1、目錄第1章救援機器人的選型設計 21.1 鐵消防救援機器人的設計要求 21.2 地鐵消防救援機器人類型的確定 21.3 機器人的運動設計 21.4 履帶及驅動輪設計 41.5 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章結束語 135.1 工作總結 135.2 收獲體會 135.3 致 13參考文獻 15附件： 16第1章救援機器人的選型設計1.1 地鐵消防救援機器人的設計要求隨著城市的發展進程不斷加快，路面交通的擁擠、堵塞成為限制交通發展 的首要問題，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

2、計主要是代替消防員進入現場以快 速排煙，為救援提供便利，為挽救生命創造條件。1.2 地鐵消防救援機器人類型的確定由于設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、能適應惡略路況的履帶。1.3 地鐵機器人的運動設計地鐵機器人的運動方式：普通的輪式結構和履帶的結構。兩者的比較如下：(1)履帶結構的特點：組成：負重輪用來承受機器人的重量和規正履帶。 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。負重輪數量多 ，可使每個 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

3、接 地履帶和地面之間生產了相互作用力。根據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。當牽引 力和行駛阻力相等時，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

4、度高，可根據客戶要求生產阻燃、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和小型工程機械行業。輕工業一般是 一噸到四噸以的農用機械。工程機械行業則多用于小型鉆探行業。其作業環境的選擇大致如下：(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，在這樣的環境下使用 后要清洗履帶。(3)有銳利突起(如鋼筋、石塊等)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花紋產生 裂紋，這種裂紋未傷及鋼絲簾線時可以繼續使用。(5)砂礫、碎石路面會造成與

5、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，通過控制手柄調節履帶底盤行走速度，可使整機實現方便的移動、轉彎、爬坡、行走等(2)普通輪式的特點：組成比較的簡單，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履帶及驅動

6、輪設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一驅動輪與引導輪之間的輪距；h表小局度；G 一表示整機質量；L 1.073 G 1.07 3 6 1944mm軌距 B: L 1.21.4BL 1944mm B1388.5 1620mm1.21.4 1.21.4履帶板寬：b 0.220.80Lb (0.22 0.8) 1944mm (427.68 1555.2) mm由于是消防車底座，取：b=427.68mm1.4.2 履帶的緊度計算h的值一般取為:h (0.03 0.06)10 (0.03 0.06

7、) 1944mm 58.32 116.64mm1.4.3 節距t (15 17.5) 4G (15 17.5) 4 6000(132 154) mm根據機械工程手冊，履帶的節距已經標準化，取節距為154mm表2-2履帶底盤的主要技術參數額定功率軌距節距履帶板寬接地長度外形尺寸37kw150015442519442450 X 1500X5851.4.4運行阻力計算(1)履帶運行的阻力Fn履帶運行時，由于驅動輪與履帶鏈軌的嚙合、 履帶銷軸間的摩擦以及支重輪、引導輪和驅動輪等滾動阻力和軸頸摩擦阻力等 構成了履帶運行的阻力。計算時通常取履帶本身損失等于其垂直自重載荷的57% 即:Fn (0.05 0.

8、07)mg也可取履帶行走裝置的效率等于 0.70.85。(2) 土壤變形阻力Fd : Fddmg上坡時：Fddmg cos式中： 一坡度角，d一運行比阻力系數，見表2-3:表2-3路面系數運行比阻力系數中緞公踣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0.00.04(3)坡度阻力Fs: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 sin13mgL(4)轉彎阻力Fr ： Fr3r 4 R式中：3履帶轉彎時的摩擦系數；r履帶轉彎半徑(m土壤性質“WE值土攘性質里伯有雪的菜地0,60. 8濕地、耕地干的土路D 7(1,

9、 75沼澤地0. 850. 9干妁沙路D. 80.9潮濕的粘質土0.40.5表2-4履帶轉彎時的最大摩擦系數3表max計算時3一般取值圍為0.40.7 ,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，以坡道阻力和轉彎阻力為最大，往往占到 總阻力的2/3 ,但是轉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：FTFnFdFsFi轉彎時：FTFnFdFrFi對于消防車履帶底盤設計時，有些阻力很難計算，一般行走牽引力取為整 機重量的0.70.85 ,對于工作條件好了可以取小值

10、 0.7。1.4.5其他由黃義劍負責計算，此處僅列出結果驅動輪凹齒形設計：驅動輪齒數Z=19履帶板節距P=44.45mm滾子直徑d=25.4mm節圓直徑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=245mm1.5主動軸平鍵選擇與校核軸頸D=60mmf以通過查鍵標準表選取圓頭普通平鍵(A型)b*h=18*11a=2T/dkl=4T/dhl=4*1307*1000/(60*11*100) =79.2Mpa由機械設計表2-10查取【

11、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：根據電機與電池匹配規標準，有式中，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負載最大功率計算結果為：=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均能可靠地支持系統的工作，選型時還應考慮蓄電池壽命終止的規定：當蓄電池的放電低于額定容量的80% 時， 壽命終止。實際的放電容量應為：C =51.8Ah X 120%=62.16Ah因為加上底盤驅動的兩

12、臺電機，切火災救援時間小于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：磷酸鐵鉀電池性能其他電池性攏的比較麻鐵暫電池柱能及K他也池性語的方比f捶W干事邊鋰離子動力電 池由鐵鋰電 就標淮電壓丫36或3.73.6或373.21.2工作電壓范圍V3. 0-4. 23.0-4. 23.0-3.31.0-1.4單位膠量各量nAb/gISO13013080單位市市泛Qb'ks90-11060-7560-7550-60單位體枳口建Vb/1280-300220-24022O-24C200-220最隹無電率C

13、0.2-0. 50. 5-1.00.5-1. 50. 2-0. 5工作放電率CmA1220.5最大放電率CmA1.55102騰間大電流脈沖CaA (10。210203解壞壽命(2CcA充電)100次300次500次50次大亂就電時循環壽命 (5CmA充電：一30。次300次10次安全有可能大燃饒、康 炸有可能研、用不燃境不宏 炸炸有可能蝴零電壓儲存30天泄露、損傷泄宓、損傷1無損傷范露.損傷第3章脹套選擇負重輪及導向輪處采用脹套聯接脹套屬于機械通用零部件疇，用來聯接不同機構中的兩根軸（主動軸和從 動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械零件。 在高速重載的動力傳動中，有些 聯軸器還有緩沖、減振和提高

14、軸系動態性能的作用。脹套由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯接。一般動力機大都借助 于聯軸器與工作機相聯接，是機械產品軸系傳動最常用的聯接部件。 20世紀 后期國外聯軸器產品發展很快，在產品設計時如何從品種甚多、性能各異的各 種聯軸器中選用能滿足機器要求的聯軸器，對多數設計人員來講，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型脹套尺寸規參照下表（部分）：7邂觸基本尺寸觸布基本尺寸向|3即疝imIlJLIHkil 配皿4中 hizideJ hull*定員苜Nimi 廣M(iiiiGd口L1L

15、-心姐 Q強生11心1時iiiinJU1 .4J73121.7Mb-1BQ17Q27FIT1 二刈心曲5三3用in:55tlJfr卻551'型ii y不w如對11311如旗叫第cut43r莫25JMS朧1肺【SO商2.1 _串117ft15蹙2.M卜fix：如：47IJL端的薩4IW此例為負重輪的方式44止1尊解庶實Z331Fbl i 1 / bear i ng MJ 30068 T田 T 285-1S942B5-1 涮22承重輪11承曳軸序號代 號場準金 建謾計產品型寫校對市甘單號容容一日期厚共1黃第1支第1版有健睛號制質量比情料階同標記軍代表去原代弓底圖編號AJ生質素*科技有限公司

16、稱|代號第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， 所以需要的零部件 很多，也比較的雜亂，而且我們只是研究設計他的機械結構部分， 它的電子及 控制部分我們就不做任何的設計。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:名稱規格/材料數量單價總價（元）主動輪HT2002200400負重輪HT20082001600誘導輪HT2002100200底盤HT2002000其它5000總計9200備注：其它包括：各種型號的螺栓，螺母，墊片，軸承，軸等等 具體的型號及要求見前面的設計說明。第 5 章 結束語5.1 工作總

17、結作為課程設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起來主要做了如下的工作：1) 產品的市場調查以及設計需要的分析，并對我國消防機器人行業的發展歷史及現狀作了簡要闡述。2) 設計方案的確定，選擇了履帶式進行主要研究對象。3) 機構尺寸設計方法的選擇。采用圖解法對履帶底盤進行了尺寸設計，并利用SOLIDWORKS Inventor對地鐵消防救援機器人進行了三維設計 .4)機構的動力設計。本部分對履帶進行了故障排除，運動機構進行了細心的分析與設計組裝。5.2 收獲體會經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，機械制造技術方面的知識，鞏固了本學期學習的機械設計方面的相

18、關知識。在這一學期的學習中本組組成員平時密切聯系，經常就課題中出現的問題進行討論，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，這都是在課難以獲得的，由于在研究過程中需要用軟件構建模型進行求解，使兩成員使用軟件的能力得到很大提高了。在數據計算和分析過程中偶爾會出現計算結果使機構安裝不上，組員經過反復的嘗試。在這反復的求解中培養了耐心，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 致本文是在王老師的悉心指導和熱情鼓勵下得以完成的。從課題的選題、實施到論文的撰寫無不凝結著老師的心血，正是由于導師在學術上無私的指導和幫助使本課題得以順利完成。王老師老師嚴謹的治學態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度使學生受益終身，老師那份對事業的執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在此本組成員謹向敬愛的王老師老師致以最誠摯的意和祝福！同時感機械工程學院為學生提供了課題研究的平臺，感11 級機設同學陪伴我們走過這一期，感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1 譚雪松 . Solidworks 機械設計. ：人民郵電，2008.2 段建中 . So