金属履带车-制造过程和随笔

alickyeti

大学里参加过一次挑战杯，拿了第三名，留下了不少遗憾。履带车被学校收去做教具了，随后，工作了7年，一直从事固体力学和流体力学做旋转机械，又想去做个爬楼的履带车回忆下以往的生活。
查了很多论文资料，图纸设计、力学计算全部完成，仿得是irobot的排爆。

一合计成本：
不怎么满意的履带3500（含带轮），满意的减震斜立径带轮加履带要5000以上，
24V无刷行星减速电机最差的要600一个，加上无刷电调也要800一个，如果才用控制板自己画板编程，还要购置不少辅助设备成本是无刷电调的两倍以上（不考虑时间耗费）。
摆臂设计要求较高，要套轴结构，机加工要外协，加上机壳折边定制，各种轴承配件，合计来最少2000元。
零零总总，一算大概要1w左右才能保证完成，当时老婆生小孩，自己身体有段时间不是很舒服，就停了3年。

alickyeti

最近一直上网看资料，无意中看新闻看到了irobot110

于是查了上官网查了资料发现尺寸为长250mmX宽230mm高110mm，重量2.5kg，最高时速1.5m/S，还能爬楼梯（又小又爬楼 这下点中我的G点了），
设计很紧凑，作为研发人员我知道，越大越难设计（结构强度和重量），同时，越小也越难设计（结构布置，重量控制）。
很幸运的是我找到了1：12的挖掘机金属履带：


履带宽度50mm，强度不用说，锌合金加锰，正常使用不会坏。缺点也是不用说的，皮实就是重，履带加带轮总重3kg；
irobot110侦查车履带加带轮又轻又好就是价格很贵，我买二手的挖掘机履带成本才300不到；不想花过多的钱在兴趣上，所以就将就吧。
后面发现车身重，给后面的设计制作留下了隐患。不过回头想想橡胶履带和带轮2000以上的成本，这点小困难不算啥。

sincere

哇！专业的！期待成品啊！加油

alickyeti

后面就果断买下履带后做设计方案呗；
技术规格书：
   尺寸：长270mm
         高70mm
         宽230mm
速度1m/S，履带驱动轮38元一个，直径小只有70mm，irobot110是100mm，速度只能低点了，3km每小时也不出了，定做轮子成本高不现实，大轮子重量也重。
总重理论计算初步定为10kg以内；
电机选型：一般履带系统内摩擦加外部滚动摩擦系数取为0.17（出处是各种论文加手册，国内也就毛估估的风格，详细的履带摩擦根据不同型号不同，我这里初算足够）。
       网页编辑麻烦： 以下计算不按国家标准，率性而为，自我看懂。
       平地行驶时电机扭矩：ML=F.R=0.17x10kgx0.035cm（驱动轮半径）=6KG.CM 单个电机3kg.cm
       30°坡行驶          M30=（F+msin30)=20kg.cm                       单个电机10kg.cm
       45°坡行驶          M30=（F+msin30)=30kg.cm                       单个电机15kg.cm
       60°坡行驶          M30=（F+msin30)=36kg.cm                       单个电机18kg.cm
翻身摆臂电机 MF=mxl=10kx11cm（车身减去轮径后一半长度）=110kg.CM多么可怕的数字，基本上买不到电机
查淘宝，便宜用有刷电机 DC12v

alickyeti

我的目标就是便宜，预算1200块，余下的钱买水果六，于是以前为了省钱而奋斗，省钱不能省性能，继续选电机；
基本做完后核算重量为8kg以内，所以10kg我是留了以后装机器手或其他外置的余量了

alickyeti

我的目标就是便宜，预算1200块，余下的钱买水果六，于是以前为了省钱而奋斗，省钱不能省性能，继续选电机；
基本做完后核算重量为8kg以内，所以10kg我是留了以后装机器手或其他外置的余量了

alickyeti

电机尺寸如上，反正转速50一个，红色为行驶电机额定12kg.cm，堵转80kg.cm，远大于行驶和爬跑要求，我认为爬坡30度为正常工况（12kg.cm>10kgkg.cm)，60度为极端工况参考堵转除以1.5的系数，就是(80/1.5>>18kg.cm)。总的来说余量足够了。
关于速度：
我第一次用金属履带，本来想用600RPM的电机后面觉得不放心，6km的速度太快了，怕扭矩不足还有履带会损坏，中间速度要订做，麻烦；而且店家都说不清楚扭矩是多少，300空栽的电机省心。

alickyeti

关于摆臂电机，就用蓝线的电机，40kg.cm的扭矩，可是设计要110kg.cm，种马办，只能加蜗轮蜗杆减速1:5,
可得：40x5x0.7（传动效率）=140kg.cm>110kg.cm.理论上没问题了，但后面留下了隐患。后面详细说这事。

alickyeti

今天到此为止，明天继续，先上几张进度图，别说我光说不干。

alickyeti

今天到此为止，明天继续，先上几张进度图，别说我光说不干。

目前进度

下面是出现问题后的简单分析计算，简单线性计算了一下，非线性上班忙没时间做，解决问题就可以了。明天继续下文。

双料王牌

智商不够用了，这3个电机驱动履带的原理还真没有看懂

180

电机貌似一个的是直行2个的是转弯不知理解对不求楼主科普

linko

望继续更新，也有兴趣制作

haizhilan

期待楼主的大作早日完成！

alickyeti

双料王牌 发表于 2015-3-24 11:17
智商不够用了，这3个电机驱动履带的原理还真没有看懂

第三个电机是摆臂电机 翻身和爬楼用的

alickyeti

双料王牌 发表于 2015-3-24 11:17
智商不够用了，这3个电机驱动履带的原理还真没有看懂

第三个电机是摆臂电机 翻身和爬楼用的

alickyeti

今天继续说下，制作方案的变化，和遇到的问题；
首先说明下第三个电机的作用是驱动翻身用的摆臂

                                     图一摆臂示意图
第二，最早的方案，为了承重轮，只用引导轮和驱动轮，就如上图所示；
下图二就是最早的方案，

                                      图二 最早方案
大家见谅，因为单位电脑涉密，不能拷出，手机相机又太次，图面差些；
从上图二看，整机高度只有72mm，减去履带高度，三个电机一布置，连放电池的空间都没，履带中间也放不进电池；（最终我的锂电池是放履带间隙里的）；
只能修改，增加承重轮做成菱形的，很像橄榄球，所以我索性叫他 Rugby了；
下图三为修改方案;

                                                  图三 最终方案
图纸随便画画的示意图，大家别当真，没时间细画，单边六个承重轮，两边12个撑起了履带；成本算运费126块，45号钢发黑处理，又重又费成本（超过10%的预算）。
没办法放，为了实现摆臂牺牲了太多了，后面有更大的问题呢，以后细表；
这下方案定了，履带+引导轮+驱动轮+承重轮+邮费（3kg）=360元，大家会发现履带车，最贵的就是履带系统，一般情况是这样的，你玩电子设备另计；

alickyeti

下一步就是履带轮的传动系统，因为是模型挖掘机履带系统，引导轮轴为6mm（大家注意6mm轴作为引导轮支撑足够了，单翻身却问题很大；）驱动轮轴为8mm；

因为为了节约成本，不采用机加工，采用钣金结构，所以，驱动轮采用锥齿轮2对合计50大洋，摆臂用进口蜗轮蜗杆一对，轴承，轴等杂七杂八250块左右吧。
电机3个150块；
下面介绍下机架结构，机架才用304拉丝不锈钢（单位做重器用习惯了），淘宝请了江苏的网店切得 210块，好心的店主赞一个；
切割cad图如下

为了减少尺寸错误，还有履带没有撑紧系统和避震系统（原因是不是很必要，成本高，空间不足）所以履带是组合结构长度不好估算，于是用纸板做模型放样




到货后安装图，因为怕铝合金刚度不够，容易滑牙全用不锈钢，出现的问题是不锈钢太重了，摆臂设计有点偏长，偏重了；下一节，专门讲设计难点摆臂。

alickyeti

补充下整个机架摆臂重1kg，要是我第二次做，我估计可以做到600g左右。

alickyeti

试运行了下，驱动轮部分有些噪音，其他都没问题，便宜齿轮电机的精度真心差；
但摆臂部分问题大发了；

由于工作中很少算齿轮类，所以没有对蜗轮蜗杆的敏感性，测试发现问题后，翻机械手册算了下，涡轮F1有210kg，轴向力有78kg，无论是2mm的摆臂电机机架，还是轴度无法承受，试运行时，蜗轮蜗杆直接因为主轴变形过大跳牙滑牙了；
懒得手算机架刚度和主轴刚度（解析解无法显示高度放心变形），用10分钟做个有限元计算，
现在问题方案如下图；

保守计算变形在3.5mm，结构设计出现严重问题，主要是没想到翻身的扭矩这么大；
再花5分钟；把6mm主轴和电机安装板连成一体，同时缩小蜗轮支撑距离到5cm；结果如下：

变形缩小到0.39，保守计算，不是工作，玩具而已所以计算不考虑非线性和螺栓预紧力等等，基本达到目的；
再加个上下钣金算下看效果如何，
网格的节操不能掉，必须六面体；



效果一般；6mm主轴和电机安装板相对位移改善不大；