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便携式 绞盘 牵引 越障 工艺 装置 设计

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分 类 号 密 级 宁毕业设计(论文)便携式绞盘机牵引越障工艺及装置设计所在学院机械与电气工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级11机自x班姓 名学 号指导老师 2015 年 3 月 31 日摘 要便携式越障机器人具有良好的运动性能，在室内环境中可以上下楼梯，跨越台阶，在室外非结构地形中可以翻越障碍、跨越壕沟、自适应路面。通过加载不同的设备和仪器，机器人可广泛用于救援、抢险、防爆、科考、军事等领域，其应用价值十分巨大本文提出了一种3自由度便携式机器人设计方案。机器人整体结构分三段，采用模块化设计，具有可拆装、维修方便等特点，设计完成的机器人与同类机器人相比较，从机械结构上保证了在越障性能、跨沟性能、路面自适应性能等方面更加具有优势。小型地面移动机器人具有体积小巧、机动性高、环境适应能力强、承载能力突出等优点,而机器人的小型化和越障能力的矛盾一直成为其实用化的制约条件,如何提高机器人的越障性能成为近年来移动机器人基础研究的热点问题。本文以基于行星轮链接式车体结构的新型越障机器人为研究对象,围绕机器人的结构设计的优化、越障性能的分析及其机电系统的设计展开了研究,具体研究工作如下: 分析了国内外小型移动机器人的研究设计及其实用化程度的现状,针对基于行星轮系结构和链接式结构的运载平台分别进行了深入的比较和讨论。针对现有传统轮式、腿式和履带式运动底盘的优缺点进行了分析,概况了小型移动机器人未来发展趋势,确定了本文中新型越障机器人的研究背景和设计目标。 分析机器人驱动模块的设计方案,详细推导了其结构相关参数的优化过程。综合现有运载底盘的性能特点,提出了多种车体框架结构方案,并进行了比较、筛选和综合。最终确定了以行星轮驱动模块为行走机构,以链接式结构为车体框架的机器人机构总体方案。 推导行星轮链接式底盘在通过各种障碍时受力情况。对越障分析过程中机器人的相关参数进行了详细的定义与说明,对分析的环境进行了合理、有效的假设以简化计算过程。分析了机器人的轮触地条件、斜坡行驶和攀越台阶等障碍的约束条件。根据其动力和阻力的相互制约情况,将单级台阶的越障过程细化为多个阶段进行详细的受力分析,确定越障高度和多个车体结构参数之间的关系。分析了越障过程中各种参数的耦合和矛盾,指出分析过程中遇到的问题及其研究方向。 结合在ADAMS中虚拟模型的仿真实验结果,优化得到样机的车体结构参数,并设计制作了机器人的机械系统。通过仿真分析初步验证了上述分析理论的正确性。阐述了基于上述越障性能的要求,机器人所需要的控制系统的设计及其具体的实现方案。 设计制作完成的新型越障机器人样机通过了一系列性能试验,得到了样机达到的实际性能指标,并和设计指标进行了比较和分析。试验结果表明新型越障机器人达到了良好的越障性能,行星轮链接式底盘充分地集成了轮式和履带式底盘的优点并成功避开了其各自的缺陷。试验验证了理论分析及仿真的有效性,通过对试验结果进行细致的分析与思考,找出了理论分析与设计过程中需要改进的地方,为下一步工作指明了方向。关键词：越障； 改进设计17AbstThe portable robot has good performance, can be up and down the stairs, step in the indoor environment, in outdoor unstructured terrain can climb over obstacles, crossing the ditch, adaptive road. By loading different equipment and instruments, the robot can be widely used for rescue, rescue, explosion protection, scientific research, military and other fields, its application value is hugeThis paper presents a 3 DOF portable robot design. The overall structure of the robot is divided into three sections, modular design, has the characteristics of convenient disassembly, repair, and similar robot robot design to complete the comparison, from the mechanical structure to ensure the obstacle performance, cross channel performance, the performance of pavement adaptive aspects of more advantages.By loading different equipment and instruments, the robot can be widely used for rescue, rescue, explosion protection, scientific research, military and other fields, its application value is hugeThis paper presents a 3 DOF portable robot design. The overall structure of the robot is divided into three sections, modular design, has the characteristics of convenient disassembly, repair, and similar robot robot design to complete the comparison, from the mechanical structure to ensure the obstacle performance, cross channel performance, the performance of pavement adaptive aspects of more advantages.By loading different equipment and instruments, the robot can be widely used for rescue, rescue, explosion protection, scientific research, military and other fields, its application value is hugeThis paper presents a 3 DOF portable robot design. The overall structure of the robot is divided into three sections, modular design, has the characteristics of convenient disassembly, repair, and similar robot robot design to complete the comparison, from the mechanical structure to ensure the obstacle performance, cross channel performance, the performance of pavement adaptive aspects of more advantages.Key Words: rice thresher threshing; improved design;目 录摘 要IIIAbstractIV目 录V第1章 绪论1第2章 越障总体方案确定22.1 越障装置工作原理22.2越障总体设计32.2.1越障方案42.2.2 越障的整机结构及选择62.2.3 越障的工作流程7第3章 越障结构设计93.1 越障原理103.2 越障类型选择11第4章 传动件的选择124.1 整机承载计算134.1.1 轴承的选择144.1.2 撑支架强度计算164.2 销轴的设计计算174.2.1 轴的材料选择194.2.2 轴的最小直径确定204.2.3 轴的结构设计224.2.4 轴的校核23结论26参考文献27致 谢28第1章 绪论越障的发展方向高科技化的方向发展，制造的适用性强的越障是发展的市场，不同地区开发的其他越障很有前途的。根据这个，相应的制造的高性能越障国外的收获机的发展概况。这个越障一次性完成越障，越障，分离和装袋作业。这个桌子的小型、轻、操作，通过柔软性和适应性很好，漂亮地解决了大中型越障丘陵，山和水田越难以障难题。越障试验机适用的航空公司，石油化工、机械制造、金属材料及产品、电线电缆、塑料胶带，纸品和彩色印刷包装、胶带，箱包手袋、纤维、食品、医药等行业。可测试各种材料及产品、半成品的绑架，压，弯曲，削减等的物理性能，购买各种治具拉，压缩，拥有，压，弯曲，有时，剥离，粘着力等，剪试验。越障考试轴越障载荷测量材料特性的试验方法。利用越障考试得到的数据确认材料的弹性极限，有弹性率，比例极限，面积减小量，越障强度、屈服点，屈服强度和其他越障性能指标。高温下进行的，所以越障实验数据可以得到蠕变。金属越障考试的顺序请参照ASTM E - 8标准。塑料越障试验方法参照ASTM D - 638标准，D - 2289基准（高应变率）和D - 882基准（芯片材）。ASTM D - 2343标准规定适用的玻璃纤维的越障试验方法；ASTM D - 897规格规定适用的粘合剂越障试验方法；ASTM D - 412规格规定的硬质库姆越障试验方法。一点准备试样。刻线机原始标的范围内，所以周线円（或小钢冲衝時），从标准的分等长的10格。用卡尺考试件原始标内的两端和中间两个相互垂直方向各一次测量的直径，取其算术平均值作为该处断面直径选用，并且3处断面直径的最小值计算试制品的原始的第2章 总体方案确定2.1 越障工作原理车轮采用杠杆原理，由于齿轮的啮合点始终位于远离轴线的地方,在遇到障碍物后，车轮静止，动力源驱动齿轮转动,而此时的动力臂大于阻力臂,比普通车轮有更大的力矩,同时后轮给以驱动力,车轮将会容易攀升，越障成功。越障越障机在各种环境中适应能力强，承载能力突出等优点，越障的小型化和越障能力的矛盾了一直实用化的限制条件，如何越障机的性能提高了越障近年来移动越障机的基础研究热点问题。本文车身构造基行星轮连杆式的新型越障越障机为研究对象，越障机的结构设计的优化问题，越障性能的分析和那个机电系统的设计研究，具体的研究活动如下：分析国内外的小型移动的越障机的研究设计和实用化程度的现状来说，行星轮系基结构和链接式结构的搭载的平台的各自进行了深入的比较。现有的对传统轮式，腿式和履带式运动底盘的优点和缺点分析，概况小型移动的越障机的未来发展趋势，本文越障新型越障机的研究背景和设计目标。分析越障机驱动模块的设计方案，其结构推导详细参数的优化过程。综合现有搭载底盘的性能特性，提出了车身结构的方案进行了多种框架，筛选和综合。最终决定好的星轮驱动组件行走机构，连杆式结构框架的车身越障机机关总体方案。推导行星轮连杆式底盘种种障碍接受力情况。2.2越障总体设计这种设计是一个小稻田根据南方丘陵区越障是小而设计，结合越障可以完成越障，越障，分离和装袋操作。本机体积小，重量轻，操作灵活，通过良好的和适应性，在山上大，中型越障更好的解决方案，山脉和越障越障难的问题，双季稻区南部，泥脚不深更大的超过20厘米就可以正常越障稻田。2.2.1越障方案越障机在各种环境中适应能力强，承载能力突出等优点，越障的小型化和越障能力的矛盾了一直实用化的限制条件，如何越障机的性能提高了越障近年来移动越障机的基础研究热点问题。本文车身构造基行星轮连杆式的新型越障越障机为研究对象，越障机的结构设计的优化问题，越障性能的分析和那个机电系统的设计研究，具体的研究活动如下：分析国内外的小型移动的越障机的研究设计和实用化程度的现状来说，行星轮系基结构和链接式结构的搭载的平台的各自进行了深入的比较。现有的对传统轮式，腿式和履带式运动底盘的优点和缺点分析，概况小型移动的越障机的未来发展趋势，本文越障新型越障机的研究背景和设计目标。分析越障机驱动模块的设计方案，其结构推导详细参数的优化过程。综合现有搭载底盘的性能特性，提出了车身结构的方案进行了多种框架，筛选和综合。最终决定好的星轮驱动组件行走机构，连杆式结构框架的车身越障机机关总体方案。推导行星轮连杆式底盘种种障碍接受力情况。越障分析过程中的越障机的参数进行详细的定义和说明，分析的环境合理有效的假设，简化计算过程。分析了越障机的轮尝试条件的斜面，行车和攀越楼梯等的障碍的限制条件。其原动力和抵抗的相互制约的情况下，单级的细分化越障过程详细的分析力阶段，确定越障高度和很多的车身结构参数之间的关系。分析了越障过程中各种参数的结合和矛盾，分析过程中遇到的问题和研究方向。结合虚拟的模型的模拟实验结果得到，优化原型的车身结构参数设计制作越障机的机械系统。模拟分析初步验证了上述的分析的理论的正确性。叙述了上述越障性能要求，越障机必须的控制系统的设计及其具体实现方案。设计制作完成的新型越障越障机原型系列性能的试验，得到的实际业绩指标的原型，设计达成指标的比较分析。考试的结果越障，达到了新型越障机良好的越障性能，行星轮连杆式底盘充分的集成轮式和履带式底盘的长处和成功避开了各自的缺陷。试验验证的理论的分析和模拟的有效性，测试结果的详细分析，找出与想法的理论的分析和设计过程中需要改进的地方，下面的工作，指明了方向。整机形式为：悬挂式、全喂入割台形式为：带搅龙输送器式卧式割台越障形式为：轴流式2.2.2 越障的整机结构及选择越障台悬挂在框架悬架，后悬架越障的柴油，配置在左侧越障中间槽的前方，前部和后部端部连接到切割台和越障部。有关资产负债割台，割台被放置到合适的档位。为收获后留越障设备布局，风选设置在右侧，而粮袋放置在右侧的越障部背面的平衡越障。由柴油机，柴油后动力输出轴提供动力的收获部分提供整体前进的动力。2.2.3 越障的工作流程 车轮采用杠杆原理，由于齿轮的啮合点始终位于远离轴线的地方,在遇到障碍物后，车轮静止，动力源驱动齿轮转动,而此时的动力臂大于阻力臂,比普通车轮有更大的力矩,同时后轮给以驱动力,车轮将会容易攀升，越障成功。防倒退原理：车体在翻越障碍时，棘轮机构在工作，能有效的防止车轮的回转;如果需要车轮的回转，可以解除棘轮机构工作状态。第3章 越障结构设计3.1 越障原理小型地面移动机器人小，机动性高，体积环境适应能力强，承载能力突出等优点，机器人的小型化和越障能力的矛盾了一直实用化的限制条件，如何机器人的性能提高了越障近年来移动机器人的基础研究热点问题。本文车身构造基行星轮连杆式的新型越障机器人为研究对象，机器人的结构设计的优化问题，越障性能的分析和那个机电系统的设计研究，具体的研究活动如下：分析国内外的小型移动的机器人的研究设计和实用化程度的现状来说，行星轮系基结构和链接式结构的搭载的平台的各自进行了深入的比较。现有的对传统轮式，腿式和履带式运动底盘的优点和缺点分析，概况小型移动的机器人的未来发展趋势，本文越障新型机器人的研究背景和设计目标。分析机器人驱动模块的设计方案，其结构推导详细参数的优化过程。综合现有搭载底盘的性能特性，提出了车身结构的方案进行了多种框架，筛选和综合。最终决定好的星轮驱动组件行走机构，连杆式结构框架的车身机器人机关总体方案。推导行星轮连杆式底盘种种障碍接受力情况。越障分析过程中的机器人的参数进行详细的定义和说明，分析的环境合理有效的假设，简化计算过程。分析了机器人的轮尝试条件的斜面，行车和攀越楼梯等的障碍的限制条件。其原动力和抵抗的相互制约的情况下，单级的细分化越障过程详细的分析力阶段，确定越障高度和很多的车身结构参数之间的关系。在移动系统设计过程中，工况环境既移动系统可通过的典型地形环境必须考虑。典型的地形包括台阶障碍、地形凸起、壕沟、松软土壤、随机波动路面、平整路面、不等高、上下坡等，具体环境又有差别，如月球表面主要覆盖着一层由岩石碎块、角砾状石片、砂和灰土等组成，又如由表面硬质成分构成的随机波动路面，易于下陷的松软土层。大多情况下，要下以上各种综合工况下工作，同时考虑温度、湿度、尘土等对性能的影响，将引起部件发热、构件卡死、磨擦磨损、密封失效等问题。分析了越障过程中各种参数的结合和矛盾，分析过程中遇到的问题和研究方向。结合ADAMS虚拟的模型的模拟实验结果得到，优化原型的车身结构参数设计制作机器人的机械系统。模拟分析初步验证了上述的分析的理论的正确性。叙述了上述越障性能要求，机器人必须的控制系统的设计及其具体实现方案。设计制作完成的新型越障机器人原型系列性能的试验，得到的实际业绩指标的原型，设计达成指标的比较分析。考试的结果越障，达到了新型机器人良好的越障性能，行星轮连杆式底盘充分的集成轮式和履带式底盘的长处和成功避开了各自的缺陷。试验验证的理论的分析和模拟的有效性，测试结果的详细分析，找出与想法的理论的分析和设计过程中需要改进的地方，下面的工作，指明了方向。1）冲击越障：对对方越障元素冲击作用秒杀头和越障。较高的冲击速度，越障越强，但也越大裂解速率。2）摩擦越障：由组件和障碍之间，以及障碍和障碍越障障碍越障离去之间的摩擦。越障间隙的大小是至关重要的。3）梳刷越障：障碍越障由拉力越障部件进行。4）滚动越障：打越障通过施加压力的元素进行粮食。在这种情况下，力作用在障碍主要沿晶面的法向力。5）振动越障：由越障元件用于施加高频振动进行障碍越障。越障是的几种方法在长期的生产实践过程中总结而来去壳大米储存。如果裸存储，则存储时间短。米粒脆，易折断。因此，本设计采用梳刷越障，主要针对与越障完成补充两者。3.2 越障类型选择1.本车采用了杠杆原理、定轴齿轮啮合传动，显著提高了车辆的越障能力。2.棘轮机构有效的排除了车轮在越障时可能后退的危险。3.后轮的驱动力有助于越障。4. 作用力偏离轴线，延长力臂，增强越障的能力5.本车可用于轮椅改造，无人消防车改造，灾害救援车改装，爬楼梯工具改造以及搬运车改造工程。应用前景本车能有效的实现越障功能功能。它在越障方面卓越的性能，使其可用于轮椅改造，无人消防车改造，灾害救援车改装，爬楼梯工具改造以及搬运车改造工程。本车改变以往普通轮系无法有效越障的缺点。在火灾、水灾、地震、矿难等灾害发生时，能高效的抢救人民生命和财产。综上分析，这种产品具有潜力巨大的市场前景和较高的使用价值，适于推广应用。第4章 传动件的选择4.1 整机承载计算4.1.1 轴承的选择 越障在工作时，在运转稳定性较好（保障越障滚筒运转稳定性的条件：有足够的转动惯量；发动机有足够的储备功率和较灵敏的调速器）的条件下，其功率总耗用N 由两部分组成：一部分用于克服滚筒空转而消耗的功率（占总功率消耗的5%-7%），一部分用于克服越障阻力而消耗的功率（占总功率消耗的93%-95%），所以 越障的功率消耗为： N =+ （kW ） (4) 1)其中空转功率消耗: =+ 式中：系数，为克服轴承及越障的摩擦阻力的功率消耗， B系数，为克服滚筒转动时的空气迎风阻力而消耗的功率， . 2)其中越障功率消耗:这个过程比较复杂，越障首先是以较低的速度进入越障入口处，与高速旋转的越障滚筒接触，然后被拖入越障间隙进行越障，既有梳刷也有打击，研究的依据是动量守恒定律： 冲量转换为动量： ， （5) 单位时间喂入的障碍量； 综合搓擦系数，0.7-0.8； 滚筒的切向速度，15m / s。 将数据代入N =+ 得： N= 0.52+1.5=2.02（）4.1.2 撑支架强度计算 越障消耗的功率由下式可求得： (6) 其中：单位时间进入越障的脱出物质量（）； 单位脱出物质量筛所需的功率（），上筛：0.4-0.5，下筛：0.25-0.3； 选别能力系数，0.8-0.9。 代入数据可得消耗的功率： 1.75（）4.2 销轴的设计计算越障在工作时，越障轴的转速很高，而且传递的扭矩很大，综合考虑，轴的材料选择45钢调质处理，硬度为195-290，其接触疲劳强度极限，弯曲疲劳极限取。4.2.1 轴的最小直径确定 由公式 (17) 其中 该轴传递的功率，； 该轴的转速，； 指轴的材料和承载情况确定常数。 已知 =2.02，查机械设计手册21可得C=128，代入上式可得 选。4.2.2 轴的结构设计 为了便于轴上零件的拆卸，经常把轴做成阶梯形。轴的直径从轴端逐渐向中间增大，可依次将齿轮和带轮等从轴的上端装拆，为了使轴上的零件便于安装，轴端及各轴的端部应有倒角。轴上磨削的轴段应有砂轮越程槽，车制螺纹轴段应有退刀槽。各段轴的直径，如有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径，安装轴承、齿轮等标准件的轴径，应符合各标准件的内径系列规定。采用的套筒、螺母、轴端挡圈作轴向固定时，应把装零件的轴段长度做的比零件轮毂短，以确保螺母等紧靠零件端面。越障轴结构初定如图7所示：4.2.3 轴的校核 轴上载荷的计算 求轴承上的支反力 垂直面内： 水平面内： 画受力简图与弯矩图，如图8所示： 据第四强度理论且忽略键槽影响 表4 受力分析载荷 水平面H 垂直面V 支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩T 轴安全。图8 受力简图和弯矩图按弯扭合成应力校核轴强度进行校核时，只校核轴承上承受弯矩和扭矩最大的截面强度，取=0.6,轴的计算应力为： 前已选定轴材料为45号钢,调质处理,由机械设计23表15-1查得=60Mpa 因此S=1.5 故安全参考文献结论一、总结第一部分，文献资料的搜集与整理。通过专利网、文献库和老师给的资料，了解了当前主流的几种机车转向架助推器类型。然后根据文献资料，综合分析每种助推器的优劣，综合比较借鉴，初步确定采用撬棍杠杆式助推方式。第二部分，确定局部和整体方案。进一步分析撬棍式助推器的助推方式，及需要哪些相配合的机构，将助推器分为执行系统、系统和驱动系统三部分。然后先对执行机构进行理论受力分析，分析其位移量。借此计算出部分齿轮减速的比和需要的电机的转矩，从而确定电机选型，至此部分和驱动部分也同时确定下来。第四部分，各部件具体机构设计和校核。根据前面三章的内容，确定执行系统、系统各部件的具体结构尺寸，确定轴上零件的定位和装配方式，最后选择合适的轴承并对各部件进行校核。二、设计的不足之处 这次的设计还只是阶段性的，助推器的结构还可以进行局部优化，中间的系统也有很多不同的方案可以选择，比如选择齿轮代替链传， 三、个人体会毕业设计是大学四年期间最后一次正式的机构设计了，可以说是跨出大学校园的最后一步。需要考察自己大学期间学习的各项专业技能和课程知识，并且要综合运用，对自己也是一次全面的提高。因为考研的关系，很多时间被占用了，所以毕业设计的时间比较紧，中间过程略显仓促。刚开始做课题使并没有什么头绪，不知道从哪里下手。就像无头的苍蝇，这里做一些，那里做一些，其中受力分析就做了很多遍，事实证明这些都是无用功。后来跟指导老师沟通了很多次，确定下来步骤。先综合分析助推器的总体结构，分成几部分，比如驱动、执行部分，这样就有了一个大的方向。因此，我体会到初步设计必须确定每一部分的工作，由大到小，先分析结构，再对结构的运动和动力性能综合分析，不断的修正、不断的改进，这样才能做出完整的设计。参考文献1杨颖萍，施俊俊，孙英彪.客车转向架构架焊修工艺的探讨A.第十四届全国机械设计年会论文集C.中国机械工程学会，2008.2苍松.动车组转向架虚拟装配技术的研究与应用D.辽宁：大连交通大学，20093Http:/www.easymover.it/en/pusher.php,5-20/2013-5-204Gregory James Newell. Materials handling device and system. P.U.S. Patent No.7168514B2,Jan.30,20075Http:/www.fetec-papier.de/Easy_Mover_-_Rllentransportger/Details_Easy_Mover/details_easy_mover.html,5-20/2013-5-206Http:/,5-20/2013-5-207濮良贵，纪名刚，陈国定等.机械设计M.第八版.北京：高等教育出版社,2006,58王昆，何小柏，汪信远.机械设计、机械设计基础课程设计M.北京：高等教育出版社，19969 张增林，关正，王志民等.MKJ一1型高密度牧草捆包机J.农牧与食品机械，1992（03）：33-34；10 禹振军. Y K - 1 0 型液压打捆机的设计J.农业机械，2007；11 秦丽君. 捆扎机自动控制系统J. 职大学报, 2000(02)；12 王春光，李林，童淑敏等. 打捆机草捆后捆绳张力的测试研究J.内蒙古农牧学院学报，1998，15（03）；13乔中华，王海栓.全自动打捆机液