【正文】 ??p =11；代入計(jì)算 d2 ≧ ，故耐磨性滿足要求。 所以校 驗(yàn)合格。 19 ③ 彎曲壽命系數(shù) 1eN =?108 ； 2eN =?108 ； K 1FN =K 2FN =。 1d =14mm； 2d ＝ 28mm； nm =m=1mm。 參數(shù)的修正 （ 1）動(dòng)載荷系數(shù) kv 小齒輪實(shí)際圓周速度 v1 = 100060 11?nd? = (534) 與初估 1v = /ms相符， vK 值無(wú)需修正。 (530) Z1 = iZZ ??1 21 =14，取 1z? 14，初選正確； Z2 =28。 (527) 從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應(yīng)力： ? ? ? ? 22 5 7 5 ( / )HH N m m???? 。 ⑤ 大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù) N2e = 1eN /i=? 810 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 1021） ② 大齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力 lim2H? ＝ 575 2/N mm 。 (523) d）縱向重合度 ?? ＝ 0。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 104） ④ 載荷分布系數(shù) K? 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 102） ② 動(dòng)載荷系數(shù) VK 。 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè) 計(jì)計(jì)算 因?yàn)槭擒淉X輪，故根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 d1 ? ? ?3 21 12 ?????????? H EHd ZZuukT ? (521) （ 1）齒數(shù)比 u=i=2。 15 標(biāo)準(zhǔn)齒輪 h*a =1， C? =；小齒輪的變?yōu)橄禂?shù) x= 1717 1Z? =；齒頂圓直徑da =Zm+2（ h*a +x） m；齒根園直徑 df=Zm2（ h*a + C? x） m；齒全高 h=（ 2 h*a + C? ）m。 (517) ? ?2F? = ? ?min22limFFNFS K? = ? =(N/mm2 )。 （ 3）許用彎曲疲勞應(yīng)力 ? ?F? = ? ?minlimFFNFS K? （ 516） ① (根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 1020)小齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 2lim 1 280 /F N mm? ? ，大齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 2lim 2 210 /F N mm? ? 。 彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 SaFanF YYmbdKT1 12?? （ 515） （ 1）基本尺寸 K=； 1T ＝ 300Nmm? ； 2T ＝ 600Nmm? 。 參數(shù)的修正 （ 1）動(dòng)載荷系數(shù) kv 小齒輪實(shí)際圓周速度 111 1 4 4 0 0 0 . 2 9 3 2 ( / )6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv m s? ? ??? ? ???。 （ 510） 121 141zzz i????，取 1z? 14，初選正確； Z2 =28。 （ 57） 從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應(yīng)力： ? ? ? ? 22 5 7 5 ( / )HH N m m???? 。 ⑤ 大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù) N2e = 1eN /i=?108 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 1021） ② 大齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力 lim2H? ＝ 575 2/N mm 。 （ 4）小齒輪轉(zhuǎn)矩 1 300(N )T mm??。（直齒） c）端面重合度12111 . 8 8 3 . 2 ( ) c o szz?????? ? ?????＝ 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 108） ③ 齒向載荷分布系數(shù) ? ? 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 107） （ 3）載荷系數(shù) AVK K K K K??? （ 52） ① 工況系數(shù) ? 。 圖 51 機(jī)架部分傳動(dòng)系統(tǒng)三維圖 I 級(jí)傳動(dòng)系齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 壽命要求和初步數(shù)據(jù) Ⅰ級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)扭矩 1 300T N mm??，高速軸轉(zhuǎn)速 1 400n rpm? ，傳動(dòng)比i=2，使用壽命為 30000 小時(shí)，工作時(shí)有輕度振動(dòng)。 帶入式 (45)可算出需要 輸入的切向力 F2 ? ?? NN , 。采用的是履帶中驅(qū)動(dòng)的同種電機(jī)，額定轉(zhuǎn)矩 300T N mm? ,額定輸出轉(zhuǎn)速為200rpm 。 由 (44),(45)， (47)可知，隨著能所適應(yīng)的管道半徑的減小，機(jī)架部分所需要的推力和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是逐漸增大的。 （ 47） 式中 ?為滾珠絲杠的螺母副的傳動(dòng)效率。 絲杠螺母所產(chǎn)生的切向力 F2 =F1 tan（ ??? ）。 12N N G?? （ 41） 隨著管道機(jī)器人在管內(nèi)移動(dòng)的距離的增加，或者在爬坡的時(shí)候，機(jī)器人可能由于自身重量所提供的附著力不夠時(shí)，導(dǎo)致打滑，這就需要管道機(jī)器人提供更大的牽引力來(lái)支持機(jī)器的行走。摩擦系數(shù)由材料和接觸條件決定，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整。 在 42中，當(dāng) 00[15 ,80 ]?? 時(shí)，機(jī)架適應(yīng)管道半徑的范圍在 ?? mm323,196 。 圖 41 機(jī)架部分三維圖 機(jī)架 部分的功能和結(jié)構(gòu) 機(jī)架部分的主要功能為支撐在管道內(nèi)行走的管道機(jī)器人，使履帶行走系能緊密的貼在管道壁面，產(chǎn)生足夠的附著力，帶動(dòng)管道機(jī)器人往前行走。 攝象頭： CCD 探頭，具體尺寸可選。 綜合以上幾點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多方查閱資料。以最小管徑 200mm 作為尺寸控制的參數(shù)，履帶行走機(jī)構(gòu)的高度 50mm，所用電動(dòng)機(jī)直徑大約 20mm。 5 第 2章 管道探傷機(jī)器人的要求指標(biāo) 根據(jù)所要設(shè)計(jì)內(nèi)容管道探傷機(jī)器人的初步構(gòu)想如圖 21 所示。盡管某些科研單位己經(jīng)研制出了幾種功能樣機(jī)，但它們只能對(duì)空管道進(jìn)行檢測(cè)，難以滿足工程上的要求。 從上世紀(jì) 50 年代起，為了滿足長(zhǎng)距離管道的自動(dòng)清理及檢測(cè)的需求，英、美等國(guó)相繼開展了這方面的研究，其最初的成果是在 1965 年，美國(guó) Tuboscope 公司采用漏磁檢測(cè)裝置 Linalog 首次進(jìn)行了管內(nèi)檢測(cè)，盡管當(dāng)時(shí)尚屬于定性檢測(cè)，但具有劃時(shí)代的意義。近幾十年來(lái)，核工 4 業(yè)、石油工業(yè)的迅猛發(fā)展為管道探傷機(jī)器人提供了廣闊的應(yīng)用前景。因此，管道的維護(hù)管理、泄漏的檢測(cè)、保障管道安全運(yùn)行已成為界上重要的研究課題并日益受到重視。 既然管道在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中有著如此廣泛的應(yīng)用，其安全運(yùn)行問題也越來(lái)越受到人們的重視。因此，人們?cè)絹?lái)越多地把焦點(diǎn)放到管道探傷機(jī)器人身上。axle. 3 第 1 章 引言 隨著城市化和工業(yè)化步伐地不斷加快，管道作為一種運(yùn)輸工具在人們的生活和工作中出現(xiàn)的頻率越來(lái)越高。本設(shè)計(jì)采用 SG27ZYJ 直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，電動(dòng)機(jī)輸出軸和減速器的高速軸通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接，通過(guò)減速器輸出比較慢的轉(zhuǎn)速，輸出軸通過(guò)主動(dòng)輪帶動(dòng)履帶是機(jī)器人在管道中前進(jìn)或后退。 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)有：運(yùn)行阻力的計(jì)算、電動(dòng)機(jī)的選擇、減速比的計(jì)算、齒輪強(qiáng)度的計(jì)算、軸強(qiáng)度的計(jì)算、四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。track。管道在使用的過(guò)程中，由于環(huán)境條件的影響，必定會(huì)造成一定的腐蝕和損壞，如果不及時(shí)修理，必定會(huì)造成資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染。本課題中所研究的管道探傷機(jī)器人也是應(yīng)用在特殊作業(yè)環(huán)境下的一類特種機(jī)器人，其可以沿管道內(nèi)壁行走，通過(guò)攜帶的機(jī)電儀器，能夠完全自主或在人工協(xié)助下完成特定的管道作業(yè)，包括管道腐蝕程度、裂紋、焊接缺口的探傷檢測(cè)，以及對(duì)焊接縫防腐補(bǔ)口等處理。然而由于管道埋地較深，通過(guò)常規(guī)的巡線檢測(cè)方法很難步到泄漏點(diǎn)，另外長(zhǎng)輸管道距離長(zhǎng)，沿途多為荒漠、沼澤或河流，而檢測(cè)方法多為人工定期巡檢，這都限制了泄漏檢測(cè)與定位的實(shí)時(shí)性 ,準(zhǔn)確性。 管道探傷機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 管道探傷機(jī)器人是目前智能機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一。目前，各國(guó)的研究學(xué)者已經(jīng)研制出了滿足不同需要的管道探傷機(jī)器。各種管道探傷機(jī)器人仍在研究中，成熟的產(chǎn)品尚未開發(fā)出來(lái)。 （ 2）管道探傷機(jī)人履帶移動(dòng)部分的研究 該部分主要是由減速器、驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪、履帶組成，驅(qū)動(dòng)輪主要是帶動(dòng)履帶轉(zhuǎn)動(dòng)，履帶和管道接觸產(chǎn)生移動(dòng)。 考慮到整個(gè)機(jī)構(gòu)適用于 200~300mm 管徑的管道內(nèi)部探傷，因而整體尺寸受到嚴(yán)格限制，進(jìn)而 限定了電動(dòng)機(jī)的尺寸。最后由于設(shè)計(jì)要求中規(guī)定了每分鐘的行程，所以電動(dòng)機(jī)應(yīng)該轉(zhuǎn)速適中，既與整個(gè)電機(jī)的功率和扭矩相匹配，又能滿足行進(jìn)速度的要求。 圖 31 上圖為電動(dòng)機(jī)實(shí)物參考圖 配件選用 根據(jù)探傷機(jī)器人的要求以及目前市場(chǎng)所有的相關(guān)配件種類本裝置應(yīng)選擇配件為： 蓄電池 : 12V, 9000mAh。 7 第 4章 機(jī)架部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)圖 21的設(shè)想知機(jī)架部分的初步構(gòu)想圖如圖 41所示。 機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，滾珠絲杠直接安裝在調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上，絲杠螺母和筒狀壓力傳感器以及軸套之間用螺栓固定在一起，連桿 CD 的一端 C和履帶架鉸接在一起，另一端 D 鉸接在固定支點(diǎn)上，推桿 MN與連桿 CD 鉸接在 M點(diǎn)，另一端鉸接 8 在軸套上的Ⅳ 點(diǎn)，連桿 AB、 BC和 CD 構(gòu)成了平行四邊形機(jī)構(gòu)，機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)輪子安 裝在輪軸 B、 C上，軸套在圓周方向相對(duì)固定．其工作原理為：調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由于絲杠螺母在圓周方向上相對(duì)固定，因此滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)絲杠螺母沿軸線方向在滾珠絲杠上來(lái)回滑動(dòng)，從而帶動(dòng)推桿 MN運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)連桿 CD繞支點(diǎn) D轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿 CD 的轉(zhuǎn)動(dòng)又帶動(dòng)了平行四邊形機(jī)構(gòu) ABCD平動(dòng)，從而使管道檢測(cè)機(jī)器人的平行四邊形輪腿機(jī)構(gòu)張開或者收縮，并且使履帶部分始終撐緊在不同管徑的管道內(nèi)壁上，達(dá)到適應(yīng)不同管徑的的．調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，也同時(shí)推動(dòng)其余對(duì)稱的 2組同步工作．筒狀壓力傳感器可以間接地檢測(cè)各組驅(qū)動(dòng)輪和管道內(nèi)壁之間 的壓力和，保證管道檢測(cè)機(jī)器人以穩(wěn)定的壓緊力撐緊在管道內(nèi)壁上，使管道檢測(cè)機(jī)器人具有充足且穩(wěn)定的牽引力。附著力主要與履帶對(duì)管壁的正壓力和摩擦系數(shù)有關(guān)。因此，管道機(jī)器人在行走過(guò)程中，最多只有兩個(gè)履帶承受壓力，即其頂部的壓力為零 (如圖 42所示 )。 將各個(gè)履帶由于重力而產(chǎn)生的作用反力定義為 N? ,由附加正壓力所產(chǎn)生的作用反力定義為 P? ，絲杠螺母桿的推力為 F ，由力平衡原理可得： （ ? ?? PN ） cot? =F1 （ 42） 由 Lsin? +h1 +h=R得 cot? =1212 )(hhR hhRL ?? ??? （ 43） 絲杠螺母需施加的推力 F1 為： F1 =（ ? ?? PN ）1212 )(hhR hhRL ?? ??? （ 44） 式中 L、 R、 h、 h1 如圖 42所示。 電機(jī)需要輸出的扭矩為 T=F2 ? 22d /? 。 (48) 式中 ? 2 為履帶的附著系數(shù)，近似于摩擦系數(shù)，因管道內(nèi)部環(huán)境條件，故按油潤(rùn)滑條件來(lái)取值 u2 =。估算 P? 的范圍在 [0,50 ]N之間。 由式 （ 46） 計(jì)算 tan（ ??? ） =。 11 第 5 章 機(jī)架部分傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)管道機(jī)器人在管道中的運(yùn)行，傳 動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)速不宜過(guò)高，所以總傳動(dòng)比： i=4 ；Ⅰ級(jí)傳動(dòng)比： i=2；Ⅱ級(jí)傳動(dòng)比： i =2，傳動(dòng)部分的初步構(gòu)想如圖 51所示。 12 （ 2）齒寬系數(shù) d? ：直齒取 d? ＝ 。 vK ＝ 1。 b）螺旋角 0?? 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 10－ 9） ⑤ 載荷系數(shù) K＝ 。（標(biāo)準(zhǔn)直齒） （ 7）許用接觸疲勞應(yīng)力 ?