【正文】 又 28CG r mm?? ， 240GH mm? ， 28EF CG mm?? ，85 28 57EF AH AG GH mm? ? ? ? ? ?， 3 8 5 2 8 5 7E F A H A G G H l r m m? ? ? ? ? ? ? ? 因?yàn)?OF 大于支座的等效半徑 20mm ，所以此位置下機(jī)身可以通過直角彎道。將 yl? 代入橢圓方程管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)與運(yùn)動仿真 第 52頁 共 45頁 得 22170 50xy? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? 所以可得 227 0 1 , O G = 7 0 15 0 5 0llx ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?即 由 2O G =70 150l???????且 AG OG a?? ，得 23 7 0 1 7 050ll ??? ? ????? ，進(jìn)而得 0l? 或49l? ? 取 49l? ，則 85AG mm? ， 98AE mm? 。由 2 14 1AB a mm?? ，得 70a mm? ；由 2 10 0CD b mm?? ，得 50b mm? 。 在圖 53 和圖 54 中， GH 為單節(jié)機(jī)身的中心軸線，各已知的尺寸分別為 100d mm? , 2 141AP d mm?? , 141CQ AP mm?? , 240CD mm? , 240GH mm? 。與圓形管道軸線成45176。 單節(jié)機(jī)身在管道中的兩種極限姿態(tài)位置 對于圓形截面管道的直角彎頭，機(jī)器人最有可能被卡死的位置是在機(jī)身中心軸線 GH與管道中心軸線成 45176。因?yàn)闄C(jī)器人整體所具有的兩節(jié)機(jī)身幾何量相同，所以只需要考慮單節(jié)機(jī)身的幾個尺寸。本管道機(jī)器人針對內(nèi)徑 248。對于彎道、直管、異徑管等管道，機(jī)器人的設(shè)計(jì)必須滿足管道的幾何條件限制，否則不可能成功通過這些管道。 過彎道能力的幾何量設(shè)計(jì) 管道對機(jī)器人的幾何條件限制 目前大部分管道機(jī)器人可以輕松地通過水平直管及在傾斜度為 30176。機(jī)器人所需要的動力及控制電路外置并通過電纜連接到管內(nèi)機(jī)器人。兩節(jié)共有 12 驅(qū)動電動機(jī)，能獨(dú)立工作，提高了機(jī)器人的穩(wěn)定性。 (2)極限工作應(yīng)力 lim? 取min B?? ? ，則 m in 0. 56 15 70 87 9. 2M pa M pa? ? ? ? 過彎道能力的設(shè)計(jì) 工作原理 本設(shè)計(jì)的管道清潔機(jī)器人屬于輪腿式自驅(qū)動的一種。 (1)彈簧初拉力 0 1 1FF F k ??? （ 52） 初應(yīng)力 0? ：按 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 式 ()得 00 3839。據(jù)我們設(shè)計(jì)要求，可選彈簧圈數(shù)為 10圈。 1 . 6 1 . 6 3 . 4 6628F K cd ? ??? ? ? 改取 mm? ， H? 不變，故 (? )不變，取 18D mm? ， 1 8 / 3 .2 5 .6 2 5c ??.計(jì)算得 1 .253K? ，于是 ? ?2 3 9 2 1 . 2 5 3 5 . 6 2 539?，F(xiàn)估計(jì)取彈簧直徑為 3mm． 2．根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算彈簧鋼絲直徑。其受力圖如圖 51 所示 圖 51 圓柱螺旋壓縮 彈簧受力圖 1．根據(jù)條件選擇材料，并確定其許用應(yīng)力。 66bh? ? ? 取 L 為 20 管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)與運(yùn)動仿真 第 46頁 共 45頁 32 1 0 410Hb bK ldT? ?? ??? ? ??? 式中： T — 傳遞的轉(zhuǎn)矩 K — 鍵與輪轂、鍵槽的接觸高度 3Kh?? l — 鍵的工作長度： 17l L b mm? ? ? ； d — 軸的直徑； p????? — 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力， MPa ，見表43； 表 43 許用應(yīng)力參數(shù) 許用擠壓應(yīng)力、許用壓力 連接方式 鍵或轂、軸的材料 載荷性質(zhì) 靜載荷 輕微載荷 沖擊 p????? 靜連接 剛 120～ 150 100～ 120 60～ 90 鑄鐵 70 ～ 80 50～ 60 30～ 45 410b??? 所以此鍵符合要求． 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 47頁 共 45頁 5 過彎道能力和其他部件設(shè)計(jì) 彈簧的設(shè)計(jì) 根據(jù)我們的設(shè)計(jì)情況，我們應(yīng)該選用圓柱螺旋壓縮彈簧。 (3)做出扭矩圖 如圖 44g所示。 (a) (b) (c) (d) 管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)與運(yùn)動仿真 第 44頁 共 45頁 (e) (f) (g) 圖 44 軸的載荷分析圖 在做計(jì)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)把空間力分為圓周力、軸向力和徑向力，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，如圖 44b所示。通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，反支力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)，可按圖 43 確定。其計(jì)算步驟如下 (1) 做出軸的計(jì)算簡圖（即力學(xué)模型） (a)向心軸承 (b)向心推力軸承 (c)并列向心軸承 (d)滑動軸承 圖 43 軸的支反力作用點(diǎn) 軸所受的載荷是從軸上零件傳出來的，計(jì)算時，常將軸上的分布載荷華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 43頁 共 45頁 簡化為集中，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。 管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)與運(yùn)動仿真 第 42頁 共 45頁 2．按彎矩扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算 通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和反支力的 作用位量均已確定，軸上的載荷（彎 矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎矩扭合成強(qiáng)度條件對軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。然后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。對于直徑 d100mm 的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大 3%；有兩個鍵槽時，應(yīng)增大 7%。對于不大重要的軸，也可作為最后計(jì)算結(jié)果。 1．按扭矩強(qiáng)度條件計(jì)算 這種方法是按軸所受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果還受有不大的彎矩時，則用降低許用扭矩切應(yīng)力的方法予以考慮。此外，對于瞬時過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過量的塑性變形。 管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)與運(yùn)動仿真 第 40頁 共 45頁 軸的強(qiáng)度較核計(jì)算 進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并給當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進(jìn)行振動穩(wěn)定性計(jì)算，以防止發(fā)生共振而破壞。這時只需對軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。 軸的工作能力設(shè)計(jì)指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。設(shè)計(jì)時，必須針對不同情況進(jìn)行具體的分析。 軸的結(jié)構(gòu)主要取決以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸的連接方法：載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸 的加工工藝等。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難度。 Y? ? 22．蝸桿截面慣性矩 I ? ?4mm 桿的 嚙 合效 率 1? 性模量 E 2/N mm 2? L 280? ?mm 自然通風(fēng)散熱計(jì)算 1．熱導(dǎo)率 k ? ?2/W m C? 5．潤滑油溫度 t1 45? ?C? 2．散熱的計(jì)算面積 A ? ?2m 6．周圍空氣溫度 t2 20? ?C? 3．冷卻的箱殼表面積 A1 ? ?2m 7．損耗的功率 Ps ? ?KW 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 39頁 共 45頁 4．補(bǔ)充的箱殼表面積 A2 ? ?2m 8． 能散出的功率 Pc ? ?KW 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。dl (mm) hfl (mm) 239。 輪 齒 高 h2 (mm) 管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)與運(yùn)動仿真 第 36頁 共 45頁 ha* de2? (mm) c* Ra2 (mm) b1? (mm) Rf2 (mm) b2? (mm) sx1 (mm) 否 sn1 (mm) px (mm) s2 (mm) hal (mm) 139。 da2 (mm) Zv2 df2 (mm) x2 ha2 (mm) ax 176。? 32? ?2/N mm 9．蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力 ? ?F? 30? ?2/N mm 蝸桿蝸輪基本參數(shù) 圖 42 蝸桿蝸輪設(shè)計(jì)參數(shù) 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 35頁 共 45頁 z1 2 hl (mm) z2 40 dal (mm) 數(shù) m (mm) dfl (mm) Mn (mm) dbl (mm) 5． 蝸桿分度圓直徑 dl (mm) 1b? 176。i 3 側(cè) 材料及熱處理 1．蝸桿材料牌號 45（表面淬火） 3．蝸桿材料硬度 HRC45～ 55 2．蝸桿熱處理 表面淬火 4．蝸桿材料齒面粗糙度 ～ ? ?m? 對渦輪蝸桿精度等級我們都選為 8 級得出： 5 ．蝸輪材料牌號及鑄造方法 ZCuSn10P1(砂模 ) 6．蝸輪材料許用接觸應(yīng)力 ? ? 39。 經(jīng)過上述計(jì)算和校核，所選的施奈德 BSH4552T伺服電機(jī)和 GBX40 行星齒輪減速器能夠滿足管道射流清洗機(jī)器人的性能要求，從而可以由其組成機(jī)器人的行駛驅(qū)動系統(tǒng)。 2 2 3 . 1 4 0 . 0 5 1 5 0 0 1 . 81 2 2 0 1dr w drV ni i i? ???? ? ??? 雖然 V 大于預(yù)期 設(shè)定速度，但是我們可以通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速 使機(jī)器人低于此速度行駛，而且還有一定得速度儲備，在機(jī)器人需要快速行進(jìn)至工作位置的情況下，盡可能有較快的速度。其參數(shù)如表 22所示： 表 22 減速器參數(shù)表 效率 最 大 允 許 徑 向 受 力 N 200 最 大 允 許 軸 向 受 力 N 200 連續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩 Nm? 20 減速 比 12： 1 管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)與運(yùn)動仿真 第 28頁 共 45頁 機(jī)器人的速度和驅(qū)動能力校核 確定電機(jī)和減速器后，我們必須進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)動速度和驅(qū)動能力的校核，以確保機(jī)器人有足夠驅(qū)動力的同時，能滿足機(jī)器人的最高行走速度要求。在確定了減速器的類型后，減速器的選擇關(guān)鍵在減速比的選擇。如下表。 預(yù)設(shè) ? 為 ，機(jī)器人重量為 ， 打撈最大質(zhì)量 300g ， 由于輪子手的是彈簧調(diào)節(jié)，則彈簧對輪子又很