【文章內(nèi)容簡介】 1 0 1 4 . 7 5 3 . 5 0 . 9 7 1 6 . 1 5 . 1 8 . 7 3 0 .dT T i N m N m?? ? ? ? ? ? ? ? 22 1 1 2 1 6 . 1 5 0 . 9 9 1 5 . 8 2 9 .T T i N m?? ? ? ? ? ? 所以所選的電機(jī)符合條件。 此測量裝置在 500mm/min 的速度下前進(jìn)，速度比較低。初選車輪直徑為 40mm 則此時車輪的角速度以及減速后最終的角速度為： ω =60v/(π179。 d)=60179。 500/179。 40179。 60=由于電機(jī)的初速度為 14 r/min，由傳動比公式 i=14/w=14/= 所以傳動比 i= 我選用直齒圓錐齒輪來傳遞能量和動力。因為其可以實現(xiàn)兩相交軸之間的傳動。 錐齒輪設(shè)計、制造及安裝均較簡單，用于低速傳動 ，非常適 合此裝置的要求?？紤]到機(jī)器人在前進(jìn)過程中要托纜，因此將此機(jī)器人設(shè)計成前后輪共同驅(qū)動的方式，以獲得較大的牽引力。由于尺寸限制，只能將輪放在另外一根軸上，用皮帶將兩軸連接起來，它沒有調(diào)速的作用，只需使兩軸具有同樣的旋轉(zhuǎn)速度。 壓緊裝置主要是為了讓機(jī)器人能夠撐緊管壁，從而達(dá)到平穩(wěn)前進(jìn)的目的。我所設(shè)計的壓緊裝置是通過一個扇形齒輪和一個齒條的相互嚙合實現(xiàn)的。具體如圖 6 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 13 頁 共 35 頁 圖 6 壓緊裝置 此結(jié)構(gòu)的 原理非常簡單，但卻很實用。當(dāng)管壁直徑變化時，壓緊輪就會以銷軸為中心，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時齒條就會因為嚙合的作用前后移動，彈簧也跟著壓縮或拉長。以此來調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膲壕o力，保證車體的平衡。 計程輪的設(shè)計是為了知道車體在管道中行進(jìn)的距離，已達(dá)到正確測量管道中某點涂層厚度的目的。計程輪設(shè)計如圖 6所示，它的結(jié)構(gòu)比較簡單，是用四個導(dǎo)向螺釘將輪固定在支撐體上，導(dǎo)向螺釘上裝有壓縮彈簧，壓縮彈簧的一端連在支架上，另一端連在支撐體上，由此支架可以沿著導(dǎo)向螺釘?shù)姆较蛏舷乱苿樱囕喭ㄟ^銷軸連在支架上，可以隨支架一起 運動，以保證計程輪始終與地面接觸。計程輪上安裝有霍爾傳感器。 霍爾傳感器就是利用霍爾效應(yīng)原理，通過磁場、電流對被測量的控制，使包含有被測量變化信息的霍爾電壓發(fā)生變化，在利用后繼的信號檢索和信號放大電路，就可以得到被測量 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 14 頁 共 35 頁 脈沖信號 的信息。正因為霍爾傳感器的基本原理霍爾效應(yīng)只包含了磁場、電流、電壓三個常用物理量，使得采用霍爾傳感器的被測量的測量簡單易行，而磁場強(qiáng)度、電流、電壓是磁場、電場的基本物理量，所以霍爾傳感器可以進(jìn)行精確的非接觸測量。 圖 7計程輪 它具有靈敏度高，線性度好，穩(wěn)定性高、體積小和耐高溫等特點，在機(jī)車控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位。 本裝置中選用霍爾元件 DN6837，它是一個開關(guān)集成霍爾傳感器，其輸出的脈沖信號經(jīng)過一級三極管放大，在送到單片機(jī)的輸入口。 軸的材料是決定其承載能力的重要因素，制造軸的主要材料是碳素鋼及合金鋼。 45號優(yōu)質(zhì)中碳鋼是最常用的材料。 Q235A等 普通碳素鋼用于不重要的軸或受載較小的軸；合金鋼具有較高的機(jī)械強(qiáng)度用于受載荷較大、結(jié)構(gòu)尺寸受限制、需提高軸頸耐磨性及處于高溫或腐蝕等條件下的軸；球墨鑄鐵和一些高強(qiáng)度鑄鐵一般用于鑄成外形復(fù)雜的軸，他們吸振性好，對應(yīng)力集中敏感性低。 一般機(jī)器中的軸常用優(yōu)質(zhì)中碳鋼制造，這類鋼比合金鋼廉價，對應(yīng)力集中的敏感性較低，其中 45 號鋼最為常用。為了提高材料的力學(xué)性能，通常進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 15 頁 共 35 頁 由于振動磨的主軸旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生高頻率的振動，且產(chǎn)生的離心力相當(dāng)大，所以應(yīng)選 45 號鋼作為此傳動軸的材料。 一般常見的軸按其軸線的形狀和功用分為 直軸、曲軸兩大類，因為本次設(shè)計只涉及直軸，所以我們在此只討論直軸。 直軸一般都做成實心，若因機(jī)器特殊需要也可制成空心軸?？紤]到應(yīng)加工方便，軸的截面多為圓形，為了使軸上零件定位及裝拆方便，軸多做成階梯軸。一些結(jié)構(gòu)簡單或特殊要求在軸中裝設(shè)其它零件或者減小軸的質(zhì)量具有重大作用的場合，軸才做成等直徑的軸（光軸）或空心軸。空心軸內(nèi)徑與外徑比通常為 ～ ，以保證軸的剛度及扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。 根據(jù)軸的承載情況，可分為：轉(zhuǎn)軸 —— 工作中既受彎矩又受轉(zhuǎn)矩的軸；有時還受較大軸向力的作用，這類軸在各種機(jī)器種最常見；心軸 —— 工作中 只承受彎矩、不受轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)矩較小的軸，心軸又分為轉(zhuǎn)動心軸（軸轉(zhuǎn)動）和固定心軸（軸不轉(zhuǎn)動）兩種；傳動軸 —— 工作中只傳遞轉(zhuǎn)矩、不承受彎矩或受彎矩很小的軸。下面首先通過扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度對軸進(jìn)行設(shè)計，然后再用彎扭組合進(jìn)行校核。 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計算 選擇軸的材料為 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，首先估算最小軸徑，根據(jù)下列公式進(jìn)行計算 303 ].[ npAnpdT?? ? ， 30 ][?? d —— 截面處軸的直徑，單位 mm， p —— 軸的傳遞功率，單位 kw； n —— 軸的轉(zhuǎn)速，單位 r/min， ][T? —— 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位 MPa， 45鋼的 ][T? 值為 25～ 45； 0A —— 其中 45 鋼的 0A 的取值為 126～ 103。 因選擇的電動機(jī)功率為 30kw，即 p=20w，轉(zhuǎn)速 n=14r/min，把數(shù)據(jù)帶入上式有 ： 3303 14201 2 6].[ 5 5 0 0 0 0 ????? npAn pdT?= 因軸上開有兩個鍵槽，所以軸徑應(yīng)當(dāng)增大 5%～ 7%，則有 d≥ 179。（ 1+） = 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 16 頁 共 35 頁 圓整后可取 d=12mm。但是這樣求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑dmin。 按彎扭合成條件校核軸 軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計算時將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點取為載荷分布段的中點。作用在軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂的中點算起。通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，這是建立力學(xué)模型的一種形式，支反力的作用點與軸承的類型和布置方式有關(guān)。 在做計算簡圖時，應(yīng)先求出軸上受力零件的載荷（若為空間力系，應(yīng)把空間里分解為圓周力、徑向力和軸向力，然后把他們?nèi)哭D(zhuǎn)化到軸上），并 將其分解為水平分力和垂直分力。然后求出各支承處的水平反力 FHN和垂直反力 FNV。 我所校核的這根軸是錐齒輪傳動的從動軸如圖 7。其上主要有齒輪，帶輪和兩個軸承。另外一根軸的受力分析和計算在這里就不再闡述。 下面進(jìn)行軸的設(shè)計計算和強(qiáng)度校核。根據(jù)設(shè)計要求可知：取齒輪傳動的效率為 ，則齒輪在此軸上的扭矩為： P1=p? =20? = n1=4r/min T1 =9550000179。 P1/n1=178。 mm, 因大齒輪的分度圓直徑為 d=mz=2179。 46=92mm，所以 Ft=2T1/d=2? ,Fr=Ft? tan20/cos8= N Fa=Ft? tan? = N 皮帶的初拉力為 Fe=1000p/v=。下面利用靜平衡原理計算 F1和 F2其上所受彎矩圖和剪力圖如圖 9 列出靜平衡方程 : 在垂直面內(nèi)： Fv1? 106=Fr179。 75+179。 Fa Fv1=278 N Fv2179。 106=Fr179。 31+179。 Fa Fv2=125 N 在水平面內(nèi)： Fh1179。 106=Ft179。 75 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 17 頁 共 35 頁 Fh1= N Fh2179。 106=Ft179。 31 Fh2=294 N 圖 8水平面內(nèi)剪力彎矩圖 圖 9垂直面內(nèi)剪力彎矩圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 18 頁 共 35 頁 圖 10彎矩扭矩合成圖 所以 ： M= 22HMVM?=23709 根據(jù)第四強(qiáng)度理論對危險截面進(jìn)行校核 22 TMW ae ??? ,又 136414 20955955000 ???? n PT ， W = 323d? = 3? = 代入數(shù)據(jù)得 22 TMW ae ??? =60MPa 所以軸的強(qiáng)度足夠。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計原則： （ 1） 軸上零件布置應(yīng)使軸受力合理。 （ 2） 軸上零件定位可靠、裝拆方便。 （ 3）采用各種減小應(yīng)力集中和提高疲勞強(qiáng)度的措施 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 19 頁 共 35 頁 圖 11 軸 （ 4）有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，便于加工制造和保證精度。 （ 5）對于要求剛性大的軸，還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形。 軸承的校核 如果按滾動軸承承受載荷的作用方向分類，常用軸承可分成三類，即徑向接觸軸承、向心角接觸 軸承和軸向接觸軸承。徑向接觸軸承主要用于承受徑向載荷。這類軸承有：深溝球軸承、調(diào)心球軸承、調(diào)心滾子軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承。 在齒輪傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計中，需要兩個軸承來承受齒輪嚙合傳動時產(chǎn)生的力，因為選取的是圓錐直齒輪，沒有軸向的力需要軸承承受，為此，在這里選取大眾而且性價比很