履帶式小車地盤解讀

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1、目錄 第1章救援機(jī)器人的選型設(shè)計(jì) 2 1.1 鐵消防救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求 2 1.2 地鐵消防救援機(jī)器人類型的確定 2 1.3 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2 1.4 履帶及驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì) 4 1.5 主動(dòng)軸平鍵的選擇與校核 7 第2章電源選擇 8 第3章脹套選擇 10 第4章零件及花費(fèi) 12 第5章結(jié)束語 13 5.1 工作總結(jié) 13 5.2 收獲體會(huì) 13 5.3 致謝 13 參考文獻(xiàn) 15 附件： 16 第1章救援機(jī)器人的選型設(shè)計(jì) 1.1 地鐵消防救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求 隨著城市的發(fā)展進(jìn)程不斷加快，路面交通的擁擠、堵塞成為限制交通發(fā)展 的首

2、要問題，而地鐵運(yùn)輸將會(huì)成為眾多城市的風(fēng)景。 但地鐵一旦起火，將難以 排出煙和熱。因此地鐵消防救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)主要是代替消防員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)以快 速排煙，為救援提供便利，為挽救生命創(chuàng)造條件。 1.2 地鐵消防救援機(jī)器人類型的確定 由于設(shè)計(jì)要求中需要地鐵救援機(jī)器人具有倒爬 30度的爬坡能力，故選用 附著能力好、能適應(yīng)惡略路況的履帶。 1.3 地鐵機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 地鐵機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式：普通的輪式結(jié)構(gòu)和履帶的結(jié)構(gòu)。兩者的比較如下： (1)履帶結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： 組成：負(fù)重輪用來承受機(jī)器人的重量和規(guī)正履帶。 它由輪轂、輪盤、膠帶、 滾珠軸承、輪軸蓋、固定螺母、回繞擋油蓋等組成。負(fù)重輪數(shù)量多 ，可使每個(gè)

3、 輪子所承擔(dān)的重量小，對(duì)地面的壓力分布均勻，有利于提高機(jī)器人的通行性能。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳到主動(dòng)輪上時(shí)，主動(dòng)輪按順時(shí)針方向撥動(dòng)履帶，于是接 地履帶和地面之間生產(chǎn)了相互作用力。根據(jù)力的作用與反作用原理 ，履帶沿水 平方向給地面一個(gè)作用力，而地面給履帶一個(gè)反作用力，這個(gè)反作用力使機(jī)器 人運(yùn)動(dòng)，稱為機(jī)器人的牽引力。 條件限制：由此看來，機(jī)器人能否運(yùn)動(dòng)，主要受到兩個(gè)條件的限制；一是動(dòng) 力條件，二是地面條件。動(dòng)力條件就是指發(fā)動(dòng)機(jī)提供給機(jī)器人通過地面所必須 的力量，沒有這個(gè)力量，主動(dòng)輪就轉(zhuǎn)不動(dòng)。地面條件則是指主動(dòng)輪傳給履帶的力 必須由地面提供一個(gè)反作用力(即使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的牽引力)才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)牽引 力

4、和行駛阻力相等時(shí)，機(jī)器人就作等速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)牽引力大于行駛阻力時(shí)，機(jī)器人 就加速行駛；當(dāng)牽引力小于行駛阻力時(shí)，機(jī)器人則減速行駛。 履帶特點(diǎn)：重量輕、強(qiáng)度高，可根據(jù)客戶要求生產(chǎn)阻燃、抗爆、抗靜電、 耐高溫、耐酸堿等滿足各種特殊要求 履帶底盤：橡膠膠履或鋼制履帶 橡膠膠履帶底盤多適用于小型輕工業(yè)和小型工程機(jī)械行業(yè)。輕工業(yè)一般是 一噸到四噸以內(nèi)的農(nóng)用機(jī)械。工程機(jī)械行業(yè)則多用于小型鉆探行業(yè)。 其作業(yè)環(huán)境的選擇大致如下： (1)橡膠履帶的使用溫度一般在一25?+55 C之間。 (2)化學(xué)藥品、機(jī)油、海水的鹽份會(huì)加快履帶的老化，在這樣的環(huán)境下使用 后要清洗履帶。 (3)有銳利突起(如鋼筋、石塊等

5、)的路面會(huì)導(dǎo)致橡膠履帶外傷。 (4)道路的邊石、車轍或凹凸不平的路面會(huì)導(dǎo)致履帶邊緣接地側(cè)花紋產(chǎn)生 裂紋，這種裂紋未傷及鋼絲簾線時(shí)可以繼續(xù)使用。 (5)砂礫、碎石路面會(huì)造成與承重輪接觸的橡膠表面早期磨損 ，形成小裂 口。嚴(yán)重時(shí)水份侵入，造成芯鐵脫落、鋼絲斷裂。 鋼制履帶相對(duì)而言使用的范圍及其壽命及對(duì)對(duì)工況的選擇則更寬廣。 它由 鋼履帶、托帶輪、導(dǎo)向輪、承重輪、底盤和兩臺(tái)行走減速機(jī)組成(行走減速機(jī) 由馬達(dá)、齒輪箱、制動(dòng)器、等成)。一般比如鉆機(jī)整體布置在底盤上 ，通過控 制手柄調(diào)節(jié)履帶底盤行走速度，可使整機(jī)實(shí)現(xiàn)方便的移動(dòng)、轉(zhuǎn)彎、爬坡、行走 等 (2)普通輪式的特點(diǎn)： 組成比較的簡(jiǎn)單，

6、有四個(gè)輪轂組成，原理易懂，裝配安裝制造便宜， 運(yùn)動(dòng) 速度快，機(jī)動(dòng)性能好，維修簡(jiǎn)單便宜，適合在路況比較好的地帶工作。爬坡能 力一般，不宜滿足生產(chǎn)阻燃、抗爆、抗靜電、耐高溫、耐酸堿等客戶的各種特 殊要求。 1.4履帶及驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì) 履帶采用整體式履帶板遵照MT/T579-1996懸臂式掘進(jìn)機(jī)履帶板及其銷軸 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。 1.4.1 履帶支承長(zhǎng)度L、軌距B和履帶板寬度b 令l一驅(qū)動(dòng)輪與引導(dǎo)輪之間的輪距； h 一表示高度； G 一表示整機(jī)質(zhì)量； L 1.073 G =1.073 6 = 1944mm 軌距 B: L 31.2?1.4 B L 1944mm B 1388.5 ?16

7、20mm 1.2~1.4 1.2~1.4 履帶板寬：b : 0.22 ~ 0.80 L b =(0.22 ?0.8) 1944mm =(427.68 ?1555.2) mm 由于是消防車底座，?。篵=427.68mm 1.4.2 履帶的張緊度計(jì)算 h的值一般取為: h 二(0.03 ?0.06)10 =(0.03 ?0.06) 1944mm =58.32 ?116.64mm 1.4.3 節(jié)距 t K15~17.5)4G =(15?17.5) 4 6000 =(132?154) mm 根據(jù)《機(jī)械工程手冊(cè)》，履帶的節(jié)距已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，取節(jié)距為 154mm 表2-2 履帶底盤的主要

8、技術(shù)參數(shù) 額定功率 軌距 節(jié)距 履帶板寬 接地長(zhǎng)度 外形尺寸 37kw 1500 154 425 1944 2450 X 1500X 585 1.4.4運(yùn)行阻力計(jì)算 (1)履帶運(yùn)行的內(nèi)阻力Fn履帶運(yùn)行時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)輪與履帶鏈軌的嚙合、 履帶銷軸間的摩擦以及支重輪、引導(dǎo)輪和驅(qū)動(dòng)輪等滾動(dòng)阻力和軸頸摩擦阻力等 構(gòu)成了履帶運(yùn)行的內(nèi)阻力。計(jì)算時(shí)通常取履帶本身損失等于其垂直自重載荷的 5?7% 即:Fn =(0.05 ?0.07)mg 也可取履帶行走裝置的效率等于 0.7?0.85。 (2) 土壤變形阻力Fd ： Fd=%mg 上坡時(shí)：Fd = dmg cos：

9、式中：口一坡度角，％一運(yùn)行比阻力系數(shù)，見表2-3: 表2-3 路面系數(shù) 運(yùn)行比阻力系數(shù) 中級(jí)公路 0.05?0.06 堅(jiān)實(shí)土路 0.06-0.09 野地 0,09?0.12 濕地、耕地 0. 10-0, 15 冰凍路面 00-0.04 (3)坡度阻力匕：坡度阻力由于機(jī)械在斜坡上因自身重力的分力所引起 的； Fs = mg sin ; (4)轉(zhuǎn)彎阻力F,： Fr = 1」3mgL r 4 R 式中：“3—履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)的摩擦系數(shù)；r—履帶轉(zhuǎn)彎半徑(m 土壤性質(zhì) 也血值 土壤性質(zhì) 汽nax值 有雪的荒地 0,6-0. 8 濕地、耕地 t), S

10、-L0 干的土路 0,7-0.75 沼澤地 0.85-0,9 干的沙路 0.8—0.9 潮濕的粘質(zhì)土 0.4 ?0.5 表2-4履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)的最大摩擦系數(shù)"3表max 計(jì)算時(shí)為一般取值范圍為0.4~0.7 ,對(duì)于堅(jiān)實(shí)地面取較小值，對(duì)于松軟地 面取較大值。 (5)慣性阻力 Ft : Ft =(0.01~ 0.02)mg 綜上所述，以上5種阻力中，以坡道阻力和轉(zhuǎn)彎阻力為最大，往往占到 總阻力的2/3 ,但是轉(zhuǎn)彎阻力和爬坡阻力一般不同時(shí)進(jìn)行。因此，在確定其行 走牽引力時(shí)，取二者的較大值，即： 爬坡時(shí)：FT味Fd Fs Fi 轉(zhuǎn)彎時(shí)：FT =Fn Fd Fr Fi 對(duì)

11、于消防車履帶底盤設(shè)計(jì)時(shí)，有些阻力很難計(jì)算，一般行走牽引力取為整 機(jī)重量的0.7~0.85 ,對(duì)于工作條件好了可以取小值 0.7。 1.4.5其他由黃義劍負(fù)責(zé)計(jì)算，此處僅列出結(jié)果 驅(qū)動(dòng)輪凹齒形設(shè)計(jì)： 驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)Z=19 履帶板節(jié)距P=44.45mm 滾子直徑d=25.4mm 節(jié)圓直徑D1=270mm 齒溝半徑 r=0.5d=12.7mm 工作面長(zhǎng)度L=0.01pz=8.45mm 作用角9=18du 齒溝圓弧圓心距離 e=19.5mm 齒頂半徑 R=P- (e+r) =12.3mm 齒根圓直徑Df=D-d=245mm 1.5主動(dòng)軸平鍵選擇與校核 軸頸D=60mmf以通過

12、查鍵標(biāo)準(zhǔn)表選取圓頭普通平鍵(A型) b*h=18*11 a=2T/dkl=4T/dhl=4*1307*1000/ (60*11*100) =79.2Mpa 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表2-10查取【a】 =100-120Mpa 所以a< [al,鍵強(qiáng)度滿足要求。 第2章電源選擇 基本計(jì)算如下： 根據(jù)電機(jī)與電池匹配規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) ，有 P G + P B 二 P Lax L 鞏I = 式中，Uo1——電機(jī)輸出額定電流 時(shí)的輸出電壓值 Uo2——電池輸出最大電流時(shí)的端電壓值 Pg 電機(jī)輸出額定電流時(shí)的輸出功率 Pb——電池輸出最大電流時(shí)的輸出功率 Plmax——負(fù)載最大功率 計(jì)

13、算結(jié)果為：=10.36A 所要求的放電容量： C=10.36A X 5h=51.8Ah 要想蓄電池在整個(gè)壽命期限內(nèi)均能可靠地支持系統(tǒng)的工作， 選型時(shí)還應(yīng)考 慮蓄電池壽命終止的規(guī)定：當(dāng)蓄電池的放電低于額定容量的 80%時(shí)，壽命終 止。 實(shí)際的放電容量應(yīng)為： C =51.8Ah X 120%=62.16Ah 因?yàn)榧由系妆P驅(qū)動(dòng)的兩臺(tái)電機(jī)，切火災(zāi)救援時(shí)間小于5小時(shí)。所以選擇容 量180AH比亞迪磷酸鐵鋰電池組，可以滿足供電需求。 同時(shí)配套采購升壓電路板一套，升壓至 380V,滿足電機(jī)需要。 附表： ?磷酸鐵鉀電池性能與其他電池性能的比較 ■鐵鋰電池性能及其他電池性能的對(duì)比 一般

14、貍離子電池 鋰離子動(dòng)力電 池 磷酷鐵鋰電 池 集氫電池 標(biāo)準(zhǔn)電壓V 3飛或 3. 6tJ3.7 3.2 L2 工作電壓范圍V 3. 0-4. 2 3.0-4,2 3. 0-3.3 L0-L4 J 單位質(zhì)量容量niAb ,S ISO 130 130 80 單檢貴量能量Tb/kg 90-L10 60-75 60-75 50-60 單位體耙能量Ht/1 280-300 220-240 220-240 200-220 最佳充電率。一 0.2-0.5 0,5-1.0 D. 5-1, 5 0.2-0,5 [ 工作放電率CmA 1 2

15、 2 0.5 最大放電率CmA 1,5 5 10 2 瞬間大曲流腦神CiiAdOs） 2 10 20 3 循環(huán)壽命;?CmA充電J IQ0次 3M次 500次 50次 大電端放電時(shí)循環(huán)壽命 （5GnA充電） 一 3口。次 300次 1。次 安全 有可能大燃燒、爆 炸 有可能燃燒、塌 炸 不燃燒不爆 炸 有可能燃燒 零電壓儲(chǔ)存30天 泄露、頓桁 泄露、損傷 無損傷 泄嘉.損傷 17 第3章脹套選擇 負(fù)重輪及導(dǎo)向輪處采用脹套聯(lián)接 脹套屬于機(jī)械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和 從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞

16、扭矩的機(jī)械零件。 在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有 些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。 脹套由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助 于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接，是機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)最常用的聯(lián)接部件。 20世紀(jì) 后期國(guó)內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)如何從品種甚多、性能各異的 各種聯(lián)軸器中選用能滿足機(jī)器要求的聯(lián)軸器，對(duì)多數(shù)設(shè)計(jì)人員來講，始終是一 個(gè)困擾的問題。 常用脹套有膜片脹套， 鼓形齒式脹套，萬向脹套，安全脹套，彈性脹套 及蛇形彈簧脹套。 鑒于功能與空間的需要，采用 Z3型脹套。 Z3型脹套尺寸規(guī)范參照下表（部分）： 跡版套基本尺寸蓼數(shù) 基本尺寸 l

17、uiitUjiiiaiLul dirncihHiri!" 林制副 irileniHl kiHguii hoikd buii 穎定負(fù)荷 心血1血 Pf i\；nw[i：：i 6 能) d 1) L Li 提格 久ig Qly h ikM) ikXni) iriru 如 47 37 31 21.? M6 4 知 OJII 洲 17 (127 47 止與 珈 UK 25 訓(xùn) 5 J5 0.44 ”7 "W 55 V.49 256 1136 如 55 U51 2.W D..U 辦 楠

18、6 45 {J.N1 少 哽 4[卜 祐 0.94 215 N.4I 4? 75 46 341 25J Mfi 甜 I.K6 41 口川 的 胤 2.1)7 255 [f.76 55 心 州 2J54 271] 也足 孫 胤 2.77 247 0J 65 M5 1115 2 til LI.W  此例為負(fù)重輪的鏈接方式 表面粗福度 技術(shù)要求： R裝配前必須產(chǎn)格清洗各零件表面口 4 4 負(fù)詼輪脹套 Z3 3 1 FW I i 叩 beari ng bM 3006 T

19、285-1994 由T 2B5- 1994 2 2 承重輪 1 1 承電軸 序號(hào) KB 代 號(hào) 標(biāo)準(zhǔn) 各 注 設(shè)計(jì) 蚓 審梭 更改標(biāo)記 更改單號(hào) /名、日期 標(biāo)審 原 材 料 找1頁 第1頁 舞1版 I 質(zhì)? 比例 StM 階段標(biāo)記 I 軍代表 名 稱 原代號(hào) 大建探索者科技有限公司 負(fù)?輪 產(chǎn)品型號(hào) 存儲(chǔ)每號(hào) 成圖安科 第4章零件及花費(fèi) 由于地鐵消防救援機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜而且龐大的系統(tǒng)， 所以需要的

20、零部件 很多，也比較的雜亂，而且我們只是研究設(shè)計(jì)他的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分， 它的電子及 控制部分我們就不做任何的設(shè)計(jì)。因此在這里只是粗略簡(jiǎn)單的把一些打的零部 件給列了出來，電子器件我們也不做任何的介紹與羅列。 部分零部件的名稱如下: 名稱 規(guī)格/材料 數(shù)量 單價(jià) 總價(jià)（元） 主動(dòng)輪 HT200 2 200 400 負(fù)重輪 HT200 8 200 1600 誘導(dǎo)輪 HT200 2 100 200 底盤 HT200 2000 其它 5000 總計(jì) 9200 備注：其它包括：各種型號(hào)的螺栓，

21、螺母，墊片，軸承，軸等等 具體的型號(hào)及要求見前面的設(shè)計(jì)說明。 第5章結(jié)束語 5.1 工作總結(jié) 作為課程設(shè)計(jì)報(bào)告選題本文對(duì)地鐵消防救援機(jī)器人進(jìn)行了較為深入的研 究總結(jié)起來主要做了如下的工作： 1) 產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)查以及設(shè)計(jì)需要的分析，并對(duì)我國(guó)消防機(jī)器人行 業(yè)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀作了簡(jiǎn)要闡述。 2) 設(shè)計(jì)方案的確定，選擇了履帶式進(jìn)行主要研究對(duì)象。 3) 機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)方法的選擇。采用圖解法對(duì)履帶底盤進(jìn)行了尺寸 設(shè)計(jì)，并利用SOLIDWORKS Inventor對(duì)地鐵消防救援機(jī)器人進(jìn)行了三 維設(shè)計(jì). 4)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力設(shè)計(jì)。本部分對(duì)履帶進(jìn)行了故障排除，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了細(xì) 心的分析與設(shè)計(jì)組裝。 5.

22、2 收獲體會(huì) 經(jīng)過對(duì)這一課題的研究，重新溫習(xí)了上學(xué)期所學(xué)過的機(jī)械原理， 機(jī)械制造 技術(shù)方面的知識(shí)，鞏固了本學(xué)期學(xué)習(xí)的機(jī)械設(shè)計(jì)方面的相關(guān)知識(shí)。在這一學(xué)期 的學(xué)習(xí)中本組組成員平時(shí)密切聯(lián)系， 經(jīng)常就課題中出現(xiàn)的問題進(jìn)行討論， 在討 論中不僅使問題得到了解答，還使各自的知識(shí)得到了補(bǔ)充，知識(shí)面得到拓展， 這都是在課內(nèi)難以獲得的，由于在研究過程中需要用軟件構(gòu)建模型進(jìn)行求解， 使兩成員使用軟件的能力得到很大提高了。 在數(shù)據(jù)計(jì)算和分析過程中偶爾會(huì)出 現(xiàn)計(jì)算結(jié)果使機(jī)構(gòu)安裝不上，組員經(jīng)過反復(fù)的嘗試。在這反復(fù)的求解中培養(yǎng)了 耐心，以及遇事不驕不躁的良好習(xí)慣，這將使本組成員終身受益。 5.3 致謝 本文是在王老

23、師的悉心指導(dǎo)和熱情鼓勵(lì)下得以完成的。從課題的選題、實(shí) 幫助使本課題得以順利完成。王老師老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度勤勉的工作精神淵博 的知識(shí)和敏銳的洞察力以及對(duì)學(xué)生言傳身受親切熱情的態(tài)度使學(xué)生受益終身， 老師那份對(duì)事業(yè)的執(zhí)著精神將永遠(yuǎn)激勵(lì)著學(xué)生不懈地去攀登科學(xué)的高峰勇敢 地去接受具體的實(shí)踐中將要面臨的任何挑戰(zhàn)在此本組成員謹(jǐn)向敬愛的王老師 老師致以最誠(chéng)摯的謝意和祝福！ 施到論文的撰寫無不凝結(jié)著老師的心血, 正是由于導(dǎo)師在學(xué)術(shù)上無私的指導(dǎo)和 同時(shí)感謝機(jī)械工程學(xué)院為學(xué)生提供了課題研究的平臺(tái)，感謝 11級(jí)機(jī)設(shè)同 學(xué)陪伴我們走過這一期，感謝他們?cè)谄渲薪o予我們?cè)S多有力的幫助和真誠(chéng)的鼓 勵(lì)。 參考文獻(xiàn)

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26、Ct-P 技術(shù)要求: L未注公差按IT6； 2、未注明圓角為R10S 3、毀哽蛀，去毛剌. 聲正塞號(hào) 存潟號(hào) 設(shè)計(jì) 期 寇 舞腰 更改標(biāo)記 更好號(hào) 簽名、瞞 批奉 tT 耨 名 不著颯 2013 GB/T 1200-2007 共1頁莞1頁第1板 ,聘年記 大連探索者科技有限公司 京代號(hào) 代號(hào) 二二 承重輪  技術(shù)要求： U未注公差按IT6； 2,耒注明倒角為C2； 3、嶷邊國(guó)在，去理. ,至 貫勰乾 產(chǎn)后型號(hào) 雀核 更灼記 更改單號(hào) 蠢樂日躬 標(biāo)甯 原 材 料 不銹司 2Crl3 GE/1 120 tH007 共1頁英1頁 第1 S 存信筑號(hào) 三二 51 比到 1： 10 1批卷 「段旅 三二親 名 稱 重代號(hào) 底圖編號(hào) 大連探索看科五苒艮公司 代號(hào) 承堂軸 2、 承重軸尺寸 表面粗糙度 O/ 其余十 熱處理 謂質(zhì)HRc32?36 表面處理 CtP