【正文】 潤(rùn)滑條件來(lái)取值 u2 =。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。估算 P? 的范圍在 [0,50 ]N之間。 由設(shè)計(jì)的尺寸可得 h=23mm,h1 =51mm， L=88mm， L1 =L2 = ,ph =3mm， d1 /2=11mm 由式 (43)可算出 cot? =。 由式 （ 46） 計(jì)算 tan（ ??? ） =。 帶入式 （ 47） 可計(jì)算出所需要的轉(zhuǎn)矩為 T? ?? , 。 11 第 5 章 機(jī)架部分傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)管道機(jī)器人在管道中的運(yùn)行，傳 動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)速不宜過(guò)高，所以 總傳動(dòng)比： i=4 ；Ⅰ級(jí)傳動(dòng)比： i=2； Ⅱ級(jí)傳動(dòng)比： i =2，傳動(dòng)部分的初步構(gòu)想如圖 51 所示。 選用材料 小齒輪 40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)， 1 270H HB? ；大齒輪 45鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)， 2 250H HB? ； 齒面粗糙度 。 12 （ 2） 齒寬系數(shù) d? ：直齒取 d? ＝ 。 （ 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 102） ② 動(dòng)載荷系數(shù) VK 。 vK ＝ 1。（ 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 104） ④ 載荷分 布系數(shù) K? 。 b） 螺旋角 0?? 。 （ 53） d） 縱向重合度 ?? ＝ 0。 （ 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 10－ 9） ⑤ 載荷系數(shù) K＝ 。 （ 5） 材料彈性系數(shù) ? 。（標(biāo)準(zhǔn)直齒） （ 7） 許用接觸疲勞應(yīng)力 ? ?H? ＝ ? ?minlimHHNHS K? （ 54） ① 小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力 lim1H? ＝ 720 2/Nmm 。 （ 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??。 （ 55） n1 =400r/min； j=1； ht =30000h； 1eN ＝ 810 。 ⑥ 大、小齒輪接觸壽命系數(shù) k 1HN =k 2HN =1。 （ 56） 大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力： ? ?2H? = ? ?min2lim2HHHNSK ? = =575（ N/mm2 ） 。 （ 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 ??????????HEHdZZuukT ?＝ 取 14mm。 （ 59） 模數(shù) m＝122azz? ＝ ； 取 m＝ 1mm。 （ 511） 于是 1d ＝ 1mz ＝ 14mm； 2d ＝ 2mz ＝ 28mm。 （ 513） 取小齒輪寬度 b1 =12mm，大齒輪寬度為 b2 =。 （ 514） 與初估 1v = /ms相符 ， vK 值無(wú)需修正。 14 （ 3） 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不變 。 b=； 1d =14mm； 2d ＝ 28mm； nm =m=1mm。 小齒輪應(yīng)力校正系數(shù) 1 ? ， 大齒輪應(yīng)力校正系數(shù) 2 ? 。 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。 （ 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 1018） ④ 彎曲疲勞應(yīng)力 ? ?1F? = ? ?min11limFFNFS K? = ? =（ N/mm2 ） 。 (518) 1F? =nmbdKT112 Y 1Fa Y 2Fa = 11412 ?? ?? ??=(N/mm2 )。 (520) 因?yàn)?11[]FF??? ； 22[]FF??? ； 所以 校驗(yàn)合格 。 根據(jù)上述計(jì)算，齒輪數(shù)據(jù) 如表 51。 選用材料 16 采用 7級(jí)精度軟齒閉式圓柱直齒輪 ； 小齒輪 40Cr 鋼，鍛件，調(diào)質(zhì) ， 1 270H HB? ； 大齒輪 45 鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)， 2 250H HB? ；齒面粗糙度 。 （ 2） 齒寬系數(shù) d? ：直齒取 d? ＝ 。 AVK K K K K??? (522) ① 工況系數(shù) ? 。 取小齒輪齒數(shù) 1z ＝ 14；初估小齒輪圓周速度 ； 1v ＝ 。 （ 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 108） ③ 齒向載荷分布系數(shù) ? ? 。 a） 大齒輪齒數(shù) 21z iz? ＝ 2 14＝ 28 取 2z ＝ 20。 （直齒） c） 端面重合度12111 . 8 8 3 . 2 ( ) c o szz?????? ? ?????＝ 。 （直齒） e） 總重合度 ? ? ?? ? ???＝ ； K? ＝ 。 （ 4） 小齒輪轉(zhuǎn)矩 1T =600（ ） 17 （ 5） 材料彈性系數(shù) ? （ 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 表 106） （ 6） 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ? （ 標(biāo)準(zhǔn)直齒 ） （ 7） 許用接觸疲勞應(yīng)力 ? ?H? ＝ ? ?minlimHHNHS K? (524) ① 小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力 lim1H? ＝ 720 2/Nmm 。 （ 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??。 (525) 1n ＝ 200r/min； Lh =30000h； 1eN ＝ 810 。 ⑥ 大、小齒輪接觸壽命系數(shù) k 1HN =k 2HN =1。 (526) 大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力： ? ?2H? = ? ?min2lim2HHHNSK ? = =575(N/mm2 )。 （ 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 ??????????HEHdZZuukT ?＝ 取 14mm。 (529) 模數(shù) m＝122azz? ＝ ；取 m＝ 1mm。 (531) 18 于是 1d ＝ 1mz ＝ 14mm； 2d ＝ 2mz ＝ 28mm。 (533) 取小齒輪寬度 b1 =12mm，大齒輪寬度為 b2 =。 （ 2）載荷系數(shù) K及其他參數(shù)均未變，均無(wú)需修正 。 彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 SaFanF YYmbdKT1 12??? ? ?F? (535) （ 1）基本尺寸 K=； 1T ＝ 600Nmm? ； 2T ＝ 1200Nmm? 。 （ 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 ? 。 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。 （ 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ??3 圖 1018） ? ?1F? = ? ?min11limFFNFS K? = ? =(N/mm2 )。 (538) 1F? =nmbdKT112 Y 1Fa Y 1sa =(N/mm2 )； 2F? =nmbdKT112 Y 2sa Y 2Fa =(N/mm2 ) 因?yàn)?11[]FF??? ； 22[]FF??? 。 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。 表 52 二級(jí)齒輪組具體數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 單位 小齒輪 大齒輪 中心距 a mm 模數(shù) m mm 1 傳動(dòng)比 i 2 端面壓力角 t? ()? 20 齒數(shù) z 14 28 齒寬 b mm 12 分度圓直徑 d mm 14 28 齒高 h mm 20 齒頂圓直徑 ad mm 30 齒根圓直徑 fd mm 節(jié)圓直徑 mm 傳動(dòng)螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 壽命要求和初步數(shù)據(jù) 螺紋大徑 d=22mm；螺紋中經(jīng) d2 =19mm；螺距 P=3mm；螺紋小徑 d1 =16mm 螺紋內(nèi)經(jīng) d0 =10mm；螺母高度 H=20mm。 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(mǎn)足要求。 圖 61 履帶行走系的三維圖 行走系的選擇 管道機(jī)器人的行走系現(xiàn)大部分采 用輪式結(jié)構(gòu)和履帶式模塊結(jié)構(gòu)的行走系。 當(dāng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)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。它的附著力 eF 只與驅(qū)動(dòng)輪和管壁間的接觸正壓力有關(guān)。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。 履帶行走系 履帶行走系的功能是支撐管道機(jī)器人的機(jī)體，并將由傳動(dòng)系輸入的轉(zhuǎn)變?yōu)楣艿罊C(jī)器人在管道內(nèi)的移動(dòng)和牽引力。 履帶按材料可分為金屬履帶，金屬橡膠履帶和橡膠履帶。橡膠履帶是用橡膠模壓成的整條連續(xù)的履帶。 履帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可 用類(lèi)似同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)代替。它兼有帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的特性和優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)效率可高達(dá) 。 同步帶按齒形可分為梯形齒和圓弧形齒兩種。結(jié)合管道機(jī)器人履帶部分的尺寸，選取模數(shù)制帶形。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(hù)的要求進(jìn)行切割 )，履帶中帶寬 26sb mm? 。 同步帶和帶輪 (履帶 )的設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算功率 V帶傳動(dòng)比 ： 0i ＝ 1；驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速： 1n ＝ 43r/min； 驅(qū)動(dòng)輪的輸出功率 IP ＝ 11w。 23 求大小帶輪基準(zhǔn)直徑 取 1240d d mm?? 。 L ?PO 02a ? 2? 1(d 2d? 4 )() 0 12 ??? a ddmm； （ 62） 與 原先取的節(jié)線(xiàn)長(zhǎng) pL ＝ 相符合；可取齒數(shù) 65bz ? ； 履帶中中心距是可以調(diào)整的：0 1 4 1 .52p o pLLa a m m?? ? ?。 單位帶寬 ,單位長(zhǎng)度的質(zhì)量 3 1 10bm kg m m m? ? ??? ； 由 Fc =mb v2 =103? ； 可求得 bs ? ?? 31 10?? vFFk pcaz； 履帶帶寬 bs =26； 符合帶寬要求 。 壓強(qiáng)驗(yàn)算 p 24 dsmPp mb z v? = 11 ???? =(N/mm2 )。 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 。從現(xiàn)有的同步帶產(chǎn)品中選擇出 2 6 5 1 1 5bsm z b? ? ? ? ?， 節(jié)