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1、目錄 第1章救援機器人的選型設(shè)計 2 1.1 鐵消防救援機器人的設(shè)計要求 2 1.2 地鐵消防救援機器人類型的確定 2 1.3 機器人的運動設(shè)計 2 1.4 履帶及驅(qū)動輪設(shè)計 4 1.5 主動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 12 第5章結(jié)束語 13 5.1 工作總結(jié) 13 5.2 收獲體會 13 5.3 致謝 13 參考文獻 15 附件： 16 第1章救援機器人的選型設(shè)計 1.1 地鐵消防救援機器人的設(shè)計要求 隨著城市的發(fā)展進程不斷加快，路面交通的擁擠、堵塞成為限制交通發(fā)展 的首

2、要問題，而地鐵運輸將會成為眾多城市的風景。 但地鐵一旦起火，將難以 排出煙和熱。因此地鐵消防救援機器人的設(shè)計主要是代替消防員進入現(xiàn)場以快 速排煙，為救援提供便利，為挽救生命創(chuàng)造條件。 1.2 地鐵消防救援機器人類型的確定 由于設(shè)計要求中需要地鐵救援機器人具有倒爬 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 地鐵機器人的運動設(shè)計 地鐵機器人的運動方式：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： 組成：負重輪用來承受機器人的重量和規(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。負重輪數(shù)量多 ，可使每個

3、 輪子所承擔的重量小，對地面的壓力分布均勻，有利于提高機器人的通行性能。 當發(fā)動機的動力傳到主動輪上時，主動輪按順時針方向撥動履帶，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 平方向給地面一個作用力，而地面給履帶一個反作用力，這個反作用力使機器 人運動，稱為機器人的牽引力。 條件限制：由此看來，機器人能否運動，主要受到兩個條件的限制；一是動 力條件，二是地面條件。動力條件就是指發(fā)動機提供給機器人通過地面所必須 的力量，沒有這個力量，主動輪就轉(zhuǎn)不動。地面條件則是指主動輪傳給履帶的力 必須由地面提供一個反作用力(即使機器人運動的牽引力)才能實現(xiàn)。當牽引 力

4、和行駛阻力相等時，機器人就作等速運動；當牽引力大于行駛阻力時，機器人 就加速行駛；當牽引力小于行駛阻力時，機器人則減速行駛。 履帶特點：重量輕、強度高，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)和小型工程機械行業(yè)。輕工業(yè)一般是 一噸到四噸以內(nèi)的農(nóng)用機械。工程機械行業(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)化學藥品、機油、海水的鹽份會加快履帶的老化，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、)的路面會導致橡膠履帶外傷。 (4)道路的邊石、車轍或凹凸不平的路面會導致履帶邊緣接地側(cè)花紋產(chǎn)生 裂紋，這種裂紋未傷及鋼絲簾線時可以繼續(xù)使用。 (5)砂礫、碎石路面會造成與承重輪接觸的橡膠表面早期磨損 ，形成小裂 口。嚴重時水份侵入，造成芯鐵脫落、鋼絲斷裂。 鋼制履帶相對而言使用的范圍及其壽命及對對工況的選擇則更寬廣。 它由 鋼履帶、托帶輪、導向輪、承重輪、底盤和兩臺行走減速機組成(行走減速機 由馬達、齒輪箱、制動器、等成)。一般比如鉆機整體布置在底盤上 ，通過控 制手柄調(diào)節(jié)履帶底盤行走速度，可使整機實現(xiàn)方便的移動、轉(zhuǎn)彎、爬坡、行走 等 (2)普通輪式的特點： 組成比較的簡單，

6、有四個輪轂組成，原理易懂，裝配安裝制造便宜， 運動 速度快，機動性能好，維修簡單便宜，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)動輪設(shè)計 履帶采用整體式履帶板遵照MT/T579-1996懸臂式掘進機履帶板及其銷軸 標準設(shè)計。 1.4.1 履帶支承長度L、軌距B和履帶板寬度b 令l一驅(qū)動輪與引導輪之間的輪距； h 一表示高度； G 一表示整機質(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，取：b=427.68mm 1.4.2 履帶的張緊度計算 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)《機械工程手冊》，履帶的節(jié)距已經(jīng)標準化，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 接地長度 外形尺寸 37kw 1500 154 425 1944 2450 X 1500X 585 1.4.4運行阻力計算 (1)履帶運行的內(nèi)阻力Fn履帶運行時，由于驅(qū)動輪與履帶鏈軌的嚙合、 履帶銷軸間的摩擦以及支重輪、引導輪和驅(qū)動輪等滾動阻力和軸頸摩擦阻力等 構(gòu)成了履帶運行的內(nèi)阻力。計算時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：Fd = dmg cos：

9、式中：口一坡度角，％一運行比阻力系數(shù)，見表2-3: 表2-3 路面系數(shù) 運行比阻力系數(shù) 中級公路 0.05?0.06 堅實土路 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)彎時的最大摩擦系數(shù)"3表max 計算時為一般取值范圍為0.4~0.7 ,對于堅實地面取較小值，對于松軟地 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進行。因此，在確定其行 走牽引力時，取二者的較大值，即： 爬坡時：FT味Fd Fs Fi 轉(zhuǎn)彎時：FT =Fn Fd Fr Fi 對

11、于消防車履帶底盤設(shè)計時，有些阻力很難計算，一般行走牽引力取為整 機重量的0.7~0.85 ,對于工作條件好了可以取小值 0.7。 1.4.5其他由黃義劍負責計算，此處僅列出結(jié)果 驅(qū)動輪凹齒形設(shè)計： 驅(qū)動輪齒數(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主動軸平鍵選擇與校核 軸頸D=60mmf以通過

12、查鍵標準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《機械設(shè)計》表2-10查取【a】 =100-120Mpa 所以a< [al,鍵強度滿足要求。 第2章電源選擇 基本計算如下： 根據(jù)電機與電池匹配規(guī)范標準 ，有 P G + P B 二 P Lax L 鞏I = 式中，Uo1——電機輸出額定電流 時的輸出電壓值 Uo2——電池輸出最大電流時的端電壓值 Pg 電機輸出額定電流時的輸出功率 Pb——電池輸出最大電流時的輸出功率 Plmax——負載最大功率 計

13、算結(jié)果為：=10.36A 所要求的放電容量： C=10.36A X 5h=51.8Ah 要想蓄電池在整個壽命期限內(nèi)均能可靠地支持系統(tǒng)的工作， 選型時還應(yīng)考 慮蓄電池壽命終止的規(guī)定：當蓄電池的放電低于額定容量的 80%時，壽命終 止。 實際的放電容量應(yīng)為： C =51.8Ah X 120%=62.16Ah 因為加上底盤驅(qū)動的兩臺電機，切火災(zāi)救援時間小于5小時。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。 同時配套采購升壓電路板一套，升壓至 380V,滿足電機需要。 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比 一般

14、貍離子電池 鋰離子動力電 池 磷酷鐵鋰電 池 集氫電池 標準電壓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 負重輪及導向輪處采用脹套聯(lián)接 脹套屬于機械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和 從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞

16、扭矩的機械零件。 在高速重載的動力傳動中，有 些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。 脹套由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助 于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接，是機械產(chǎn)品軸系傳動最常用的聯(lián)接部件。 20世紀 后期國內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計時如何從品種甚多、性能各異的 各種聯(lián)軸器中選用能滿足機器要求的聯(lián)軸器，對多數(shù)設(shè)計人員來講，始終是一 個困擾的問題。 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 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 KB 代 號 標準 各 注 設(shè)計 蚓 審梭 更改標記 更改單號 /名、日期 標審 原 材 料 找1頁 第1頁 舞1版 I 質(zhì)? 比例 StM 階段標記 I 軍代表 名 稱 原代號 大建探索者科技有限公司 負?輪 產(chǎn)品型號 存儲每號 成圖安科 第4章零件及花費 由于地鐵消防救援機器人是一個復雜而且龐大的系統(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)計他的機械結(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。因此在這里只是粗略簡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 總價（元） 主動輪 HT200 2 200 400 負重輪 HT200 8 200 1600 誘導輪 HT200 2 100 200 底盤 HT200 2000 其它 5000 總計 9200 備注：其它包括：各種型號的螺栓，

21、螺母，墊片，軸承，軸等等 具體的型號及要求見前面的設(shè)計說明。 第5章結(jié)束語 5.1 工作總結(jié) 作為課程設(shè)計報告選題本文對地鐵消防救援機器人進行了較為深入的研 究總結(jié)起來主要做了如下的工作： 1) 產(chǎn)品的市場調(diào)查以及設(shè)計需要的分析，并對我國消防機器人行 業(yè)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀作了簡要闡述。 2) 設(shè)計方案的確定，選擇了履帶式進行主要研究對象。 3) 機構(gòu)尺寸設(shè)計方法的選擇。采用圖解法對履帶底盤進行了尺寸 設(shè)計，并利用SOLIDWORKS Inventor對地鐵消防救援機器人進行了三 維設(shè)計. 4)機構(gòu)的動力設(shè)計。本部分對履帶進行了故障排除，運動機構(gòu)進行了細 心的分析與設(shè)計組裝。 5.

22、2 收獲體會 經(jīng)過對這一課題的研究，重新溫習了上學期所學過的機械原理， 機械制造 技術(shù)方面的知識，鞏固了本學期學習的機械設(shè)計方面的相關(guān)知識。在這一學期 的學習中本組組成員平時密切聯(lián)系， 經(jīng)常就課題中出現(xiàn)的問題進行討論， 在討 論中不僅使問題得到了解答，還使各自的知識得到了補充，知識面得到拓展， 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)計算和分析過程中偶爾會出 現(xiàn)計算結(jié)果使機構(gòu)安裝不上，組員經(jīng)過反復的嘗試。在這反復的求解中培養(yǎng)了 耐心，以及遇事不驕不躁的良好習慣，這將使本組成員終身受益。 5.3 致謝 本文是在王老

23、師的悉心指導和熱情鼓勵下得以完成的。從課題的選題、實 幫助使本課題得以順利完成。王老師老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度勤勉的工作精神淵博 的知識和敏銳的洞察力以及對學生言傳身受親切熱情的態(tài)度使學生受益終身， 老師那份對事業(yè)的執(zhí)著精神將永遠激勵著學生不懈地去攀登科學的高峰勇敢 地去接受具體的實踐中將要面臨的任何挑戰(zhàn)在此本組成員謹向敬愛的王老師 老師致以最誠摯的謝意和祝福！ 施到論文的撰寫無不凝結(jié)著老師的心血, 正是由于導師在學術(shù)上無私的指導和 同時感謝機械工程學院為學生提供了課題研究的平臺，感謝 11級機設(shè)同 學陪伴我們走過這一期，感謝他們在其中給予我們許多有力的幫助和真誠的鼓 勵。 參考文獻

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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 存潟號 設(shè)計 期 寇 舞腰 更改標記 更好號 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 代號 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、嶷邊國在，去理. ,至 貫勰乾 產(chǎn)后型號 雀核 更灼記 更改單號 蠢樂日躬 標甯 原 材 料 不銹司 2Crl3 GE/1 120 tH007 共1頁英1頁 第1 S 存信筑號 三二 51 比到 1： 10 1批卷 「段旅 三二親 名 稱 重代號 底圖編號 大連探索看科五苒艮公司 代號 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