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摘 要
当前中国老龄化社会的压力越来越大。项目针对老龄化社会护理人员多为女性且老式楼房没有电梯的特点，设计具备爬楼梯功能的电动轮椅，从而有效提高老年人的生活质量。
本次设计主要针对一种三星轮式电动爬楼梯轮椅的结构进行设计。首先，通过对电动爬楼轮椅结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过AutoCAD制图软件绘制了电动爬楼轮椅装配图及主要零部件图。整个设计过程中包括其中的数据计算、传动系统设计、电机等外购件选型、应用环境、维护保养等方面进行系统设计。
通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。
关键词：电动；爬楼；轮椅；行星轮
Abstract
With the advent of an aging society and increase number in the disabilities persons ,the wheelchairs play a more important role in the living, the staircase can be seen everywhere in life limits the use of an ordinary wheelchair, the purpose of this study is to design affordable and reasonable ,safe and reliable performance . When walking on level ground as an ordinary electric wheelchair ,and in others on the stairs like a simple auxiliary function of electric stairs.
Climbing stairs electric wheelchair is one kind of the service robots ,and it is the elderly and disabled peoples’ indispensable rehabilitation and transport ,To use a wheelchair old people and disabled people can physical exercise and participate in social activities .Considering the convenience of the elderly and the disabled peoples’ traveling ,researching and developing a climb stairs function wheelchair has the significant practical significance.
The design will be up and down the stairs to the electric wheelchair design, to meet the legs disabled and elderly automatic staircase function. From the main design, structure design, including the data computation, the transmission system design, the motor and purchased parts selection, application, maintenance and other aspects of system design. And draw the electric wheelchair2D assembly drawing and parts drawing.
Key words: Electric wheelchair Star wheel climbing device Structure design
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪 论 1
1.1课题的研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1履带式 1
1.2.2星轮式 2
1.2.3腿足式 2
1.2.4复合式 3
第2章 总体方案设计 5
2.1总体类型选择 5
2.1.1设计要求 5
2.1.2类型选择 5
2.2 总体结构设计 6
2.3行星轮机构设计 7
2.3.1行星轮总体结构概述 7
2.3.2行星轮架的中心距 7
2.3.3小轮半径r的范围值 8
第3章 驱动机构设计 10
3.1动力系统参数选择 10
3.2驱动电机选择 10
3.2.1驱动电机的类型选择 10
3.2.2选择驱动电机的功率 10
3.3蓄电池选择 12
3.4计算传动装置的运动和动力参数 13
3.4.1各轴转速 13
3.4.2各轴输入功率 13
3.4.3各轴转矩 13
第4章 主要零件设计计算 14
4.1齿轮传动设计 14
4.1.1传动比计算 14
4.1.2齿轮模数与齿数计算 14
4.1.3载荷系数计算 16
4.1.4几何尺寸计算 18
4.2 链传动设计 18
4.2.1链传动设计计算 19
4.2.2链轮结构尺寸设计 21
4.3轴及附件设计 21
4.3.1计算各轴的强度 21
4.3.2轴的结构设计 22
4.3.3轴的强度校核 23
结 论 25
参考文献 26
致 谢 27
第1章 绪 论
1.1课题的研究背景及意义
轮椅为老年人及下肢伤残者带来生活上的方便，随着生活水平的提升，无障碍设施日渐增多，轮椅的使用范围也逐步加大。然而，楼梯的存在却使轮椅的使用受到了很大的限制,因此研发一种自动爬楼梯的轮椅是很有必要的。该课题是为了设计一款简单易用且价格低廉的自动爬楼梯轮椅。尽管目前轮椅的研发正朝着多功能、智能化的方向发展，其中不乏涵盖了一些具有视觉或语音控制的智能轮椅。但是就我国的现状而言，大多数需求轮椅的老年人或下肢伤残者经济状况都不甚乐观，对于那些功能繁多却价格昂贵的爬楼梯轮椅，并不具备购买能力，因此研发一款体积小巧、操作简单、价格低廉的自动爬楼梯轮椅更符合我国对自动爬楼梯的市场需求，具有一定的社会价值。
1.2国内外研究现状
爬楼梯装置的研究已经有了较长的历史，早在19世纪90年代就已经有了此类专利的出现。自此，美、英、日德等发达国家就开始向此领域冲击，经过不断努力开发，也出现了一些成果。由于起步较早，它们在这方面的技术也相对成熟，已经推出此类产品。但现存产品都还存在各种瑕疵，还没有一种能做到尽善尽美。我国对此类装置的研究起步较晚，在近几年也有一些成果产生，但距离形成成熟产品还有很长的路要走。
目前已经存在的爬楼梯装置也是各种各样，可以按照爬楼方式分为履带式、星轮式、腿足式以及复合式爬楼梯装置。各种装置都有自己的优点，但也都存在一定不足。
1.2.1履带式
履带式爬楼装置是目前应用较广的一种方式，其原理简单，有多款成熟产品问世。其中较为出名的是法国TopChiar公司研制的悍马-H8型，如图1.2.1a)。悍马-H8在结构上将平地电动轮椅和爬楼机构融为一体，平地运动时履带机构收起，由后轮驱动，爬楼时履带机构放下，与轮椅底部成一定角度，爬楼时可调节，使乘坐者始终处于较舒适的状态。
（a)法国悍马-H8 （b) T09-ROBY
图1.2.1履带式爬楼装置
履带式爬楼机构行走方式连续，抓地力强，上下楼时重心平稳，安全可靠，但体积、重量及噪声也较大。
1.2.2星轮式
轮式机构在地面的运输工具中应用范围最大，国外的爬楼梯装置设计中也常常采取轮式机构。普通的残疾人使用的轮椅及电动轮椅车也通常使用轮式机构，轮式机构体积小巧，结构简单且容易控制，运行起来既平稳速度又快，工作能效高，并且由于转向时候采取的差动传动转向半径，这种转向半径很小，且易于转向;圆柱型轮体机构常常应用在一般的轮式机构之中，在平地行走具有很大的优势，但是路况较差如崎岖路面、楼梯状况时，普通的轮式机构又不能达到使用者的要求。
普通轮式机构要想跨越台阶等障碍，其中一个必要条件就是车轮半径至少要大于台阶高度，而且跨越台阶需要的能量很大，过程不稳定，冲击较大;而且楼梯台阶的宽度有限，如果一味的增大车轮半径又会导致轮椅在台阶上失去了支撑点，这也是目前常规轮椅采用大的后轮而无法实现上下楼梯功能的主要原因。
1.2.3腿足式
腿足式爬楼轮椅的主要特点是爬楼动作是一个由腿足完成的不连续过程。早期的爬楼梯装置多数都采用这种不连续方式。18世纪90年代Bray发明制造的爬楼梯轮椅采用的方式就是不连续方式。在爬楼过程中，两套支撑装置中的一套作为支撑，另一套爬升，运动轨迹为上升、平移、着陆，类似人的两条腿一样爬楼。腿足式爬楼梯装置实际上就是模仿人类爬楼的动作。
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