履带式小车地盘.docx

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履带式小车地盘

1.4履带及驱动轮设计…………………………………………………………4

1.5主动轴平键的选择与校核……………………………………………………7

第2章电源选择……………………………………………………………………8

第3章胀套选择…………………………………………………………………10

5.1工作总结……………………………………………………………………13

5.2收获体会……………………………………………………………………13

5.3致谢…………………………………………………………………………13

第1章救援机器人的选型设计

1.1地铁消防救援机器人的设计要求

随着城市的发展进程不断加快，路面交通的拥挤、堵塞成为限制交通发展的首要问题，而地铁运输将会成为众多城市的风景。

但地铁一旦起火，将难以排出烟和热。

因此地铁消防救援机器人的设计主要是代替消防员进入现场以快速排烟，为救援提供便利，为挽救生命创造条件。

1.2地铁消防救援机器人类型的确定

由于设计要求中需要地铁救援机器人具有倒爬30度的爬坡能力，故选用附着能力好、能适应恶略路况的履带。

1.3地铁机器人的运动设计

地铁机器人的运动方式：

普通的轮式结构和履带的结构。

两者的比较如下：

（1）履带结构的特点：

组成：

负重轮用来承受机器人的重量和规正履带。

它由轮毂、轮盘、胶带、滚珠轴承、轮轴盖、固定螺母、回绕挡油盖等组成。

负重轮数量多,可使每个轮子所承担的重量小,对地面的压力分布均匀,有利于提高机器人的通行性能。

当发动机的动力传到主动轮上时,主动轮按顺时针方向拨动履带,于是接地履带和地面之间生产了相互作用力。

根据力的作用与反作用原理,履带沿水平方向给地面一个作用力,而地面给履带一个反作用力,这个反作用力使机器人运动,称为机器人的牵引力。

条件限制：

由此看来,机器人能否运动,主要受到两个条件的限制；一是动力条件,二是地面条件。

动力条件就是指发动机提供给机器人通过地面所必须的力量,没有这个力量,主动轮就转不动。

地面条件则是指主动轮传给履带的力,必须由地面提供一个反作用力（即使机器人运动的牵引力）才能实现。

当牵引力和行驶阻力相等时,机器人就作等速运动；当牵引力大于行驶阻力时,机器人就加速行驶；当牵引力小于行驶阻力时,机器人则减速行驶。

履带特点：

重量轻、强度高,可根据客户要求生产阻燃、抗爆、抗静电、耐高温、耐酸碱等满足各种特殊要求

履带底盘：

橡胶胶履或钢制履带

橡胶胶履带底盘多适用于小型轻工业和小型工程机械行业。

轻工业一般是一吨到四吨以内的农用机械。

工程机械行业则多用于小型钻探行业。

其作业环境的选择大致如下：

（1）橡胶履带的使用温度一般在—25～+55‘C之间。

（2）化学药品、机油、海水的盐份会加快履带的老化,在这样的环境下使用后要清洗履带。

（3）有锐利突起（如钢筋、石块等）的路面会导致橡胶履带外伤。

（4）道路的边石、车辙或凹凸不平的路面会导致履带边缘接地侧花纹产生裂纹,这种裂纹未伤及钢丝帘线时可以继续使用。

（5）砂砾、碎石路面会造成与承重轮接触的橡胶表面早期磨损,形成小裂口。

严重时水份侵入,造成芯铁脱落、钢丝断裂。

钢制履带相对而言使用的范围及其寿命及对对工况的选择则更宽广。

它由钢履带、托带轮、导向轮、承重轮、底盘和两台行走减速机组成（行走减速机由马达、齿轮箱、制动器、等成）。

一般比如钻机整体布置在底盘上,通过控制手柄调节履带底盘行走速度,可使整机实现方便的移动、转弯、爬坡、行走等

（2）普通轮式的特点：

组成比较的简单，有四个轮毂组成，原理易懂，装配安装制造便宜，运动速度快，机动性能好，维修简单便宜，适合在路况比较好的地带工作。

爬坡能力一般，不宜满足生产阻燃、抗爆、抗静电、耐高温、耐酸碱等客户的各种特殊要求。

1.4履带及驱动轮设计

履带采用整体式履带板遵照MT/T579-1996悬臂式掘进机履带板及其销轴标准设计。

1.4.1履带支承长度L、轨距B和履带板宽度b

令l—驱动轮与引导轮之间的轮距；

h—表示高度；

G—表示整机质量；

轨距B：

履带板宽：

由于是消防车底座,取：

b=427.68mm

1.4.2履带的张紧度计算

h的值一般取为：

1.4.3节距

根据《机械工程手册》，履带的节距已经标准化，取节距为154mm

表2-2履带底盘的主要技术参数

额定功率

轨距

节距

履带板宽

接地长度

外形尺寸

37kw

1500

154

425

1944

2450×1500×585

1.4.4运行阻力计算

（1）履带运行的内阻力Fn履带运行时，由于驱动轮与履带链轨的啮合、履带销轴间的摩擦以及支重轮、引导轮和驱动轮等滚动阻力和轴颈摩擦阻力等构成了履带运行的内阻力。

计算时通常取履带本身损失等于其垂直自重载荷的5～7%，即：

也可取履带行走装置的效率等于0.7～0.85。

（2）土壤变形阻力

：

上坡时：

式中：

—坡度角，

—运行比阻力系数，见表2-3：

表2-3

（3）坡度阻力

：

坡度阻力由于机械在斜坡上因自身重力的分力所引起的；

（4）转弯阻力

：

式中：

—履带转弯时的摩擦系数；R—履带转弯半径（m）

表2-4履带转弯时的最大摩擦系数

表max

计算时

一般取值范围为0.4~0.7，对于坚实地面取较小值，对于松软地面取较大值。

（5）惯性阻力

：

综上所述，以上5种阻力中，以坡道阻力和转弯阻力为最大，往往占到总阻力的2/3，但是转弯阻力和爬坡阻力一般不同时进行。

因此，在确定其行走牵引力时，取二者的较大值，即：

爬坡时：

转弯时：

对于消防车履带底盘设计时，有些阻力很难计算，一般行走牵引力取为整机重量的0.7~0.85，对于工作条件好了可以取小值0.7。

1.4.5其他由黄义剑负责计算，此处仅列出结果

驱动轮凹齿形设计：

驱动轮齿数Z=19

履带板节距P=44.45mm

滚子直径d=25.4mm

节圆直径D1=270mm

齿沟半径r=0.5d=12.7mm

工作面长度L=0.01pz=8.45mm

作用角θ=18du

齿沟圆弧圆心距离e=19.5mm

齿顶半径R=P-（e+r）=12.3mm

齿根圆直径Df=D-d=245mm

1.5主动轴平键选择与校核

轴颈D=60mm所以通过查键标准表选取圆头普通平键（A型）

b*h=18*11

a=2T/dkl=4T/dhl=4*1307*1000/（60*11*100）=79.2Mpa

由《机械设计》表2-10查取【a】=100-120Mpa

所以a<【a】，键强度满足要求。

第2章电源选择

基本计算如下：

根据电机与电池匹配规范标准，有

式中，Uo1——电机输出额定电流时的输出电压值

Uo2——电池输出最大电流时的端电压值

Pg——电机输出额定电流时的输出功率

Pb——电池输出最大电流时的输出功率

Plmax——负载最大功率

计算结果为：

=10.36A

所要求的放电容量：

C=10.36A×5h=51.8Ah

要想蓄电池在整个寿命期限内均能可靠地支持系统的工作，选型时还应考虑蓄电池寿命终止的规定：

当蓄电池的放电低于额定容量的80%时，寿命终止。

实际的放电容量应为：

C=51.8Ah×120%=62.16Ah

因为加上底盘驱动的两台电机，切火灾救援时间小于5小时。

所以选择容量180AH比亚迪磷酸铁锂电池组，可以满足供电需求。

同时配套采购升压电路板一套，升压至380V，满足电机需要。

附表：

第3章胀套选择

负重轮及导向轮处采用胀套联接

胀套属于机械通用零部件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。

在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。

胀套由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。

一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的联接部件。

20世纪后期国内外联轴器产品发展很快，在产品设计时如何从品种甚多、性能各异的各种联轴器中选用能满足机器要求的联轴器，对多数设计人员来讲，始终是一个困扰的问题。

常用胀套有膜片胀套，鼓形齿式胀套，万向胀套，安全胀套，弹性胀套及蛇形弹簧胀套。

鉴于功能与空间的需要，采用Z3型胀套。

Z3型胀套尺寸规范参照下表（部分）：

此例为负重轮的链接方式

第4章零件及花费

由于地铁消防救援机器人是一个复杂而且庞大的系统，所以需要的零部件很多，也比较的杂乱，而且我们只是研究设计他的机械结构部分，它的电子及控制部分我们就不做任何的设计。

因此在这里只是粗略简单的把一些打的零部件给列了出来，电子器件我们也不做任何的介绍与罗列。

部分零部件的名称如下：

名称

规格/材料

数量

单价

总价（元）

主动轮

HT200

2

200

400

负重轮

HT200

8

200

1600

诱导轮

HT200

2

100

200

底盘

HT200

2000

其它

5000

总计

9200

备注：

其它包括：

各种型号的螺栓，螺母，垫片，轴承，轴等等

具体的型号及要求见前面的设计说明。

第5章结束语

5.1工作总结

作为课程设计报告选题本文对地铁消防救援机器人进行了较为深入的研究总结起来主要做了如下的工作：

1）产品的市场调查以及设计需要的分析，并对我国消防机器人行业的发展历史及现状作了简要阐述。

2）设计方案的确定，选择了履带式进行主要研究对象。

3）机构尺寸设计方法的选择。

采用图解法对履带底盘进行了尺寸设计，并利用SOLIDWORKS及Inventor对地铁消防救援机器人进行了三维设计.

4）机构的动力设计。

本部分对履带进行了故障排除，运动机构进行了细心的分析与设计组装。

5.2收获体会

经过对这一课题的研究，重新温习了上学期所学过的机械原理，机械制造技术方面的知识，巩固了本学期学习的机械设计方面的相关知识。

在这一学期的学习中本组组成员平时密切联系，经常就课题中出现的问题进行讨论，在讨论中不仅使问题得到了解答，还使各自的知识得到了补充，知识面得到拓展，这都是在课内难以获得的，由于在研究过程中需要用软件构建模型进行求解，使两成员使用软件的能力得到很大提高了。

在数据计算和分析过程中偶尔会出现计算结果使机构安装不上，组员经过反复的尝试。

在这反复的求解中培养了耐心，以及遇事不骄不躁的良好习惯，这将使本组成员终身受益。

5.3致谢

本文是在王老师的悉心指导和热情鼓励下得以完成的。

从课题的选题、实施到论文的撰写无不凝结着老师的心血，正是由于导师在学术上无私的指导和帮助使本课题得以顺利完成。

王老师老师严谨的治学态度勤勉的工作精神渊博的知识和敏锐的洞察力以及对学生言传身受亲切热情的态度使学生受益终身，老师那份对事业的执着精神将永远激励着学生不懈地去攀登科学的高峰勇敢地去接受具体的实践中将要面临的任何挑战在此本组成员谨向敬爱的王老师老师致以最诚挚的谢意和祝福！

同时感谢机械工程学院为学生提供了课题研究的平台，感谢11级机设同学陪伴我们走过这一期，感谢他们在其中给予我们许多有力的帮助和真诚的鼓励。

参考文献

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人民邮电出版社，2008.

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电子工业出版社，2009.

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国防工业出版社，2009.

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机械工业出版社，2002.

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西北工业大学出版社，2002.

[11]李军.ADAMS实例教程[M].北京理工大学出版社，2002.

[12]MSC.Software著，李军，陶永忠译.MSC.ADAMS基础培训教程[M].北京：

清华大学出版社，2004.

附件：

1、负重轮尺寸

2、承重轴尺寸