【正文】 ? = ? =(N/mm2 )。 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 ca? =A1 212 43 ?????????dTF≦ ??? （ 540） 式中 Fmax =； Tmax = mm； A=4?（ d20 — d20 ）； ? ?? =4s? = 4640 =160mpa；ca? =??? 故強(qiáng)度滿足要求。同時(shí)，在管道內(nèi)行走的穩(wěn)定性和越障性能 22 上，履帶式行走系的總體性能要優(yōu)與輪式行走系。 履帶傳動機(jī)構(gòu)可 用類似同步帶傳動機(jī)構(gòu)代替。其中模數(shù) 2m? ,齒數(shù) 65bz ? ,帶寬 115sb? (此為最大的帶寬，廠方可根據(jù)客戶的要求進(jìn)行切割 )，履帶中帶寬 26sb mm? 。 單位帶寬 ,單位長度的質(zhì)量 3 1 12 .4 1 0bm kg m m m? ? ??? ；由 Fc =mb v2 =103? ；可求得 bs ? ?? 31 10?? vFFk p caz； 履帶帶寬 bs =26；符合帶寬要求。 25 第 7章 行走系中傳動系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)器人不宜行走過快，所以選用總傳動比： i=；Ⅰ級傳動： ? ；Ⅱ級傳動： i=；Ⅲ級傳動： i=，行走系初步構(gòu)想圖如圖 71所示。 取小齒輪齒數(shù) 1z ＝ 20；初估小齒輪圓周速度 1v ＝ 。 （ 4）小齒輪轉(zhuǎn)矩 1 300(N )T mm??。 ⑤ 大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù) N2e = 1eN /i = 108 。 參數(shù)的修正 （ 1）動載荷系數(shù) kv 小齒輪實(shí)際圓周速 度 111 2 0 4 0 0 0 . 4 1 8 ( / )6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv m s? ? ??? ? ???。 （ 4）許用彎曲疲勞應(yīng)力 ? ?F? = ? ?minlimFFNFS K? （ 712） ① 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? ? 。 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 因?yàn)槭擒淉X輪，故按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算，按彎曲疲勞強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算。（根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 108） ③ 齒向載荷分布系數(shù) ? ? 。 （ 4）小齒輪轉(zhuǎn)矩 1 450(N )T mm?? 31 （ 5）材料彈性系數(shù) ? 。 ⑤ 大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù) N2e = 1eN /i = 810 。 （ 2）載荷系數(shù) K 及其他參數(shù)均未變，均無需修正。 33 ? ?2F? = ? ?min22limFFNFS K? = ? =(N/mm2 )。 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 因?yàn)槭擒淉X輪，故按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算，按彎曲疲勞強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 d1 ? ? ?3 21 12 ?????????? H EHd ZZuukT ? （ 728） （ 1）齒數(shù)比 u=i= （ 2）齒寬系數(shù) d? ：直齒取 d? ＝ 。 b）螺旋角 0?? 。標(biāo)準(zhǔn)直齒 （ 7）許用接觸疲勞應(yīng)力 ? ?H? ＝ ? ?minlimHHNHS K? （ 731） ① 小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力 lim1H? ＝ 720 2/N mm 。 （ 733） 大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力： ? ?2H? = ? ?min2lim2HHHNSK ? = =575(N/mm2 )。 b=5mm； 1d =16mm； 2d ＝ 40mm； nm =m=1mm。小齒輪實(shí)際圓周速度 v1 = 100060 11?nd? = 100060 ???? =（ m/s）與初估 1v = /ms相符， vK 值無需修正。 （ 732） 1n ＝ 166 r/min； J=1； Lh =30000h； 1eN ＝ 810 。 ⑤ 載荷系數(shù) K＝ 。 vK ＝ 1。 （ 727） 因?yàn)?11[]FF??? ； 22[]FF??? ；所以校驗(yàn)合格。 （ 2）齒形系數(shù)和應(yīng)力校 正系數(shù) 小齒輪齒形系數(shù) 1 ? ，大齒輪齒形系數(shù) Y2F = 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 =。 （ 721） 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） ③ 最小許用接觸安全系數(shù)。（直齒） c）端面重合度12111 . 8 8 3 . 2 ( ) c o szz?????? ? ?????＝ 。 AVK K K K K??? （ 716） ① 工況系數(shù) ? 。 （ 714） 29 11 1 12 2 3 212 2 224( 1 0 .5 ) 14 * 1 .0 1 * 3 0 0 * 2 .6 5 * 1 .5 80 .3 * ( 1 0 .5 * 0 .3 ) * 2 0 1 .5 13 2 .4 7 /F Fa saRRKTYYz m uN mm?????????? 22 2 22 2 3 222 2 224( 1 ) 14 * * 450 * * * ( 1 * ) * 30 * 1 /F F a saRRKTYYz m uN m m?????????? 因?yàn)? 11[]FF??? ； 22[]FF??? ；所以校驗(yàn)合格。 28 彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算12 2 3 214 []( 1 0 . 5 ) 1F F a s a FRRKT YYz m u???????? （ 79） （ 1）已知數(shù)據(jù) K=； 1T ＝ 300Nmm? ； 2T ＝ 450 Nmm? 。 (77) 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 。 b）螺旋角 0?? （直齒） c）端面重合度12111 . 8 8 3 . 2 ( ) c o szz?????? ? ?????＝ 。 （ 2）齒寬系數(shù) d? ：直齒取 d? ＝ 。 求作用在帶輪軸上的切向力 F 模數(shù)制同步帶輪： Ft =vp1 = =F maxe 。 23 求大小帶輪基準(zhǔn)直徑 取 1240d d mm?? 。 同步帶按齒形可分為梯形齒和圓弧形齒兩種。 履帶按材料可分為金屬履帶，金屬橡膠履帶和橡膠履帶。 當(dāng)電機(jī)的驅(qū)動力足夠大的時(shí)候，牽引力 eF : eeFN?? 其中 eN 為履 帶與管道壁面接觸的正壓力。 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。 （ 2）齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) 小齒輪齒形系數(shù) 1 ? ，大齒輪齒形系數(shù) 2 ? （根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 105） 小齒輪應(yīng)力校正系數(shù) 1 ? ，大齒輪應(yīng)力校正系數(shù) 2 ? 。 (531) 18 于是 1d ＝ 1mz ＝ 14mm； 2d ＝ 2mz ＝ 28mm。 ⑥ 大、小齒輪接觸壽命系數(shù) k 1HN =k 2HN =1。（直齒） e）總重合度 ? ? ?? ? ???＝ ； K? ＝ 。 取小齒輪齒數(shù) 1z ＝ 14；初估小齒輪圓周速度； 1v ＝ 。 根據(jù)上述計(jì)算，齒輪數(shù)據(jù)如表 51。 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。 （ 514） 與初估 1v = /ms相符， vK 值無需修正。 （ 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。（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??。 （ 53） d）縱向重合度 ?? ＝ 0。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 102） ② 動載荷系數(shù) VK 。 帶入式 （ 47） 可計(jì)算出所需要的轉(zhuǎn)矩為 T? ?? , 。因此，選擇機(jī)器人能所適應(yīng)的最小管道半徑R=100mm做力學(xué)分析，可以保證大管徑時(shí)管道機(jī)器人的強(qiáng)度和剛度條件。 （ 45） 其中 ? =arctan dpn? ； ?? arctanu1 。履帶對管壁的正壓力與機(jī)器人重量有關(guān)，但通過管徑適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，可以在不同管徑下提供附加正壓力，改變附著力，從而在一定 9 范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)牽引力的動態(tài)調(diào)整。 為了適應(yīng)不同直徑管道的檢測，管道檢測機(jī)器人通常需要具備管徑適應(yīng)調(diào)整的機(jī)架機(jī)構(gòu)，即主要有兩個(gè)作用：① 在不同直徑的管道中能張開或收縮，改變機(jī)器人的外徑尺寸，使機(jī)器人能在各種直徑的管道中行走作業(yè)；② 可以提供附加正壓力增加機(jī)器人的履帶與管道內(nèi)壁間的壓力，改善機(jī)器人的牽引性能，提高管內(nèi)移動檢測距離。決定采用一下型號的電動機(jī)：型號： SG27ZYJ；額定功率： 10W 12V DC；額定 轉(zhuǎn)速度： 400rpm；額定轉(zhuǎn)矩： 300Nmm。 圖 21 管道探傷機(jī)器人三維圖 管道探傷機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo) (依據(jù)現(xiàn)代管道機(jī)器人技術(shù) ) 行走速度： minm 自重 : 6kg 凈載重： 11kg 機(jī)身尺寸： 351mm?155mm?155mm 自適應(yīng)管道半徑范圍： 200mm 300mm 越障能力： 2mm 5mm 爬坡能力 ： 150 工作電壓： 12V 一次性行走距離： 2500m 牽引力 : 300N 400N 密封性能： 履帶密封，機(jī)架半開放 管道探傷機(jī)器人的工作指標(biāo) (依據(jù)現(xiàn)代管道機(jī)器人技術(shù) ) 工作環(huán)境： 中性液體環(huán)境，液面高度不得高于 30mm 工作溫度 ： 00 500 6 第 3 章 元器件選用 電動機(jī)的選用 本設(shè)計(jì)采用圓周三點(diǎn)限位支架，三個(gè)履帶行走構(gòu)件相互獨(dú)立，因而需要提供三個(gè)相同的電動機(jī)分別驅(qū)動各個(gè)履帶。 我國從 20 世紀(jì) 90 年代初期，開始了管道探傷機(jī)器人的研發(fā)工作，國內(nèi)較 早進(jìn)入該研究領(lǐng)域的有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、大慶油建公司、中國石油天然氣管道局等單位。 管道探傷機(jī)器人作為一類特種機(jī)器人，正是在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，管道探傷機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)在于它不僅具有探傷質(zhì)量高、作業(yè)速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且使操作檢測人員免受大劑量射線的輻射之苦。 管道探傷機(jī)器人設(shè)計(jì)背景及意義 隨著交通、石油、化工以及城市建設(shè)的飛速發(fā)展，管道作為一種經(jīng)濟(jì)、高效的物料長距離運(yùn)輸手段而倍受