【正文】 其分解為水平分力和垂直分力。我所校核的這根軸是錐齒輪傳動的從動軸如圖7。另外一根軸的受力分析和計算在這里就不再闡述。根據(jù)設(shè)計要求可知：，則齒輪在此軸上的扭矩為：P1=p== n1=4r/min=9550000P1/n1=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)：Fv1106=Fr75+Fa Fv1=278 NFv2106=Fr31+Fa Fv2=125 N在水平面內(nèi)： Fh1106=Ft75 Fh1= N Fh2106=Ft31 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 圖10彎矩扭矩合成圖所以： M==23709 根據(jù)第四強度理論對危險截面進行校核,又 ，===代入數(shù)據(jù)得=60MPa所以軸的強度足夠。（2）軸上零件定位可靠、裝拆方便。（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。徑向接觸軸承主要用于承受徑向載荷。在齒輪傳動機構(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高的深溝球軸承，在齒輪傳動機構(gòu)中，軸段是懸臂布置，考慮到軸的端部會承受比較大的徑向力，這里選取02系列的深溝球軸承。 滾動軸承壽命的計算公式為式中的單位為。對于球軸承， ；對于滾子軸承。實際上，軸承在許多應(yīng)用場合，常常同時承受徑向載荷和軸向載荷。這個當量動載荷，對于以承受徑向載荷為主的軸承，稱為徑向當量動載荷，常用表示；對于以承受軸向載荷為主的軸承，稱為軸向當量動載荷，常用表示。實際上，在許多支承中還會出現(xiàn)一些附加載荷，如沖擊力、不平衡作用力、慣性力以及軸撓曲或軸承座變形產(chǎn)生的附加力等等，這些因素很難從理論上精確計算。軸承運轉(zhuǎn)時，應(yīng)通過潤滑避免元件表面金屬直接接觸。軸承常用的潤滑材料有潤滑油、潤滑脂、固體潤滑劑和氣體潤滑劑。（1）潤滑油液體摩擦軸承幾乎全部使用潤滑油，且多為礦物油。根據(jù)軸頸直徑d，軸的轉(zhuǎn)速n確定潤滑油的黏度區(qū)。（2）潤滑脂潤滑脂的主要性能指標是錐入度和滴點，應(yīng)根據(jù)軸承的壓強、圓周速度和工作溫度選用。當軸承的溫度在高溫或低速、重載條件下工作，不應(yīng)使用潤滑油時，可將固體潤滑劑調(diào)配到潤滑脂或油中使用，也可涂敷或燒結(jié)在摩擦表面上，還可以將其滲入軸瓦材料中或成型鑲嵌在軸承中使用。③ 液態(tài)金屬，如汞、液態(tài)鈉、鉀、鋰等，主要用于宇航中的某些軸承。在本此設(shè)計中，由于軸承的在高溫、重載條件下工作，根據(jù)軸承的極限轉(zhuǎn)速知，可選擇脂潤滑。按齒根彎曲疲勞強度計算，其公式為： 其中按齒面接觸疲勞強度計算，其公式為： 經(jīng)校核 齒輪符合強度條件。所以帶輪的設(shè)計不必考慮傳動比的問題。摩擦帶容易打滑，這是管道機器人絕對不允許的，因為一旦出事，就無法將機器人從管道中取出來。帶輪的結(jié)構(gòu)如圖所示。鍵與花鍵聯(lián)接是最常見的輪轂聯(lián)接方式，屬可拆卸聯(lián)接。此測量裝置的輪胎，齒輪，皮帶都是通過普通平鍵來連接來實現(xiàn)傳動的。平鍵的橫截面是矩形，平鍵的上下表面相互平行。鍵的頂面和輪轂鍵槽的底面之間留有間隙，不影響輪轂與軸的對中。 一部分如圖12 (b) 所示, 在涂層與基體的接觸面反射回換能器。假設(shè)超聲波在外表面反射回換能器所用的時間是t1,在接觸面反射回換能器的時間是t2 ,超聲波在涂層內(nèi)的傳播速度是c，那么涂層的厚度l為：l=c(t2t1)。它由磁鋼和霍爾元件組成。圓盤轉(zhuǎn)動，磁塊靠近霍爾元件。從而使得車輪在轉(zhuǎn)動過程中，霍爾開關(guān)集成電路輸出連續(xù)脈沖信號。壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷。它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的，逆壓電效應(yīng)將高頻電震動轉(zhuǎn)換成高頻機械振動，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭；兒利用正壓電效應(yīng)，將超聲波轉(zhuǎn)換為電信號，可作為接收探頭。本設(shè)計中選用的是直探頭，因為本裝置一般工作在常溫環(huán)境下，所以選用常規(guī)的超聲波直探頭就可滿足要求。 圖16測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)兩個傳感器在同一圓周上，測量圓周上不同點的涂層厚度。即當電磁鐵通電時，傳感器被頂出，進行測量，當電磁鐵斷電時，傳感器在彈簧的作用下，收縮回套筒，結(jié)束測量。電磁鐵產(chǎn)生的電磁力隨著流過線圈的電流的大小變化而變化，因此可根據(jù)需要人為進行調(diào)節(jié)。磁感應(yīng)強度計算公式：B = Φ / (N Ae) 式中：B為磁感應(yīng)強度，單位為Wb/m^2；Φ為感應(yīng)磁通（測量值），單位為Wb；N為感應(yīng)線圈的匝數(shù)；Ae為測試樣品的有效截面積，單位為m^2。本裝置中電磁鐵提供的電磁力足以將傳感器頂出步進電機的作用主要是為了滿足被測量管道在同一徑向圓上不同點的涂層厚度的要求。通過控制直流電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)測量裝置的前進，后退。兩個傳感器是靠步進電機控制的，因為步進電機可實現(xiàn)精確角度的旋轉(zhuǎn)，步進電機通過單片機進行控制。 電氣系統(tǒng)的硬件設(shè)計 單片機的選擇本系統(tǒng)選用單片機為控制單元。它是計算機的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片的微機。單片機有著體型小﹑ 功耗低﹑ 功能強﹑ 性價比高﹑ 易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點，在自動化裝置﹑ 智能化儀器與儀表﹑過程控制和家電控制等許多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。MCS51系列單片機主要有三種型號的產(chǎn)品：8038051和8751。三種型號的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少許差異。目前，工業(yè)控制中應(yīng)用最多的是8051單片機。（2）.一般外接晶振頻率為12MHz，指令周期為1μs，每執(zhí)行一條指令時間絕大多數(shù)為1μs2μs，最長為4μs。（4）.具有21個特殊功能寄存器。（6）.具有4個8位的并行I/O端口、具有一個全雙工導(dǎo)步串行I/O端口，共32根I/O線。（8）.具有兩個16位定時器/計數(shù)器。 8051的大部分指令為1字節(jié)或者字節(jié)，最長為3字節(jié)。 MCS51系列單片機的引腳及其功能MCS51單片機是一個具有40根引腳的雙列直插式器件，引腳圖及其功能分類如圖4所示。Vss：接地端。當單片機采用外部時鐘信號時，次腳應(yīng)接地。當單片機采用外部時鐘信號時，外部時鐘信號由此引腳接入。CPU通過執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位來響應(yīng)，在RST為高電平的第二周期時執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位。：訪問外部存儲器時，用于鎖存地址底字節(jié)的地址鎖存允許輸出。ALE主要是提供一個定時信號，再從外部程序存儲器取指時把P0口的底地址字節(jié)鎖存到外接的鎖存器中，每個機器周期ALE有效兩次。：程序存儲器允許。取指令操作期間，的頻率為振蕩頻率的1/6；但若此期間有訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的操作，則有一個機器周期中的信號將不出現(xiàn)。對8031此引腳必須接地。對8051和8751此引腳應(yīng)接高電平，但若是地址超過4K范圍（0FFFH），則單片機將自動訪問外部程序存儲器。P0口：一個8位的開漏雙向I/O口，數(shù)據(jù)/外部存儲器低8位地址總線端口，在程序檢驗時它也輸入指令字節(jié)，P0口能吸入8個LSTTL輸入。P2口：具提升電阻的8位雙向I/O口，可供系統(tǒng)擴展時作高8位地址線用。在程序檢驗時，它也接收高位地址和控制信號。P3口：具有提升電阻的8位I/O口，該I/O口的每一位均可以獨立的定義為第一功能或第二功能。作為第二功能時，該口才具有了它獨有的串行存儲器的功能。其中，8751或8051在片內(nèi)各有4K字節(jié)的程序存器ROM或EPROM，并處于這一空間的最低地址區(qū)。外部數(shù)據(jù)RAM與片內(nèi)RAM的功用基本相同，但前者不能進行堆棧操作。 目前D/A轉(zhuǎn)換器有多種類型。從輸出形式分，有電流輸出型和電壓輸出型。按輸出極性分，有單極性輸出型和雙極性輸出型等。他具有與微機接口簡便，易于控制操作，使用靈活等優(yōu)點。這種結(jié)構(gòu)使輸入的數(shù)據(jù)有兩次緩存，因而在操作上十分方便靈活。本次設(shè)計中采用單緩沖方式，單緩沖方式與單片機的接線圖如下：圖18 0832按單緩沖方式與8051連接圖結(jié)束語 20世紀70年代以來,石油、化工、天然氣及核工業(yè)等產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,各種管道作為一種重要的物料輸送設(shè)施,得到了廣泛應(yīng)用。而管道所處的環(huán)境往往是人們不易或不能直接接觸的,因此,對于管道的檢測和維護,成了工業(yè)生產(chǎn)中的一道難題。因此設(shè)計一個可以在管道中能自由行走并且可以進行自動測量的檢測裝置是非常必要的。我設(shè)計的管道機器人采用直齒圓錐齒輪傳動，因為它可以實現(xiàn)直角傳動，占用空間小，成本低，而且適合管道機器人行進速度慢的要求。行走機構(gòu)的六個輪，分為兩組，每一組在空間成120角，實現(xiàn)了檢測裝置的定心。本次設(shè)計的管道涂層厚度測量裝置滿足了自動測量的要求，并且該裝置具有便攜、工作穩(wěn)定、成本低的優(yōu)點。致謝本次設(shè)計，雖然只有短短幾個月，但意義深刻。本次設(shè)計需要較高的專業(yè)技術(shù)和豐富的知識，它所涉及的領(lǐng)域包含了機械設(shè)計、機械原理、理論力學、材料力學等多學科的內(nèi)容。從開始時的模模糊糊到最后有了成熟的思想，不僅使我們學會了利用所學知識來解決實際問題，而且使我們真正懂得了怎樣去解決一個工程上的問題。同時也要感謝幫助我的各位同學，他們的幫助也讓我受益匪淺，不僅解決了問題，而且增進了友誼，在此對他們表示感謝。機器人, 2001 (10): 626629。城市排水管道自動清淤檢測機器人設(shè)想方案[J]3 張逍 [J].北京航空航天大學機械工程及自動化學院,北京:20074 王殿君，李潤平，黃光明，管道機器人的研究進展[J].北京石油化工學院機械工程學院,北京:102617。6 劉大維，彭商賢，[J]。7 田海晏，薛龍，[J].北京石油化工學院機械工程系,北京102617。8 華正漢，朱敬德，[J].上海大學機械電子工程與自動化學院，2003.（1）：61～62。14 王永福,[J].哈爾濱工業(yè)大學學報, 1995,27(4)