【正文】 Z1 = iZZ ??1 21 =14，取 1z? 14，初選正確； Z2 =28。 1d =14mm； 2d ＝ 28mm； nm =m=1mm。 所以校 驗(yàn)合格。管道機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在管內(nèi)行走必須滿足機(jī)器人移動(dòng)載體對(duì)管壁的附著力 ,既牽引力 eF ，大于移動(dòng)載體的阻力 fF ： efFF? 。履帶行走系的裝置包括履帶 ,驅(qū)動(dòng)輪，張緊機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件，張緊緩沖裝置 (本設(shè)計(jì)中將此機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)架上 )組成。同時(shí)，由于不是靠摩擦傳遞動(dòng)力，帶的預(yù)張緊力可以很小，因此作用于軸和軸承上的力也就很小。 選普通 V 帶型號(hào) 因?yàn)橛糜诼膸鲃?dòng)，所以根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3 表 87得 AK ＝ ； cP ＝ AIKP＝ ； 模數(shù)制同步帶產(chǎn)品： 2 6 5 1 1 5bsm z b? ? ? ? ?節(jié)線長(zhǎng)度 mm? 。 （ 66） 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 12178 可得許用壓強(qiáng) 22 N mm ?? 。 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)推薦，按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 2231 24 ()(1 0 . 5 ) [ ]EHd d HK T Z Zd u? ? ?? ? (71) 26 （ 1）齒數(shù)比 u=i=。 ④ 載荷分布系數(shù) K? a）大齒輪齒數(shù) 21z iz? ＝ 20＝ 30；取 2z ＝ 30。標(biāo)準(zhǔn)直齒 （ 7）許用接觸疲勞應(yīng)力 ? ?H? ＝ ? ?minlimHHNHS K? (74) ① 小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力 lim1H? ＝ 720 2/N mm 。 (76) 大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力： ? ?2H? = ? ?min2lim2HHHNSK ? = =575(N/mm2 )。 （ 3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不變。 （ 713） ? ?2F? = ? ?min22limFFNFS K? = ? =(N/mm2 )。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 107） （ 3）載荷系數(shù) 。 b）螺旋角 0?? 。（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 。 （ 720） 大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力： ? ?2H? = ? ?min2lim2HHHNSK ? = =575(N/mm2 )。 b=5mm； 1d =12mm； 2d ＝ 30mm； nm =m=1mm。 （ 726） 2F? =nmbdKT112 Y 2sa Y 2Fa = ?? ?? =。 取小齒輪齒數(shù) 1z ＝ 16；初估小齒輪圓周速度 1v ＝ 。（直齒） e）總重合度 ? ? ?? ? ???＝ ； K? ＝ 。 ④ 小齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù) N1e =60n1 jLh 。 參數(shù)的修正 （ 1）動(dòng)載荷系數(shù) vK 。 （ 2）齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 1021） 小齒輪齒形系數(shù) 1 ? ，大齒輪齒形系數(shù) Y 2F = 小齒輪應(yīng)力校正系數(shù)1 ? ，大齒輪應(yīng)力校正系數(shù) Y 2Sa =。 （ 734） 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???? 。（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 。（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 表 107） （ 3）載荷系數(shù) AVK K K K K??? （ 729） ① 工況系數(shù) ? 。 （ 724） ? ?1F? = ? ?min11limFFNFS K? = ? =(N/mm2 )。 （ 3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不變。 ⑥ 大、小齒輪接觸壽命系數(shù) k 1HN =k 2HN =1 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 106） （ 6）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ? 。（根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 104） ④ 載荷分布系數(shù) K? 。 d1 ? ? ?3 21 12 ?????????? H EHd ZZuukT ? （ 715） （ 1）齒數(shù)比 u=i=。 ② 最小許用彎曲安全系數(shù) 保失效概率 1/100? ，選擇最小安全系數(shù) ? ? ? ?m in 1 m in 2 1FFSS??.3。 （ 78） 與初估 1v = /ms相符， vK 值無需修正。 ⑥ 大、小齒輪接觸壽命系數(shù) k 1HN =k 2HN =1 。 （ 5）材料彈性系數(shù) ? 。 vK ＝ 1。 圖 71 行走系傳動(dòng)系統(tǒng)的三維圖 Ⅰ級(jí)圓錐齒輪傳動(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)直齒錐齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)扭矩 1 300T N mm??，高速軸轉(zhuǎn)速 1 400n rpm? ，傳動(dòng)比 ? ，使用壽命為 30000 小時(shí)，工作時(shí)有輕度振動(dòng)。 剪切應(yīng)力驗(yàn)算 ? d smPmb z v? ?= 11 ???? =(N/mm2 ) （ 65） 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 121 可得許用剪切應(yīng)力 20 .5 0 .8p N mm? ?? 可得 p??? 符合剪切應(yīng)力的要求。為了增大履帶的接觸地面的摩擦力，將另一段帶的背面和在帶輪上的 帶的背面用強(qiáng)力膠水粘和。同步帶傳動(dòng)是靠帶上的齒和帶輪的齒相互嚙合來傳動(dòng)的，因此工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，能獲得準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。因此，本次機(jī)械設(shè)計(jì)采用履帶式行走系的模塊設(shè)計(jì)。 21 第 6章 履帶行走系設(shè)計(jì) 履帶行走系的初步構(gòu)想圖如圖 61所示。 (537) ? ?2F? = ? ?min22limFFNFS K? = ? =(N/mm2 )。 （ 3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不變。 (528) 中心距 a? 21d (1+i)=21 ?14?（ 1+2） =21mm 圓整為 a=21mm。 ④ 小齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù) N1e =60n1 jLh 。 b）螺旋角 0?? 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 107） （ 3）載荷系數(shù)。 (519) 2F? =nmbdKT112 Y 1Fa Y 2Fa =（ N/mm2 ）。 （ 2）齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 105） 小齒輪齒形系數(shù) 1 ? ，大齒輪齒形系數(shù) 2 ? 。 （ 512） 齒寬 1 0 .8 1 4 1 1 .2 ( )db d m m?? ? ? ?。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 1019） 小齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力： ? ?1H? = ? ?min1lim1HHHNSK ? = =720（ N/mm2 ）。 （根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 106） （ 6）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ? 。 a）大齒輪齒數(shù) 21z iz? ＝ 2 14＝ 28 取 2z ＝ 28。 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 軟齒輪，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 ? （ 51） （ 1）齒數(shù)比 u=i=。 帶入式 (44), 由 [0,50 ]PN?? ， 可 算 出 所 需 要 的 推 力 F 的范圍為?? NN , 。 10 以符號(hào) eF 表示機(jī)器人的提供的牽引力，當(dāng)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力足夠大的時(shí)候，牽引力 eF 為： Fe =（ ? ?? PN ） u2 。 通過遠(yuǎn)程控制可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩 T 帶動(dòng)絲杠螺母相對(duì) 轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生推動(dòng)力 F 推動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，使得各組履帶壓緊貼在管道內(nèi)壁，產(chǎn)生附加的正壓力 P 。當(dāng)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力足夠大時(shí)，機(jī)器人所能提供的最大牽引力等于附著力。雙頭白光二級(jí)管探照光源。 出于零件之間相互通用的設(shè)計(jì)理念， 4個(gè)電機(jī)都是統(tǒng)一規(guī)格、同種型號(hào)。本課題 將在以下兩個(gè)方面開展研究工作 （ 1）管道探傷機(jī)人機(jī)架的研究 機(jī)架是主要有四桿機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)螺桿以及減速器組成，四桿機(jī)構(gòu)保證機(jī)器人可以在一定范圍不同直徑的管道內(nèi)均能使用，傳動(dòng)螺桿保證四桿機(jī)構(gòu)能夠達(dá)到所需要的位置，減速器保起到緩沖和提 高精度的作用。從 20世紀(jì) 70年代起，國(guó)內(nèi)外許多研究人員就針對(duì)管道探傷機(jī)器人提出了大量的設(shè)計(jì)方案并對(duì)其能夠?qū)崿F(xiàn)的功能進(jìn)行不斷地補(bǔ)充和完善，這些研究成果對(duì)管道探傷機(jī)器人的技術(shù)改進(jìn)和應(yīng)用場(chǎng)合的擴(kuò)展起到巨大的推動(dòng)作用。如果 能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并確定泄漏點(diǎn)，就能有效地減輕泄漏事故造成的損失和危害。因此，在工業(yè)和生活領(lǐng)域，管道起到了舉足輕重的作用。 1 摘 要 管道機(jī)器人的運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要由減速器、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、傳動(dòng)軸和一些連接件組成。管道不僅能完成一些 特定物料地傳送，而且具有可靠性高、運(yùn)輸安全、方便。一旦管道破損，僅維護(hù)搶修的成本巨大，從中泄露的物質(zhì)會(huì)對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境及人類生命安全造成威脅。由于大量地下、海底管線的維護(hù)需要刺激了管道探傷機(jī)器人的研究。 本文研究的主要內(nèi)容 本文根據(jù)直線電機(jī)的工作原理及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以直流電機(jī)為移動(dòng)動(dòng)力的管道探傷機(jī)器人。同時(shí)作為履帶機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來源，此電動(dòng)機(jī)亦應(yīng)當(dāng)達(dá)到足夠的功率輸出，否則將必然無法與設(shè)計(jì)要求匹配。 1200 范圍內(nèi)可以探視。參考常見的管道運(yùn)輸直徑范圍 (Ref2),設(shè)計(jì)的管道機(jī)器人可滿足成品油管的管道直徑的要求 機(jī)架部分的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 42所示 Raduis履帶?R1=200mmR2=325mm 圖 42 絲杠螺母自適應(yīng)機(jī)構(gòu)圖 機(jī)架部分的力學(xué)特性分析 對(duì)于履帶式驅(qū)動(dòng)方式的管道機(jī)器人，牽引力由運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力以及履帶與管壁附著力決定。利用管道機(jī)器人自適應(yīng)管徑的平行四邊形絲杠螺母機(jī)構(gòu)，可提供附加的正壓力以增加管道機(jī)器人的附著力。查表知： u1 =； ?=80%。 由設(shè)計(jì)的尺寸可得 h=23mm,h1 =51mm， L=88mm， L1 =L2 = ,ph =3mm， d1 /2=11mm 由式 (43)可算出 cot? =。 選用材料 小齒輪 40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)， 1 270H HB? ；大齒輪 45鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)， 2 250H HB? ； 齒面粗糙度 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 104） ④ 載荷分 布系數(shù) K? 。 （ 5）材料彈性系數(shù) ? 。 ⑥ 大、小齒輪接觸壽命系數(shù) k 1HN =k 2HN =1。 （ 511） 于是 1d ＝ 1mz ＝ 14mm； 2d ＝ 2mz ＝ 28mm。 b=； 1d =14mm； 2d ＝ 28mm； nm =m=1mm。 (518) 1F? =nmbdKT112 Y 1Fa Y 2Fa = 11412 ?? ?? ??=(N/mm2 )。 （ 2）齒寬系數(shù) d? ：直齒取 d? ＝ 。 a）大齒輪齒數(shù) 21z iz? ＝ 2 14＝ 28 取 2z ＝ 20。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 1021） ③ 最小許用接觸安全系數(shù) ,設(shè)失效概率 ?1/100 ? ? ? ?m in m in 1 .0 0HFSS??。 （ 8）中心距 a ，小、大齒輪的分度圓直徑 12,dd，齒寬 12,bb和模數(shù) m d 1min = ? ?3 21 12 ?????????? H EHd ZZuukT ?＝ 取 14mm。 （ 2）載荷系數(shù) K 及其他參數(shù)均未變，均無需修正。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 1018） ? ?1F? = ? ?min11limFFNFS K