多功能电动载物爬楼助力装置设计.docx

摘要:本装置是一个多功能型的电动载物爬楼助力装置，它是为了解决中高楼层的居民(尤其是腿脚不便的人)脚力上下楼携带了重物以后难以爬楼的问题的，同时还可以减轻物流人员的物品搬运的负担。既可以爬楼越阶，又能够平路行走的电动助力装置。

本设计首先对国内外市场上现有的载物爬楼的装置进行了简要分析，指出了它们的不足之处。然后基于大家对装置的功能需求，提出了一种适合多种人群使用的，多功能两用爬楼装置的设计方案，并根据设计方案对小车的机械结构组成和控制程序进行了分析，同时还对小车的爬楼速度、小车爬楼驱动力矩以及强度校核进行了计算。最后，基于Creo3.0 平台进行了整车运动仿真，并对关键零件受力分析。

主要完成工作如下：

(1)对多功能电动载物爬楼装置调研，比较不同的方案，确定最终方案。

(2)详细设计多功能电动载物爬楼装置的机械传动系统和程序控制系统。

(3)基于Creo完成装置的三维模型的装配，并检验是否干涉，最后进行运动仿真。

(4)基于ANSYS对主要零件进行了静力学分析，验证设计的结构受力是否合理。

(5)在上述条件都满足的情况下上，进行整体制作，并实地测试装置可行性。

结果表明：在负载情况合理的情况下，本装置无运动干涉，材料刚度和强度均满足要求。是以本作品多功能电动载物爬楼助力装置能够保证安全，且具有较快的路行速度的能力，足够达到无电梯公寓楼中的既要快速行驶又要安全载物爬楼的需要。

关键词 载物装置；多功能；爬楼；结构设计

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 选题背景-1

1.2 国内外研究现状-1

1.2.1 履带式-1

1.2.2 轮组式-2

1.2.3 步进式-2

1.2.4 腿足式-3

1.3 研究意义-3

2 总体方案设计-5

2.1 设计要求-5

2.2 类型选择-5

2.3 确定结构-5

2.3.1 机械结构-5

2.3.2 电子控制元件-6

3 机械结构设计-8

3.1 车架-8

3.2 扶手-8

3.3 车轮连接-9

3.4 支撑板-9

3.5 传动机构-10

4 驱动系统设计-12

4.1 驱动电机的选择-12

4.1.1 受力分析-12

4.1.2 电机选型-12

4.2 步进电机驱动原理-13

4.3 减速机的选择-14

4.4 蓄电池的选择-14

4.5 传动轴的运动-15

4.5.1 各轴转速-15

4.5.2 各轴的输出功率-15

4.5.3 各轴的转矩-15

4.5.4 动力参数整合-15

5 机械结构计算与校核-16

5.1 齿轮设计-16

5.1.1 选择齿轮精度等级、材料、热处理、齿面硬度、传动比及齿数-16

5.1.2 按齿面接触疲劳强度设计计算-16

5.1.3 确定齿轮传动的参数和尺寸-18

5.1.4 校核齿根弯曲疲劳强度-19

5.2 轴的设计-20

5.2.1 轴的功用和分类-20

5.2.2 受力轴的校核分析-20

5.2.3 传动II轴的计算与校核-22

5.3 轴承校核-23

6 关键零件静力学分析-25

6.1 ANSYS简介-25

6.2 ANSYS操作界面-25

6.3 详细分析步骤-26

6.3.1 导入模型-26

6.3.2 添加材料库-26

6.3.3 添加模型材料属性-26

6.3.4 划分网格-27

6.3.5 施加载荷和约束-28

6.3.6 结果后处理-28

6.4 分析报告-30

7 控制系统设计-31

7.1 电动机的连线-31

7.2 单片机控制原理-31

7.2.1 程序原理图-31

7.2.2 程序编译-32

8 总装-33

8.1 三维模拟-33

8.2 实物装配-34

结论-35

致谢-36

参考文献-37

附录-39

附录1单片机控制程序-39