【《某登梯辅助机构方案设计案例》3500字】

某登梯辅助机构方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u4979某登梯辅助机构方案设计案例 1142741.1需求分析及参数要求 156681.2机械结构方案设计 2288001.3爬梯机构方案设计 2209181.4是否加站板结构设计的讨论 481121.5制动机构设计的初步探究 526871.6扶手结构设计 546221.7座位设计方案的取舍探究 61.1需求分析及参数要求由于老旧小区楼梯宽度有限，且自动轮椅式的爬楼机器人研发成本高，造价昂贵，故本次设计拟设计出一种轨道式的机械爬楼梯装置，该装置可以搭在载人情况下实现爬楼梯功能，可以满足我国许多老旧小区中老年人以及残障人士的上下楼梯的需求。了解到目前的国内一般楼梯尺寸标准，标准台阶高度为150毫米，宽度为300毫米，长度按楼房内部具体设计可更改，一般要能通过两个人，为了搬运方便，一般不小于75cm，坡度通常为30°。总之，根据目前国内外有关此类装置的研究情况，以及目前国内楼梯相关参数。本次设计主要参数和设计要求如下：（1）外形参数：装置整体长度为400mm，宽度为300mm，高度为1000mm，站板尺寸为300*400mm,站板可以伸缩，站板展开时装置宽度为650mm。（2）爬楼梯过程平稳，要保证爬楼梯过程中重心位置曲线连续，爬行速度0.2—0.3m/s。（3）保证爬楼装置整体的可靠性和工作的连续性。（4）负载能力：最大载重为300Kg。（5）爬坡能力为30°--35°。1.2机械结构方案设计这个题目所要求设计的爬楼装置是用于搭载老人，帮助其实现爬楼梯的运动。所以本次设计的爬楼梯装置必须具有可以实现爬楼功能的机构，还必须考虑到如何实现爬楼梯过程的可靠性，当然在实现必要的基本功能的前提下，应当尽可能提高爬楼装置的经济效益和环境友好性。其他装置还包括：站板调整机构、锁紧机构和一些辅助机构。本次设计中主要包含以下两个创新之处：第一是在目前市场上的装置扶手使用起来不方便，本次设计将扶手进行改进，使得扶手可以伸缩以满足不同身高的用户对扶手高度的需求不同，同时还在装置上加装轨道使得用户在使用此装置时扶手始终能够位于用户的前方。第二是利用类似于控制公交车车门开关的机构，设计了可以收起来的坐垫，当用户需要使用时坐垫处于工作位置，当用户不需要使用坐垫时则可以收起来1.3爬梯机构方案设计目前国内外的爬楼梯机构主要分为轮组式、履带式、腿足式、其他辅助机构，考虑到目前市场上的大部分自动轮椅式的爬楼机器人的价格十分昂贵，许多家庭无法承受，并且有些老旧小区的楼梯强度达不到履带或星轮式爬楼梯装置所要求的强度。所以本次设计决定设计一种轨道式爬楼梯装置。（1）轨道类型设计轨道式爬楼梯装置是通过改造老旧小区的楼梯，在楼梯上安装轨道来实现装置的爬楼梯功能。轨道通常分为直轨和弯轨，直轨和弯轨分别如图2-1、图2-2所示，直轨可应用于单层楼梯[19]，虽然应用于老旧小区的多层楼梯需要多次安装，但成本相对来说更低，人们更容易承受。所以本次设计要求设计的为分段式爬楼梯装置。综合考虑我国目前大多数老旧小区实际情况，分段可以满足大部分家庭的需求并降低装置成本。图2-1直轨装置图2-2弯轨装置轨道截面类型的选择：轨道截面有多种不同的形式,如圆型轨道、凹槽型轨道、工字钢型轨道、帆板型轨道等[20]。在这几种不同的截面形式中，虽然最为常用的是圆型轨道，但考虑到本次设计的要求以及成本，所以本次设计将采用型钢，在型钢上面安装导轨来实现。（2）传动机构设计目前国内外所采用的轨道式爬楼梯装置的传动方式主要有以下三种：1、钢丝绳牵引、2、齿轮齿条啮合、3、链传动[21-23]，其中钢丝绳牵引和齿轮齿条啮合分别如图2-3、图2-4所示。其中钢丝绳牵引随着轨道长度的增加，在运行过程中容易引起装置的波动，特别是在转弯处尤为明显，这对爬楼梯装置的稳定性有着极大的影响。链传动虽然具有一些齿轮传动的特点，但是其输出的速度不够稳定，因而不适合用在载人的装置之中。相比之下齿轮齿条啮合传动在工作过程中稳定性高，使用过程中可靠度高，是这几种传动方式中最适用在载人装置中的。图2-3钢丝绳牵引 图2-4齿轮齿条啮合综上所述，本次设计将选择使用齿轮齿条啮合传动。因为齿轮齿条属于标准件，只需要计算后选择相应的满足设计要求的即可，互换性高使更换也较为方便这可以有效实现装置经济效益，降低装置设计制造成本，同时齿轮齿条啮合在运行过程中不仅稳定，其产生的噪声污染也较小，可以满足有关环境要求。整体装置通过装置内部的驱动齿轮以及轨道上的齿条的啮合来实现爬楼梯功能。装置的动力由电机提供，经过相应的减速后传递到齿轮。1.4是否加站板结构设计的讨论根据之前最初设计想法，助老爬楼梯装置站板的尺寸为300*400mm，并且要求站板具有收缩功能，以保证在用户不使用该装置的情况下装置不会占用楼道有限的空间，造成居民通行不便。考虑到装置的安全性和用户友好性，拟在站板面上设计一些纹路，达到增加摩擦力的效果，从而防止老人站立在上面时发生打滑，提高安全性。站板和爬楼梯装置的本体之间通过铰链连接，同时在站板和装置本体之间还需要加装铰链结构，在展开时形成三角形，以保证整个装置的负载能力，同时还可以收缩起来。其简图如图2-5、图2-6所示。图2-5站板简图（展开）图2-6站板简图（收起）站板拟实现自动化，也就是当人要使用该装置时站板会自动展开以便人民使用，当使用者使用过后，站板会自动收起以减少装置在未使用状态下所占的空间，保证为平常时候其他人正常上下楼梯留出足够空间。要实现站板自动化就需要有自动控制，综合比较后决定采用电动推杆推动齿条做直线运动，在经过齿条带动齿轮转动从而使得站板实现收起与展开，同时加装距离传感器，当用户进入或离开一定距离范围以后这种会根据传感器信息对站板的展开与收起进行控制。但是考虑到加装站板以后相关的控制成本及模块会增加，维修成本将大大地增加，对待站板的材料选择也是比较严格苛刻的，使得使用成本和安装成本急剧增加。因此，本设计对加装站板的态度持有保守意见。1.5制动机构设计的初步探究装置的锁紧是载人装置所必须考虑的，这涉及到使用者的生命安全，容不得半点马虎。锁紧机构主要是用于爬楼装置在停止时的锁紧，保证老人手离开扶手的时候整个装置的稳定。如果能不保证这种情况下装置的固定，那么很容易造成意外事故，严重的话甚至有可能会威胁到使用者的生命。锁紧机构主要工作原理相关的是利用力学上的死点、压力角和摩擦角，其实际机构非常多，常用的锁紧机构有螺纹锁紧、偏心轮锁紧、斜面锁紧、四杆机构锁紧等[24]。考虑到装置是在每层楼的固定位置停下，当然也应该考虑装置在紧急情况下的固定，此做进机构必须充分可靠以保证用户安全。本次设计将采用类似于汽车刹车的装置，利用刹车片与轨道之间的摩擦来实现装置整体的制动，利用螺纹旋向的不同来实现两刹车片的相向运动或反向运动，进而实现装置的制动和松开。1.6扶手结构设计扶手结构主要让是用户使用爬楼梯装置时抓住，这样可以进一步保证老人在使用过程中的安全性。而如何将扶手设计得更加舒适则是本次扶手设计的重点。考虑到人机工程的有关要求，本次设计中的扶手拟设计为圆柱形，便于使用者握紧，同时为了防止使用者在使用过程中发生滑动，扶手上将会套上橡胶套。同时在扶手前端设置一个装置的启动、停止按钮，这样使得使用者在控制装置启动或停止时也不用松开扶手，保证用户安全和装置使用的便捷性。更进一步，目前市场上的装置的扶手基本都是紧靠着墙体，如图2-7所示。这导致了使用者在使用过程中手肘不好放，容易与墙体发生触碰和摩擦，影响舒适性。从提高用户友好性方面出发，本次设计将扶手进行改进，使用户在使用此装置时扶手位于使用者的前方，便于用户抓住且不会与墙体产生接触。同时在装置上仔细、反复的推敲设计，使得扶手能够在人使用的时候，保证使用者无论是上楼还是下楼扶手的舒适性都符合人体工程设计。图2-7扶手结构1.7座位设计方案的取舍探究目前市场上已有的轨道式爬楼装置基本都分为两种，一种是带座椅的，另一种是不带有座椅功能的，本次设计对这一点进行讨论，目前有最新的一款设计一种在用户需要座椅是能够有座椅，不使用的时候能够将座椅隐藏起来的机构。这一种设计采用了类似于图2-8所示的机构，这个机构可以实现在用户要使用坐垫时坐垫升起，在用户不使用时坐垫收起隐藏于装置中。这个机构主要是利用铰链四杆机构原理，实现坐垫在收起和展开两种状态的转换。其过程大概如下:采用电动推杆带动齿条实现线性移动，再经由齿轮齿条啮合实现轴的转动,轴的转动进而会带动连杆的转动，连杆则带着坐垫只限相应的功能。但是本次设计最后认为加带座椅是一个鸡肋的设计，就像是现在很