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内容简介：

毕业设计（论文）中期检查表（指导教师）指导教师姓名：填表日期： 学生学号学生姓名题目名称玻璃清洁机器人结构设计已完成内容玻璃清洁机器人的总体方案选择与设计，包含机器人的行走机构、转向与避障机构、清洗机构的选择；机械部分大部分尺寸的规划及正在用三维软件制图；专业外文翻译已经翻译完成4万字符。 检查日期：2013-4-20完成情况全部完成按进度完成滞后进度安排存在困难吸附机构的设计机构的安装尺寸的规划材料的选择加工工艺的编写解决办法查阅最新的吸附机构的研究成果，从中吸取适合自己设计的部分从机械制图课本中查找安装尺寸的设计方法查看机械工程材料和金属工艺学课本，确定材料和加工工艺的选择同时和身边的同学一起讨论解决。预期成绩优 秀良 好中 等及 格不及格建议 教师签名： 教务处实践教学科制表说明：1、本表由检查毕业设计的指导教师如实填写；2、此表要放入毕业设计（论文）档案袋中；3、各院(系)分类汇总后报教务处实践教学科备案。编号： 毕业设计(论文)任务书题 目： 玻璃清洁机器人 结构设计 学 院: 专 业学生姓名学 号 指导教师单位 姓 名职 称题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 注：1、本任务书一式一份，院办留存，发给学生电子稿，任务完成后附在说明书内。2、任务书均要求打印，打印字体和字号按照本科生毕业设计（论文）统一格式的规定执行。3、以下标题为四号仿宋体、加粗，正文中文用小四宋体，英文用小四Times New Roman，日期采用阿拉伯数字。 4、“一、毕业设计（论文）的内容、要求”位于页面最顶端，“任务下达时间”位于新页面最顶端。5、请不要修改最后一页（即“任务下达时间”所在页的内容）一、毕业设计（论文）的内容高层建筑中，玻璃幕墙受业主和建筑师的青睐。 但是，令人烦恼的玻璃清洁问题也随之而来。风格迥异、 造型独特的建筑物对玻璃幕墙清清的要求愈来愈高，传统方式 人工吊板、吊篮从技术层面匕已经无法满足造型复杂、多变、个 性化的建筑的清洗需要。建筑物造型的多样化，决定了清洁作 业的复杂性和网难程度。现在的墙壁清洗机器人一般是吸附式的，容易受到壁面材料和平整度的影响，存在吸盘漏气和承载能力差等缺点。本设计以玻璃清机器人为载体，完成一种新型的墙壁清洗机器人设计。进一步提升专业技能，为踏上工作岗位做好准备。本设计的主要任务有一下几点：1、收集关于玻璃清机器人产品的相关知识，了解现有玻璃清机器人产品的结构；2、熟悉玻璃清机器人的工作原理及过程；3、查阅相关资料，熟悉机械产品设计、机械设计基础、机械零件的加工工艺、工程力学、工程制图等与本毕业设计课题相关的知识；4、熟练掌握计算机辅助设计软件；5、对玻璃清机器人设计方案进行详细规划及分析，反复对方案进行论证，逐步进行修改及优化；6、完成玻璃清机器人的结构设计；7、完成玻璃清机器人相关机构的各种参数计算和分析；8、完成玻璃清机器人相关零件材料的选用及其工艺分析；9、完成玻璃清机器人产品零件及装配部件的3D和2D工程图的绘制；10、完成零件拆、装过程及运动仿真视频动画的制作；二、毕业设计（论文）的要求与数据本毕业设计课题需要掌握机械产品设计、机械设计基础、机械零件加工工艺、工程力学、工程制图等相关知识及计算机辅助设计技能。本课题需要提交的数据及资料主要有以下方面：1、在设计之前必须对方案进行详细的规划及分析；2、玻璃清机器人产品结构设计要合理，提交合理、完整的3D模型；3、玻璃清机器人相关机构的各种参数计算和分析，并提供结果；4、零部件装配正确合理，并提供干涉分析结果；5、2D工程图要整洁规范，必须符合国家标准，并提交规范完整图纸；6、机构运动仿真及零件拆、装过程视频动画画面要清晰，并提交AVI视频文件； 7、外文资料翻译和毕业设计说明书（论文）的内容及字符要符合“毕业设计任务书”的要求；8、毕业设计说明书的格式必须符合 “2013年毕业设计说明书统一格式”的要求；9、各个文件资料所需填写的时间必须符合“2013年毕业设计(论文)管理办法”的要求；10、答辩PPT课件能清晰体现毕业设计课题的设计思路，并且版面简介；三、毕业设计（论文）应完成的工作1、完成开题报告的撰写；2、完成中期检查表的填写；3、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的300-500个单词的英文摘要；4、独立完成与课题相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）；5、对设计方案进行详细规划及分析，反复对方案进行论证，逐步进行修改及优化；6、完成玻璃清机器人的结构设计；7、完成玻璃清机器人相关机构的各种参数计算和分析；8、完成材料的选用及其工艺分析；9、完成玻璃清机器人产品零件及装配部件的3D和2D工程图的绘制；10、完成工作量折合A0图纸3张以上，其中必须包含两张A3以上的计算机绘图图纸；11、完成零件拆、装过程及运动仿真视频动画的制作；12、完成答辩PPT课件的制作；四、应收集的资料及主要参考文献至少查阅以下所列出的参考文献5篇以上。1 熊有伦 机器人技术基础M武汉: 华中理工大学出版社，20002 袁锋UG机械设计工程范例教程M 机械工业出版社，2009.113 陈超超轮式移动机器人避障的研究D秦皇岛：燕山大学，20044 魏晓涛AGV移动机构控制研究D哈尔滨: 哈尔滨工程大学，20035 陈卫平 全区域覆盖自主移动机器人路径规划与避障的研究D南京:南京理工大学,2004.6 常迎梅，侯国栋. 双动力臂爬壁机器人吸附系统设计J机械研究与应用2010年 05期 . 7 何雪明 真空吸附式爬壁机器人设计J 西北轻工业学院学报.2000年04期报1997年01期8 赵兴飞，周忆 气驱爬壁机器人设计与计算J 机床与液压2003年06期9 韩建海，章琛 真空吸盘的设计及应用J 机床与液压.2000年03期10 Robert J Schilling. Fundamentals of Robotics-Analysis and Control M New J ersey: Prentice Hall, 2000五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件所需主要仪器设备及条件如下：1、 微型计算机一台;2、 机械CAD软件一套任务下达时间：2012年12月17日毕业设计开始与完成时间：2012年12月17日至 2013年05 月26日组织实施单位：教研室主任意见：签字： 2012年12月14日院领导小组意见：签字： 2012 年12月16日编号： 毕业设计(论文)开题报告题 目： 玻璃清洁机器人 结构设计 院 （系）：专 业：学生姓名：学 号： 指导教师单位： 姓 名：职 称：题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见审查后生效。 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写，或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3学生查阅资料的参考文献应在5篇及以上（不包括辞典、手册），开题报告的字数要在1000字以上。4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。5“指导教师（签字）”日期填写成在2012年12月27日 31日之间的某个日期；“开题小组组长（签字）”日期填写成在2013年1月4日9日之间的某个日期。1毕业设计的主要内容、重点和难点等一、 内容：高层建筑中，玻璃幕墙受业主和建筑师的青睐。 但是，令人烦恼的玻璃清洁问题也随之而来。风格迥异、 造型独特的建筑物对玻璃幕墙清清的要求愈来愈高，传统方式 人工吊板、吊篮从技术层面匕已经无法满足造型复杂、多变、个 性化的建筑的清洗需要。建筑物造型的多样化，决定了清洁作 业的复杂性和网难程度。现在的墙壁清洗机器人一般是吸附式的，容易受到壁面材料和平整度的影响，存在吸盘漏气和承载能力差等缺点。本设计以玻璃清机器人为载体，完成一种新型的墙壁清洗机器人设计。进一步提升专业技能，为踏上工作岗位做好准备。本设计的主要任务有一下几点：1、收集关于玻璃清机器人产品的相关知识，了解现有玻璃清机器人产品的结构；2、熟悉玻璃清机器人的工作原理及过程；3、查阅相关资料，熟悉机械产品设计、机械设计基础、机械零件的加工工艺、工程力学、工程制图等与本毕业设计课题相关的知识；4、熟练掌握计算机辅助设计软件；5、对玻璃清机器人设计方案进行详细规划及分析，反复对方案进行论证，逐步进行修改及优化；6、完成玻璃清机器人的结构设计；7、完成玻璃清机器人相关机构的各种参数计算和分析；8、完成玻璃清机器人相关零件材料的选用及其工艺分析；9、完成玻璃清机器人产品零件及装配部件的3D和2D工程图的绘制；10、完成零件拆、装过程及运动仿真视频动画的制作；二、 重点：收集关于玻璃清机器人产品的相关知识，了解现有关玻璃清机器人产品的结构；熟悉玻璃清机器人的工作原理及过程；对玻璃清机器人设计方案进行详细规划及分析，反复对方案进行论证，逐步进行修改及优化。三、 难点：玻璃清机器人相关机构的各种参数计算和分析；零件拆、装过程及运动仿真视频动画的制作；玻璃清机器人的结构设计；玻璃清机器人相关零件材料的选用及其工艺分析。2准备情况（查阅的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）一、调研情况：各国的擦玻璃机器人基本都是专为某栋大楼而设计，即在建楼之初就要预设轨道，这无疑增加建楼成本和影响美观；或则机器人非常笨重，移动速度很慢，且容易掉下来。从公开的资料来看，擦玻璃机器人在全世界都没有很成熟通用的产品,无疑为本次设计提供了广阔的设计空间和用户市场。二、现有设备：硬件设备：电脑、软件设备、Pro/E 5.0、autocad2004三、试验条件：电脑机房四、查阅文献资料： 1 熊有伦机器人技术基础M武汉:华中理工大学出版社，20002 孟繁华机器人应用技术M哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社，20003 陈超超轮式移动机器人避障的研究D秦皇岛：燕山大学，20044 魏晓涛AGV移动机构控制研究D哈尔滨: 哈尔滨工程大学，20035 陈卫平全区域覆盖自主移动机器人路径规划与避障的研究D南京:南京理工大学,2004.6 常迎梅，侯国栋. 双动力臂爬壁机器人吸附系统设计J机械研究与应用2010年 05期7 何雪明 真空吸附式爬壁机器人设计J 西北轻工业学院学报.2000年04期.8 赵兴飞，周忆 气驱爬壁机器人设计与计算J 机床与液压2003年06期9 韩建海，章琛 真空吸盘的设计及应用J 机床与液压.2000年03期10 Robert J Schilling. Fundamentals of Robotics-Analysis and ControlM New Jersey: Prentice Hall, 20003、实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料一、实施方案：玻璃清洁机器人结构设计- 设计玻璃清洁机器人设计整套图纸；机构能实现在玻璃上行走;机构能实现在玻璃上转向和自动避障功能;机构能实现在玻璃上自动清洁功能;机构自重不大于2kg，每小时清扫量不小于10平米。二、进度计划：1、2012年12月17日2013年3月1日：完成开题报告的撰写2、2013年3月2日2013年3月15日：独立完成与课题相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译3、2013年3月16日2013年4月1日：完成包括任务书所给的各种参考书的阅读4、2013年4月2日2013年4月3日：完成中期检查表的填写5、2013年4月4日2013年4月6日：在设计之前必须对方案进行详细的规划及分析6、2013年4月7日2013年4月9日： 设计能实现在玻璃上转向和自动避障功能的机构7、2013年4月10日2013年4月11日： 设计能实现在玻璃上行走的机构8、2013年4月12日2013年4月15日： 反复对方案进行论证，逐步进行修改及优化9、2013年4月16日2013年4月20日： 完成玻璃清机器人的结构设计10、2013年4月21日2013年4月30日：完成玻璃清机器人相关机构的各种参数计算和分析11、2013年5月1日2013年5月3日： 完成材料的选用及其工艺分析12、2013年5月4日2013年5月9日：完成玻璃清机器人产品零件及装配部件的3D工程图的绘制13、2013年5月10日2013年5月13日：完成玻璃清机器人产品零件及装配部件的2D工程图的绘制14、2013年5月14日2013年5月15日：完成零件拆、装过程及运动仿真视频动画的制作15、2013年5月16日2013年5月23日：完成二万字左右的毕业设计说明书16、2013年5月23日-2013年月26日：完成答辩PPT课件的制作；三、预期提交的毕业设计资料：1、毕业设计说明书：二万字左右的毕业设计说明书、包括详细的300-500个单词的英文摘要2、英文资料翻译论文：与课题相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译3、A0图纸3张： 其中包含两张A3以上的计算机绘图图纸，包含两张A3以上计算机绘图图纸；4、视频动画： 零件拆、装过程及运动仿真视频动画指导教师意见指导教师（签字）： 2012年12月日开题小组意见 开题小组组长（签字）： 2013年1 月日 院（系、部）意见主管院长（系、部主任）签字： 2013年1月日摘 要 由于各种因素的影响，市场上玻璃清洁机器人的技术还处于初级阶段，在实际运用中还存在诸多问题。本次设计通过研究玻璃清洁机器人的工作原理及过程，经过详细的方案规划，反复论证方案，找出一种目前技术上最成熟、最符合实际运用的运动方案。本设计介绍了解决目前玻璃幕墙难于清洗这一难题的玻璃清洁机器人的研究,设计,运用方案,并把其中一种我们认为是目前最合理,最具有市场前景的设计方案进行详细规划及分析,反复对方案进行认证,逐步进行修改及优化.确定玻璃清洁机器人以轮式自主移动机器人为载体.最终完成玻璃清洁机器人的结构设计、机构各种参数计算和分析、相关零件材料的选用及工艺分析。从玻璃清洁机器人在玻璃墙壁上的行走机构,转向和自动避障机构,自动清洗机构三个模块详细阐述了机器人系统的工作原理和实现方法.玻璃清洁机器人的工作原理是利用两对传动齿轮将驱动电机上的力矩传递到驱动轴上,从而带动两个后轮转动,实现机器人在玻璃墙壁上的自由行走.机器人的两个前轮均采用嵌入式直接驱动装置,在机器人正常直线行走时为机器人提供一定的牵引力,在机器人遇到障碍物时则一个电机正转,一个电机反转,实现机器人的零转弯半径转向.清洗机构为滚桶式,由驱动电机提供动力,并且中间无减速机构,即滚筒的转速与驱动电机的转速相同。 通过在已有的方案基础上进行创新设计，使得设计出来的玻璃清洁机器人更能满足用户的需求，以此拓展它的市场前景。关键词：轮式；玻璃；滚筒；嵌入式直接驱动装置；正反转AbstractBecause of the influence of various factors, glass cleaning robot technology is still in its infancy in the market, there are lots of problems in practice. This design through the study of working principle and process of glass cleaning robot, through the detailed program planning, repeated demonstration project, to find out a kind of the most mature on the technology at present, the most practical use of motion scheme.Researching, designing, using the scheme of glass cleaning robot to solve the glass curtain wall is difficult to clean are introduced in this paper，and the one we think is the most reasonable, most has the market prospect of detailed planning and analysis has been made to the design, repeated authentication scheme, modify and optimize step by step. Finally determine the glass cleaning robots with wheeled autonomous mobile robot as the carrier, and finishing glass cleaning robot structure design, calculation and analysis of various parameters, material selection of parts and process analysis.This article from the travel mechanism of glass in glass wall cleaning robot, steering and automatic obstacle avoidance mechanism，automatic cleaning mechanism three modules in detail elaborated the working principle and realization method of the robot system. Glass cleaning robots working principle is to use two pairs of gear drives the torque on the machine, is passed on to the drive shaft to drive the two rear wheels turning, to realize robot walking on the glass wall of freedom. The robots two front wheels adopts embedded direct drive device, in the robot walking straight and normal provide certain traction force for robot, in the robot meet with obstacles is a motor forward, a motor reversal, realize zero turning radius turn of the robot. Cleaning mechanism is barrel type, provided by the drive motor power, and the middle without retarding mechanism, namely the rattler at the same speed with the speed of the drive motor. Through innovative designing based on the existing solutions, makes the designed glass cleaning robot can meet the needs of users, to expand its market prospects.Key words: wheel；glass；rattler；embedded direct drive device；pros and cons go目 录 1 引言 .11.1 课题研究的背景 .11.2 课题研究的意义 .21.3 玻璃清洁机器人的发展状况和目前具有的技术水平 .22 玻璃清洁机器人总体运动方案规划 .22.1 玻璃清洁机器人行走、转向机构方案设计.22.1.1 足式行走机构.32.1.2 履带式行走机构 .42.1.3 轮式行走、转向机构 .42.2 清洗机构 .72.3 传动机构 .82.3.1 方案一 .82.3.2 方案二 .82.4 最终选用的总体方案 .83 电机选型 .94 玻璃清洁机器人结构设计和主要参数计算、分析 .124.1 车轮设计 .124.2 后轮驱动减速机构设计 .134.3 后轮驱动轴的结构设计与校核 .184.4 齿轮的定位结构设计 .204.5 中间轴的结构设计与校核 .214.6 电机连接轴的结构设计 .244.7 后轮减速机构箱体结构设计 .254.8 底盘结构设计 .264.9 螺栓组连接的结构设计 .284.10 吸附机构的结构设计及合理性分析 .295 玻璃清洁机器人稳定性分析 .306 重要零件的材料选用和加工工艺的编写 .316.1 轴类零件的材料选用与加工工艺分析 .316.2 底盘的热处理与加工工艺分析 .376.3 减速机构上箱体和机器人外盖的加工艺分析 .386.4 齿轮的加工工艺分析 .396.5 磁吸盘的加工工艺分析 .397 装配干涉分析结果 .398 玻璃清洁机器人总装配图 .409 结论 .41谢 辞 .42参考文献 .43附 录 .44编号： 毕业设计（论文）说明书毕业设计（论文）说明书 题 目：玻璃清洁机器人结构设计 学 院： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 I 摘 要 由于各种因素的影响，市场上玻璃清洁机器人的技术还处于初级阶段，在实际运 用中还存在诸多问题。本次设计通过研究玻璃清洁机器人的工作原理及过程，经过详 细的方案规划，反复论证方案，找出一种目前技术上最成熟、最符合实际运用的运动 方案。 本设计介绍了解决目前玻璃幕墙难于清洗这一难题的玻璃清洁机器人的研究,设计,运 用方案,并把其中一种我们认为是目前最合理,最具有市场前景的设计方案进行详细规 划及分析,反复对方案进行认证,逐步进行修改及优化.确定玻璃清洁机器人以轮式自主 移动机器人为载体.最终完成玻璃清洁机器人的结构设计、机构各种参数计算和分析、 相关零件材料的选用及工艺分析。 从玻璃清洁机器人在玻璃墙壁上的行走机构,转向和自动避障机构,自动清洗机构 三个模块详细阐述了机器人系统的工作原理和实现方法.玻璃清洁机器人的工作原理是 利用两对传动齿轮将驱动电机上的力矩传递到驱动轴上,从而带动两个后轮转动,实现 机器人在玻璃墙壁上的自由行走.机器人的两个前轮均采用嵌入式直接驱动装置,在机 器人正常直线行走时为机器人提供一定的牵引力,在机器人遇到障碍物时则一个电机正 转,一个电机反转,实现机器人的零转弯半径转向.清洗机构为滚桶式,由驱动电机提供 动力,并且中间无减速机构,即滚筒的转速与驱动电机的转速相同。 通过在已有的方案基础上进行创新设计，使得设计出来的玻璃清洁机器人更能满 足用户的需求，以此拓展它的市场前景。 关键词：轮式；玻璃；滚筒；嵌入式直接驱动装置；正反转 II Abstract Because of the influence of various factors, glass cleaning robot technology is still in its infancy in the market, there are lots of problems in practice. This design through the study of working principle and process of glass cleaning robot, through the detailed program planning, repeated demonstration project, to find out a kind of the most mature on the technology at present, the most practical use of motion scheme. Researching, designing, using the scheme of glass cleaning robot to solve the glass curtain wall is difficult to clean are introduced in this paper，and the one we think is the most reasonable, most has the market prospect of detailed planning and analysis has been made to the design, repeated authentication scheme, modify and optimize step by step. Finally determine the glass cleaning robots with wheeled autonomous mobile robot as the carrier, and finishing glass cleaning robot structure design, calculation and analysis of various parameters, material selection of parts and process analysis. This article from the travel mechanism of glass in glass wall cleaning robot, steering and automatic obstacle avoidance mechanism，automatic cleaning mechanism three modules in detail elaborated the working principle and realization method of the robot system. Glass cleaning robots working principle is to use two pairs of gear drives the torque on the machine, is passed on to the drive shaft to drive the two rear wheels turning, to realize robot walking on the glass wall of freedom. The robots two front wheels adopts embedded direct drive device, in the robot walking straight and normal provide certain traction force for robot, in the robot meet with obstacles is a motor forward, a motor reversal, realize zero turning radius turn of the robot. Cleaning mechanism is barrel type, provided by the drive motor power, and the middle without retarding mechanism, namely the rattler at the same speed with the speed of the drive motor. Through innovative designing based on the existing solutions, makes the designed glass cleaning robot can meet the needs of users, to expand its market prospects. Key words: wheel；glass；rattler；embedded direct drive device；pros and cons go III 目 录 1 引言 .1 1.1 课题研究的背景 .1 1.2 课题研究的意义 .2 1.3 玻璃清洁机器人的发展状况和目前具有的技术水平 .2 2 玻璃清洁机器人总体运动方案规划 .2 2.1 玻璃清洁机器人行走、转向机构方案设计.2 2.1.1 足式行走机构.3 2.1.2 履带式行走机构 .4 2.1.3 轮式行走、转向机构 .4 2.2 清洗机构 .7 2.3 传动机构 .8 2.3.1 方案一 .8 2.3.2 方案二 .8 2.4 最终选用的总体方案 .8 3 电机选型 .9 4 玻璃清洁机器人结构设计和主要参数计算、分析 .12 4.1 车轮设计 .12 4.2 后轮驱动减速机构设计 .13 4.3 后轮驱动轴的结构设计与校核 .18 4.4 齿轮的定位结构设计 .20 4.5 中间轴的结构设计与校核 .21 4.6 电机连接轴的结构设计 .24 4.7 后轮减速机构箱体结构设计 .25 4.8 底盘结构设计 .26 4.9 螺栓组连接的结构设计 .28 4.10 吸附机构的结构设计及合理性分析 .29 5 玻璃清洁机器人稳定性分析 .30 6 重要零件的材料选用和加工工艺的编写 .31 6.1 轴类零件的材料选用与加工工艺分析 .31 6.2 底盘的热处理与加工工艺分析 .37 6.3 减速机构上箱体和机器人外盖的加工艺分析 .38 6.4 齿轮的加工工艺分析 .39 6.5 磁吸盘的加工工艺分析 .39 IV 7 装配干涉分析结果 .39 8 玻璃清洁机器人总装配图 .40 9 结论 .41 谢 辞 .42 参考文献 .43 附 录 .44 1 引言 1.1 课题研究的背景 在繁华的市中心区域，高层建筑越来越多，样式多样的摩天大楼成为现代都市中 一道亮丽的风景。随着玻璃制作工艺技术的不断革新，玻璃的强度不断提高，并且玻 璃的采光性好，保温防潮性能好，彩色玻璃实用美观，建筑师在设计时高层建筑的外 壁越来越多地采用钢化玻璃制作玻璃幕墙结构。但是由于玻璃没有自我清洁的能力， 时间一长，空气中悬浮颗粒就会吸附于玻璃外墙上，为了保证建筑外观的整洁美观， 就需要对墙壁进行清洗，以美化城市市容市貌。玻璃幕墙难于清洗,清洗成本高昂,清 洗工作量大并且清洗工人工作环境危险等难题。因此,面对市场对于清洗玻璃建筑的巨 大需求, 市场上目前投入使用的少量玻璃清洁机器人,技术上仍然存在许多的问题,例 如:避障时机器人的转弯半径过大,机器人无法清洗机器人边缘经过的玻璃墙面,机器人 轮子传动轴径向力过大等问题,因此开发一款用于自动清洗玻璃幕墙的满足市场需求的 实用玻璃清洁机器人已经成为科研人员工作的重点。 目前高层建筑的玻璃幕墙清洗工作主要由专门的清洁公司来完成，清洁公司的清 洁方法中最主要的有两种：一种方式是使用安装在高楼楼顶的专用轨道或吊索系统将 清洁机器对准窗户进行自动擦洗。这种清洗方式初次投资成本较高，而且要求建筑物 设计之初就必须考虑到擦窗系统的安装，所以限制了它的使用范围。另一种方式是使 用升降平台或者吊篮装载清洁工进行高楼玻璃幕墙的清洗，虽然简便易行，但清洁工 人的劳动强度大，工作效率又比较低，属于高空危险作业，对工人的人身安全及高楼 玻璃幕墙壁面都有很大的威胁，并且中国的经济正处在转型期，现在和可以预见的未 来清洁工人的用工成本将不断的上升。所以迫切需要一种能代替人而且又有一定灵活 性和适用性的全自动机器装置来完成这项工作，而且高楼的玻璃幕墙一般情况下面积 较大，大多数处于几十米甚至位于上百米的高处，而且周围又无可攀援的支架，这就 使得对玻璃幕墙的清洗成为一项繁重、高危险、耗资的工作。如果让人去清洗玻璃壁 面，不仅花费高，而且安全难以得到保证。特别是目前一些国家和地区已经通过立法 对包括擦窗作业在内的人工高空攀爬进行了限制，人们不得不寻找其它解决办法。 美日韩及欧洲各国还有最近的中国都相继推出了各自的玻璃清洁机器人，这项技 术也在日益走向成熟，但却并未为大多数人了解，许多相关的技术在外人看来还是遥 不可及的，在网络及出版物中相关的文章少之又少，这就需要对这一新型的技术进行 一些说明。 1.2 课题研究的意义 高楼玻璃幕墙清洗机器人是移动机器人的一个分支。它是基于壁面移动机器人技 术，并针对具体的作业对象，具有明确功能的实用机器人，其工作在垂直危险的玻璃 壁面，能够克服重力的作用，携带清洗设备，是面向现代高层建筑玻璃外墙表面保洁、 清洗服务的极限作业机器人，它可以将人们从危险的高空作业环境中解脱出来，不仅 可以避免事故的发生，而且能够美化城市环境，造福人类，具有十分广阔的应用前景。 它的出现将极大降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高生产效率，也 必将极大地推动清洗业的发展，带来相当的社会效益、经济效益。因此，国内外多家 研究机构都在积极开展此项研究工作。 1.3 玻璃清洁机器人的发展状况和目前具有的技术水平 玻璃清洁机器人属于壁面移动机器人的其中一种，它的移动承载体的相关技术在 壁面移动的相关技术中具有共性的一面。对现有的壁面移动机器人的结构特点进行详 细的分析，对本次的设计玻璃清洁机器人移动载体具有很好的参考意义。 机器人如果能够在壁面上自由地移动,并且进行作业,必须具备三大机能:吸附功能、 转向避障功能和移动功能。因此,壁面机器人主要是按吸附机能和移动机能来进行分类 的。 壁面机器人按照移动方式可以分为车轮式、履带式和足式三类。 不同的吸附方案和移动方案的组合最终构成了各种各样的壁面机器人,例如:履带 式吸附壁面机器人,轮式吸盘壁面机器人等。 目前国内的清洁机器人的研究起步较晚，但发展比较迅速。国外清洁机器人的运 用起源早、技术成熟，有许多非常成熟的经验值得我们借鉴。 2 玻璃清洁机器人总体运动方案规划 本次设计任务主要求是设计的机器人机构能实现在玻璃上行走、自动转向避障功 能和自动清洁功能。分析可知这次任务可以分为三个模块，即行走、转向、清洗。我 们将对他们分别各自的特点作全面的分析，并从中选择最适合实际需求的方案运用于 设计过程中。 2.1 玻璃清洁机器人行走、转向机构方案设计 所有的机器人都有一类共同的组成部分，即车轮、履带、腿足等用于推动车体在 地面上进行移动的装置。配置这些车轮、履带或者腿足使其发挥应有的功能称为移动 系统行走机构设计。 不同的移动机器人由于其用途不同，其工作环境、整体结构都不尽相同，为了达 到让机器人平稳而准确地运动这一目的，必须选择一种合适的行走机构。目前，常用 的行走机构有 3 种:足式行走机构、履带式走行机构和轮式走行机构。 2.1.1 足式行走机构 步行移动方式模仿人类或动物的行走原，用腿脚走路。它不仅能在平地上行走， 而且能在凹凸不平的地面行走，甚至可以跨越障碍、上下台阶，对环境的适应性强， 智能程度相对较高，具有轮式机器人无法达到的机动性，具有独特的优越性能。 但对设计和制作者来说，步行机器人的研究极具挑战性，其主要难点在于各腿之 间的协调控制、机身姿态控制、转向机构和转向控制、动力的有效传递和走行机构机 理。足式机器人的种类很多，一般可以分为两足机器人和多足机器人，如图 2-1、2-2 所示。 图 2-1 两足机器人 图 2-2 多足机器人 一般将有两条腿机构的移动机器人叫做两足步行机器人，两足步行机器人基本上是近 似或模仿人的下肢机构形态而制成；三足以上的机器人称为多足机器人，主要研究模 仿四足和六足动物的各种步态而制成，具有复杂的步态。 步行机器人的机构复杂，由于其运动学及动力学模型复杂，控制难度较大。从移 动的范围来讲，车轮形及履带形的移动机构，无论它有多么复杂都只能在二维平面内 移动，虽然能够应付一定的坡度和凹凸表面，但是车体与移动机构始终保持着固定的 位置关系。而步行机器人的移动却有着很大的不同，它可以在保持身体姿态不变的前 提下，能前后左右移动又能沿着楼梯拾级而上，从这一点来看步行机器人的移动是三 维空间移动。另外，要控制它的步行和不倾倒有很大的难度，目前实现上述功能的机 器人很少。正因如此，步行移动方式在机构和控制上是最复杂的，技术上还不成熟， 不适用于对灵活性和可靠性要求较高的场合中。 2.1.2 履带式行走机构 为了提高车轮对松软地面和不平坦地面的适应能力，履带式行走机构被广泛采用。 履带方式又叫循环轨道方式，其最大的特征是将圆环状的循环轨道履带卷绕在若干车 轮外，使车轮不直接与路面接触，利用履带可以缓冲路 面状态，因此就可以在各种路面上行走。图 2-3 所示为 履带式行走机器人。 机器人采用履带式行走方式有以下优点： （1）由于冲角的作用，能登上较高的台阶 （2）履带有较强的驱动力，适合在阶梯上移动 （3）能够原地旋转，所以适合在狭窄的屋内移动 (4）因重心低而稳定性较好 图 2-3 履带式机器人 履带式行走机构广泛用在各类建筑机械及军用车辆上。履带式走行机构的不足之 处是转弯不如车轮式灵活。在要改变方向时，要将某一侧的履带驱动系统减速或制动 来实现转向，或者反向驱动实现车体的原地自转。但这都会使履带与路面产生相对横 向滑动，不但加大了机器人主体的能耗，还有可能损坏路面，如果运用于玻璃清洗机 器人，在工作过程中会刮花玻璃，影响墙壁美观。 2.1.3 轮式行走、转向机构 轮式走行机构由滚动代替滑动摩擦，主要特点是效率高，适合在平坦的路面上移 动，定位，而且重量较轻，制作简单，本次设计机器人的行走机构将使用轮式，因此 在这里重点进行讲解，比较它们各自的优缺点，从中选出合适的方案进行规划、分析， 逐步进行修改及优化。 绝大多数轮式机构都是非完整运动约束驱动系统，轮式移动方式的分类有很多种， 按照轮子的数目划分有三轮、四轮、五轮。目前机器人中最常用的是三轮或四轮移动 方式，在某些特殊应用情况下也有五轮以上的机器人，但这种机器人结构和控制都很 复杂。以下分别介绍常用轮式移动机器人走行系统。 三轮移动方式 典型三轮移动机器人通常采用一个中心前轮和两个后轮的布置方式，车体配置虽 然结构简单，但稳定性稍差，遇到冲撞或地面不平时容易倾倒。在这种移动方式下， 应该将各种元器件放在机器人的下层，确保机器人的重心处于比较低的位置，以弥补 此结构本身存在的稳定性差的问题。 共轴驱动行走机构 最常见的非完整运动约束机器人系统是共轴驱动系统，其结构如图 2-4 所示。它 们的最基本形式是两个电机分别驱动左后、右后两个主动轮，这样的机构使机器人能 够实现以自身为圆心的旋转运动。在机器人底盘的前方安装一个从动轮的前轮系统， 用于对本体进行支撑。因为两个后轮共用一个轴，而在实际应用中两个车轮的对应不 一定非常精确。在实际的应用中，通常的做法是将底盘设计成梯形，使机器人转向具 有较好的灵活性和稳定性。 图 2-4 共轴驱动行走机构 实际的应用中，因为只有 3 个车轮，该机器人在行走时易发生倾覆，所以在很多 复杂条件下，它是不能正常完成任务的。 全方位移动机构 全方位移动机构是一种比较特殊的车轮，如图 2-5 所示，3 个主轮互相之间成 600 图 2-5 全方位移动机构 夹角，轴线与中线重合。之所以选择 3 个万向轮正三角组合，是因为正三角形组合方 式有它独特的优势。因为三点确定一个平面，无论怎样，3 个点总是在同一平面上，即 无论什么情况，3 个多向轮都必然着地，不会出现某个轮悬空的情况，这是四轮或更多 轮的行走机构无法做到的。但是该机构所使用的轮子较特殊，制作复杂不适于实际的 广泛运用。 四轮移动方式 四轮驱动方式 该驱动方式是通过前部转向轮的朝向确定行走方向，如图 2-6 所示。这种方式非 常适合于户外应用，特别是在崎岖地形，然而这样的机器人比传统的差速驱动方式的 机器人制作起来复杂一些。 图 2-6 四轮驱动方 1 内侧的轮子将沿着一个比外侧的轮子轨迹更小的圆周进行运动，那么就可以得到 更好的转向精度和更大的牵引力，这种技术叫做阿克曼转向。因为这种转向方式可以 使轮胎产生更大的牵引力，具有更小的摩擦损耗，所以大部分汽车都采用这种转向方 式。因为该驱动转向方式转向半径在所有方案中最大，所以这种转向技术在机器人上 的应用并不多。 四轮驱动方式 2 如图 2-7 所示为移动机器人领域常见的一种四轮移动方式。前轮是两个万向轮， 后 图 2-7 四轮驱动方式 2 轮是两个独立的驱动轮。这种结构的优点是遇到冲撞或地面不平时稳定性好，缺点是 机器人的行走过程只有三个轮着地，因此在行走时必须保证两个驱动轮着地，否则会 影响机器人行走的定位精度。 四轮移动方式 3 如图 2-8 所示，前后轮为万向轮，左右轮为驱动轮，其自转重心在车体中间， 图 2-8 四轮驱动方式 3 便于在狭窄场所改变行走方向。但前后辅助的万向轮有时不能同时着地支撑，在高速 启动和制动时会产生俯仰和前冲，或者在加速度很大时不走直线。应尽量将机器人重 心配置在两个驱动轮连线的附近，以减少惯性的影响。 2.2 清洗机构 玻璃清洁机器人由于是在墙壁玻璃上行走，重量和体积均有很大的限制，所以在 选择清洗机构时需要考虑这两方面。 方案一：曲柄滑块机构 图 2-9 曲柄滑块清洁机构 如图2-9 所示，该机构所需要的零件简单,加工方便,成本低,但是连杆所占的空间 较大,使得机器人的总体尺寸无法满足任务要，而且会降低机器人的灵活性。要实现往 复的清洗功能,轴的力矩传递需要转向,使用锥齿轮传递效率低，加工难度大，成本高。 方案二:滚筒式清洗机构 滚筒清洗机构是通过滚筒的旋转运动来实现清洗玻璃墙壁的功能，机构本身的构 件不需要除本身尺寸以外的运动空间，使得机器人结构更加紧凑。同时，滚筒的旋转 是用正齿轮传动，加工难度小，成本低，传动效率高,如图 2-10 所示。 图 2-10 滚筒清洁机构 2.3 传动机构 传动部分使用电机作为动力源，通过 D 轴、齿轮将转矩传递到后轮，实现后轮共 轴驱动。两种方案如下所述，比较两者优缺点和实际运用的要求，最终确定选用方案 一。 2.3.1 方案一 使用直齿轮、D 型轴将转矩传递到后轮轴，结构比较 简单，直齿轮为标准件方便采购，成本低，装配难度不大， 传递效率高，如图 2-11 所示。 缺点：直接使用齿轮带动后车轴，两后车轮转速始 终相同，在车体过弯时动力传递效率有所降低。 图 2-11 传动方案一 2.3.2 方案二 使用锥齿轮、D 型轴传动，在后轮车轴上增加一个差速 器，使车体在过弯时能自动根据两侧后轮不同的阻力比调整 动力的输出配比，减小后轮在转向时的动力损耗, 如图 2-12 所示。 缺点：锥齿轮传动效率低，由于锥齿轮轴与后轮车轴垂直，会增加整个机器人长 度方向的尺寸，清洗机构的传动必须再次传动换向，不利于清洗机构的安装。差速器 不是标准 件，市场上的的差速器尺寸不能满足机器人的设计需要，无 图 2-12 传动方案二 法购买。 2.4 最终选用的总体方案 经过反复对以上方案进行论证，逐步进行修改及优化，最终本次设计的玻璃清洁 机器人方案使用的是轮式行走机构、嵌入式驱动转向装置、滚筒式清洗机构、真空吸 盘式或磁吸附式。 如前面图 2-4 所示，后轮为共轴驱动行走机构，前轮由两个独立的电机单独驱动， 为机器人前行提供牵引力，也可以一个电机正转，另一个电机反转，从而实现机器人 的 图 2-13 机器人总体方案 转向功能。并且前轮的驱动电机使用嵌入式安装方式，电机被置于前轮轮毂中，对电 机尺寸的要求较高,最终确定的总体方案如图 2-13 所示。 本次设计可以分模块进行设计，这样既可以提高设计的效率，也可以避免在设计 清洁机器人各部分之间相互的干扰，减小设计的难度，同时也可以使得机器人在实际 运用中的维护更加方便,各模块的移植性较好。因此机器人的设计和计算我们将分步、 分块进行。 3 电机选型 玻璃清洁机器人的运动控制中常用电机有直流伺服电机、交流伺服电机和步进电 机，它们的特点、构造与工作原理和控制方式如下表 3-1 所示。 表 3-1 三种电机的主要特点、结构与工作原理、控制方式 电机类型主要特点结构与工作原理控制方式 直流伺服电机 接通直流电即可工 作，控制简单；启 动转矩大、体积小、 重量轻，转速和转 矩容易控制、效率 高；需要定时维护 和更换电刷，使用 寿命短、 由永磁体定子、线 圈 转子、电刷和换向 器 构成。通过电刷和 换 向器使电流方向随 转子的转动角度而 转动控制采用电压 控制方式,两者成正 比。转矩控制采用 电流控制方式,两者 也成正比。 噪声大。变化，实现连续转 动。 交流伺服电机 没有电刷和换向器， 无需维护，驱动电 路 复杂，价格高。 按结构分为同步和 异步电电刷和换向 器构成。通过电刷 和换向器使电流方 向随转子的转动角 度而变化，实现连 续转动。 分为电压控制和频 率控制两种方式。 异步电机常采用电 压控制。 步进电机 直接用数字信号控 制，与计算机接口 简单，没有电刷， 维护方便，寿命长。 缺点是能量转换效 率低，易失步，过 载能力弱。 按产生转矩的方式 可以分为:永磁式， 反应式和混合式。 混合式能产生较大 转矩，连续转动。 永磁式是单向励磁， 精度高，但易失步， 反应式；是双向励 磁，输出转矩大， 转子过冲小，但效 率低； 混合式是单 -双向励磁,分辨率 高, 运转平稳。 本次设计的玻璃清洁机器人所用电机的基本性能要求： 启动、停止和反向均能连续有效的进行,具有良好的响应特性. 正转反转时的特性相同,且运行特性稳定. 良好的抗干扰能力,对输出来说,体积小、重量轻. 维修容易，不用保养. 前面表 3-1 中我们比较分析了三种不同电机的特点、结构与工作原理和控制方 式从中我们知道步进电机具有精度高，控制性能强，容易控制的特点，步进电机具有 以上所有优点，但是前轮是使用嵌入驱动装置转向，步进电机的外型尺寸不满足条件， 所以我们最后选择直流电机。 前轮转向机构是利用两个步进电机一个正转、一个反转来实现机器人的转向的。 因为机器人的重量不能超过 2kg，所以它受的最大摩擦力不会超过 20N。因为车直径为 70mm,则每个前轮所需要的驱动转矩为： T=Fd=10N0.035m=0.35N.m （3-1） 所以玻璃清洁机器人选用“森创”步进电机的型号为：A15K-S545(W)-G10，详细 参数如下表 3-2 所示。 表 3-2 步进电机的参数 型号A/相最大保持最大允许转动惯线组电机长 （A）转矩 (kgf.cm) 转矩 (kgf.cm) 性 (g.cm2) 抗度 （mm） A15K-S545(W)-G100.75-15682.247 机器人的两个后轮是驱动轮，要求控制性好且精度高，能耗低，输出转矩大， 有一定过载能力，而且稳定性好。通过比较以上电机的特性、工作原理、控制方式及 清洁机器人的移动性能要求、受力性情况、传动特点，最终选用直流电机作为驱动电 机。 所需电机的功率计算.玻璃清洁机器人的受力简图如图 3-1 所示，分析可知机器 人垂直向上行走时所受的阻力最大。 图 3-1 机器人受力简图 机器人所受的最大牵引力： F牵 = G + Ff F牵在墙壁上行走需要的最大牵引力 Ff机器人在墙壁上受到的摩擦阻力： Ff=u F吸 （3- 2） u 为摩擦因数，一般玻璃与橡胶取 0.2-0.3 则玻璃清洁机器人需要的最大牵引力为: F牵=G + Ff =20N+0.2100N=40N （3-3） 设定机器人在墙上行走的速度为:V=1m/s 则机器人在墙壁上运动的功率为： P= F牵V=401=40W （3-4） 传动装置的总效率为： =1.2=0.970.97=0.941 （3-5） 所需直流电机的最小功率: PW=P/=40/0.941=42.5W （3-6） 通过以上的比较和计算，最终选择博山电机的 90SZ01，其技术参数如表 3-3 所示： 表 3-3 直流伺服电机的技术参数 电压(V)电流(A) 型号 转矩 （mN.m） 转速 （r/min） 功 率 (W) 电 枢 激 磁 电枢激磁 允许顺 逆转速 差 (r/min) 转动惯 量 (mN.m.s 2) 90SZ0 1 3231500501101100.660.2001000.18 4 玻璃清洁机器人结构设计和主要参数计算、分析 4.1 车轮设计 图 4-1 后轮结构图 后轮采用尼龙加工而成，为减轻质量，设计成腹板式结构，同时在驱动轮的轮缘 包裹一定厚度的橡胶材料，具体设计参数如图 4-1 所示。 轮子的直径为 d=70mm,转一圈机器人移动的距离为： S=d=3.140.07=0.22m （4-1） 所以，轮子的最大转速为： n=1500/4=375r/min=6.25r/s （4-2） 则清洁机器人的最大行走速度为： V=Sn=0.226.25=1.375m/s （4-3） 从面前的计算我们已知机器人所受的摩擦力为： Ff=20N 则可知电机在机器人竖直向上时其转矩并不满足条件，所以必须在机器人竖直向上运 动时减少磁吸附力，即可满足运动条件。 设减小摩擦后机器人所受摩擦力为： Ff=10N 则此时机器人的功率为： Pw=(Ff+G)V=301.375=41.25W （4-4） 其最大加速度为： a=Fa/m=30/2=15m/s （4-5） 前轮为转向轮，本次设计使用的是嵌入式驱动转向装置，它的原理是电机固定不 动，由电机机芯驱动法兰盘和前轮转动，电机与轮子之间安装有轴承和大、小套筒， 以此保证它们之间的相对运动的发生。它结构精简，体积小，稳定性高和紧密度高， 如图 4-2 和图 4-3 所示。相对于传统驱动方案而方，该装置具有显著优点，包括： 图 4-2 前轮爆炸图 电机直接驱动，同步输出，无中间传动环节，避免了传动带来的累计转角误差， 定位准确。 无相对摩擦，减少不必要的磨损和功率损失。 嵌入式结构使电机和连接结构嵌入车轮，体积缩小、同样的体积上可以选择功 率更大的电机，使用此装置的机器人转向速度快、力量大。 图 4-3 前轮结构图 嵌入轮内的短柱状结构代替传统的细长轮轴，无需联轴器，同时保护了电机， 抗冲击性好。 该装置采取模块化设计，各元件连接好后成独立模块，接上机器人车体即实现 驱动功能，移植性很强。 车轮的相关参数如表 4-1 所示。 表 4-1 车轮相关参数 参数数据/mm参数数据/mm 车轮最大外径70腹板厚度2 轮心孔直径4腹板大孔直径10 车轮宽度20腹板小孔直径5 4.2 后轮驱动减速机构设计 在前面选电机部分，我们选择的是直流电机作为后轮驱动电机，其转速一般都较 高，不能直接连接到车轮轴上，需要用减速箱来降速，同时提高了转距。减速装置的 形式多种多样，一般很难买到适合机器人使用的减速箱，所以只能自己设计减速装置， 选择一种合适的减速装置对机器人的性能有着相当重要的作用。 齿轮传动：工作可靠，使用寿命长；易于维护；瞬时传动比为常数；传动效率高； 结构紧凑；功率和速度使用范围很广。所以，本次设计选用齿轮作为减速机构的传动 件。 根据本设计中机器人的要求，输出转矩大传动效率高噪音小等条件，我们采用两 级齿轮传动，减速比为 4:1。安装主动齿轮的输入轴与电机相联的一端设计 D 型孔，不 是用联轴器，降低了生产成本，使结构更简单。既提高了精度又减轻了重量。轮毂和 二级传动的被动齿轮安装在同一根轴上，他们转速相同。中间轴上安装有大小两个齿 轮，它们的齿数比为 2：1。齿轮类型为渐开线直齿齿轮，属于通用标准件，可以直接 购买，使得加工工作量减小，同时也降低了生产成本。减速机构如图 4-4 所示。 图 4-4 减速机构结构图 选用的齿参数如下： 第一级减速：i=2, m=1,z1=20,d1=20mm,z2=40,d2=40mm 第二级减速：i=2, m=1,z1=20,d1=20mm,z2=40,d2=40mm 减速机构的齿轮计算：（因为第一级减速和第二级减速相同，所以只选择一级作 较核计算。 ） a选择齿轮齿数、材料及精度等级 玻璃清洁机器人为精密机器，要求运动精度高，故选用 5 级精度。 材料选择。考虑到清洁机器人传递的功率不大，所以齿轮采用软齿面。由机 械设计 191 页表 10-1 选择小齿轮为 40Cr 调质，齿面硬度为 280HBS。大齿轮选 用 45 钢，调质，齿面硬度 240HBS，二者材料硬度相差为 40HBS。 选小齿轮齿数 z1=20,大齿轮齿数 z2=40,传动比 i=2:1 b按齿面接触疲劳强度设计 由 d1t2.32(kT1(u1)/ du（ZE/ H) 21/3 (4-5) I、 确定公式内的各计算数值 试选载荷系数 Kt=1.3 计算小齿轮传递的转矩。 T=9.55106 P/n4=9.551060.0425/1500=271Nmm （4-6） 由机械设计 205 页表 10-7 选取齿宽系数 d=1 由机械设计 201 页表 10-6 查得材料弹性影响系数 ZE=189.8MPa1/2 由机械设计 209 页图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1=750 MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim2=700MPa。 由机械设计 206 页式 1013 计算应循环，计算应力循环次数。 N1=60n1jLh=6015001183008=2.88107 （4-7） 因为传动比：i=2 N2=N1/2=1.44107 由机械设计 207 页图 10-19 取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.94;KHN2=0.98; 计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为 1，安全系数 S=1，由机械设计 205 页式（1012）得 H1=Hlim1KHN1/S=7500.94/1.0Mpa =705Mpa H2=Hlim2 KHN2/S=7000.98/1.0Mpa =686Mpa II、计算 试算小齿轮分度圆直径 d1t,代入H中较小的值。 d1td12.32(ktT1(u+1) /du (ZE/H)21/3 =2.321.3271(2+1)(189.82/686)2 1/3mm=10mm 计算圆周速度 v. V=d1tn1/(601000)=101500/(601000)=0.8m/s 计算齿宽 b b= dd1t=10mm 计算齿宽与齿高之比 b/h. 模数 mt= d1t /z1 =10/20=0.5mm 齿高 h=2.25mt=2.250.5=1.125mm b/h=10/1.125=8.9 计算载荷系数。 根据 v=0.8m/s, 5 级精度，由机械设计 194 页图 108 查得动载系数 KV=1.03 根据机械设计课本 P195 表 10-3 直齿轮，KH=KF=1; 由机械设计 193 页表 102 查得使用系数 KA=1； 由机械设计表 104 用插值法查得 5 级精度、小齿轮相对支承对称布置时 KH=1.30 由 b/h=8, KH=1.30,查机械设计 198 页图 1013 得 KF=1.26;故载荷系 数： K=KAKV KHKH=11.031.301.26=1.687 （4-8） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（1010a）得 （4-9） 3 3 11 1.687 1010.91 1.3 t t K ddmm K 计算模数 m m =d1/z1=10.91/20=0.55 （4-10） c.按齿根弯曲强度设计 由机械设计 201 页式 10-5 得弯曲强度的设计公式为： （4-11） 2 3 2 FaSa F KT Y Y m 确定公式内的各计算数值 由机械设计 208 页图 10-20