履带爬楼梯电动轮椅设计（含三维SW及CAD图纸）.zip

XXXXX毕 业毕 业 设 计设 计设计题目:多功能电动爬楼轮椅设计学 院:机械与电气工程学院专 业:机械设计制造及其自动化班 级:机械 125学 号:学生姓名:指导教师:2016 年年 04 月月 24 日日多功能电动爬楼轮椅设计I摘 要当前中国老龄化社会的压力越来越大。 项目针对老龄化社会护理人员多为女性且老式楼房没有电梯的特点，设计具备爬楼梯功能的电动轮椅，从而有效提高老年人的生活质量。本次设计主要针多功能电动爬楼轮椅进行设计。首先，通过对电动爬楼轮椅结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过AutoCAD制图软件绘制了电动爬楼轮椅装配图及主要零部件图。整个设计过程中包括其中的数据计算、传动系统设计、电机等外购件选型、应用环境、维护保养等方面进行系统设计。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词：电动；爬楼；轮椅；行星轮多功能电动爬楼轮椅设计IIAbstractWith the advent of an aging society and increase number in the disabilities persons ,the wheelchairs play a more important role in the living, the staircase can be seen everywhere in life limits the use of an ordinary wheelchair, the purpose of this study is to design affordable and reasonable ,safe and reliable performance .When walking on level ground as an ordinary electric wheelchair ,and in others on the stairs like a simple auxiliary function of electric stairs. Climbing stairs electric wheelchair is one kind of the service robots ,and it is the elderly and disabled peoples indispensable rehabilitation and transport ,To use a wheelchair old people and disabled people can physical exercise and participate in social activities .Considering the convenience of the elderly and the disabled peoples traveling ,researching and developing a climb stairs function wheelchair has the significant practical significance.The design will be up and down the stairs to the electric wheelchair design, to meet the legs disabled and elderly automatic staircase function. From the main design, structure design, including the data computation, the transmission system design, the motor and purchased parts selection, application, maintenance and other aspects of system design. And draw the electric wheelchair2D assembly drawing and parts drawing.Key words: Electric wheelchair Star wheel climbing device Structure design 多功能电动爬楼轮椅设计III目 录摘摘 要要 .IAbstract .II第第 1 章章 绪绪 论论.11.1 课题的研究背景及意义.11.2 国内外研究现状.11.2.1 履带式.11.2.2 星轮式.21.2.3 腿足式.21.2.4 复合式.3第第 2 章章 总体方案设计总体方案设计.52.1 总体类型选择.52.1.1 设计要求.52.1.2 类型选择.52.2 总体结构设计.62.3 行星轮机构设计.72.3.1 行星轮总体结构概述.72.3.2 行星轮架的中心距.72.3.3 小轮半径 r 的范围值 .8第第 3 章章 驱动机构设计驱动机构设计.103.1 动力系统参数选择.103.2 驱动电机选择.103.2.1 驱动电机的类型选择.103.2.2 选择驱动电机的功率.103.3 蓄电池选择.123.4 计算传动装置的运动和动力参数.133.4.1 各轴转速.133.4.2 各轴输入功率.133.4.3 各轴转矩.13多功能电动爬楼轮椅设计IV第第 4 章章 主要零件设计计算主要零件设计计算 .144.1 齿轮传动设计.144.1.1 传动比计算.144.1.2 齿轮模数与齿数计算.144.1.3 载荷系数计算.164.1.4 几何尺寸计算.184.2 链传动设计.184.2.1 链传动设计计算.194.2.2 链轮结构尺寸设计.214.3 轴及附件设计.214.3.1 计算各轴的强度.214.3.2 轴的结构设计.224.3.3 轴的强度校核.23结结 论论 .25参考文献参考文献.26致致 谢谢 .27多功能电动爬楼轮椅设计1第 1 章 绪 论1.1 课题的研究背景及意义当前中国老龄化社会的压力越来越大。 项目针对老龄化社会护理人员多为女性且老式楼房没有电梯的特点。另外，由于各种生产事故、交通事故、各种灾害等意外事故导致大量残疾人的出现，这也是整个社会一直面临的问题。轮椅是现在大多数年老体弱者及肢体伤残人士使用较为广泛的代步工具。 轮椅的发展也随着社会的需求变得多种多样，人类的智慧引领轮椅行业的发展，智能轮椅在越来越高的使用需求中得到了更多的重视，随着科技的飞速发展，将逐步替代手动轮椅和电动轮椅。 由于考虑到使用区域的广泛性， 设计一款使用方便、重量适宜、 价格合理的电动爬楼梯轮椅可能会大大的改善老年人和残疾人的生活质量，让他们的出行更为方便，楼梯和路障将不再成为他们出行的障碍。设计具备爬楼梯功能的电动轮椅，从而有效提高老年人的生活质量。1.2 国内外研究现状爬楼梯装置的研究已经有了较长的历史， 早在 19 世纪 90 年代就已经有了此类专利的出现。自此，美、英、日德等发达国家就开始向此领域冲击，经过不断努力开发， 也出现了一些成果。 由于起步较早， 它们在这方面的技术也相对成熟，已经推出此类产品。 但现存产品都还存在各种瑕疵， 还没有一种能做到尽善尽美。我国对此类装置的研究起步较晚，在近几年也有一些成果产生，但距离形成成熟产品还有很长的路要走。目前已经存在的爬楼梯装置也是各种各样，可以按照爬楼方式分为履带式、星轮式、腿足式以及复合式爬楼梯装置。各种装置都有自己的优点，但也都存在一定不足。1.2.1 履带式履带式爬楼装置是目前应用较广的一种方式，其原理简单，有多款成熟产品问世。其中较为出名的是法国 TopChiar 公司研制的悍马-H8 型，如图 1.2.1a)。悍马-H8 在结构上将平地电动轮椅和爬楼机构融为一体，平地运动时履带机构收多功能电动爬楼轮椅设计2起， 由后轮驱动， 爬楼时履带机构放下， 与轮椅底部成一定角度， 爬楼时可调节，使乘坐者始终处于较舒适的状态。 （a)法国悍马-H8 （b) T09-ROBY 图 1.2.1 履带式爬楼装置履带式爬楼机构行走方式连续，抓地力强，上下楼时重心平稳，安全可靠，但体积、重量及噪声也较大。1.2.2 星轮式轮式机构在地面的运输工具中应用范围最大， 国外的爬楼梯装置设计中也常常采取轮式机构。普通的残疾人使用的轮椅及电动轮椅车也通常使用轮式机构，轮式机构体积小巧，结构简单且容易控制，运行起来既平稳速度又快，工作能效高，并且由于转向时候采取的差动传动转向半径，这种转向半径很小，且易于转向;圆柱型轮体机构常常应用在一般的轮式机构之中，在平地行走具有很大的优势，但是路况较差如崎岖路面、楼梯状况时，普通的轮式机构又不能达到使用者的要求。普通轮式机构要想跨越台阶等障碍， 其中一个必要条件就是车轮半径至少要大于台阶高度， 而且跨越台阶需要的能量很大，过程不稳定，冲击较大;而且楼梯台阶的宽度有限，如果一味的增大车轮半径又会导致轮椅在台阶上失去了支撑点， 这也是目前常规轮椅采用大的后轮而无法实现上下楼梯功能的主要原因。1.2.3 腿足式多功能电动爬楼轮椅设计3腿足式爬楼轮椅的主要特点是爬楼动作是一个由腿足完成的不连续过程。 早期的爬楼梯装置多数都采用这种不连续方式。18 世纪 90 年代 Bray 发明制造的爬楼梯轮椅采用的方式就是不连续方式。在爬楼过程中，两套支撑装置中的一套作为支撑，另一套爬升，运动轨迹为上升、平移、着陆，类似人的两条腿一样爬楼。腿足式爬楼梯装置实际上就是模仿人类爬楼的动作。 （a） iFoot (b) WL-16RII图 1.2.3 腿足式爬楼装置1.2.4 复合式鉴于履带式、星轮式、腿足式等装置的优缺点，在研究过程中，产生了一些其它的爬升装置。例如由英国的 Stairmatic，它是此类型爬楼梯轮椅的一个典型例子，如图 1.2.4（a)所示，它不仅理论成熟并且已经通过了实际应用试验。但是，仅能上下楼梯，对平地自主适应性差，使其距完美还有一定距离。另外约8 万余元人民币的价格也让多数人难以承受。但是复合式的复杂机构与结构，致使设计、控制、分析等工作都非常复杂。 （a）Stairmatic （b) ShrimpRobot图 1.2.4 复合式爬楼梯装置多功能电动爬楼轮椅设计4综上所述， 国内外在爬楼梯装置方面的研究已经有较长的历史， 成果也较多，诞生了很多的专利以及产品，但是它们或者结构复杂、或者造价昂贵，总是存在这样或那样的缺陷。为了更好地解决老年人、残疾人活动问题，提出一种整体结构紧凑、质量适中、安全性好、操作方便、价格适宜的爬楼梯轮椅方案是十分必要的。此外，考虑到轮椅的主要作用是平地行驶，故在做好爬升装置的前提下更应将平地行驶功能做到最好。可以看出，虽然爬楼梯装置的研究已经有了一定的成果，但距离完美的产品的诞生还是有很长一段路需要走的。多功能电动爬楼轮椅设计5第 2 章 总体方案设计2.1 总体类型选择2.1.1 设计要求设计要求如下：（1）爬楼轮椅有效负重=60Kg；（2）有安全保护设计；（3）适合中国标准楼梯。根据目前爬楼梯装置的研究现状，分析已产生的各种机构的优缺点，在充分考虑结构、造价、安全性等重要因素的基础上，研究设计电动爬楼梯轮椅。该设计在满足爬楼梯轮椅的基本要求前提下，尽量做到结构简单，价格适宜，对台阶适应性强，安全性高等方面。具体要做到以下几点:(1)能爬楼、越障，平地时可作电动轮椅使用。(2)爬楼时重心波动较小，具有良好的稳定性和可靠性。(3)作为电动轮椅时要符合，国标 GB12996-91 电动轮椅技术参数标准。(4)轮椅车上下楼应与我们日常习惯一致，避免反向上楼给使用者带来的不便，同时确保上下楼过程的安全性。