星轮行星轮转换式可爬楼轮椅设计说明书

星轮行星轮转换式可爬楼轮椅设计说明书

、履带式等传统方案的缺陷传统的轮椅改进方案中，步进式和履带式都存在一些缺陷。步进式结构虽然能够适应楼梯的高度，但是需要使用者自己控制步进，使用不便。而履带式则需要安装辅助爬升设备，结构复杂，造价高，使用不便。因此，我们需要一种更为简单实用的方案。2.2星轮行星轮转换式结构的优势我们设计的星轮行星轮转换式可爬楼轮椅采用了一种新的结构，即星轮行星轮转换式结构。该结构在平地行走时，采用行星轮驱动模式，而在爬楼梯时，采用星轮驱动模式。这种结构的优势在于，它能够适应不同的地形，使用者只需要通过操纵离合器来切换驱动模式即可。2.3导向轮的作用为了增强轮椅的越障能力，我们在万向轮两侧增加了一对导向轮。导向轮与万向轮的巧妙结合，能够帮助轮椅越过障碍物，提高轮椅的适应性和安全性。2.4重心位置的设计在爬楼梯时，重心位置的调节非常重要。我们采用了可调形式的靠背设计，使使用者能够根据需要调节重心位置，保证爬楼时的安全性和舒适性。3结论通过对市场需求和前人设计经验的总结，我们设计出了一种新型的星轮行星轮转换式可爬楼轮椅。该轮椅采用了新颖的行星轮和星轮转换式结构，配合导向轮和可调形式的靠背设计，能够适应不同的地形，提高轮椅的适应性和安全性。我们相信，这种轮椅将会为残疾人带来更多便利和福音。我们受到了火车曲柄连杆机构的启发，设计了一种连杆机构，如图1所示。这种机构通过三个互成120度的曲柄驱动三个踏板，使其交替与楼梯接触前行。在平路上，它与普通轮椅车一样，靠轮子行走。而在爬楼梯时，驱动轮切换成步进机构，可以沿着楼梯的棱边较平稳地向上爬，就像爬一个斜坡一样。经过分析，我们发现步进式结构需要较高的强度和精确的装配，否则整体性能会受到很大影响。此外，这种结构在平地行走时会显得笨重，甚至影响其行走功能。因此，我们设计了一种新的结构——星轮行星轮转换式结构，如图2和图3所示。它由三个行星齿轮的行星齿轮系组成，可以通过简单的转换得到两种驱动模式，分别适应爬楼和平地行走，具有很好的适应性和紧凑的结构。我们还提出了两种方案：驱动前置和驱动后置。驱动后置时，该驱动结构置于车后作为驱动后轮，前轮用万向轮。这种方案的优点是整车协调美观，在爬楼时重量压于后轮，不易打滑。但它的缺点是后轮支点位置不断跳跃性变化，有倾翻的可能；万向轮在前平地时承载较大，转向阻力大，爬楼时万向轮可能偏斜影响爬楼。综上所述，我们的设计方案是基于星轮行星轮转换式结构，通过驱动前置或后置实现爬楼和平地行走的转换。这种方案具有很好的适应性和紧凑的结构，但需要注意一些缺点和风险。的设计导向轮的设计需要考虑到其支撑力和阻力，以及与地面的接触面积和材质等因素。我们选择了采用高强度塑料材料制作导向轮，以减小重量并提高耐用性。同时，我们还进行了导向轮的形状和尺寸的优化设计，以增加支撑力和减小阻力。c.驱动系统的优化驱动系统的优化主要包括驱动电机和减速器的选择和设计。我们选择了高效率、低噪音、小体积的直流无刷电机，以及高精度、低噪音的行星减速器。通过优化设计，我们实现了驱动系统的高效稳定运行，并降低了整车的噪音和能耗。d.安全保护措施的设计为了保障用户的安全，我们在设计中加入了多项安全保护措施，包括电机过载保护、电池过充过放保护、电子制动等。同时，我们还进行了多次的实验和测试，确保产品的安全性和可靠性。我们设计了一款轮椅，为了增大它能够越过的最大高度，我们在万向轮前加入了前导向轮。由于万向轮翻越半径有限，对于高度大于半径的台阶，万向轮无法翻越。因此，我们将前轮部分的翻越高度设定为200mm，据此来设计导向轮的长度及倾角。为了使导向轮能够比较平滑的越障，我们采用了履带式结构。传动系统方面，我们选用了链传动。为了实现两个传动比，我们设计了一个小变速器，但后来我们想到了一种更简单可行的方案，在一级轴和二级轴分别设一驱动点，平地行走时驱动二级轴，爬楼时驱动一级轴，驱动手柄设计成可拆卸形式。我们进行了一些理论设计计算。首先，我们计算了能够爬楼不打滑的条件。我们发现，重心设计在距后轮0.34倍的轮距处是可以实现的。然后，我们估算了驱动力。在爬楼时，重力大部分压于后轮，因此驱动转矩主要克服重力阻力矩。我们采用了两级链传动减速系统，总传动比为10：1，人单手所需最大驱动力为5公斤力。考虑到电机作为原动机的转矩较大，需要专门配备减速系统和大容量蓄电池，增加整车重量。因此，选择手柄手摇驱动，双边驱动，以便于差动转向。在平地行走情况下，行走阻力非常小，齿轮受力状况良好。在坡度为8度的地面行走时，齿轮受转矩最大。根据三角星轮的大小要求，初选齿轮模数为3，根据楼梯的尺寸确定各轮轮距，由此确定齿轮中心距和各齿轮大小。选用45钢调质处理齿轮，对中心齿轮z1，转矩T1=14.8N·m，强度符合要求。在爬楼单轮着地时，行星齿轮轴受力情况最差，需要设计强度符合要求的结构。根据受力分析，得到N1=917N。经过计算，得到14N2+14N1=38N，因此N2=440N。根据计算，A处的弯矩最大，MA=0.024N=0.024×500=12N·m，TA=T=4.1N·m。根据公式Mca=MA+(αT)2，取α=0.6，可以得到Mca=122+(0.6×1.1)2=12.250N·m=12250N·mm。考虑轴的材料为45钢调质，[σ-1]b=60MPa。根据公式A处的直径dA≥3Mca/[σ-1]b，可以得到dA≥3×12250/(0.1×60)=12.7mm。考虑轴承内径并取整，得到d=15mm。齿轮键连接设计时，轮毂长度为12选用圆头平键，L=12b=h=6。根据公式σp=4T/(dhl)，可以得到σp=4×4100/(20×6×6)=25.3MPa，强度符合要求。轴承选择时，Fr1=N1=917N，Fr2=N2=440N，中等冲击，取fp=1.4，因此P=fpXFr=1.4×1×917=1284N。轴承所需寿命为预计使用10年，每年360天，每天工作3小时，每分钟转15转，因此预期寿命Lh=10×360×3=10800。轴承所需基本额定动载荷为3C=P3=1284×60×15×10800/(3×661010)=2740N=2.74KN。选用6202轴承，其D=35，B=11，C=5.88kg>2.74，符合要求。中心轴设计时，受力图如图12所示，由齿轮箱体的受力平衡有N3-N4=500N，N4=35×500，因此得N3=1125N，N4=625N，中心齿轮T=20.5N·m，链轮对轴的作用力F=955N。根据受力平衡公式，可以得到-14N2+955-625+1125-560=0，因此N2=895N，N1=560N。根据弯矩转矩图，危险点D处M=12300，T=95000，E处M=20210，T=0。由于该轴受力状况复杂，功能重要，因此选用45钢调制，其[σ-1]b=60MPa。取α=0.6，可以得到Mca=EMca=M2+(αT)2=123002+(0.6×95000)2=58312，M2+(αT)2=20210。根据公式dD≥3Mca/[σ-1]b和dE≥3Mca/[σ-1]b，可以得到dD≥3×58312/(0.1×60)=21.3mm，dE≥3×20210/(0.1×60)=15.0mm。在下楼时，同样采用星轮驱动模式，但需要注意的是，为了避免车辆失控，需要将离合器拨到行星轮状态，这样可以让车辆缓慢下降并且保持稳定。同时，导向轮需要与楼梯内沿相贴，以保持车辆的稳定性。如果需要停下来，可以使用刹车来控制车辆的速度。本文介绍了一种新型的轮椅设计，主要特点是采用了星轮和行星轮两种驱动模式，以适应不同的场合。在平地上使用行星轮驱动模式，在爬楼时使用星轮驱动模式，这样可以提高轮椅的适应性。此外，导向轮与万向轮的巧妙结合也增强了轮椅的越障能力。同一传动链上设有两个驱动点，可以满足平地行走和爬楼时不同的传动比要求。最终的产品成本可降至2000元左右，具有很好的市场前景。为了保证安全，在下楼时需要一名辅助者在后面扶持以防止倾翻。同时，本文还提供了产品实物照片，方便读者了解产品的外观和结构。本产品可广泛用于社区、养老院、医院等场合，适用于腿脚不便的残疾人或老年人。相对于现有的可爬楼轮椅，我们的产品适应性好、性价比高。据我们调查，武汉市唯一一个辅助爬楼装置价格高达6万元，而国外具有相似功能的IBOT3000轮椅更是