机械毕业设计（论文）-四轮式搜救机器人行走机构设计【全套图纸】.doc

摘 要机器人的组成类似于人类。人携带一个对象,例如,运动过程可用框图说明。首先,一听到外面的命令或使用眼睛看外面的指令,和测量距离的眼。感觉这两种信息通过感觉神经到大脑,大脑通过分析和计算,然后发出指令由运动神经,手臂的最好方法,抓住对象的对象、手的感觉神经,感觉有一个控制对象,信息到大脑。大脑指挥手抓住对象,同时指令的脚走路去要求到达现场,最后放下对象。行走机构根据类型的作业机器人的身体可以分为几类,如轮式、履带式、蠕动。关键字：四轮式机器人，行走机构，轮式，运动全套图纸，加153893706AbstractRobots composition is similar to human beings. People carrying an object, for instance, the movement process of available figure as shown in the block diagram to illustrate. First of all, one heard outside of the command or use the eyes to see outside of the instructions, and measure the distance by the eye. Feel these two kinds of information through sensory nerves to the brain, the brain through analysis and calculation, and then issue instructions by motor nerve, arms in the best way to objects, and seized objects, hands of sensory nerves, feeling has a grip on the object, the information to the brain. Brain command hand grabbed the object, at the same time instruction feet walking to required to arrive site, finally put down the object. Travel mechanism according to the type of homework robot body can be divided into several categories such as type wheel, crawler, peristalsis. Key words: four-wheeled robot, running gear, wheel, movement 目 录摘 要1Abstract2目 录3第一章 概述51. 1 机器人概述51.2 四轮式机器人概述71.3 国内外四轮式机器人的发展71.3.1 国内四轮式机器人的发展71.3.2 国外四轮式机器人的发展81.4 机器人的发展前景10第二章 行走机构的设计102.1 轮式行走机构102.2履带式行走机构112.3 蠕动式行走机构122.4 课题目的及意义13第三章 机器人的设计133.1 机器人驱动方案和电机选择133.2 减速器设计143.3 齿轮传动设计153.3.1 齿轮选择153.3.2 按齿根弯曲皮料强度设计153.3.3 按齿面接触疲劳强度校核173.3.4 几何尺寸计算183.4 车轮轴及齿轮轴设计183.4.1 车轮后轴设计183.4.2 齿轮轴的设计283.4.3前轴设计323.5 其他零部件的设计323.5.1 轴承盖的设计323.5.2车轮的设计323.5.3 箱体设计333.6校核机器人的各部分性能333.6.1 电机转动惯量校核333.6.2 机器人越障能力校核343.7 CCD系统的选用及设计35第四章 机器人牵引电缆自动收放及计长装置354.1 牵引电缆自动收放工作原理和结构354.2电机的选择364.2.1 回转速度364.2.2负载的转矩364.2.3伺服电机的选择36参考文献37第一章 概述1. 1 机器人概述机器人-这一词最早使用始于1920年至1930年期间在捷克作家凯勒尔*凯佩克（Karel capek）的名为罗莎姆的万能机器人的幻想剧中，一些小的人造的和拟人的傀儡绝对地服从其主人的命令。这些傀儡被称为“机器人”。该单词起源于捷克语“robota”。意思是“强制的劳动”。机器人的组成与人类相似。举例说，人搬运某一物体的运动过程可用图（a）所示的方块图来说明。首先，人听到外部的命令或用眼睛看到外部的指令，并由眼睛测量出距离。感受到这两种信息经过感觉神经送到大脑中，大脑经过分析计算，然后通过运动神经发出指令，手臂用最好的方式伸向物体，并将物体抓住，手上的感觉神经，感觉物体已经抓牢了，把信息传给大脑。大脑命令手抓起物体，同时指令脚行走到所要求到达的地点，最后放下物体。一般包括以下几个部分见图（b）：1.控制中枢（相当于人的大脑）； 2.操作装置（相当于人的手）；3.行走装置（相当于人的脚）； 4.有感觉的机器人还必须有感觉装置以及与外界环境联系的装置（相当于人的口、耳、眼、鼻以及皮肤上的感觉神经）。实际的机器人在不同的程度上具有两种特有的属性：对环境的通用性和自动适应性。通用性：具有完成各种任务以及以不同的方式完成相同的结构或机械能力。这意味着机器人的机械结构具有可变的机械形状。自动适应性：是指一个机器人必须被设计成由其自己去完成任务，尽管难以预知，但却可以有限的知道在完成任务期间环境的变化，通过改变路径、姿态等来处理所面对的问题，最终完成任务。为了对机器人进行分类，必须能够定义和区分不同的类型，因此根据不同的定义就有不同的分类方法。现在使用的有很多种。以下介绍日本工业机器人协会（JIRA）的分类方法：第一类：手工操作装置：一种由操作人员操作的具有若干个自由度（DOF）的装置；第二类：固定程序的机器人：依照预定的不变的方法按部就班执行任务的操作装置，对任务的执行顺序很难进行修改；第三类：可变程序的机器人：与第二类是同一种类型的操作装置，但其执行步骤可以修改；第四类：再现式机器人：操作人员通过手动方式引导或控制机器人完成任务，而机器人控制装置则记录其运动轨迹，需要时可以重新调出记录的轨迹信息，机器人就能以自动的方式完成任务；第五类：数值控制机器人：由操作人员给机器人提供运动程序，而不是用手动方式教导机器人完成指定的作业任务；第六类：智能机器人:通过对环境变化的感知，改变其运动轨迹、姿态等措施圆满的完成任务。机器人的诞生和机器人学的建立无疑是20世纪人类科学技术的重大成就。自60年代初机器人问世以来，作为20世纪人类最伟大发明之一的机器人技术，经历了近半个世纪的发展，已取得了长足的进步。特别是到了20世纪90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。除了用于工业生产中从事焊接、喷漆、搬运和装配等作业的工业机器人的水平不断提高之外，各种用于非制造业的特种、智能机器人系统也有了长足的进展。工业机器人在经历了诞生成长成熟期后，已成为现代先进制造业中必不可少的核心装备，当今世界上约有上百万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在各条战线上。非制造业中的仿人性机器人、农业机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人、服务机器人等各种用途的特种机器人也正以飞快的速度向实用化迈进。1.2 四轮式机器人概述20世纪70年代以来, 石油、化工、天然气及核工业等产业迅速发展, 各种四轮式作为一种重要的物料输送设施, 得到了广泛应用。由于腐蚀、重压等作用, 四轮式不可避免地会出现漏孔、裂纹等现象。同时多数四轮式安装环境人们不能直接到达或不允许人们直接进入, 为进行质量检测和故障诊断, 采用传统的全面挖掘法、随机抽样法工程量大, 准确率低, 四轮式机器人就是为解决这一实际问题产生的。它是由可沿四轮式内部或外部自动行走装置、携有一种或多种传感器及操作装置如：机械手、喷枪、焊枪、刷子。四轮式机器人的工作空间是复杂、封闭的各种四轮式, 包括水平直管、各角度弯管、斜坡管、垂直管以及变径管接口等, 所以需要在操作人员的遥控操作或计算机自动控制下, 进行一系列四轮式作业。四轮式机器人可完成的四轮式作业有以下几类：1.生产、安装过程中的外质量检测。2.恶劣环境下四轮式清扫、喷涂、焊接、内部抛光等维护。3.使用过程中焊缝情况、表面腐蚀、裂缝破损等故障诊断。4.对埋地旧四轮式的修复。3.四轮式内外器材运送、抢救等其它用用途。1.3 国内外四轮式机器人的发展1.3.1 国内四轮式机器人的发展国内在四轮式机器人方面的研究起步较晚, 而且多数停留在实验室阶段。哈尔滨工业大学邓宗全教授在国家“863”计划课题“X射线检测实时成像四轮式机器人的研制”的支持下, 开展了轮式行走方式的四轮式机器人研制, 实现了外机构同步运动作业无缆操作技术, 并研制了链式和钢带式两种新型管外旋转机构。该系统由六大部分组成(1)行走载体 (2)视觉定位 (3)收放线装置 (4)X射线机 (5)检测控制,系统控制 (6)防护系统1-能源 2-控制系统 3-收放线装置 4-X射线控制 5-驱动装置 6-X射线机 7-视觉定位装置 8-防护罩 9-四轮式壁上海交通大学研发了小口径四轮式内蠕动式行走机构。它是模仿昆虫在地面上爬行时蠕动前进与后退的动作设计的。其主要机构由撑脚机构、三个气缸（前气缸、中气缸、后气缸）、软轴、弹簧片、法兰盘组成。针对微小空间、微小四轮式实时探测的要求，研制成电磁驱动微小型四轮式机器人样机。微小四轮式机器人由四个电磁驱动单元组成。其驱动机理模拟生物体的蠕动爬行。它是通过给线圈加一系列的时序脉冲进行控制，依次使各单元动作，达到蠕动爬行的运动。 西安交通大学设计制作了蠕动式微动直线自行走机构。这种行走机构以电致伸缩微位移器做驱动器，以电磁铁机构作为可吸附于行走表面的保持器。广州工业大学借用仿生学原理，研制成结构独特的，像蠕虫一样的微四轮式机器人的运动由电磁力驱动。机器人由前后两个电磁线圈和前后两个驱动器组成。当分别通电时，机器人的两个驱动器相互吸合收缩。当后电磁线圈断电时，后部突然放松，由此产生的推力将机器人前部(前驱动器)向前推进一段距离；反向运动依次类推。1.3.2 国外四轮式机器人的发展国外关于燃气四轮式机器人的研究始于20世纪40年代, 由于70年代的微电子技术、计算机技术、自动化技术的发展, 四轮式检测机器人技术于90 年代初，得到了迅猛发展并接近于应用水平。日本机器人的发展经过了60年代的摇篮期, 70年代的实用期, 到80年代进入普及提高期, 开始在各个领域内广泛推广使用机器人。日本四轮式机器人众多, 东京工业大学于1993年开始研究四轮式机器人, 并且成功研制出Thes系列的机器人，以下介绍Thes2型四轮式机器人：如图（1）所示, 其采用“电机- 蜗轮蜗杆- 驱动轮”的驱动方案, 同时每个驱动轮都有一个倾斜角度测量轮, 通过测量轮探测机器人的倾斜角度, 并反馈给电机从而保证四轮式机器人的驱动轮以垂直的姿态运动。该四轮式机器人系统通过CCD摄像头实现信息的采集, 整个系统采用拖缆控制方式, 检测距离超过100m。美国是机器人的诞生地, 早在1962 年就研制出世界上第一台工业机器人, 是世界上的机器人强国之一, 其基础雄厚, 技术先进, 并有很多四轮式机器人产品。美国Inuktun公司系列四轮式检测机器人Versatrax是国外现有的已成型四轮式机器人。美国纽约煤气集团公司(NYGAS) 的DaphneDpZurko 和卡内基梅隆大学机器人技术学院的HagenSchempf博士在美国国家航空和宇宙航行局(NASA)的资助下于2001年开发了长距离、无缆方式的四轮式机器人系统EXLORER, 专门用于检测地下煤气四轮式的情况, 如图2 所示。该四轮式机器人系列 EXLORER就有如下特征: ( 1) 一次作业检测距离长,采用无缆方式, 自带电池并且电池可以多次反复充电, 使四轮式机器人具有良好的自推进能力。( 2) 可以在铸铁和钢质煤气四轮式中, 低压和高压条件下工作。(3) 四轮式机器人的彩色摄像头采用嵌入式“鱼眼”镜头, 结构非常紧凑。(4) 可以顺利通过90的弯管接头和垂直四轮式。( 5) 与外部操作人员采用无线通讯方式。( 6)该四轮式机器人可以探测煤气四轮式内部是否水渗透、碎片堆积; 可以确定四轮式内部缺陷的确切位置并且定位相应的作业装置; 采用视频图像的形式准确地反映四轮式内部的状况条件。德国工业机器人的总数占世界第三位, 仅次于日本和美国。德国学者Bernhard Klaassen、Hermann St2reich和Frank Kirchner等人在德国教育部的资助下于2000年研制成功了多关节蠕虫式四轮式机器人系统MAKRO。该机器人由六节单元组成, 其头部和尾部两个单元体完全相同, 每个单元之间的节点由3个电动机驱动, 使得MAKRO可以抬起或者弯曲机器人个体, 从而可以轻松越过障碍物或实现拐弯运动,该四轮式机器人系统MAKRO具有21 个自由度, 长度为2m, 质量为50kg, 采用无缆控制方式, MAKRO系统使用于直径为300600mm的四轮式。加拿大INUKTUN公司的双履带式机器人行走机构, 履带采用刚性支承结构, 两履带的夹角可以调节, 以适应不同的作业管径。两履带调节到平行位置时, 可以在平地或矩形四轮式内行走。但这种刚性支承的双履带式机器人行走机构的两履带夹角在行走过程中是无法改变的, 因此不适应管径变化的作业场合。Kawaguch等研制的四轮式检测机器人系统只适用于200mm的四轮式, 而且一次作业的检测距离不大于500m; Kuntze等采用四轮式独立伺服驱动方案研制成四轮式检测机器人系统KARO, 该机器人系统只能实现对200mm管径的地下输水四轮式的检测, 一次检测距离为400m, 系统采用拖缆控制方式。1.4 机器人的发展前景展望21世纪机器人技术的发展趋势，明显地向着智能化（intellectualization）方向发展，包括机器人本身向智能机器人进化和实现机器人化（robotization）生产系统。具体地说，传感型智能机器人发展较快，新型智能技术（如临场感、虚拟现实、记忆材料、多智能体系统以及人工神经网络和专家系统等）在机器人上得到开发与应用，采用模块化设计技术，进一步推动机器人工程，注意开发微型和小新机器人，重视研制行走机器人，研制应用于非结构环境下工作地非制造业机器人和服务机器人，开发敏捷制造系统，军用机器人将用于装配部队等。总的说来，虽然存在不少难关，甚至出现某些阴影，但新世纪机器人学的发展前景是十分光明和充满希望。第二章 行走机构的设计按照行走机构的类型，可将作业机器人行走机构分为轮式、履带式、蠕动式等几类。2.1 轮式行走机构轮式机构作业机器人的基本形式如图1（a）所示。对此类机器人的研究相对较多。机器人在的运动，有直进式的（即机器人在平动），也有螺旋运动式的（即机器人在一边向前运动，一边绕四轮式轴线转动）；轮的布置有平面的，也有空间的。一般认为，平面结构的机器人结构简单，动作灵活，但刚性、稳定性较差，而空间多轮支撑结构的机器人稳定性、刚性较好, 但对弯管和支岔管的通过性不佳。图1（b）为英国的PEARPOINT有限公司开发的自来水四轮式检测轮式机器人，可在以135375mm的管径内直线行走，行走速度为012m/min。2.2履带式行走机构这种类型的机器人在油污、泥泞、障碍等恶劣条件下达能到良好的行走状态， 但由于结构复杂，不易小型化，转向性能不如轮式载体等原因，此类机器人应用较少。图2（b）是日本关西电力株式会社开发的适用于管径288388mm、管长100m的海水四轮式检查履带式机器人，该机器人通过沿径向分布的履带在水平管和垂直自主行走，行走速度为5m/min。整个地下输气四轮式检测维修用行走机器人系统由三大部分组成：(1) 履带式行走机器人。机器人小车上装有CCD摄像机，并可根据需要加挂其它检测单元。(2) 圆盘式收放线装置。行走机器人通过电缆进行控制，视觉等信号也通过该线缆传输到控制计算机。(3) 控制单元。其主体为一台工业控制计算机，负责整个机器人系统的控制、显示及信息存储等工作。操作人员通过界面完成所有操作。控制单元与收放线装置安装在一个专门设计的手推车体上，便于行走。2.3 蠕动式行走机构图3 蠕动式行走机构蠕动式行走机构如图3所示。当头部支撑脚3 收缩脱离与四轮式内壁接触，尾部支撑脚1伸出与管壁接触压紧，气缸2左缸供气, 蠕动载体伸长, 带动头部向前行走；当头部行走到位时，支撑脚1缩回，头部支撑脚3伸出与管壁接触压紧，气缸2右缸供气，则蠕动载体收缩，带动尾部向前运动。尾部行走到位，尾部支撑脚1伸出，支撑管壁，头部支撑脚缩回。蠕动式行走机器人支撑脚的伸缩和载体的蠕动均采用直线运动，当支撑脚支承载体与管壁压紧，不支承时可以与管壁脱离，解决了轮式和履带式行走机器人行走时驱动轮始终压紧在管壁上的问题，可以产生很大的牵引力。但由于蠕动式行走机器人的运动是间歇的，受驱动件启动频率的限制，行走速度比轮式、履带式低。轮式驱动机构具有结构简单，容易实现，行走效率高等优点，主要缺点是牵引力的提高受到封闭力的限制。履带式载体附着性能好，越障能力强，并能输出较大的牵引力，但结构复杂，不易小型化，转向性能不如轮式载体。2.4 课题目的及意义本项目是根据我国经济建设的实际需要而提出的一项亟待研究和解决的科研课题。地下四轮式（输水四轮式、煤气四轮式、供气四轮式）在长期使用过程中，由于受到、管外介质的腐蚀等原因，会产生裂纹、漏孔而出现漏气、漏水现象，这不仅会造成巨大的经济损失，甚至会出现人身事故，为此迫切需要一种能在行走的机器人来拖动或输送各种装置完成检测和维修工作。目前国外先进国家对地下四轮式的检测已开始采用行走机器人来完成，而国内主要采用废弃旧损管线、铺设新管线的方法，或人工入管修复，这不仅耗资巨大，修复周期过长，而且劳动强度大。据我们在中国石油天然气总公司和国内各城市自来水公司、供热公司调研表明，国内现继续地下输气四轮式、输水四轮式检测用行走机器人。因此开展地下输水输气四轮式检测用行走机器人的研究，对能源工业的发展及减少水资源浪费具有重大的理论意义和现实意义。第三章 机器人的设计目前，国内外对的检测主要采取人工观察测量、局部破损检测的办法。所研制的四轮式机器人大部分也是针对工业四轮式和细小的四轮式。由此，笔者尝试性地做了关于检测机器人行走机构的初步探讨。根据汽车理论，机器人若能在四轮式中正常行走，则必须满足下述条件，即 式中， 驱动力； 为附着力，且 = ，为附着系数。根据汽车理论，设计取 =0.5，可得 =373.4 由以上计算可知行走条件满足。3.1 机器人驱动方案和电机选择 按照汽车的驱动理论原则，四轮式机器人的驱动方式采用后轮驱动的方式，并且由于工作条件对小车尺寸的要求，采用减速器装置，使电机的告诉输出轴连接在减速器输入轴上，然后通过减速器减速，并且把减速器的输出轴通过套筒式联轴器与一对锥齿轮和小车的后轴相连接，从而带动车轮转动。后轮轴的两端伸出部分安装上铸钢轮，为了附着性能，在铸钢轮的外面嵌入了橡胶圈，使机器人能可靠在四轮式里行走。由 ，其中， 电机转矩，单位 变速器传动比； 主减速器传动比；车轮半径，单位为；T传动效率；N发动机转速，单位为；机器人行驶速度，单位为。设计中初选，；可得n=2273.3r/min , =0.1116；选定电机的条件：电机的额定转矩； 电机的额定转速； 电机的额定转动惯量。由选定条件可初步选择BAYSIDE公司的BM060型直流伺服电动机，其技术数据如表1所示，外形尺寸如表2所示。3.2 减速器设计车轮转矩：表1 BM060型直流伺服电动机的技术数据型号电压电枢电流输出功率最高转速额定转矩BM060300V0.15A300W6400 r/min0.54 表2 BM060型直流伺服电动机的外型尺寸总长外径轴径转动惯量164mm60mm11mm即联轴器输出转矩选PS800型，其技术数据如表3所示。表3 PS600型减速器技术数据型号减速比额定输出转矩（）最大输出转矩（）瞬时惯量（）效率法兰（mm）输出轴径（mm）总长（mm）质量（kg）PS601004513593%6016128.42.33.3 齿轮传动设计3.3.1 齿轮选择选用支持圆锥齿轮传动，大小齿轮东选用硬齿面，材料均为40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为4850HRC。因采用表面淬火，齿轮的变形不大，不需磨削，故初选5级精度（GB10095-88）。选小齿轮齿数，大齿轮齿数。3.3.2 按齿根弯曲皮料强度设计弯曲想读的设计公式为式中， 模数，单位mm; 载荷系数； 小齿轮传递的扭矩，单位； 齿宽系数； 齿形系数； 应力校正系数； 许用弯曲疲劳强度，单位MPa.确定公式内的各计算数值查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限：；查得弯曲疲劳寿命系数 ；计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，由公式得；计算载荷系数;取齿形系数 ；查取应力校正系数 ；计算大、小齿轮的并加以比较；小齿轮的数值大，应以小齿轮计算。小齿轮传递的转矩 齿宽系数 ；设计计算取模数。3.3.3 按齿面接触疲劳强度校核接触强度的校核公式为 确定公式内的个计算数值查得大小齿轮的接触疲劳强度极限 ；查得接触疲劳寿命系数 计算解除疲劳许用应力取接触疲劳安全系数 ，由公式得取。载荷系数: ；查取弹性影响系数；计算小齿轮分度圆直径 ；校核计算齿轮设计符合要求。3.3.4 几何尺寸计算（1）计算分度圆直径；计算中心距；计算锥距计算齿轮宽度 ；圆整取 。3.4 车轮轴及齿轮轴设计3.4.1 车轮后轴设计（1）最小直径的设计车轮轴的转矩：车轮轴的功率：；选取轴的材料为40Cr，许用扭转应力。取。车轮轴的结构设计，如图所示，详图请参考零件图。图10 车轮轴的结构简图轴承的选择根据结构选择角接触球轴承（GB292-83）。表5 GB292-83型号36204轴承的参数型号内径（mm）外径（mm）宽度（mm）额定动载荷（kN）额定静载荷（kN）362040471412.308.50车轮轴的校核由于该轴既承受扭矩又承受弯矩，故按弯扭合成强度条件校核，并同时按疲劳强度条件进行精度校核。步骤如下：轴的受力简图，如图所示。 图11 车轮轴的受力简图其中， ； 图中其他各力数值如表所示。表6车轮轴受力数值载荷水平面H垂直面V支反力根据轴的计算见图做出轴的弯矩图，扭矩图和计算弯矩图，如图12所示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计算弯矩的截面。，故安全。精确校核轴强度经判断A，B处为危险截面i）校核A面右侧抗弯截面系数：；抗扭截面系数：；A面右侧弯矩：；A面右侧扭矩：；截面上的弯曲应力：；截面上的扭转切应力：轴材料为40Cr,调质处理， ， 图形截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及：由，查得，轴的材料的敏性系数：有效应力集中系数：，尺寸系数：；扭转尺寸系数：轴用磨削加工，其表面质量系数：轴未经表面强化处理，即，则综合系数为：，材料特性系数：，取；，取计算安全系数 故可知其安全。ii）校核A面左侧抗弯截面系数：抗扭截面系数：A面左侧弯矩：；A面左侧扭矩：；截面上的弯曲应力：；截面上的扭转切应力：过盈配合处的值：轴用磨削加工，其表面质量系数：轴未经表面强化处理，即，则综合系数为：，材料特性系数：，取；，取计算安全系数 iii）校核B面右侧抗弯截面系数：；抗扭截面系数：；B面右侧弯矩：；B面右侧扭矩：；截面上的弯曲应力：；截面上的扭转切应力：过盈配合处的值：轴用磨削加工，其表面质量系数：轴未经表面强化处理，即，则综合系数为：，材料特性系数：，取；，取计算安全系数 故可知其安全。iv）校核II面右侧抗弯截面系数：；抗扭截面系数：；II面右侧弯矩：；II面右侧扭矩：；截面上的弯曲应力：；截面上的扭转切应力：截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及：由，查得，轴的材料的敏性系数：有效应力集中系数：，尺寸系数：；扭转尺寸系数：轴用磨削加工，其表面质量系数：轴未经表面强化处理，即，则综合系数为：，材料特性系数：，取；，取计算安全系数 故可知其安全。轴承校核预计寿命：寿命根据公式 进行计算式中，温度系数， ； 载荷系数，； 转速，； 当量动载荷。所以求两轴承的计算轴向力和初选则 ，得 再计算， ，值相差不大，因此， 当量动载荷和 由；得，由中等冲击得， 取校核轴承寿命因，所以故满足要求。键与键槽的设计与锥齿轮连接处选用A型平键(GB1096-79)，此处，因此 满足要求。与车轮连接处选用C型平键（GB1096-79），此处，因此 满足要求。3.4.2 齿轮轴的设计（1）最小直径的设计齿轮轴的转矩：齿轮轴的功率：选取轴的材料为40Cr，许用扭转应力。得，取。齿轮轴的结构设计，见零件图 轴承选择根据结构选择深沟球轴承（GB276-89），具体参数如表7所示。表7 GB292-89参数型号内径（mm）外径（mm）宽度（mm）额定动载荷（KN）额定静载荷（KN）3620112321042.40齿轮轴的校核轴的受力简图，如图12所示其中，；图中其他各力数值如表8所示。根据轴的计算简图作出轴的弯矩，扭矩图和计算弯矩图，如图13所示。表8 齿轮轴的受力数值载荷水平面H垂直面V支反力R转矩M精确校核轴的强度经判断A处为危险截面i）校核A面左侧抗弯截面系数：；抗扭截面系数：；A面右侧弯矩：；II面右侧扭矩：；截面上的弯曲应力：；截面上的扭转切应力：过盈配合处的值：轴用磨削加工，其表面质量系数：材料特性系数：，取；则综合系数为：，计算安全系数 故可知其安全。ii）校核A面右侧抗弯截面系数：；抗扭截面系数：；A面右侧弯矩：；A面右侧扭矩：；截面上的弯曲应力：；截面上的扭转切应力：轴材料为40Cr,调质处理， ， ， 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及：由，查得，轴的材料的敏性系数：有效应力集中系数：，尺寸系数：；扭转尺寸系数：轴用磨削加工，其表面质量系数：轴未经表面强化处理，即，则综合系数为：，材料特性系数：，计算安全系数 故可知其安全。3.4.3前轴设计（1）结构简图如图14所示，详图见零件图（2）轴承选择选用深沟球轴承204（GB276-89），结构参数如图9所示。表9 深沟球轴承（GB276-89）的结构参数内径d外径D宽度B额定动载荷C额定静载荷20mm47mm14mm10.00KN6.30KN3.5 其他零部件的设计3.5.1 轴承盖的设计采用螺钉联接式轴承盖取联接螺钉直径，选用毡圈油封 选用螺钉（GB67-85），数量4个。3.5.2车轮的设计车轮材料选用HT150铸造。为了使轮胎最大限度地与管壁接触，以获得较大的摩擦力，所以车轮受力面铸成斜面，外面匝以实心橡胶轮圈。轮圈胎面为圆弧形，其中点处设计为力点，径向半径为60mm。车轮通过键联接与轴相连，轴向定位则靠轴肩和螺钉紧固。3.5.3 箱体设计两侧壁厚4mm，前后壁厚10mm,底部厚5mm,轴承座：内径d=47mm,外径D=