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手动变速轮椅设计,手动,变速,轮椅,设计
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毕业设计 手动变速轮椅设计三1120112266 机械工程系 张瑞峰学生姓名： 学号： 机械设计制造及其自动化系 部： 梁雅琴专 业： 指导教师： 2015年 6 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日 毕业设计任务书设计题目： 手动变速轮椅设计 系部： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号： 112011226 学生： 张瑞峰 指导教师（含职称）： 梁雅琴（副教授） 1课题意义及目标 该手动变速轮椅主要使用人群多为行动不便的老人。为了便于在多种情况下使用，因而要求三个档位，保证上坡时有较大扭矩，使上坡更有力；且便于换挡操作；轮椅安全可靠，操作简便、省力，且可以考虑附加一些便于年老者使用的特殊装置。2主要内容 该课题旨在设计一款轻便省力，安全可靠，经济实用的变速轮椅。学生应在了解手动变速轮椅构造及主要特点的基础上大胆创新，拟定并论证总体方案；进行合理的传动设计与结构设计。 1）毕业设计论文一份；2）传动系统图；3）结构装配图；4）零件图若干3主要参考资料1 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册，高等教育出版社，2006.5.第3版2 濮良贵，纪名刚.机械设计，高等教育出版社，2010.5.第17次印刷3 叶文杰.人机工程学在机械设计中的探索与实践，轻工设计J.20114进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1拟定并论证总体方案3月3日3月23日2进行传动设计3月24日4月13日3结构设计及校核计算4月14日5月4日4绘制结构装配图及零件图5月5日6月1日5完成毕业论文及答辩工作6月2日6月22日审核人： 年 月 日手动变速轮椅设计摘 要：本设计的变速轮椅是一款电动轮椅，它是一款以电能为动力的直流电机驱动的产品，具备方便快捷、车速平稳、经济适用的特点。适用于年老体弱者使用，是一种相比之下很实用的代步工具。可是有关此产品的店家的电动轮椅价钱一直颇高，难以普及。设计开发一款经济适用的电动轮椅会比较有市场。在国内外电动轮椅的机械部分的基础上，运用先进设计理论及措施，对驱动方式、机械结构设计进行剖析。最终，提出一种后轮驱动的驱动方案。在这种驱动计划上，设计了与之相配的减速器及变速机构。车身设计采用了简化的车身骨架，构造稳固、简洁轻巧。电动轮椅的机械部分系统设计，为新型低成本轮椅设计打下了基础，提供了一种可靠方案。关键词：电动轮椅，机械系统，驱动方式，变速机构 Manual transmission wheelchair designAbstract：The variable speed wheelchair designed by this thesis is an electric wheelchair, it is an electric product driven by DC motor,it have the features of convenient and quick, stable speed and economic application. It is suitable for the elder and infirm, and it is a very practical tool of transportation.But the electric wheelchair price of this product in many stores has always be high,so it is difficult to popularize.The design and development of a motorized wheelchair economically will have the market.On the basis of the mechanical parts of the electric wheelchair,by the use of advanced design theory and measures to analyses the driving mode and the mechanical structure.And finally a rear-wheel-driving mode is presented.In this driving plan,the matching reducer and transmission mechanism is showed up.The body design uses the simplified body frame,the structure is firm and compact.The mechanical design of the electric wheelchair provides a reliable method for the new type of low cost wheelchair design.Keywords:Electric wheelchair，Mechanical system，Drive mode，Variable speed mechanism 目 录1 前言11.1 课题背景及意义11.2 国内外研究现状22 系统设计52.1 设计分析52.1.1 设计思路52.1.2 设计主要工作52.1.3 设计的难点62.2 轮椅驱动及转向系统设计62.2.1 驱动系统设计62.2.2 转向系统设计62.3 后轮转向及驱动系统设计92.4 车身设计103 详细设计123.1 变速器结构设计123.1.1 变速器材料选择123.1.2 变速器链轮飞轮设计133.1.3 变速比153.2 减速器设计163.2.1 电动机的选择163.2.2 蓄电池的选择173.2.3 内部传动设计计算183.2.4 轴的计算213.3 变速轮椅的基本参数234 结论及展望25参考文献26致 谢27太原工业学院毕业设计1 前言1.1 课题背景及意义 根据人口调查报告指出：全球人口会在近二十年内显著增长，会增长到原来的1.6倍，而老龄化也是现在社会的主要问题之一，总人口的增长，也会导致老年人口的增长，老龄化会更加快速，以现在开始40年左右，全球老年人口就会翻倍。我国作为人口最多的国家，避免不了是老龄化最严重的国家，目前我国的老年人口达到1.43亿，已经达到总人口的百分之十。而因为疾病或者其他原因导致腿脚不便的，需要辅助工具或代步工具来行走的，也达到了3200万，而且还会不断增长，这个问题避免不了1。随着老年人口的增多，尤其是腿脚不便的老年人，他们的社会需求也会随着加大，他们会更需要人们服务以及照顾。为了方便老年人的日常生活与出行，设计一款舒适简洁，安全有保障的辅助代步工具越来越必要。而使老人等功能障碍群体能够充分享受现代高新技术带来的便利，对实现2015年我国“人人享有康复服务”的国家战略目标，促进社会和谐稳定具有重大意义2。轮椅这一代步工具是服务老年人的主流道具，而随着机械技术的不管提高，变速轮椅也会成为一种趋势。研究并开发实用的手动变速轮椅具有非常重要现实意义。 社会的发展和人类文明程度的提高，人们特别是老年人愈来愈需要运用现代高新技术来改善他们的生活质量和生活自由度。每年均有成千上万的老年人丧失一种或多种能力（如行走、动手能力）3。正因为如此，所谓的新型技术与新型产品就更应该满足老年人的需求。本课题研究的变速轮椅作为代步工具的一种，主要用来辅助老年人和残疾人的日常生活和工作，是对他们弱化的肌体功能的一种补偿。同时作为代步工具的时候还可以完成简单的日常活动。该变速轮椅主要使用人群多为行动不便的老人。为了便于在多种情况下使用，因而要求三个档位，保证上坡时有较大扭矩，使上坡更有力；且便于换挡操作；轮椅安全可靠，操作简便、省力，且可以考虑附加一些便于年老者使用的特殊装置。1.2 国内外研究现状 对于轮椅系统来说，国外的研究水平明显高于我国，绝大部分进行的都是智能轮椅方面的研究。在国外的很多高校和科研单位做过很多这方面的设计开发，它们在电动轮椅的起初设计上，向智能化发展迈进。因为芯片与软件的开发水平较高，所以已经出现了很多款智能轮椅。如美国麻省理工学院WHEELESLAY项目，法国VAHM项目，德国乌尔姆大学MAID项目，西班牙SIAMO项目，加拿大AAI公司TAO项目，欧盟TIDE项目等都在做开发4。可是智能轮椅的多功能型会导致价格颇高，就我国的消费水平来看，绝大部分都不能购买。第一款设计来发出的智能轮椅是英国率先制造的，主要体现出了人机一体化的特点，而且设计了全自动、半自动、手动三种操作，系统的多功能化是为了适应外面环境的结构和形态。德国率先开发设计了第二阶段的智能轮椅，相对于第一代产品来说，第二代主要针对面向的用户做了改善，它最大的特点就是自动识别和判断出行驶的前方是否有行人挡路，但是价钱提高了很多。自1986年英国开始研制第一辆智能轮椅以来，许多国家投入大量资金研究智能轮椅。1989年法国开始研究VAHM项目，第一阶段的智能轮椅由轮椅、PC486、超声波传感器、人机界面和一个可匹配用户身体能力转换的图形屏幕组成，设置为手动、自动、半自动三种模式，手动时轮椅执行用户具体指令和行动任务；自动状态时用户只需选定目标，轮椅控制整个系统，此模式需要高度的可靠性；半自动模式下用户与轮椅分享控制。为了更好适应用户需求，研究者在康复中心进行了一系列调查，得出结论：系统必须是多功能的，不仅应适应残障人士的生理和认知能力，也应适应环境的结构和形态。在此基础上，经改进研制出第二代产品，相对于第一代产品，其功能更丰富，面向用户范围更广，性价比更好，改良了大量控制。德国乌尔姆大学在一个商业轮椅基础上研制了轮椅机器人MAID，在乌尔姆市中心车站的客流高峰期及1998年汉诺威工业商品博览会的展览大厅环境中进行了实地现场表演。该轮椅机器人在公共场所有大量乘客的拥挤环境中，通过了超过36小时的考验，能够自动识别和判断出行驶的前方是否有行人挡路，或是否可能出现行驶不通的情况，自动采取绕行动作，它甚至还能够提醒挡路的行人让开道路。根据航行的环境不同，机器运行模式分为：NAN(狭窄区域航行)和WAN(宽区域航行)，大大增加了航行准确率。此项目得到德国科学技术部的财政支持，据计划，这种智能轮椅将于两年后正式面世，价格会比普通电动轮椅高出约504。我国智能轮椅研究起步较晚，在机构的复杂性和灵活性上和国外相比有一定差距，但也根据自身特色研制出技术指标接近国外先进水平的智能轮椅。研究单位有中科院自动化所、台湾中正大学电机系、上海交通大学和第三军医大学等。中国科学院自动化研究所承担了“863”智能机器人智能轮椅项目，研制了一种具有视觉和口令导航功能并能与人进行语音交互的机器人轮椅NLPR，中科院研制的智能轮椅曾在“863”计划十五周年成就展展馆的人群中穿棱自如。此项研究成果于2000年11月通过“863”智能机器人主题专家组的鉴定，并研制出我国第一台多模态交瓦式智能轮椅样机。此项研究高度重视了智能轮椅人机控制界面的设计，在轮椅的设计中综合运用模式识别实验室有关图像处理、计算机视觉和语音识别等最新成果，使人能通过语音控制轮椅自行出走，轮椅可以实现简单的人机对话功能。上海交通大学开发成功一种声控轮椅主要是为四肢全部缺失功能的残疾者设计，使用者只需发出“开”、“前”、“后”、“左”、“右”、“快”、“慢”、“停”等指令，轮椅可在1.2秒内按指令执行。上海交通大学研制的智能轮椅具有自行避障，目标跟踪和防跌功能。同时还设计可抓取日常用品的机械手臂。台湾中正大学电机系以一台工业级PC为控制中心，通过马达控制卡驱动放大器，利用操作杆执行基本的电动轮椅操作功能，采取平行化设计，配备了麦克风、CCD，LCD、传感器、无线网络通讯界面等，并搭配了自行开发的软件以达到系统配置最佳效果。天津大学研制的智能轮椅可用脑电信号控制智能轮椅，采用的控制器是计算机。我国也在智能轮椅方面做了很多研究，但在技术上还存在差异，主要问题是软件开发和机构设计方面。不过我国的设计产品有着自己的特色，其技术指标也很高。像我国著名的“863”智能计划，其项目除了包括智能机器人的研究开发，也包括了智能轮椅的研究开发。比较出名的就是开发出了一款语音识别的产品，此款设计主要把人机控制界面完善，是一台多拟态智能轮椅，可以实现人机的简单对话，可以用语音来控制操作，比较有瑕疵的是接受命令后，要在3s后作出相关动作。另外某高校开发的一款加了些辅助措施，主要是两条机械手臂，可以帮助相关人员抓取不好起身拿到的东西，对日常生活有很大的帮助。 国内对电动轮椅的研究技术远远落后于国外，研究尚且处于起步阶段。特别是，传统手动轮椅和电动轮椅主要是为下肢残疾人士开发设计的，缺少能满足老年人生理需求和心理需求的功能，如:辅助站立，座椅多角度调整，中低速户外代步行驶，轻便可拆卸等。因此，研究高性能低成本的老年自助车，填补国内市场技术空白和推动国际老年自助车的研究都具有重要的现实意义5。 对于老年人在站立过程中使用上肢力量来辅5助站立是十分常见的现象，所以应解决老年人因为下肢力量不足导致站立困难问题。在老年人辅助座椅的设计过程中，必需表现人性化设计和对老年人关爱的设计的思维和准则，使辅助产品真正走入老年人的生活，延缓他们老化速度，改善他们的生存质量6。2 系统设计电动轮椅机械系统设计主要由驱动及转向系统设计（包括电动机选择和减速器设计）、变速结构系统设计组成。2.1 设计分析2.1.1 设计思路本课题主要是设计开发一种适合老年人的经济实用型轮椅。主要是根据老年人的心理和生理特征，来做出与之相合的性能，并且分析国内外的同类产品，结合实际情况，总结出要设计的产品有如下几点：1. 操作简单灵活。乘坐者控制方便，采用变速杆的操作，不需要复杂的启动工作。主要可以进行启动行走，上坡加速，下坡减速，停止，拐弯方便等特点。2. 外观大方，适用于室内室外。车身坚固，可承受较大冲击，保证用户安全。3. 座椅舒适合适。座椅及靠背结构符合人体工程学的基本原理。4. 功能齐全，成本低，可被一般家庭接收。2.1.2 设计主要工作 设计开发一款轮椅，首先要对国内外的产品有所了解。前期工作有以下几点：1. 搜集国内外的产品的研究资料，充分了解此产品的技术。2. 着手调查市场上的产品，分析优缺点，以及可行性。本课题主要设计任务是对轮椅的传动设计以及结构设计，由以下几部分：1. 轮椅的驱动系统设计。2. 轮椅的转向系统设计。3. 轮椅的传动系统设计。4. 轮椅的变速系统设计。2.1.3 设计难点 本设计的主要难点是驱动及转向系统的设计，这是本产品的核心部分。它包括直流电动机、减速器、变速结构等组成。要做到乘坐安全，行驶顺利，经济适用。 驱动系统及转向系统的合适选择也是关键，结合应有的特点和各方面因素分析，选择出最合适的一种方案是最好的。 2.2 轮椅驱动及转向系统设计驱动及转向系统的正确设计是最重要的，是轮椅的核心部分。它包括电动机、控制器、与电动机相连的减速器和变速结构等组成。驱动及转向系统的设计要求主要是要让轮椅行走顺利，可转向，可制动，乘坐安全舒适。驱动主要是用控制器来控制直流电动机来控制转速，通过减速器提供转矩，使轮椅可以行走起来，而转向是靠轮子来实现，无论是靠前轮转向还是后轮转向都要保证灵活性，为了应对不同路段，达到变速的目的，在外传动机构基础上做小改动，变成变速机构，有不同的变速比，实现加速和减速效果。2.2.1 驱动系统设计轮椅的驱动及转向系统设计方案有很多，但根据具体的实例，行驶性能，整体的结构布局等，大多数都采用的是后轮驱动型。2.2.2 转向系统设计 轮椅的转向方式有两种：1.前轮转向型。2.后轮转向型。 图2.1 如图2.1所示为前轮转向型，用直流电动机放在后轮的系统中，用步进电机放在前轮的系统上，后轮主要负责加速、减速、停止等，前轮主要负责转向。在前轮偏转轴有一个弹簧小装置，当完成转向时，可以把前轮调正。后轮驱动轴是有两个半轴连接组成，两个半轴之间装一个差速器，直流电机通过减速器和差速器衔接。轮椅在直线行驶的时候，两个后轮受到的阻力一样时，差速器输出相同速递。前轮偏转一定角度，此时两个后轮受到的阻力不一样时不同，则差速器输出不同转速。这个方案的优点是两个系统会分开，加速或减速或停止用到后轮上的系统，转弯用到前轮上的系统，两个系统操作都简单。这个方案的缺点是转向时有很大的转角，轮椅要走一大圈，也不可以原地拐弯。零件分散，轮椅的底部面积较大，不适合。 图2.2如图2.2为后轮转向型，分别用两个直流电机驱动后轮，独立控制驱动后轮的转速，两个后轮转速相同可直线行走，两个后轮用不同的速度转动时，轮椅会向转速低的后轮转动。通过控制后轮的速度差大小和转动时间调节转向速度。转速差大，转动所需时间长，转向角度大。当一个轮正转，另一个轮反转时，可实现原地转向。采用两个直流电机分别驱动，每个直流电机所需的功率只有驱动功率的一半，电动机和加速器的尺寸都可以设计的小一点，因为都要在后轮轴上，不需要差速器，所以要把握好距离，设计是要注意。后轮转向更加灵活，可以任意转向。此方案驱动和转向系统在一起连接，可同时实现驱动和转向，占用的面积小。因为所要设计的轮椅要同时适用于室内和室外，最好要有较高的灵活性，转向更重要，后轮可以实现任意角度的转向。而前轮转向很有局限性，不能很好的适用于其他情况。综上所述，采用后轮转向型。2.3 后轮转向及驱动系统设计 图2.3如图2.3所示所设计的后轮转向及驱动系统中，后轮轴是由两根半轴组成，直流电机经用减速器、传动机构连接在后轮。两套直流电机电机、减速器及传动机构的运动互不影响。为保证直流电机输出转速相同，两套设备均选用相同型号、尺寸以及传动比。这套系统的位置分布在后轮轴线之间，直流电动机和减速器要做的很小才可以放下，因为轮椅两个后轮之间距离不能太大。直流电动机的尺寸对额定功率、额定转矩等参数均有影响。所以在选取时，应该注意既要选有较大扭矩的直流电动机，同时也要来减小减速器的尺寸，又要考虑到电动机本身的尺寸限制。在轮椅车行驶的过程中，前轮不好控制，而且不可以乱动改变方向，严重时会影响行驶安全。所以要限制前轮的灵活性，所以在转向上加一定的阻碍，是前轮接触地面有摩擦力的阻碍时才可以转动，摩擦力消失自动复位。 图2.4如图2.4所示，在前轮转向部位加上阻尼装置。在行驶的过程中，前轮接触地面，此时会有滚动摩擦力，前轮克服阻力可以偏转，如果在光滑的或者前轮离地的情况下，滚动摩擦力很小或没有，前轮部分的弹簧会使前轮回到原位置。2.4 车身设计轮椅车身骨架主要是支撑结构，主要承载轮椅的重量和人的重量。所以车身的设计要考虑整体的布置，要为各部件留下空间，还要使轮椅重心分布合理。轮椅的座椅必须要符合人的坐姿，通过对人体工程学的应用，对人的坐姿以及坐下的时候舒适程度和标准体型尺寸以及座椅和背椅的尺寸作分析，得出轮椅的大概尺寸：座椅在500mm500mm左右，座椅距离地面在500-700mm，扶手高度250-300mm，椅背高度500-700mm，承脚架高度300-450mm。如图2.5所示，为侧身时大概尺寸，车身设计要设计的简单而坚固。为了简化结构，要尽量控制零件的数目，以便降低产品的制造所需经费，同时减少整体的的重量，有助于提高轮椅的灵活性。 图2.5轮椅的主要组成部分是座椅、椅背、扶手。底架、承脚架等。扶手、底架、承脚架固定在一起，来承载轮椅的重量；座椅、椅背和底架板用螺栓连接在两侧；座椅主要承载人；底架板主要承载电机、减速器等。3 详细设计轮椅的机械系统的详细设计主要包括变速结构设计（包括链轮和飞轮的设计）、减速器设计（包括驱动电机、蓄电池的选取、减速器内部设计等）。3.1 变速结构设计首先说明所设计变速系统所采用的是18级变速，分别为链轮3级，飞轮6级，链轮和飞轮选取时在尺寸方面要注意，设计要求合适。设计过程主要是测量各方面数据尺寸，齿的各项参数，决定链的型号，确定链节数以及链轮与飞轮之间的中心距等。变速装置主要有链条，飞轮，导向轮，链轮，张力轮，前拨，后拨等。变速原理主要是：电机转动带动链轮通过链条使后轮轴转动，变速装置改编传动比来实现改变转速，从而达到省力的目的。在主动轴上安装大概3-5个大齿轮，从小到大排列，同时加上变速杆连接，后轮轴所在有6-9个，也要从大到小排列。在扶手位置有两个变速杆，分别对应两轴。的当在行驶的过程中变速，可以使用变速杆。后拨导向固定链条的地位，张力轮保障链条张力。变速进程主要是将一个传送过程从一个齿轮变到另一个齿轮的机械结构，达到改动速度的成果。主动轴选择最大的齿轮，从动轴选择最小的齿轮，这样获得的是最大速度，可以下坡使用。同理主动轴选择最小的齿轮，从动轴选择最大的齿轮，获得最小速度，可以上坡使用。3.1.1 变速器材料选择链条选用不锈钢冷扎钢带，主要特点是强度高。选用滚子链，主要是结构简单，应用广泛。链轮和飞轮材料大体选用低中速，轻中载的。直接选用：45钢，调质处理。3.1.2 变速器链轮飞轮设计确定各级传动比，确定链轮飞轮的齿数。此设计选用6级飞轮3级链轮结构。以保证多级变速：链轮28，38，48，飞轮14，16，18，21，24，28。首先设计高速链轮和低速飞轮的滚子链传动，功率可取，链轮平均速度为。1. 链轮齿数数值，。2. 实际传动比为。3. 已知链轮转速，可得飞轮转速。4. 设计功率.已知： 。 5. 根据数据选取链型号为0.8A标准化的滚子链，得知链条规格为的间距。6. 初定中心距 由，取，。7. 链条节数 （式3.1）8. 链条长度9.实际中心距计算： （式3.2） 10.链速计算： （式3.3） 11.有效圆周为计算： （式3.4）12. 作用于轴上的拉力计算： （式3.5）其次设计的是链轮（48齿）和飞轮（28齿）的设计参数。基本参数：，。13. 分度圆直径： （式3.6） （式3.7）14.齿顶圆、齿根圆直径计算：公式： （式3.8） （式3.9） （式3.10） （式3.11）15.分度圆弦齿高： （式3.12）最后为齿槽的形状设计。16.齿沟圆弧半径： （式3.13） 17.齿沟角： （式3.14） （式3.15）18.齿面圆弧半径：公式为： （式3.16） 其余的链轮齿数28，38以及飞轮14，16，18，21，24齿的设计方法以及计算可参照上述方法。3.1.3 变速比1. 齿轮比（变速比）： 主动轮和从动轮 的两轮齿数之比为齿轮比。如果两个齿轮的齿数相同，每转一圈，两个齿轮和后轮各旋转一圈。如果主动齿轮齿数大于从动齿轮齿数，那么每转一圈，从动齿轮转的圈数会增多，速度同时会加大。因此，变速比与主动轮齿数成正比，与被动齿轮齿数成反比。2. 传动比（传动系数）：齿轮比乘上后轮直径，即为传动比。当变速比确定之后，此系数是与后轮直径成正比的。3.传动行程： 每转一圈，车子向前运动的位移则为传动行程，也叫速比行程。3.2 减速器设计减速器设计主要包括驱动电机、蓄电池的选取、减速器内部传动部件设计等。内部结构主要是齿轮与轴的设计计算。3.2.1 电动机的选择 目前常用的电动机主要有交流异步电机，交流同步电机，普通直流电机，专用直流电机等。 本设计对电动机功能的基本要求：1.要有足够大的转矩，来满足轮椅的快速启动、加速、减速、爬坡、下坡、频繁的启动和停止等要求，电机调速范畴小，主要在25%-100%的最大转速范围内，近似有小转矩、恒功率的输出特性，满足轮椅可以用较高速度行驶的要求；2.比功率大（比功率为单位质量能提供的最大功率），用最大功率计算，普通情况下能够到达（1-1.25）kw/kg以上；3.快速的转矩响应特性，可以快速启动和刹车要求电机性能高、精度好；4.具备良好的环境适应性，能够在特别的环境条件下完成工作任务；5.工作噪声要小。直流电机的种类有很多，主要是普通直流电动机和专业直流电动机。因为所设计的产品是一款电动轮椅，需要搭配蓄电池，所以直接排除交流电动机，因为蓄电池只能提供直流电。直流电动机主要是将直流电转换为机械能，特点是良好的调速性能，大体上分为三类（永磁、他励、自励），原理是电磁驱动。主要构造为定子与转子两部分，定子主要是主磁极，机座，换向极，电刷装置等，转子主要是电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。根据励磁方式的不同可以分为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机、复励直流电机等，特点是启动力矩打。直流电机也可以有无刷分类，这里不做说明。轮椅电动机的选用必须要综合能量要求、电机公用、质量、尺寸等要素和价钱等经济因素。电机输出转矩经过减速器等传动机构变大后带动后轮克服地面摩擦力转动，当整个驱动系统的输出转矩大于行驶中的地面摩擦力，可以加速；当整个驱动系统的输出转矩小于地面摩擦力，可以减速。因为设计的产品行驶速度要达到515km/h，速度很低，而且行驶路况大多是坡度较小的地面，所以坡度提供的阻力相对地面摩擦力能够忽略不计。因而如果轮椅匀速行驶时，阻力等于地面摩擦力。现在计算电机动所需要的功用参数。通过对轮椅车身的大概设计，可以大约估测空车时的质量为4050kg。轮椅车可承载最大重量为100kg的人。整车时则大概为150kg。轮椅在普通地面上，摩擦系数范围为0.0100.020，取最大值f=0.020.可计算地面摩擦力为： （式3.17）由于轮椅座椅下实际面积较小，对减速器本身的尺寸有很大限制。减速器的传动比不可能太大。初步设定减速器的传动比为3，传递效率可以为90%。轮椅后轮直径为500mm左右，可以求得每个电机所输出的转矩： （式3.18）轮椅的速度平均为10km/h，即2.78m/s，电动机的平均转速为: （式3.19）综合上述的参数，决定选用70ZW系列的直流电机，参数为：额定功率1kw；额定转矩0.5Nm；最大转矩2Nm；额定转速1000rpm；重量1.5Kg；长度90mm；电压24V。3.2.2 蓄电池的选择 蓄电池是为轮椅提供能量的工具，属于重要的部件。蓄电池作为轮椅的唯一能量来源，要具有容量大、工作状态稳定、寿命长和续航能力等特点。常用的蓄电池主要有以下几种：1. 铅酸电池：铅酸电池的主要构成有正极、负极、电解液等组成，主要特征是正极和负极是合金栏板，它的大部分技术指标都很好（比如耐冲击、耐酸、耐应力、耐热、耐气压、耐溶剂等）。质量稳定，可靠性高。价钱便宜，是一种经济型电池。2. 2.镍镉电池：镉镍电池最大的特点就是经济耐用，充放电次数能够到500次之上，它是一款直流供电电池，它在长时间的放置下，只要完全充电就可以回到初始状态和特性，可以在温度变化大的地方使用。3.镍氢电池：镍氢电池是一种高能绿色充电电池，在数码产品上得到广泛应用。但负极的储氢材料是很大的问题，它最有特点的地方是所谓的金属部分是金属氢化物。4.镍锌电池：镍锌电池与镍镉电池和镍氢电池相比，它的电压比较高，闪光灯上基本上用的都是这种电池。它的最大缺点是实际使用时过充的话和导致内部损坏。5.银锌电池：银锌电池正极板是氧化银，负极板是锌，电解液是氢氧化钾溶液，外壳大多用不锈钢。这种电池能量很高，但是价格高、寿命短。6.锂离子电池：锂离子电池是一种二次电池，由正极、隔膜、负极、有机电解液、电池外壳（大多用铝壳和镀镍铁壳）组成。能量密度大，没有记忆效应，不含有毒有害电池，也被叫做绿色电池。此设计的蓄电池最好有以下几点要求：1. 可以做到持续供电，以用来启动、加速和上坡；2. 电池的寿命最好选择长久，充电迅速；3. 价钱较低最好；4. 避免环境污染，选择环保型。综上所述，现在产品中使用最广泛的是铅酸电池，其主要是因为价格比较便宜和性能较可靠。此电池在电动自行车甚至电动车都在使用。最终决定选用铅酸电池作为该设计的蓄电池。3.2.3 减速器内部设计计算 减速器的内部设计主要包括内传动、齿轮和轴的设计计算。内传动主要采用直齿圆柱齿轮。1.减速器内传动的设计计算：（1）选择材料、热处理方式和公差等级：考虑到为一般机械，故大、小齿轮均选用45钢。为制造方便采用软齿面，小齿轮调制处理，大齿轮正火处理，选用8级精度。小齿轮齿面硬度为240HBW，大齿轮齿面硬度为200HBW。（2）初步计算传动主要尺寸：因为是闭式传动，所以用齿面接触疲劳强度设计有 （式3.20）小齿轮传递转矩：齿宽系数：齿数比：齿轮齿数：小齿轮齿数，大齿轮齿数，取89许用接触应力： （式3.21）接触疲劳极限应力：，（3）初步计算许用接触应力：寿命系数，,取（4）初步计算小齿轮直径： （式3.22）由于轴的最小径向尺寸限制，取29mm。（5）初步确定齿宽： （式3.23）（6）圆周速度： （式3.24）（7）模数： （式3.25）（8）计算载荷系数：动载荷系数，齿向载荷分配系数，齿间载荷分配系数则载荷系数 （式3.26）（9）重合度：端面重合度 （式3.27）轴向重合度 （式3.28）重合度系数（10）应力循环次数：轮椅以10km/h的速度行驶3h寿命为5年预期 （式3.29）（11）验算许用接触应力： （式3.30）计算表明，接触疲劳强度符合要求，否则要改进齿轮参数或材料。（12）确定传动主要尺寸：实际分度圆直径,实际传动比： （式3.31）中心距： （式3.32）齿宽：（13）齿根弯曲疲劳强度验算：齿形系数， 重合度系数许用弯曲应力：， （式3.33）弯曲疲劳极限应力为寿命系数，安全系数验算弯曲强度： （式3.34）符合条件3.2.4 轴的计算轴的材料选择：高速轴与低速轴选材为45钢，调质处理1.高速轴设计计算：传递功率：，转速，分度圆直径 小齿轮齿宽，转矩初步计算轴的直径：取 （式3.35）取增大百分之三到百分之五的轴的直径：轴的结构设计：初步结构设计轴承采用两端固定方式初步确定轴段1的直径,则轴肩高度轴段2的直径轴段3的直径与轴承直径相同计算轴段2长度，轴段3长度2. 低速轴设计计算：传递功率：，转速，分度圆直径 小齿轮齿宽，转矩初步计算轴的直径：取 （式3.36）取增大百分之三到百分之五的轴的直径：轴的结构设计：初步结构设计轴承采用两端固定方式初步确定轴段1的直径,则轴肩高度轴段2的直径轴段3的直径与轴承
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