扫地机器人传动装置的总体设计

扫地机器人传动装置的总体设计机器人行进速度15m/min，主体含轮装配后高度10cm，大小半径40–50cm传动部分要求二级减速器。因此本设计才用展开式二级圆柱直齿轮减速器，传动方案运动简图如图1.1所示；图1.1扫地机器人主动轮传动简图根据扫地机器人主体结构高度可知主动轮高度低于10cm，且预留30%的高度用于壳体厚度与装配间隙，故轮子直径可取7cm。1电动机的选择原动机的种类，无特殊要求，均选用直流电动机作为原动机。电动机为系列化产品。机械设计中仅需根据工作机的工作情况，合理选择电动机的类型、结构形式、容量和转速，提出具体的电动机型号。根据已知条件可知扫地机器人工作速度为15m/min，转换单位可得：全套设计加QQ11970985或197216396左右主动轮的半径为3.5cm,主动轮的周长为：左右主动轮转速为：查设计手册得二级齿轮传动比的范围为8-50。则电动机的可选转速为：，本次设计电机工作转速选取1500r/min。查阅资料可知橡胶轮胎与地面摩擦系数约为0.3，扫地机器人整体重量不超过5kg，故最大摩擦阻力为：爬坡阻力及其他阻力系数取0.1，则其他阻力大小为：主动轮电机在工作过程中承受的阻力总和约为：主动轮电机功率理论值为：主动轮减速器传动效率，总效率QUOTE按下式计算：QUOTE其中QUOTE分别为传动装置中每一传动副（轴承、齿轮、蜗杆、带或链）、每对轴承或每个联轴器的效率，但本次设计传动中主要是齿轮传动损耗、轴承传动损耗。通过查设计手册得个部分效率为：滚动轴承的效率（三对）QUOTE；闭式圆柱齿轮传动效率QUOTE；；代入公式得：主动轮电机功率实际值至少为：主动轮电机转矩实际值至少为：电动机型号的确定根据以上计算，可知电机的转速范围为：主动轮电机功率实际值至少为：综合考虑电动机和传动装置的情况，最终可确定转速为1500r/min，根据所需的额定功率及转速查设计手册最终确定电动机的型号为YCJT-60GK-10W，额定功率为10w，转速为1500r/min，额定转矩为0.1N·m。QUOTE2主动轮减速器的设计计算2.1计算总传动比及分配各级的传动比总传动比根据电动机满载转速QUOTE和工作机转速QUOTE，可得传动装置的总传动比为：分配各级传动比合理分配总传动比，可以使传动装置得到较小的外轮廓尺寸或较轻的重量，以实现降低成本和结构紧凑的目的；也可以使传动零件获得较低的圆周速度以减小齿轮动载和降低传动精度等级的要求；还可以使齿轮有较好的润滑条件。展开式二级圆柱齿轮减速器，考虑润滑条件，应使两个大齿轮直径相近，低速级大齿轮略大些，按QUOTE，这里取QUOTE则式中：QUOTE为高速级传动比；QUOTE为低速级传动比。2.2传动装置运动和动力参数计算为进行传动件的设计技术，应将工作要求的功率或转矩推算到各轴上，分别求出各轴的转速、功率和转矩。设为相连两轴间的传动比；为相连两轴间的传动效率；为各轴的输入功率w；T为各轴的输入转矩QUOTE；n为各轴的转速r/min；则可由电动机轴至工作机轴反向依次推算，得各轴的运动和动力参数。2.2.1各轴转速QUOTE电动机轴转速：1轴（高速轴）：QUOTE2轴（中速轴）：3轴（低速轴）：QUOTE主动轮轴：2.2.2各轴功率QUOTE式中QUOTE—轴的实际输入功率kw；QUOTE—二级减速器轴与轴间的传动效率。电动机轴功率：QUOTE1轴（高速轴）：2轴（中速轴）：QUOTE3轴（低速轴）：QUOTE主动轮轴：2.2.3各轴转矩经过减速器降低转速，增加扭矩，扭矩并在轴之间传递时经过轴承、齿轮等传动有所损耗。1轴（高速轴）：2轴（中速轴）：3轴（低速轴）：4轴（主动轮轴）：QUOTE2.2.4制作参数表将上述计算结果列入表中，供以后设计计算使用表2.1传动装置的运动和动力参数表轴功率P（w）转矩T(QUOTE)转速n(r/min)电动机轴100.115001轴（高速轴）100.115002轴（中速轴）9.320.51272.73轴（低速轴）8.681.9168主动轮轴8.341.8682.3二级减速器直齿圆柱齿轮设计计算2.3.1高速级齿轮传动的设计计算2.3.1.1选择齿轮的类型、材料、精度和齿数（1）按已知条件，选用直齿圆柱齿轮传动。（2）大小齿轮材料采用45钢调质处理，硬度差为40HBS可以提高大齿轮齿面的疲劳。（3）精度选择7级精度。（4）选择小齿轮齿数QUOTE，则QUOTE取QUOTE2.3.1.2几何尺寸计算取齿轮模数为m=1mm,则可计算第一组齿轮的结构参数：计算分度圆直径QUOTEQUOTE计算中心距计算齿根高计算齿顶高计算齿高计算齿距计算齿顶圆直径计算齿根圆直径齿轮辅助设计软件KYTool高速齿轮结构数据2.3.1.3高速轴齿轮1、2齿面接触疲劳强度计算根据以下设计公式进行计算：QUOTE①试选载荷系数QUOTE；②第一组齿轮传递的扭矩为：③查设计手册，选齿宽系数QUOTE；④查设计手册，得弹性影响系数QUOTE；⑤查设计手册，查得大、小齿轮的接触强度极限为⑥重合度系数QUOTE，端面重合度⑦计算应力循环次数设计的扫地机器人使用年限为20年，则高速轴对于的大小齿轮循环次数为：QUOTE齿轮1的应力循环次数为2.6x108次,齿轮2的应力循环次数为4.8x107次。⑧查设计手册，得接触疲劳寿命系数QUOTE；⑨计算接触疲劳许用应力：取安全系数QUOTES=1.5，则10齿轮实际应力值大小：分析通过对比分析齿轮应力实际值远小于许用应力值，设计满足强度要求。2.3.2低速级齿轮传动的设计计算2.3.2.1选择齿轮的类型、材料、精度和齿数（1）按已知条件，选用直齿圆柱齿轮传动。（2）大小齿轮材料采用45钢调质处理，硬度差为40HBS可以提高大齿轮齿面的疲劳。（3）精度选择7级精度。（4）选择小齿轮齿数QUOTE，则QUOTE取QUOTE2.3.2.2几何尺寸计算取齿轮模数为m=1mm,则可计算第一组齿轮的结构参数：计算分度圆直径QUOTEQUOTE计算中心距计算齿根高计算齿顶高计算齿高计算齿距计算齿顶圆直径计算齿根圆直径齿轮辅助设计软件KYTool低速齿轮数据2.3.2.3中、低速轴齿轮3、4齿面接触疲劳强度计算根据以下设计公式进行计算：QUOTE①试选载荷系数QUOTE；②第一组齿轮传递的扭矩为：③查设计手册，选齿宽系数QUOTE；④查设计手册，得弹性影响系数QUOTE；⑤查设计手册，查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限为⑥重合度系数QUOTE，端面重合度⑦计算应力循环次数设计的扫地机器人使用年限为20年，则高速轴对于的大小齿轮循环次数为：QUOTE齿轮3的应力循环次数为4.8x107次,齿轮4的应力循环次数为1.2x107次。⑧查设计手册，得接触疲劳寿命系数QUOTE；⑨计算接触疲劳许用应力：取安全系数QUOTES=1.5，则10齿轮实际应力值大小：分析通过对比分析齿轮应力实际值远小于许用应力值，设计满足强度要求。建立齿轮几何尺寸表用上述计算所得的结果分别计算出各