2022年本科课程设计机器人链式 .pdf
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1、毕业设计论文机器人链式 (行星)越障轮组机构设计摘 要全方位越障车轮组由动力装置、转向装置和驱动轮系组成。框架上安装了中心轴,中心轴上设有驱动离合器、转向离合器、转臂和中心链轮。每组车轮组的个车轮轴线呈等角分布。当驱动离合器闭合、制动器制动,转向离合器脱开时,且路面对车轮作用力变化的情况下,驱动轮系亦相应转化构成定轴轮系或行星轮系,实现车轮的驱动或越障。而当制动器脱开,转向离合器闭合时,动力通过啮合齿轮副、转向链轮副和锥齿轮副,使框架相对于车体转动。按轮系传动时齿轮的轴线在空间的相对位置是否固定,轮系可分为定轴线齿轮传动和动轴线齿轮传动两大部分。本次设计的工程根据实际设计工作的需要,对机器人链
2、式(行星)越障轮组机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 34 页构主要的零部件进行设计。对机构各部分的零件进行设计布局, 算出齿轮的齿数、模数、齿宽、变位系数和中心距等关键参数,设计轴的结构及尺寸, 链轮等 .并进行几何尺寸计算、强度计算和安全系数计算。关 键 词:行星车轮。 越障。 机构设计。 机器人 Robot Chain Structure Design OfClimbing Obatacle With Planetary WheelABSTRACT For determination of perpendicular
3、 climbing obstacle capability of lunar rover with planetary wheel , based on simplified mechanics mobel of rover the paper gives the relations between rover parameters and perpendicular climbing obstacleheight under three conditions: simultaneously climbing obstacle by two front wheels, simultaneous
4、ly climbing obstacle by two rear wheels and climbing obstacle by single wheel. Then maximum perpendicular climbing obstacle height of this rover is calculated. Simulation analysis to above three conditions is done. The simulation analysis gives conclusion that theoy inference result is reliable. The
5、 design is made on the basis of the demand of the progect .Our task is the designing of crucial part of the planetary reducer ,calculating the value of special parameters .Especially , the parameters of sun gear,planetary gear and ring gear,such as gear ratio, module, facewidth, modification coeffic
6、ient,center distance,and physical dimension, strength and safety factor.are designed. KEY WORDS :planetary wheel,climbing obstacle, structure design, robot 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 34 页目 录前言 5第一章越障机器人概述61.1 越障机器人发展状况61.2 本设计的实施方案7第二章越障机构的结构形式及传动方案的确定102. 1. 机构设计 102.2. 确定
7、各主要参数 102.2.1. 传动比分配 11 2.2.2 电动机选择 11 2.3 齿轮设计 72.4 齿轮几何尺寸计算 102.4.1 小齿轮尺寸计算 102.4.2 大齿轮尺寸计算 11第三章越障轮组主要构件设计计算123. 1 中心轴 123.1.1 中心轴的参数 123.1.2. 轴的结构设计 133.1.3 轴的校核 15第四章车轮组局部零件设计计算184.1 车轮轴的设计 . 184.1.1 车轮轴的设计图 184.2 锥齿轮设计 194.2.1 锥齿轮装配图 .194.2.2 锥齿轮设计计算 19精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -
8、 - -第 3 页,共 34 页4.2.3 齿轮的受力分析 204.3 车轮组的结构形式214.4 越障轮组机体结构22第五章轴承计算235.1 轴承参数 235.2 主传动轴轴承 235.2.1 角接触球轴承 . 245.2.2 . 深沟球轴承 24总结 25参考文献 26致谢 27精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 34 页前言本设计是一种越障车轮组。提供一种集驱动,转向和越障于一体的全方位越障车轮组 ,由其装备的车辆不仅能够在平坦的路面上实现全方位运动,且具有良好的越障能力。本设计由动力装置 ,转向装置和驱动轮系组成。
9、动力装置由电机,啮合齿轮 ,驱动离合器和转向离合器组成。驱动轮系由转臂,小链轮 ,中心链轮组成 ,小链轮分别与每个车轮组上相应的3 个车轮固定连接 ,3 个车轮的轴线呈等角分布。框架上安装了中心轴 ,中心轴上设有驱动离合器,转向离合器 ,转臂和中心链轮。当驱动离合器闭合 ,制动器制动 ,转向离合器脱开时 ,且路面对车轮作用力变化的情况下,驱动轮系亦相应转化构成定轴轮系或行星轮系。当路面平坦时,两个车轮将同时着地,由转臂,小链轮 ,中心链轮组成的驱动轮系构成定轴轮系,在电机的驱动下 ,车轮组以滚动方式运动。而当前进的车轮遇到障碍时,前轮静止不动 ,定轴轮系自行转化为行星轮系。在电机的驱动下,转臂
10、带动其余两个轮子绕前轮的中心轴回转,实现越障 .而当制动器脱开 ,转向离合器闭合时 ,由转向链轮 ,传动链轮和一对相互啮合的转向锥齿轮组成的转向装置开始运动。在电机的驱动下,动力通过啮合齿轮传送到安置在中心轴上的转向链轮 ,并通过传动链轮 ,锥齿轮副 ,使框架相对于车体进行转动。本设计要求机构工作原理构想,机构各部分空间位置布置。结构参数选择及确定。有关的设计计算。机构结构设计。但由于学生水平有限,本设计说明如有不妥和错误之处,还请各位专家老师给予批评指正。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 34 页第一章越障机器人概述1.
11、1 越障机器人发展状况本设计涉及一种越障车轮组,特别是涉及一种全方位越障车轮组. 现有的越障车轮组 ,如爬楼机器人 (JSME Series C, Vol39, No.3,1996), 采用成平面布置的两轮机构 ,越障时运动起伏量大,且不具备转向功能 ,无法实现全方位越障。中国专利CN1073636A 提出了一种可全方位运动的车辆,采用外滚子式车辆 ,可实现全方位运动 ,但其基本上不具备越障功能.且承载能力小,只适合于在平坦的路面上运行。全方位越障车轮组是一种提供一种集驱动, 转向和越障于一体的全方位越障车轮组 , 由其装备的车辆不仅能够在平坦的路面上实现全方位运动, 且具有良好的越障能力。全
12、方位越障车轮组由动力装置, 转向装置和驱动轮系组成。动力装置由电机, 啮合齿轮 , 驱动离合器和转向离合器组成。驱动轮系由转臂, 小链轮 , 中心链轮组成 , 小链轮分别与每个车轮组上相应的3 个车轮固定连接 ,3 个车轮的轴线呈等角分布。框架上安装了中心轴, 中心轴上设有驱动离合器, 转向离合器 , 转臂和中心链轮。当驱动离合器闭合, 制动器制动 , 转向离合器脱开时, 且路面对车轮作用力变化的情况下 , 驱动轮系亦相应转化构成定轴轮系或行星轮系。当路面平坦时, 两个车轮将同时着地 , 由转臂 , 小链轮 , 中心链轮组成的驱动轮系构成定轴轮系, 在电机的驱动下 , 车轮组以滚动方式运动。而
13、当前进的车轮遇到障碍时, 前轮静止不动 , 定轴轮系自行转化为行星轮系。在电机的驱动下, 转臂带动其余两个轮子绕前轮的中心轴回转 , 实现越障 . 而当制动器脱开 , 转向离合器闭合时 , 由转向链轮 , 传动链轮和一对相互啮合的转向锥齿轮组成的转向装置开始运动。在电机的驱动下, 动力通过啮合齿轮传送到安置在中心轴上的转向链轮, 并通过传动链轮 , 锥齿轮副 , 使框架相对于车体进行转动。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 34 页1.2 本设计的实施方案本设计采用了与传动装置相匹配的一组驱动,转向离合器 ,可灵活地实现车轮
14、组前进,后退或转向的全方位运动。采用轴线呈等角分布的3 个车轮,具有良好的越障能力。可根据需要装备不同的车辆设施,且结构紧凑。图 1-1是本设计的结构示意图图 1-1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 34 页图 1-2是本设计的越障示意图图 1-2 下面,结合图示 ,详细介绍本设计。越障机器人的移动机构,由四套全方位越障车轮组组成,包括动力装置 ,车轮组和驱动轮系。动力装置由额定功率100的电机 1,啮合车轮 16,17,驱动离合器 15,转向离合器 9 和转向传动装置组成 .驱动轮系由转臂11,小链轮 13 和中心链轮
15、 14 组成,小链轮 13分别与每个车轮组上相应的3个车轮 12固定连接 ,3 个车轮 12 的轴线呈等角分布。框架2 上安装了中心轴 10,中心轴 10 上设有驱动离合器15,转向离合器9,转臂 11 和中心链轮 14.当驱动离合器15 闭合,制动器 4 制动,转向离合器 9 脱开时,且路面对车论作用力变化的情况下,驱动轮系亦相应转化成定轴轮系或行星轮系。如:当路面平坦时 ,有两个车轮 12 同时着地 ,由转臂 11,小链轮 13 和中心链轮14 组成的驱动轮系构成定轴轮系.在电机 1 的驱动下 ,车轮组以滚动方式前进或后精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
16、 - - - - -第 8 页,共 34 页退,最大的移动速度为11,而当前进的车轮遇到障碍时,前轮静止不动 ,此时,定轴轮系将自行转化为行星轮系.在电机 1 的驱动下 ,转臂 11带动其余两个轮子12 绕前轮的中心轴回转 ,跨越的障高可达70。为保证越障时 ,前轮和路面之间具有足够的摩擦力,应适当增大中心链轮14与小链轮 13 的齿数比 ,也可以在车轮 12 的轮缘上包裹橡胶。而当要作转动时,驱动离合器 15 脱开,制动器 4脱开,转向离合器 9闭合,电机 1 的驱动力通过啮合齿轮16,17传送到安置在中心轴10 上的转向链轮 8,并通过链条和传动链轮7 驱动转向锥齿轮6,使框架 2 相对于
17、车体 3 进行转动 ,.转动 90的时间约为 6秒。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 34 页第二章越障车轮组的结构形式及传动方案的确定2. 1. 机构设计全方位越障轮组具有独立的驱动及自由转向能力。装备的机器人行驶装置不仅能在平坦的路面上运动 , 而且具有一定的越障功能。已知设计要求max10Fkg10/ minvm100hmm机构简图如图 2-1 所示图 2-1 机构简图2.2. 确定各主要参数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 34 页2.2.1
18、. 传动比分配齿轮级13.5i链轮级23.9i2.2.2 电动机选择 SN系列印制绕组直流伺服电动机可广泛应用于机器人, 精控机床 , 轻工食品包装机械 , 自动焊接机等高精度变速驱动装置和快速频繁作业的系统中作驱动控制器件。具有转动惯量低, 电感量极小 , 响应快速 , 输出转矩高度均匀等特点。选择230SN10伺服电动机。主要参数如表2.1 所示:表 2.1 型号额定电压额定电流额定功率额定转矩峰值转矩额定转速最高转速230SN10 90 14.6 1000 320 3240 3000 5000 工作转矩mN3113.5954995492.210150pTin使用系数参照 GB3480 取
19、1.1AK2.3 齿轮设计28.015.0取23.01. 选定齿轮类型 , 精度等级 , 材料及齿数选用直齿圆柱齿轮传动 . 速度不高 , 故选用 7 级精度 (GB10095-88) 材料选择 . 选择小齿轮材料为40Gr(调质), 硬度为 280HBS, 大齿轮材料为45 钢(调质), 硬度为 240HBS, 二者材料硬度差为40HBS. 选小齿轮齿数 Z=20,大齿轮齿数 Z=3.520=70.2. 按齿面接触强度设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 34 页2111EtdHKTZudu查得材料的弹性影响系数121
20、89.8aMpEZ查得小齿轮的接触疲劳强度极限lim1600HMPa, 大齿轮的接触疲劳强度极限lim2550HMPa. 计算接触疲劳许用应力 . 取失效概率为 1%,安全系数 S=110.9600540HMPaMPa20.95550522.5HMPaMPa试算小齿轮分度圆直径1td, 代入H中较小的值。2111EtdHKTZudu9.746mm 计算圆周速度V 119.746 150/0.08/60100060 1000td nvm sm s计算齿宽b。119.7469.746dtbdmmmm计算齿宽与齿高之比bh模数119.746 / 200.4873ttdmmmmmz齿高 h=2.250
21、.4873mm=1.1mm9.7468.861.1bh精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 34 页计算载荷系数根据 v=0.08m/s, 7级精度, 1.1vk1FakHa直齿轮, k1,1.423,1.35,AHFKKK故载荷系数1 1.1 1 1.4231.565AvHHkkkkK按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径33111.5659.74610.6841.3ttkddmmk计算模数m. 1110.6840.534220dmmmmmz按齿根弯曲强度设计13212FaSadFY YkTmz1500;380FEMPaMP
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