【正文】 大截面管道全部空間的消毒工作。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對室內(nèi)空氣質(zhì)量所帶來的危害越來越重視，尤其是 2022 年“非典”疫情的傳播，已使人們對中央空調(diào)帶來的疾病隱患有了相當(dāng)深刻的認(rèn)識。因此，中央空調(diào)清洗行業(yè)將成為中國一個(gè)新興的有著巨大潛力的發(fā)展行業(yè)，對中央空調(diào)清潔機(jī)器人的研究與開發(fā)更是具有一定的社會(huì)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容為：機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（1）了解中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的基本構(gòu)成及工作原理，熟悉其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的基本知識。（3）設(shè)計(jì)原始參數(shù)：1）機(jī)器人可以在管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、按一定的曲率半徑回轉(zhuǎn)及原地轉(zhuǎn)向等動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如圖22）所示，驅(qū)動(dòng)方式為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前軸。清掃工程中，兩導(dǎo)向輪分別以大小相同，方向相反的速度旋轉(zhuǎn)（其中左導(dǎo)向輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右導(dǎo)向輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)） ，其旋轉(zhuǎn)速度比機(jī)器人前進(jìn)速度略大。其左轉(zhuǎn)的原理相同。旋轉(zhuǎn)刷頭可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整個(gè)裝置可以進(jìn)行俯仰調(diào)整,從而保證在管道都能徹底清掃到管道的邊角和頂部。設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)刷頭有四種材料系列:尼龍刷、鋼刷、不銹鋼刷和銅刷。鋼刷適用于各種鋼管。銅刷適用于材質(zhì)為有色金屬的管道。此外通過記錄清掃過程，也可避免一些經(jīng)濟(jì)問題。而國內(nèi)市場上尚無管道清潔機(jī)器人產(chǎn)品,本文設(shè)計(jì)的中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,自動(dòng)化程度高,適用范圍廣,成本較低,對促進(jìn)我國中央空調(diào)管道清洗行業(yè)的發(fā)展、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、提高生活和健康水平等具有積極的意義。為此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，并注意運(yùn)動(dòng)部件對轉(zhuǎn)軸的質(zhì)心裝配。（高強(qiáng)度材料選用原則）：由于操作機(jī)從手腕、小臂、大臂到機(jī)座是依次作為負(fù)載起作用的，選用高強(qiáng)度材料以減輕零部件的質(zhì)量是十分必要的。 （可靠性原則）：機(jī)器人因機(jī)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)節(jié)較多，可靠性問題顯得尤為重要?？梢酝ㄟ^概率設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出可靠度滿足要求的零件或結(jié)構(gòu)，也可以通過系統(tǒng)可靠性綜合機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）方法評定機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性。僅有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而無良好的工藝性，必然導(dǎo)致機(jī)器人性能的降低和成本的提高。方案二：單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的前軸，在機(jī)器人前方左右兩端各安裝一個(gè)導(dǎo)向輪系統(tǒng)，兩個(gè)導(dǎo)向輪的角度可調(diào)。相比較而言，方案一結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，但兩電機(jī)的速度差的控制不好把握，兩電機(jī)啟動(dòng)的同步度不好控制，而且對工作人員的技術(shù)要求較高，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，機(jī)器人的自動(dòng)化程度較低；方案二采用導(dǎo)向輪系統(tǒng)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是個(gè)創(chuàng)新，提高了機(jī)器人的智能化，大大減輕了工作人員的工作量，只是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳動(dòng)系統(tǒng)稍微復(fù)雜一些。另外本次設(shè)計(jì)采用輪式機(jī)構(gòu)傳輸，輪外部采用橡膠制履帶，工業(yè)橡膠與管道的摩擦系數(shù)為 ，是普通塑料輪子與鋼管摩擦系數(shù)的 倍，是鋁合金輪子與鋼管摩擦系數(shù)的 倍。根據(jù)設(shè)計(jì)要求初步估計(jì)機(jī)器人小車的尺寸：長 寬 高=?203? 電機(jī)的選擇（1）根據(jù)外形尺寸，估計(jì)機(jī)器人的總質(zhì)量 MM=箱體質(zhì)量+履帶機(jī)構(gòu)質(zhì)量+機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)質(zhì)量+旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)質(zhì)量+導(dǎo)向輪機(jī)構(gòu)質(zhì)量+傳輸線質(zhì)量+攝像頭系統(tǒng)質(zhì)量。（2）計(jì)算驅(qū)動(dòng)機(jī)器人所需要的牽引力 FF=履帶輪摩擦力+旋轉(zhuǎn)刷摩擦力，據(jù)估計(jì)牽引力大小在 125N 左右（3）電機(jī)的選取小型減速電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、輸出轉(zhuǎn)速低、輸出扭矩大等優(yōu)點(diǎn)，比較符合該機(jī)器人的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，因此優(yōu)先選用。電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)如下：輸出功率：P=20W；電壓：U=220V；頻率：f=50HZ；電流：I=；輸出轉(zhuǎn)速：20r/min；允許負(fù)載：F=5Nm外形尺寸如（圖 31）：機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 70X?5912315圖 31 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的外形尺寸 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)如下：初選車輪直徑 d=110mm，由車的前進(jìn)速度 ：2/()???則傳動(dòng)比： u= ?　 （1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1）由選定的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)2）管道清潔機(jī)器人速度和扭矩不大，故選用 7 級精度（GB1009588）3）材料選擇：由參考書 [1]表 101 選擇大小齒輪皆為 40Cr 調(diào)制淬火硬度為 241256HBS 或 4855HRC選用小齒輪數(shù) 和大齒輪數(shù)1Z2Z （）1u??124Z?.?機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）取 28Z?（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由參考書 [1]設(shè)計(jì)計(jì)算公式（109a）進(jìn)行試算，即 （）??311 )(2. HEdtt ZuTKd??????式中： ....小齒輪分度圓直徑；1td ….載荷系數(shù)；tK …..小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；1T ….齒寬系數(shù)；d? …..傳動(dòng)比；u …彈性影響系數(shù)；EZ …接觸疲勞許用應(yīng)力。其中： =1090MPa， =1090MPa。????⑦由參考書 [1]圖 1019 查得接觸疲勞壽命系數(shù) ， 1HNK2=， =⑧計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由參考書 [1]式（1012）得 ??11lim1()/HNHKS??????1(.409)/???? 22li2 22）計(jì)算①計(jì)算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值1td??H?=30()6t???②計(jì)算圓周速度 v 1/(60).1402/(10).34/tvdn ms?????③計(jì)算齒寬 b 已知 可得dt??.5b?④計(jì)算齒寬與齒高之比 ：已知模數(shù) ，齒高/h1//得： =15/=???/h⑤計(jì)算載荷系數(shù)：根據(jù) v=，7 級精度，由參考書 [1]圖 108 查得動(dòng)載系數(shù) ?直齒輪，假設(shè) ?！　?）設(shè)計(jì)計(jì)算　　對此計(jì)算結(jié)果，由于齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算模數(shù)的數(shù)值，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒面直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度所算得的模數(shù) ，可就近圓正為 ，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 取 20，? ?dZ?！　。?）計(jì)算幾何尺寸　　1）計(jì)算分度圓直徑：　　 ???　　 52　　2）計(jì)算中心距　　 )346(/)(21 ???　　3）計(jì)算齒輪寬度　　 ?bd?　　取 mB7,2?　?。?）演算：機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） NdTFt ??? ，合適。 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)（1）求出輸出軸上的功率 P 轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T 已知：傳遞功率 ， 轉(zhuǎn)速 n=???扭矩 T=9550000 mN???（2）求作用在齒輪上的力因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為 ???Zmdt　　圓周力 NdTFt 徑向力 ta 3tan6n???（3）初步確定軸的最小直徑：　　先按參考書 [1] 式（）初步估算軸的最小直徑選軸的材料,由參考書 [1]表（151）選 35SiMn 調(diào)質(zhì)處理，毛坯直徑 此種材料的機(jī)械特性m10?80?b?57s硬度 299286HBS。%8(??　　軸的具體尺寸設(shè)計(jì)見（圖 32） 。???　　由力矩平衡得 　　 ， .40an?　　2）畫彎矩,扭矩圖（如圖 33）所示。按第三強(qiáng)度理論計(jì)算應(yīng)力，其公式為 。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù) ，則? ?計(jì)算應(yīng)力為 （式中 ）22)(4?????ca 1?機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）. 圖 33 軸彎矩、扭矩圖對于直徑為 d 的圓周，彎曲應(yīng)力 ，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ，將 和 代入WM/??TW/????上式，則軸的彎矩合成強(qiáng)度條件為 （）??12222 )()(4)( ?????????TTWca式中： 軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為 MPa?ca M 軸所受的彎矩，單位為 Nmm? W 軸的抗彎截面系數(shù)，單位為 mm ，計(jì)算公式見參考書 [1]表 154? 3 對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，其值可按參考書 [1]表 151 選用???1??機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）經(jīng)計(jì)算得 。??????ca 前軸和后軸相比除沒有齒輪外可選用相同的尺寸，因?yàn)楹筝S承受了主要的彎矩力矩，軸經(jīng)校核符合要求