爬楼轮椅设计说明书.doc

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新乡职业技术学院毕业设计（论文）第36页

毕业设计说明书（论文）

论文题目：

爬楼轮椅设计

系部：

机械制造系

专业：

机械设计与制造

班级：

11级机械一班

学生姓名：

学号：

指导教师：

2013年12月26日

目录

摘要 I

Abstract II

绪论 5

第1章原理图分析 1

第2章轮椅简介 2

第3章传动机构的设计 3

3.1拟定传动方案的任务 4

3.2选择传动机构类型 4

3.3选择电动机 5

3.4传动装置总传动比和分配各级传动比 6

3.5计算传动装置的运动和动力参数 6

3.5.1各轴转速 6

3.5.2各轴输入功率 6

3.5.3各轴转矩 7

第4章齿轮设计 7

4.1选择齿轮材料、热处理、齿面硬度、精度等级及齿数 8

4.2按齿面接触疲劳强度设计 8

第5章链传动设计 12

5.1链传动设计计算 13

5.2链轮标记 15

第6章轴的设计 16

6.1轴的功用 17

6.2轴的分类 17

6.3高速轴的设计 17

6.4低速轴的设计 22

第7章键连接设计 27

7.1小链轮键连接设计 28

7.2大链轮键连接设计 28

7.3高速轴齿轮键连接设计 29

7.4低数轴齿轮键连接设计 29

第8章电动机的连线 30

第9章轮椅三维设计图 32

总结 35

致谢 36

参考文献 …………………………………………………………………………………38

摘要

本设计首先对轮椅的结构和传动机构进行分析，通过轮椅的主要部件的结构和作用分析，反映出了轮椅在上下楼过程中的运动实现。

由原理图分析可以体现和反映出轮椅的内部结构，它主要是由电动机运转带动链轮，使链轮通过链子进行传导，以实现高速轴和低速轴之间的齿轮传动，从而达到轮椅上下楼的安全可靠的完成。

在轮椅的设计过程中，主要考虑轮的作用、结构和运动传递进行了分析。

在轴的设计过程中，主要论述了材料的选择、载荷分析、结构设计、受力分析、轴承选择、键的选择及对它们的校核等相关内容。

关键词：

轮椅，轮，轴

ABSTRACT

Firstofall,thedesignofthewheelchairstructureandanalysisoftransmissionthroughthemaincomponentsofawheelchairandtheroleofstructuralanalysis,reflectingawheelchairdownthestairsinthecourseofthemovement.Bytheschematicdiagramanalysis,wecanembodyandreflecttheinternalstructureofawheelchair,itismainlydrivenbythemotorrunningsprockettosprocketforconductionthroughthechaininordertoachievehigh-speedshaftandlow-speedgeartransmissionbetweentheshaft,soastoachieveawheelchairdownthestairsThecompletionofthesafeandreliable.Inawheelchairinthedesignprocess,themainconsiderationsoftheroleofrotation,thestructureandmotiontransmissiontothesub-Analysis.Intheaxisofthedesignprocess,focusesonthechoiceofmaterials,loadanalysis,structuraldesign,stressanalysis,bearingselection,thechoiceofkeysandcheckonthemandotherrelatedcontent.

KeyWords：

WheelchairWheelAxis

绪论

轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的代步工具，随着无障碍设施的增多，轮椅使用者的活动范围逐步加大，但楼梯却使轮椅受到很大限制，因此研发价格低廉、简单易用的爬楼梯轮椅是面临的一项比较紧迫的任务。

设计一台高效简单的爬楼轮椅是一个非常实际应用价值的课题。

该设计的爬楼轮椅主要轮子是由5个小轮组成的五星轮，轮椅前方一个半米长的安全支架上还有4个小轮，整个椅子共有14个小轮，打开电源后，背对着楼梯将轮椅微微倾斜，很轻松就将人拉了上去，且五星轮上的一个小轮刚好能上一级楼梯。

在爬楼过程中，因为有安全支架的支撑，轮椅能停在任何一处。

因此该轮椅可以实现上下楼的方便安全性。

轮椅在上下楼过程中按下上下楼的按钮，电动机带动链轮传动，进而使齿轮与齿轮之间进行传动，从而带动五星轮进行旋转，且轮椅在下楼过程中需要有人握紧轮椅手柄控制方向，在下楼过程中不仅需要五星轮固定卡住台阶，还需要五星轮前面四个小轮起到支撑和导向顺滑作用，这样就可以不费任何力气轻松下楼。

且轮椅在平地上运动，是靠五星轮的一个或两个轮着地和中间轮起支撑作用达到运动，前面两个轮在平地上运动时候被收起，减小空间和降低阻碍运动的平稳性。

第1章原理图分析

图1.1原理图

经过测量楼梯的台阶长度在20-25cm之间，高度在15-18cm之间，计算楼梯的台阶角度在32°—35°之间，因此为保证轮椅在上下楼的安全，必须使五星轮的两小轮之间的夹角大于32°—35°，这样五星轮在上下楼中卡住台阶，从而保证安全可靠性。

轮椅在上楼过程中按下上楼的按钮，电动机带动链轮传动，进而使齿轮与齿轮之间进行传动，从而带动五星轮进行旋转，且轮椅在上楼过程中需要有人握紧轮椅手柄向上拉，这样就可以轻松上楼。

轮椅在下楼过程中按下下楼的按钮，电动机带动链轮传动，进而使齿轮与齿轮之间进行传动，从而带动五星轮进行旋转，且轮椅在下楼过程中需要有人握紧轮椅手柄控制方向，在下楼过程中不仅需要五星轮固定卡住台阶，还需要五星轮前面四个小轮起到支撑和导向顺滑作用，这样就可以不费任何力气轻松下楼。

轮椅在平地上运动，是靠五星轮的一个或两个轮着地和中间轮起支撑作用达到运动，前面两个轮在平地上运动时候被收起，减小空间和降低阻碍运动的平稳性。

第2章轮椅简介

轮椅一般有轮椅架、车轮、刹车装置及座靠等几部分组成。

1、大车轮承载主要的重量和上楼的主要驱动装置。

轮的直径有51、56、61、66cm规格，根据人的身高要求，我选用直径为56cm的轮子且该轮子有直径为20cm的五个小轮子组成，小轮采用实心轮胎。

2、小车轮一般有8、10、12、15、18、20cm数种规格。

直径大的小轮易越过小的障碍物和地毯，并且在上下楼的过程中，小车轮起到支撑作用，但直径太大，使整个轮椅所占的空间变大，行动不方便，而且小轮的方向最好与大轮垂直，否则易倾倒，因此选用8、12cm的最合适，该轮采用实心轮胎。

3、轮胎轮胎有实心的、有充气内胎和无内胎充气型三种，实心型在平地走较快且不易爆破，易推动，但在不平路上振动大，且卡入与轮胎同宽的沟内是不易拔出；有充气内胎的较难推，也易刺破，但振动比实心的小，无内胎充气型因无内胎不会刺破，而且内部也充气、坐起来舒服、但比实心较难推。

考虑到经济性和实用性，选用实心的轮胎。

4、刹车装置

（1）在座椅上设置一个挡块，在静止轮椅时，可以伸出挡块阻止轮子运动，使之静止。

（2）在低速轴上设置一个制动片，刹车性能强，耐高温，摩擦系数稳定，磨损率低，噪音小，但只能起到及时性刹车，却不能固定。

5、轮椅座其高、深、宽取决于患者的体型，其材料质地也取决于病种，考虑到天气、湿度一般采用不锈钢，耐久使用，一般深为41、43cm，宽40、46cm，高45、50cm。

第3章传动机构的设计

3.1拟定传动方案的任务

轮椅的机器构造主要由电动机、传动装置和工作装置等构成。

传动装置位于原动机和工作装置之间，用来传递运动和动力，并可用以改变转速、转矩的大小或改变运动形式，以改变工作装置功能要求，传动装置的设计对整台机器的性能、尺寸、重量和成本都有很大的影响，因此应当合理地拟定传动方案。

根据轮椅的功能要求和工作条件，并确定各类传动机构的布置顺序以及各组成部分的连接方式。

传动方案的运动简图如图3.1所示:

图3.1运动简图

3.2选择传动机构类型

根据轮椅的工作条件有关要求，我们应考虑到工作机构的功能；对尺寸、重量的限制；环境条件；制造能力；工作寿命与经济性要求等。

有选择类型的基本原则可知：

（1）充分考虑提高传动装置的效率，以减小能耗、降低齿轮传动具有能保证瞬时传动比恒定；寿命长；结构紧凑，主要的是传动效率高。

（2）考虑到载荷变化不大，环境条件等因素，选择链传动，它没有弹性滑动和打滑现象，传动可靠，且能在高温、潮湿、多尘等条件下工作。

（3）上下楼过程中，传动要求严格，尺寸要求紧凑，转速比较轻，选用齿轮传动。

3.3选择电动机

轮椅的电动机的型号一般为DG-M4和DYW-60B,考虑到经济性及实用性，选择DG-M4比较合适。

表3.1

型号

额定功率

额定转速

额定负载

长

宽

高

DG-M4

144w

120r∕min

3.39N.m

305mm

125mm

123mm

电动机的输出功率Pd

η为从电动机至工作机主动轴之间的总效率，即：

η=η1η2η3

η1——电动机的效率

η2——高速机传动的效率

η3——低速机传动的效率

由表2—4查得：

电动机η1=0.9

滚子链传动η2=0.94

圆柱齿轮η3=0.96

则η=η1η2η3=0.9×0.94X0.96=0.81

故Pd=Pw/η=0.142/0.81=0.049KW

3.4传动装置总传动比和分配各级传动比

由表3.2常用机械传动的单级传动比推荐值

链传动i1=2圆柱传动i2=3

总传动比i=i1Xi2=6

表3.2常用机械传动的单级传动比推荐值

类型

平带传动

V带传动

圆柱齿