 : d1=mZ1=0.5X15=8.5mm 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 10 页 d2=mZ2=0.5X51=25.5mm 3、计算传动中心距 a: a=d1+d2/2=8.5+25.5/2=17 4、计算齿宽 b1、b2: b=dd1=0.8X8.5=6.8mm 取 b1=12mm b2=7mm 4.44.4 校核齿根弯曲疲劳强度校核齿根弯曲疲劳强度 按式（13-12） ，校核公式为: F=2KT1YFaYsa/bd1mF 1、齿形系数: 由表 13-7 YFa1=2.97 YFa2=2.316 2、应力修正系数: 由表 13-7 Ysa1=1.52 Ysa2=1.703 3、弯曲疲劳强度极限 Flim1、Flim2: 由图 13-7 查得 Flim1=450Mpa Flim2=390Mpa 4、弯曲疲劳强度寿命系数 YN1、YN2: 由图 13-9 查得 YN1=1 YN2=1 5、弯曲疲劳强度安全系数 SF: 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 11 页 取弯曲疲劳强度最小安全系数 SF=1.4。 6、计算许用弯曲应力: F1= Flim1 YN1/SF=450X1/1.4=321.4Mpa F2= Flim2 YN2/SF=390X1/1.4=278.5Mpa 7、校核齿根弯曲疲劳强度: F1=2KT1YFa1Ysa1/bd1m =2X1.0908X62.08X2.97X1.52/7X8.5X0.5 =20.55MpaF1=321.4Mpa F1=2KT1YFa2Ysa2/bd1m =2X1.0908X62.08X2.316X1.703/7X8.5X0.5 =17.96MpaF2 =278.5Mpa 满足弯曲疲劳强度要求。 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 12 页 第 5 章 链传动设计 带传动适用于两轴中心距较大的场合，改变带的长度可以适用不同的中心距;带具 有良好的弹性，有缓冲和吸振的作用，因而传动平稳、噪声小。且过载时候带与带轮 之间会出现打滑现象，可防止损坏其他零件，起过载保护作用，结构简单，制造、安 装和维护方便，成本低廉。但是传动的外廓尺寸较大，结构不紧凑，且对轴的压力大， 带与带轮之间存在弹性打滑和滑动，不能保证准确的传动比。机械效率低，带的寿命 较短，需要张紧装置。 链传动没有弹性打滑和滑动现象，能保证准确的平均传动比;张紧力小，轴与轴承 所承受载荷较小；结构紧凑，传动可靠，传递圆周力；传动效率较高，能在高温、潮 湿、多尘、油污等恶劣环境下工作。但链传动不适于载荷变化大和急速反转的场合且 易磨损，从而产生跳齿脱链现象。 根据条件的需要，从三个方面考虑：一、上下楼过程中轴所承受的载荷要小，这 样可以提高轴的工作寿命；二、传动效率要高，这样在上下楼过程中在保证安全的同 时也能减少人在推轮椅上楼的拉力，三、链轮放在坐垫下面，这样不仅减少装配空间 而且封闭的链轮可以提高使用寿命。因此选择链传动比较合适。 5.15.1 链传动设计计算链传动设计计算 1、确定链轮齿数 Z1、Z2: 因传动比 i=2，查表 12-6 选取 Z1=27 则 Z2=iZ1=27X2=54 2、链轮转速: N1=120r/min 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 13 页 N2=n1/i=120/2=60r/min 3、设计功率 Pd: 由表 12-7，取 KA=1 由表 12-8，取 KZ=0.684 由表（12-4） ，Pd=KAKZP=1X0.684X0.144=0.098KW 4、选用链条: 由 Pd=0.098KW 和 n1=120r/min 查图 12-9 选得链号为 05B，节距 P=8mm，单排链。 5、验算链速 V : 由式（12-1） V=Z1n1P/60X1000=27X120X8/60X1000=0.432m/s0.6m/s 在限定范围内。 6、初选中心距 ao: 因结构上无限定，初选 ao=35P。 7、确定链节数 Lp: 由式(12-5),初算链节数 Lpo=2ao/p+Z1+Z2/2+(Z2-Z1/2) XP/ao 2 =2X35P/P+27+54/2+() XP/35P 2 2754 2 =111.03 对 Lpo 圆整并取偶数，则 Lp=112。 8、理论中心距 a: 因 Lp-Z1/Z2-Z1=112-27/54-27=3.15,用插值法求得 Ka=0.24818，则由式（12-7） ，得 a=2Lp-（Z1+Z2）KaP 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 14 页 =2X112-(27+54) X0.24818X8 =283.92mm 9、实际中心距 a: a=a-a a=(0.002-0.004)a,取a=0.004a，则 a=a-a=283.92-0.004X283.92=282.78mm 10、作用在轴上的力 Fa: 由式（12-9） Fa1000（1.2-1.3）P/V =1000（1.2-1.3）X0.144/0.432N =400-433.33N 11、润滑方式: 由 P=8mm V=0.432m/s,查图 12-14 选用人工定期润滑。 12、链条标记: 05B-1x112 5.25.2 链轮标记链轮标记 1、选择材料及热处理方法: 选用 45 钢，淬火处理，硬度为 40-45HRC。 2、分度圆直径 d: dI=P/sin180/Z1=8/sin180/27=68.97mm dII=P/sin180/Z2=8/sin180/54=137.93mm 3、齿顶圆直径 da: 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 15 页 由表 12-1，得滚子外径 d1=5mm 由表 12-2，damax=d+1.25P-d1 damin=d+（1-1.6/Z）P-d1,得 71.498mmd173.97mm 140.69mmd2142.93mm 4、齿根圆直径 df: 由表 12-2，dfI=dI-d1=68.97-5=63.97mm dfII=dII-d1=137.93-5=132.93mm 5、齿形: 按 GB1244-85 6、链轮公差: 齿根圆直径公差为 h11；齿顶圆直径公差为 h11；齿坯孔径公差为 H8；齿宽公差为 h14；齿根圆径向圆跳动小链轮为 10 级、大链轮为 11 级；齿根圆处端面圆跳动小链轮 为 10 级、大链轮为 11 级。 8、小链轮工作图: 图 5.2 链轮图 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 16 页 第 6 章 轴的设计 6.16.1 轴的功用轴的功用 轴是组成机器的重要零件之一，它的主要功用是安装、固定和支承机器中的回转 零件，使其具有确定的工作位置，并传递运动和动力。 6.26.2 轴的分类轴的分类 心轴 工作时只承受弯矩不承受扭矩的轴，这类轴只起支承传动零件的作用，不传 递扭矩，受力后发生弯曲变形。 传动轴 工作时主要承受扭矩而不承受弯矩，或弯矩很小的轴，这类轴起传递动力 和运动的作用，主要发生扭转变形。 转轴 工作时既承受弯矩又承受扭矩的轴。 经分析爬楼轮椅的原理是通过齿轮与齿轮之间的啮合进行传递动力，这使轴旋转 进而实现运动，在运动过程中，既受到齿轮与齿轮之间的扭矩，又受到五星轮子与轴 的配合对轮椅的支承，所以综合选择转轴。 6.36.3 高速轴的设计高速轴的设计 1、选择轴的材料，确定许用应力: 选择轴的材料为 45 钢，调质处理。由表 17-1 查得 b=637N/mm ,s=353N/mm ,-1=268N/mm ,- 222 1=155N/mm ,+1b=216N/mm ,0b=98N/mm ,-1b=59N/mm 。 2222 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 17 页 2、计算轴的载荷: 轴所传递的转矩为 T=9550P/n=9550X0.135/60=21.49N.mm 作用在齿轮上的力为 Ft=2T/d=2T/mZ1=2X21.49/8.5=5.06N Fr=Fttana=5.06Xtan20 =1.84N Fn=Ft/cosa=1.84/cos20 =5.38N 圆周力 Ft，径向力 Fr 及正压力 Fn 的方向如图所示，且 a=20 。 3、初步估算轴的最小直径: 与电动机链传动的直径 dI 为轴的最小直径，根据表 17-2，A=107-118,按公式 （17-2）得 dI=A =(107-118) =14-16mm 3 n p 3 60 135. 0 考虑到轴上键槽削弱，轴径须加大 3%-5%，则取 dI=17mm。 4、轴的结构设计: (1)拟定轴上零件的装配方案，轴上是大部分零件包括齿轮、左端轴承、链轮，依 次由左端装配，仅右端轴承由右端装配。 (2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。 装左轴承端盖段：根据直齿轮有轴向力及 dI=17mm，轴段 I 的长度由轴承端盖宽 度及其固定螺钉的装拆空间要求决定，取 LI=20mm。 装轴承段：这两段轴径由滚动轴承的内圈孔来决定。根据直齿轮有轴向力及 dI=17mm，选深沟球轴承 6204，其尺寸为 dXDXB=20X47X14,故取 dII=dv=20mm.轴段 II 的长度由滚动轴承宽度 B，齿轮端面与轴承座之间的距离 a=10-20mm，则 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 18 页 LII=B+a+2=14+20+2=36mm,齿轮相对于轴承对称配置， Lv=a-b-B=20-7+14=27mm 装齿轮段：考虑到齿轮装拆的方便，取 dIII=25mm，为保证套筒紧靠齿轮左端使 齿轮轴向固定，LIII 略小于齿轮宽度，取 LIII=10mm。 轴环段：齿轮右端用轴环定位，按设计手册，推荐轴环高度 h=0.07d+3=0.07X25+3=4.75mm，取 h=5mm，故轴环直径 dIV=dIII+2h=25+2X5=35mm,轴 环宽度一般为高度的 1.4 倍，取 LIV=7mm。 (3)轴上零件的轴向固定齿轮，链轮与轴的径向固定均采用平键连接。同时为了保 证齿轮与轴有良好的对中性，采用 H7/r6 的配合，链轮与轴的配合为 H7/k6，滚动轴承 与轴的配合为 H7/k6。 (4)定出轴肩的圆角半径 R 的值，轴端倒角取 2X45 。 o 5、画轴的计算简图，计算支反力: 由轴的结构简图，可确定出轴承支点跨距 L2=14mm，L3=23mm，悬臂 L1=36mm。由此 可画出轴的受力简图（b） ， 水平面支反力 RBH=BDH=Fn/2=5.38/2=2.69N 垂直面支反力 RDV=(FrXL2-FtXd/2)/L2+L3=(1.84X14-5.06X8.5/2)/14+23=0.115N RBV=Fr-RDV=1.84-0.115=1.725N 6、画弯矩图(c、d、f)、转矩图: (1)水平面弯矩图 MH 截面 C 处 MCH=RBHXL2=2.69x14=37.66N.mm (2)垂直面弯矩图 MV 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 19 页 截面 C 左边 MCV1=RBVXL2=1.725x14=24.15N.mm 截面 C 右边 MCV2=RDVXL3=0.115x23=2.65N.mm (3)合成弯矩图(g) 截面 C 左边 MC1=44.74N.mm 1 22 CVCH MM 22 15.2466.37 截面 C 右边 MC2=37.75N.mm 2 22 CVCH MM 22 65 . 2 66.37 (4)转矩图(h) 转矩 T=21.49N.mm 7、按弯扭合成强度条件校核轴的强度: 从图中可见截面 C 处弯矩最大，校核该截面的强度。 截面 C 的当量弯矩： Me= = =46.56N/mm 2 1 2 TM C 2 2 49.216 . 074.44 2 式中 a=-1b/0b0.6 由式（17-5） ，可得： e=Me/W=Me/0.1d =46.56/0.1X25 =0.03N/mm 332 校核结果：e-1b=59M/mm ,截面 C 的强度足够。 2 8、绘制轴的工作图: 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 20 页 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 21 页 图 6.3 高速轴的工作图 6.46.4 低速轴的设计低速轴的设计 1、选择轴的材料，确定许用应力: 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 22 页 选择轴的材料为 45 钢，调质处理。由表 17-1 查得 b=637N/mm ,s=353N/mm ,-1=268N/mm ,- 222 1=155N/mm ,+1b=216N/mm ,0b=98N/mm ,-1b=59N/mm 。 2222 2、 计算轴的载荷: 轴所传递的转矩为 T=9550P/n=9550X0.135/60=21.49N.mm 作用在主动轮与从动轮上的同名力大小相等、方向相反，即 Ft=2T/d=5.06N Fr=Fttana=1.84N Fn=Ft/cosa=5.38N 圆周力 Ft，径向力 Fr 及正压力 Fn 的方向如图所示，且 a=20。 3、初步估算轴的最小直径: 与电动机链传动的直径 dI 为轴的最小直径，根据表 17-2，A=107-118,按公式 （17-2）得 dI=A =(107-118) =20-22mm 3 n p 3 20 13 . 0 考虑到轴上键槽削弱，轴径须加大 3%-5%，则取 dI=22mm。 4、轴的结构设计: (1)拟定轴上零件的装配方案，轴上是大部分零件包括齿轮、左端轴承、五星轮， 依次由左端装配，仅右端轴承与五星轮由右端装配。 (2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。 装左轴承端盖段：根据直齿轮有轴向力及 dI=22mm，轴段 I 的长度由轴承端盖宽 度及其固定螺钉的装拆空间要求决定，取 LI=20mm,该结构为对称，则 dI=dVIII=22mm。 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 23 页 装轴承段：这两段轴径由滚动轴承的内圈孔来决定。根据直齿轮有轴向力及 dI=22mm，选深沟球轴承 6206，其尺寸为 dXDXB=25X52X15,故取 dII=dv=25mm.轴段 II 的长度由滚动轴承宽度 B，五星轮端面与轴肩内壁之间的距离为 5-10mm，则 LII=B+5+2=16+5+2=23mm 齿轮相对于轴承对称配置， 则 LII=LvII=23mm 装齿轮段：考虑到齿轮装拆的方便，取 dIv=35mm，根据要求可知总宽为 560mm，则 LIII=560-23-23-20-20=474mm ，在装配过程中考虑到，阻挡五星轮的左右 移动及支撑架支撑轴，但不影响齿轮的装配，且该结构是对称的，则取 dIII=dvI=30mm，LVI=474/2-7-4=226mm,dIII=474/2-3=234mm。 轴环段：齿轮右端用轴环定位，按设计手册，推荐轴环高度 h=0.07d+3=0.07X25+3=4.75mm，取 h=5mm，故轴环直径 dV=dIII+2h=35+2X5=45mm,轴环 宽度一般为高度的 1.4 倍，取 LV=7mm。 (3)轴上零件的轴向固定齿轮，齿轮与轴的径向固定均采用平键连接。同时为了保 证齿轮与轴有良好的对中性，采用 H7/r6 的配合，五星轮与轴的配合为 H7/k6，滚动轴 承与轴的配合为 H7/k6。 (4)定出轴肩的圆角半径 R 的值，轴端倒角取 2x45 。 o 5、画轴的计算简图，计算支反力: 由轴的结构简图，可确定出轴承支点跨距且由于是对称关系，因此 L1=L2=249mm， 由此可画出轴的受力简图， 水平面支反力 RAH=BCH=Fn/2=5.38/2=2.69N 垂直面支反力 RCV=(-FrXL2-FtXd/2)/L1+L2=(-1.84X14-5.06X8.5/2)/249+249=-1.28N 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 24 页 RAV=-（Fr+RDV）=-1.84-1.28=-3.12N 6、画弯矩图、转矩图: (1)水平面弯矩图 MH 截面 B 处 MBH=RAHXL1=2.69X249=669.81N.mm (2)垂直面弯矩图 MV 截面 B 左边 MBV1=RAVXL1=-3.12X249=-776.88N.mm 截面 B 右边 MBV2=RCVXL2=-1.28X249=-318.72N.mm (3)合成弯矩图 截面 B 左边 MB1=1025.76N.mm 1 22 BVBH MM 22 88.77681.669 截面 B 右边 MB2= =741.77N.mm 2 22 BVBH MM 22 72.31881.669 (4)转矩图 转矩 T=62.08N.mm 7、按弯扭合成强度条件校核轴的强度: 从图中可见截面 B 处弯矩最大，校核该截面的强度。 截面 B 的当量弯矩： Me= = =1026.44N/mm 2 1 2 TM B 2 2 08.626 . 076.1025 2 式中 a=-1b/0b0.6 由式（17-5） ，可得： e=Me/W=Me/0.1d =1026.44/0.1X35 =0.239N/mm 332 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 25 页 校核结果：e-1b=59M/mm ,截面 B 的强度足够。 2 8、绘制 轴的工作 图: 图 6.4 低速轴的工作图 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 26 页 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 27 页 第 7 章 键连接设计 7.17.1 小链轮键连接设计小链轮键连接设计 1、平键的选型和尺寸选择: 选择 A 型平键，根据轴直径 d=12mm 和轮毂宽度 12mm，从表 17-6 查得键的截面尺 寸为 b=3mm,h=3mm,L=12mm。 2、校核挤压强度: 由式（17-13） ，可得 p=2T/dkLp k=h/2=3/2=1.5mm l=L-b=12-3=9mm 由上述可知 T=11.46N.mm,查表 17-7 的许用应力p=(100-120)N/mm ,则 2 p=2X11.46/12X2.5X9=0.0.14N/mm p 2 满足挤压强度的要求。 7.27.2 大链轮键连接设计大链轮键连接设计 1、平键的选型和尺寸选择: 选择 A 型平键，根据轴直径 d=17mm 和轮毂宽度 12mm，从表 17-6 查得键的截面尺 寸为 b=5mm,h=5mm,L=12mm。 2、校核挤压强度: 由式（17-13） ，可得 p=2T/dkLp 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 28 页 k=h/2=5/2=2.5mm l=L-b=12-5=7mm 由上述可知 T=21.49N.mm,查表 17-7 的许用应力p=(100-120)N/mm ,则 2 p=2X21.49/17X2.5X7=0.15N/mm p 2 满足挤压强度的要求。 7.37.3 高速轴齿轮键连接设计高速轴齿轮键连接设计 1、平键的选型和尺寸选择: 选择 A 型平键，根据轴直径 d=25mm 和轮毂宽度 12mm，从表 17-6 查得键的截面尺 寸为 b=5mm,h=5mm,L=10mm。 2、校核挤压强度: 由式（17-13） ，可得 p=2T/dkLp k=h/2=5/2=2.5mm l=L-b=12-5=7mm 由上述可知 T=21.49N.mm,查表 17-7 的许用应力p=(100-120)N/mm
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