【正文】 屬履帶的抗腐蝕性較差，并且對管道的壁面產生一定的損壞，管道機器人的履帶行走系中的履帶部分采用橡膠履帶。履帶行走系的裝置包括履帶 ,驅動輪，張緊機構，傳動機構，原動件，張緊緩沖裝置 (本設計中將此機構設置在機架上 )組成。因此，本次機械設計采用履帶式行走系的模塊設計。對于履帶式管道機器人基于履帶的結構特點，它在單個電機驅動的情況下，正壓力 eN 等于載體與管壁產生的正壓力，因此有大的附著力。 輪式管道機器人的行走輪可按空間或平面配制．一般取 46輪，其驅動方式有獨輪或多輪驅動。管道機器人實現在管內行走必須滿足機器人移動載體對管壁的附著力 ,既牽引力 eF ，大于移動載體的阻力 fF ： efFF? 。 21 第 6章 履帶行走系設計 履帶行走系的初步構想圖如圖 61所示。 耐磨性條件計算 d2 = ? ?pF? (539) 式中 ? =2dH =3 ； Fmax =；查表 512 ??p =11；代入計算 d2 ≧ ，故耐磨性滿足要求。 根據上述計算，齒輪數據如表 52。 所以校 驗合格。 (537) ? ?2F? = ? ?min22limFFNFS K? = ? =(N/mm2 )。 19 ③ 彎曲壽命系數 1eN =?108 ； 2eN =?108 ； K 1FN =K 2FN =。 （ 3）許用彎曲疲勞應力 ? ?F? = ? ?minlimFFNFS K? (536) ① (根據機械設計 ??3 圖 1020) 小齒輪彎曲疲勞極限應力 2lim 1 280 /F N mm? ? ，大齒輪彎曲疲勞極限應力2lim 2 210 /F N mm? ? 。 1d =14mm； 2d ＝ 28mm； nm =m=1mm。 （ 3）直齒圓柱齒輪傳動的幾何尺寸及參數保持不變。 參數的修正 （ 1）動載荷系數 kv 小齒輪實際圓周速度 v1 = 100060 11?nd? = (534) 與初估 1v = /ms相符， vK 值無需修正。 (532) 齒寬 b= 1dd? =?14=。 (530) Z1 = iZZ ??1 21 =14，取 1z? 14，初選正確； Z2 =28。 (528) 中心距 a? 21d (1+i)=21 ?14?（ 1+2） =21mm 圓整為 a=21mm。 (527) 從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應力： ? ? ? ? 22 5 7 5 ( / )HH N m m???? 。（根據機械設計 ??3 圖 1019） 小齒輪許用接觸疲勞應力： ? ?1H? = ? ?min1lim1HHHNSK ? = =720 (N/mm2 )。 ⑤ 大齒輪接觸應力當量循環(huán)次數 N2e = 1eN /i=? 810 。 ④ 小齒輪接觸應力當量循環(huán)次數 N1e =60n1 jLh 。（根據機械設計 ??3 圖 1021） ② 大齒輪接觸疲勞極限應力 lim2H? ＝ 575 2/N mm 。 ⑤ 載荷系數 K＝ 。 (523) d）縱向重合度 ?? ＝ 0。 b）螺旋角 0?? 。（根據機械設計 ??3 表 104） ④ 載荷分布系數 K? 。 vK ＝ 1。（根據機械設計 ??3 表 102） ② 動載荷系數 VK 。（根據機械設計 ??3 表 107） （ 3）載荷系數。 接觸疲勞強度設 計計算 因為是軟齒輪，故根據機械設計 ??3 按接觸疲勞強度設計計算 d1 ? ? ?3 21 12 ?????????? H EHd ZZuukT ? (521) （ 1）齒數比 u=i=2。 表 51 一級齒輪組的具體數據 項目 單位 小齒輪 大齒輪 中心距 a mm 模數 m mm 1 傳動比 i 2 端面壓力角 t? ()? 20 齒數 z 14 28 齒寬 b mm 12 分度圓直徑 d mm 14 28 齒高 h mm 齒頂圓直徑 ad mm 30 齒根圓直徑 fd mm 節(jié)圓直徑 mm Ⅱ級傳動系齒輪的設計計算 壽 命要求和初步數據 Ⅱ級圓柱齒輪傳動的傳動扭矩 1 450T N mm??，高速軸轉速 n1 =200rpm，傳動比i=2，使用壽命為 30000 小時，工作時有輕度振動。 15 標準齒輪 h*a =1， C? =；小齒輪的變?yōu)橄禂?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。 (519) 2F? =nmbdKT112 Y 1Fa Y 2Fa =（ N/mm2 ）。 (517) ? ?2F? = ? ?min22limFFNFS K? = ? =(N/mm2 )。 ③ 彎曲壽命系數 1eN =?108； 2eN =?108； K 1FN =K 2FN =。 （ 3）許用彎曲疲勞應力 ? ?F? = ? ?minlimFFNFS K? （ 516） ① (根據機械設計 ??3 圖 1020)小齒輪彎曲疲勞極限應力 2lim 1 280 /F N mm? ? ，大齒輪彎曲疲勞極限應力 2lim 2 210 /F N mm? ? 。 （ 2）齒形系數和應力校正系數（根據機械設計 ??3 表 105） 小齒輪齒形系數 1 ? ，大齒輪齒形系數 2 ? 。 彎曲強度校驗計算 SaFanF YYmbdKT1 12?? （ 515） （ 1）基本尺寸 K=； 1T ＝ 300Nmm? ； 2T ＝ 600Nmm? 。 （ 2）載荷系數 K 及其他參數均未變，均無需修正。 參數的修正 （ 1）動載荷系數 kv 小齒輪實際圓周速度 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? ? ??? ? ???。 （ 512） 齒寬 1 0 .8 1 4 1 1 .2 ( )db d m m?? ? ? ?。 （ 510） 121 141zzz i????，取 1z? 14，初選正確； Z2 =28。 （ 58） 中心距 a? 21d (1+i)=21 ?14?(1+2)=21mm；圓整為 a=21mm。 （ 57） 從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應力： ? ? ? ? 22 5 7 5 ( / )HH N m m???? 。（根據機械設計 ??3 圖 1019） 小齒輪許用接觸疲勞應力： ? ?1H? = ? ?min1lim1HHHNSK ? = =720（ N/mm2 ）。 ⑤ 大齒輪接觸應力當量循環(huán)次數 N2e = 1eN /i=?108 。 13 ④ 小齒輪接觸應力當量循環(huán)次數 N1e =60n1 jLh 。（根據機械設計 ??3 圖 1021） ② 大齒輪接觸疲勞極限應力 lim2H? ＝ 575 2/N mm 。 （根據機械設計 ??3 表 106） （ 6）節(jié)點區(qū)域系數 ? 。 （ 4）小齒輪轉矩 1 300(N )T mm??。（直 齒） e）總重合度 ? ? ?? ? ???＝ ； K? ＝ 。（直齒） c）端面重合度12111 . 8 8 3 . 2 ( ) c o szz?????? ? ?????＝ 。 a）大齒輪齒數 21z iz? ＝ 2 14＝ 28 取 2z ＝ 28。（根據機械設計 ??3 圖 108） ③ 齒向載荷分布系數 ? ? 。 取小齒輪齒數 1z ＝ 14；初估小齒輪圓周速度 1v ＝ 。（根據機械設計 ??3 表 107） （ 3）載荷系數 AVK K K K K??? （ 52） ① 工況系數 ? 。 接觸疲勞強度設計計算 軟齒輪，根據機械設計 ??3 按接觸疲勞強度設計計算 d1 ? ? ?3 21 12 ?????????? H EHd ZZuukT ? （ 51） （ 1）齒數比 u=i=。 圖 51 機架部分傳動系統三維圖 I 級傳動系齒輪的設計計算 壽命要求和初步數據 Ⅰ級圓柱齒輪傳動的傳動扭矩 1 300T N mm??，高速軸轉速 1 400n rpm? ，傳動比i=2，使用壽命為 30000 小時，工作時有輕度振動。 由式 (48)可求出管道機器人的牽引力 eF 的范圍為 [85N,110N]。 帶入式 (45)可算出需要 輸入的切向力 F2 ? ?? NN , 。 帶入式 (44), 由 [0,50 ]PN?? ， 可 算 出 所 需 要 的 推 力 F 的范圍為?? NN , 。采用的是履帶中驅動的同種電機，額定轉矩 300T N mm? ,額定輸出轉速為200rpm 。 下面是在管徑 R=100mm時的，機架的力學分析的計算。 由 (44),(45)， (47)可知，隨著能所適應的管道半徑的減小，機架部分所需要的推力和電機的轉矩是逐漸增大的。 10 以符號 eF 表示機器人的提供的牽引力，當運動驅動電機的驅動力足夠大的時候，牽引力 eF 為： Fe =（ ? ?? PN ） u2 。 （ 47） 式中 ?為滾珠絲杠的螺母副的傳動效率。 （ 46） 式中 pn 、 d分別為滾珠絲杠的導程 、大徑： u1 為絲杠與螺母之間的摩擦系數。 絲杠螺母所產生的切向力 F2 =F1 tan（ ??? ）。 通過遠程控制可調節(jié)電動機輸出扭矩 T 帶動絲杠螺母相對 轉動，產生推動力 F 推動推桿運動，使得各組履帶壓緊貼在管道內壁，產生附加的正壓力 P 。 12N N G?? （ 41） 隨著管道機器人在管內移動的距離的增加，或者在爬坡的時候，機器人可能由于自身重量所提供的附著力不夠時，導致打滑，這就需要管道機器人提供更大的牽引力來支持機器的行走。 管道機器人正常行走時，其對稱中心和管道中心軸線基本重合，重力 G在對稱的中心線上面。摩擦系數由材料和接觸條件決定，不能實現動態(tài)調整。當運動驅動電動機的驅動力足夠大時，機器人所能提供的最大牽引力等于附著力。 在 42中，當 00[15 ,80 ]?? 時，機架適應管道半徑的范圍在 ?? mm323,196 。 為了滿足管徑自適應的功能，本次設計采用了基于平行四邊形機構的管徑適應調整機構，在由 0120 空間對稱分布的 3組平行四邊形機構組成，采用滾珠絲杠螺母調節(jié)方式，每組平行四邊形機構帶有履帶的驅動裝置示意圖如 42所示。 圖 41 機架部分三維圖 機架 部分的功能和結構 機架部分的主要功能為支撐在管道內行走的管道機器人，使履帶行走系能緊密的貼在管道壁面，產生足夠的附著力，帶動管道機器人往前行走。雙頭白光二級管探照光源。 攝象頭： CCD 探頭，具體尺寸可選。實物圖如圖 31所示。 綜合以上幾點，經過多方查閱資料。 出于零件之間相互通用的設計理念，