多功能轮椅.doc

机械原理与设计课程设计计算说明书 设计题目： 多功能轮椅 姓名： 班级： 学号： 指导教师： 年月日……………………………3 一、设计背景与意义 二、整体设计 二 行走机构部件的设计与计算…………………………5 一、爬楼梯功能结构设计 1. 履带式行走机构设计： 2. 行星轮式行走机构 三 其他功能机构部件的设计与计算……………………10 一、车体主要部件 二、靠背平躺机构 三、防侧翻机构设计 四 传动系统设计与计算…………………………………11 一、电动机的选择 二、减速装置 五 设计总结与心得………………………………………13 六 参考文献………………………………………………14 一 设计背景与整体规划设计 设计背景与意义 轮椅为残疾人和体弱老年人必不可少的行走工具，但由于残疾人和老年人身体相对较弱,且较多无工作能力,经济来源有限。而且当他们不使用轮椅时，又需要轮椅便于包装和移动。因此，要求轮椅:轻便小巧,结构紧凑,功能单一，简单易用,价格低廉。轮椅是康复的重要工具，它不仅是肢体伤残者的代步工具，更重要的是使他们借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动。随着竞技的需求轮椅的设计朝向强调其功能性、舒适性、耐用性与外观酷炫发展。 二行走机构部件的设计与计算 目前行星轮用于爬楼梯的底盘结构中,多为两组行星轮(底盘对应的一边一个行星轮,两个为一组)或者更多。如果将行星轮结构用于轮椅爬楼梯,考虑到轮椅使用的上述要求,将两组甚至更多的行星轮用于轮椅爬楼梯是不实际的,而且多组行星轮底盘,虽然随着行星轮组数的增多,爬楼梯底盘的承载越障能力将不断增强,但多组行星轮底盘在平地拐弯时会有很大的问题,因此这里选择一组行星轮用于轮椅爬楼梯。由于轮椅需要承载残疾人或者老年人,因此使用一组行星轮爬楼梯。除了安全以外,需要解决的最大问题就是其越障的承载能力,如果承载能力不行,轮椅将无法有效载送残疾人或者老年人越障甚至攀爬楼梯。 履带式行走机构设计： 采用履带式设计，由主电动机驱动履带传动，根据电机转速不同可实现转向功能，臂杆摆动使履带贴服在楼梯上，实现平稳上下楼梯。设计如下图： 由几何关系可的，履带臂杆摆动时行星轮中心的轨迹是标准的椭圆方程，即带长可保持不变。 履带式机构的优点：适应型好，越障和上下楼梯平稳；机构较为可靠。 缺点：系统重量大，耗电量大。平整路面上履带传动没有优势。 经综合考虑，最终舍弃履带式结构，选取行星轮式结构。 行星轮式行走机构 简介： 该方案是基于一种新结构——星轮行星轮转换式结构，如图2和图3所示。其基本结构是具有三个行星齿轮的行星齿轮系，在中心齿轮外依次均布三惰轮和三行星齿轮，中心齿轮和惰轮、惰轮和行星齿轮间均为外啮合，左右两半箱体相联接作为转臂，由此构成具有三个行星齿轮的行星齿轮系。在各行星齿轮轴系箱体外伸端分别固定一个车轮，箱体中心固定有齿式离合器固定端，齿式离合器活动端与中心轴通过花键滑动联接，当齿式离合器活动端与固定端没有啮合时，整个结构便处于行星轮结构模式，此时驱动中心轴便会驱动三个车轮旋转，便可以在平地上行走。当拨动齿式离合器活动端使其与齿式离合器固定端结合时，中心齿轮和箱体（转臂）锁死，从而各齿轮均不能自转而只能随整个箱体一起翻转，整个行星齿轮系将变成一个刚性的整体而转变为星轮结构模式，此时驱动中心轴便会驱动包括行星轮系在内的整个箱体翻转，此种结构模式可用于攀爬楼梯。 驱动轮布置： 驱动后置 驱动后置，即将该驱动结构置于车后作为驱动后轮，前轮用万向轮。 优点：大轮在后小轮在前，整车协调美观，爬楼时重量压于后轮，不易打滑。 缺点：爬楼时，后轮支点位置不断跳跃性变化，有侧翻的可能；万向轮在前，平地时承载较大，转向阻力大，爬楼时万向轮可能发生偏斜。 驱动前置 驱动前置，即将该驱动结构置于车前面作为驱动前轮，后轮用万向轮。 优点：万向轮作为后支点爬楼时不易倾翻，且阻碍作用相对较小。 缺点：大部分机构集中在轮椅前，轮椅后部伸出两个很小的万向轮，外观不协调；爬楼时由于人对驱动轮的正压力不够，有打滑危险。 经综合考虑，我们选择了第二种方案，即驱动前置的行星轮方案。该方案能较好的实现爬楼功能，。 行星轮转换机构使用 使用半控式结构 普通行星轮结构有2个自由度，欲使其具有确定的运动，必须给行星轮2个确定的输入。而目前使用的各种这类行星轮中 ,都用一个电机驱动这个行星轮的中心齿轮 ,即只给一个确定的输入 ,另外一个自由依靠地面的情况来约束。在路面不平度较小的情况下，转臂 (即另外一个输入)可以根据路况做实时的自适应调整；在车轮碰到较高的障碍而停止不动时，该轮系的一个自由度受到限制，驱动轮系即可演变成行星轮系，转臂H带动另外两轮绕自由度受限的车轮回转，实现翻越障碍，这种驱动轮系的一