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优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763摘 要在现代，无论是工业、农业还是国防领域中都有纵横交错的管道。如何保障这些管道系统的安全性和有效性，对于我困经济发展至关重要。管道机器人是工作在输送管道内，用于完成管道缺陷检测、修复等的智能装置，是保障管道安全的重要工具。由于管道内环境复杂，对管道机器人的设计要求驱动单元结构简单、驱动效率高，同时对复杂的管内环境具有自适应能力。因此研制具有结构简单、驱动效率高、具有管内环境自适应能力的管道机器人具有重要意义。该蠕动式管道机器人由三部分组成，包括一个伸缩模块和两个支撑夹紧模块。伸缩模块主要由主执行器和四组齿轮齿条构成，利用齿轮齿条的往复移动来实现机器人的行走；两个支撑夹紧模块结构上完全一样，通过曲柄滑块机构使机器人的脚与管壁压紧，从而产生机器人行走所需的静摩擦力。伸缩模块和支撑模块按一定的顺序循环工作，从而实现机器人在管道内的行走。本文首先通过分析国内外研究现况和现有管道机器的结构特点及原理提出自己的设计方案，接着从动作原理和运动特性、动力特性等角度分析了该机器人的结构及性能特点，让后对机器人各模块进行了详细设计与校核，最后采用 Pro/E 对该机器人进行了三维设计以及采用 AutoCAD 绘图软件绘制了该机器人的装配图和主要零件图。关键字：蠕动，管道，机器人，设计优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763AbstractIn modern times, whether industrial, agricultural or defense in both pipelines criss-cross. How to protect the safety and effectiveness of these piping systems, economic development is essential for me sleepy. Pipeline robot is working in the pipeline for the completion of the pipeline defect inspection, repair, and other smart devices, is an important tool to protect the safety of pipelines. Due to the complexity of the environment in the pipeline, the pipeline robot design requirements driving a simple cell structure, high drive efficiency, while the inner tube environments with complex adaptive capacity. Therefore, the development of a simple structure, high drive efficiency, environmental adaptive ability of the tube pipe robot is important. The peristaltic pipe robot consists of three parts, including a telescoping clamp module and two support modules. Telescopic module is composed primarily of four main actuator and gear rack, the gear rack to achieve the reciprocating movement of the walking robot; two supporting structures are completely the same as the clamping block, slider-crank mechanism of the robot through the feet and the tube pressing the walls to produce the required static friction walking robot. Telescoping module and support module cycle work according to a certain order to achieve the robot to walk in the pipeline. Firstly, make their own designs by analyzing the structural characteristics and the principle of status quo and existing domestic pipeline machines, then from the action principle and motion characteristics, dynamic characteristics, such as paper analyzes the structure and performance characteristics of the robot, so that after Each module is a detailed robot design and verification, finally using Pro/E the robot uses a three-dimensional design and drawing software AutoCAD drawing the assembly drawing of the robot and the main parts diagram. Keywords: Motility, Pipes, Robotics, Design优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763目 录摘 要 .IAbstract.II第一章 绪论 .11.1 研究背景及意义 .11.2 国内外研究概况 .11.3 蠕动式管道机器人概述 .4第二章 总体设计与特性分析 .62.1 驱动方式的选择 .62.2 结构方案设计 .62.2.1 蠕动方式选定 .62.2.2 支撑夹紧机构设计 .82.3 总体方案确定 .82.4 运动及动力学特性分析 .92.4.1 直线运动 .92.4.2 转弯运动 .11第三章 各组成部分的设计 .143.1 性能参数的选定 .143.2 蠕动行走机构的设计 .143.2.2 伺服电机的选定 .143.2.1 运动及动力参数计算 .153.2.3 减速器的选定 .153.2.3 圆锥齿轮传动的设计 .163.2.4 齿轮齿条传动的设计 .193.2.5 传动轴的设计及轴上零件的选定 .223.2.6 机架的设计 .253.3 支撑夹紧机构设计 .263.3.1 伺服电机的选定 .26优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397633.3.2 运动及动力参数选定 .263.3.3 减速器的选定 .263.3.4 曲柄滑块机构设计 .273.3.5 机架的设计 .303.4 机器人各模块基于 Pro/E 的三维设计 .303.4.1 蠕动行走模块 .303.4.2 上部支撑夹紧模块 .313.4.3 下部支撑夹紧模块 .313.4.3 机器人整体设计 .32第四章 控制系统的设计 .334.1 控制系统组成 .334.1.1 蠕动式机器人控制系统 .334.1.2 核心器件的选择 .334.2 蠕动式机器人的具体控制方法 .35结 论 .36参考文献 .37致 谢 .38优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763第一章 绪论1.1 研究背景及意义随着社会的发展和人民生活水平的提高，空调和天然气管道以及各种输送管道的应用越来越多。在我国及世界各个国家内，由于地形的限制和土地资源的有限，在地下都埋设了很多的输送管道，例如天然气管道、石油管道等，在埋有管道的地面上面都已经建成了很多的建筑物、公路等，给管道的维修和维护造成了很大的困难。当这些管道由于某些原因造成了泄露、堵塞等问题时，人们普通的做法是挖开道路进行维修，有些时候如果不能准确判断泄露和堵塞的具体位置时，会浪费很多的时间和精力，同时降低了工作效率。随着机电一体化技术的发展，以及机器人技术的发展和管道测试等技术的进一步发展，相互之间的渗透程度越来越深，人们制造出各种各样的管道机器人来进行对各种管道的维修、维护和检测。管道机器人可以进入人们无法进入的管道中，完成一定的规定任务如检测管道的裂缝、清扫管道，这样的话，人们不再为了维修、维护管道时挖开道路，或是对空调等完全拆卸开，节省了大量的人力，物力和财力。目前的管道机器人都是以履带、轮子等实现在管道中的移动，这样有很多的缺点。例如目前的管道机器人都是为了专门的管道而设计的，通用性不好，举个例子，当轮式或是履带式的管道机器人在有一定的液体的管道中运动时，会发生滑动，使机器人在管道中不能行走，不能完成指定的任务。还有就是这些机器人的设计不能实现在倾斜的或是垂直的管道中行走，有些即使能在垂直的管道中行走但是不能适应有液体的管道，以上的原因大大的限制了管道机器人的工作范围。因此设计一种通用性更强，结构更紧凑，动作运行平稳，能够适应管道截面变化的新型管道机器人非常必要。研制该机器人的目的是为了帮助人们摆脱繁重的劳动和简单的重复劳动，以及替代人到危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。在自来水供应、煤气供应、飞机、潜艇、石油天然气、核发电站等环境中存在着大量人类无法进入的微细管道和危险区域。这些管道在经过一段时间的腐蚀和重压后，会出现裂纹、漏孔等现象。如果这些管道发生泄漏，将导致无法预计的损失和危害。为提高管道的寿命、防止泄漏等事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护，管道机器人为满足该需要而产生。1.2 国内外研究概况优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763管道机器人的驱动源大致有以下几种：微型电机、压电驱动、形状记忆合金（SMA ） 、气动驱动、磁致伸缩驱动、电磁转换驱动等。管道机器人按照驱动方式大致可以分为以下三种，如图 1-1 所示。1）自驱动（自带动力源） ；2）利用流体推力；3）通过弹性杆外加推力；图 1-1 管道机器人的基本形式（1）自驱动管内机器人自驱动管内机器人包括图 1 所示的轮式、脚式、爬行式、蠕动式，还包括履带式等。1）轮式日本东芝公司于 1997 年研制了一台轮式管内移动机器人，前部带有一部微型CCD 摄像机，能分辨管内异物并用微型机械手实现清理。胶管联接可过弯管，适应管径：25mm；行走速度：0.36m/min；自重：16g。该机器人采用多轮驱动式为了增加牵引力，由于轮径太小，越障能力有限，而且结构复杂。2）脚式西门子公司 Werner Neubauer 等人研制的微管道机器人有 4、6、8 支脚三种类型，可在各种类型的管里移动，其基本原理是利用腿推压管来支撑个体，多腿可以方便地在各种形状的弯管道内移动。3）蠕动式清华大学研制了一套小型蠕动机器人系统，其结构如图 1-2，由 1 蠕动体和2、3、4 电致伸缩位移器组成。蠕动体的蠕动变形形态由粘贴于柔性铰链部位的电阻应变实时感应，机器人的外形尺寸为 1506146mm，重 2Kg，最大步距10m，行程 40mm，运动精度 0.2m。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图 1-2 蠕动体结构示意图（2）利用管道流体压力利用管道流体压力对管道进行直接检测和清理技术的研究始于上世纪 50 年代，受当时的技术水平的限制，其主要的成果是无动力的管道清理设备PIG，此类设备依靠管内流体的压力差产生驱动力，随着管内流体的流动方向向前移动，并可携带多种传感器。但是 PIG 自身没有行走能力，其移动速度、检测区域不易控制。上海大学利用石油管道的石油高压研制成在役石油管道检测机器人如图 1-3，该型机器人分成多节，利用与管道密封的橡胶环（皮碗） ，相当于活塞，在输油管内压力油作用下，推动检测机器人向前行走，主要由探头 1、高压密封件 2、电机仓 3、电池仓 4、仪器仓 5、仪器仓 6、万向节 7、里程仓 8、清管器 9 和皮碗 10 组成。图 1-3 利用管内流体压力的管道机器人（3）管外加推力日本东京科技学院利用外加推力研制成“螺旋原理”的微型机器人如图 1-4。利用在管外的电机推动带有弹性的线推动驱动部件前进，该驱动部件可以越过小的台阶。图 1-4 管外加力的管道机器人优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397631.3 蠕动式管道机器人概述蠕动式机器人在柔软狭窄环境中有着轮式和足式机器人无法比拟的优势，并具有良好的稳定性和运动性能。因此，蠕动式机器人在太空探索，危险环境下作业，工业和城市管道检测以及医疗上的疾病诊断及微创手术等领域有着广泛的应用前景。（1）蠕动式机器人的优势1）稳定性在崎岖不平的地区运动时，轮式和足式机器人存在翻倒的危险。基底与机器人的接触点，形成一个凸多边形，当机器人系统的重心超出了由接触点构成的凸多边形的边线时，机器人就会摔倒。而驱动式机器人在大多数情况下的势能会处于较低的状态，因此，机器人因重心超出凸多边形边线而摔倒的问题几乎不存在，其运动的稳定性更好。2）穿越能力蠕动式机器人在理论上能够越过数倍于其高度的障碍，这对于轮式和足式机器人几乎是不可能的。很多运动系统采用轮式来获得足够的运动能力，但轮式机器人在松软的地面和柔软材料的表面上很难进行有效的运动；足式机器人在粗糙不平的表面上运动存在被卡住的危险。而蠕动式机器人在柔软或粗糙不平的表面上具有更好的运动能力，同时能够穿越有障碍物的环境，具有良好的穿越能力。3）牵引力牵引力是指加到运动系统上，驱动其向前运动的力。牵引力通常受运动系统的重量和摩擦系数的影响。轮式和足式机器人的重量分布较为集中，在松软的地面和柔软材料的表面上容易陷入其中。而蠕动式机器人的重量相对来说分布在更大的面积上，在机器人具有同等重量的情况下，蠕动式机器人在松软的表面上运动比轮式和足式机器人更有优势，能提供较大的牵引力。4）尺寸微型化相对于轮式和足式机器人，蠕动式机器人的驱动器和本体更适合采用智能材料，可以利用智能材料的特性来实现运动，其尺寸更易微型化，因此多数的蠕动机器人体形细长。对于细长狭窄的空间，蠕动式机器人更适合进入狭窄空间进行作业。（2）蠕动式机器人的应用2）工业管道检测在工业领域中存在着大量的狭小区域，如水管，天然气管道，输油管道等。很多工业运用管道镜来进行检测，但是这要求工厂需要修改设计，增加通道入口来放置管道镜。而蠕动式管道机器人可以通过运动到达需要检测的地点，节省了费用。具有现场检测和精确定位功能的高效蠕动式管道机器人不仅能够节省费用，更能减优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763少管道检测的时间，提高管道检测的效率。2）医疗领域蠕动式机器人因其在医疗领域的潜在应用价值而受到关注。微创手术减少了手术中大面积切开皮肤组织的需要。这将大大减轻给患者带来的严重不适及痛苦，减少对人体其它完好组织的伤害，缩短康复时间消除手术引起的副作用，降低医疗费用，减轻患者的生理痛苦和医疗人员手术操作时的心理压力。内窥镜就属于这类应用。3）危险环境中作业人类的活动有很多禁区，如辐射、高温、有毒、低压等环境，然而这样的地区却是必须要被经常检查以确保安全。另外，在一些意外灾害，如地震、爆炸、飓风、火灾等情况下，需要及时搜救被困人员，解救伤员。蠕动式机器人适合在狭窄的环境下作业，能够很好的在这些场合完成任务。在蠕动式机器人上安装生命传感器，进入受灾现场，能够减少大型挖掘设备对受伤人员带来的伤害，并提高救援效率。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763第二章 总体设计与特性分析2.1 驱动方式的选择蠕动式管道机器人运动是简单的重复性运动，其主要运动形式只有“收缩一伸长” 。蠕动式机器人的结构设计并不是十分困难，但是对蠕动式机器人的控制相对困难。因此，必须全面考虑机器人系统的组成。适合做蠕动式机器人的驱动方式有SMA 驱动，压电驱动，电机驱动，电磁驱动和气动驱动等。表 3.1 为几种驱动方式的比较综合考虑到蠕动式管道机器人的结构和控制的简单和方便性，本次选用伺服电机驱动。2.2 结构方案设计2.2.1 蠕动方式选定（1）方案 1：曲柄滑块式蠕动方式曲柄滑块式蠕动方式，如下图：优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图 2-1 曲柄滑块式蠕动方式曲柄滑块机构容易实现，成本较低，不需要太多的加工。但是由于曲柄滑块机构有急回特性，使蠕动式管道机器人的速度很难控制，并且不能实现它的匀速运动。而且曲柄滑块机构占用的空间很大，不利于机器人向小型化发展。（2）方案 2：齿轮齿条式蠕动方式齿轮齿条式蠕动方式，如下图：图 2-2 齿轮齿条式蠕动方式齿轮齿条机构相对其他的机构来说最大的特点是能够实现匀速运动，同时刚度等条件容易达到规定的要求。成本也较低，只需要简单的啮合就能实现本设计的要求，而且占用的空间小，运动稳定。综合以上的方案评价和比较和各类因素，选择方案 2 的齿轮齿条式蠕动方式相对运行稳定，结构简单，容易实现，可以实现匀速运动。因此驱动方式选用齿轮齿条的形式，结构如下图示。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图 2-3 齿轮齿条式蠕动方式2.2.2 支撑夹紧机构设计为适应管道截面的几何变形，需设计可适应不同截面大小的蠕动行走时的支撑夹紧机构，该机构必须能根据不同截面形状和大小自动调整支撑夹紧部件的长度。综合考虑蠕动式管道机器人的结构和控制的简单和方便性，本次选用曲柄滑块式支撑夹紧机构。曲柄滑块机构容易实现，成本较低，不需要太多的加工。曲柄滑块式支撑夹紧机构如下图：优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图 2-4 支撑夹紧机构2.3 总体方案确定如图 2-5 所示，该蠕动式管道机器人由上部支撑夹紧机构、中间蠕动行走机构、下部支撑夹紧机构三部分组成。图 2-5 蠕动式管道机器人总体结构2.4 运动及动力学特性分析2.4.1 直线运动优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763（1）直线运动原理分析当机器人直行时，如图 2-6 中-所示过程，首先下部夹紧机构与管道内壁夹紧，中间蠕动行走机构的四个齿轮同向同速转动带动齿条移动，此时上部夹紧机构、中间蠕动行走机构在齿条的作用下向前伸出到达极限位置时，上部夹紧机构与管道内壁夹紧，下部夹紧机构松开，中间蠕动行走机构的四个齿轮同向同速反转带动齿条移动，此时下部夹紧机构、中间蠕动行走机构在齿条的作用下向前收缩到达极限位置。这样一次蠕动行走循环完成，进入下一个蠕动行走循环。在蠕动行走过程中由于夹紧装置长度可根据不同管道截面形状和尺寸径变化因此可以适应不同截面形状和尺寸的管道。图 2-6 直线运动原理图 2-7 直线运动齿轮齿条状态（2）直线运动动力学分析直线运动时受力比较简单，腿部与管壁间的摩擦力提供机器人行走的驱动力，优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763极限情况为机器人沿管壁垂直向上运动时克服自身重力上升。此时齿轮与齿条的负载为 G1 或 G2，所需要的腿部总摩擦力为 G1+G2，即满足下述力学方程：）（ （ 下 部 模 块 上 升 时 ）（ 上 部 模 块 上 升 时 ） 齿齿 GF144图 2-8 直线运动动力学分析2.4.2 转弯运动当机器人遇到 T 型或 L 型管道需要转弯时，如图 2-7 中-所示过程，原理与直线运动类似，不过需要变向时机器人用于驱动齿条伸缩的两侧齿轮转速不同从而使机器人机身向需转弯的方向弯曲实现转弯。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图 2-9 转弯运动原理分析图 2-10 转弯运动齿轮齿条状态优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图 2-10 转弯运动学分析几何关系满足：其中sinco1lba）（ ）（ ） ）（ clblasinos11（x m，y m）坐标： sin2cos12si11 dlydlxm） ）（ ）（）（x u，y u）坐标：优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763 cossin2cos1i2sin11 uu uu hdlydlx） ）（ ）（）（优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763第三章 各组成部分的设计3.1 性能参数的选定通过对现在常用管道的截面形状、尺寸、管道布置等的统计与分析初步选定本次设计的蠕动式管道机器人性能参数如下：行走速度： 10 m/min自重： 10 kg净载重： 5 kg 机身尺寸： 351mm 155mm 155mm自适应管道直径范围：150mm400mm工作电压： 12V3.2 蠕动行走机构的设计3.2.2 伺服电机的选定（1）估算所需电机最大功率根据第二章的分析可以知道该机器人行走时所需最大功率出现在机器人满载5Kg 重物下克服重力沿竖直管道向上行走时，此时机器人克服重力做功。 NGG 3.148.95.10322max 重重克 sv/61in/0WsmNvP./6.4maxax 克需 716.09.3098齿 条轴 承锥 齿联减 ，因此选定电机额定功率为：30Ww7.216.09max需（2）电机转速的选定对于相同额定功率的伺服电机，转速越高后面所需的减速装置结构尺寸、重量越大，转速越底电机本身的结构尺寸、重量越大以及价格也越贵。但转速对减速装置结构尺寸和重量的影响相对较到，考虑到机器人的结构紧凑性，本次选定额定转速为 500r/min 的伺服电机综上述（1） 、 （2）蠕动行走机构选定额定功率为 30W，额定转速为 500r/min 的伺服电机，型号为：SG-60ZYJ。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397633.2.1 运动及动力参数计算（1）总传动比的计算初步选定驱动齿条的齿轮分度圆直径为 30mm，则齿轮转速为：min/2.106/314.in0rmdvn齿则总传动比为：71.4i/.5iw齿（2）传动比分配为保证传动系的结构紧凑性，采用与伺服电机配套连接的减速器直接减速，开式齿轮只做传递动力用，不用做减速。即： 齿 条锥 齿减ii17.4（3）各轴参数计算各轴的转速：输入锥齿轮轴 ；min/2.1067.451rinm减圆柱齿轮轴 ；i/.12i锥 齿各轴的输入功率：输入锥齿轮轴 ；wP5.2698.0301 联减 圆柱齿轮轴 ；4.5262锥 齿各轴的输入转矩：输入锥齿轮轴 ；mNnPT38.21069011圆柱齿轮轴 ；.452123.2.3 减速器的选定前述已选定减速比 ，为保证传动系的结构紧凑性，选用与伺服电机配7.4减i套连接的减速器，减速比为 。1减优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397633.2.3 圆锥齿轮传动的设计（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数齿形角: ；顶隙系数: ；齿顶高系数: ；轴夹角 。20*0.2c*1ah90根据课本表 10-1，材料选择，大小齿轮材料均为 45 钢（调质） ，硬度均为280HBS。根据课本表 10-8，选择 7 级精度。传动比 u= / =12z1节锥角 ，45arctnu 45902不产生根切的最小齿数： =12.121*minsin/cohaZ选 =20， =u =201=201z21z（2）按齿面接触疲劳强度设计2.921td32125.0uKTZRHE试选载荷系数： =1.5tK计算小齿轮传递的扭矩： =2.383 Nm1T选取齿宽系数： =0.3R由课本表 10-6 查得材料弹性影响系数：1289.EZMPa由图 10-21d 按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限： lim160HMPa大齿轮的接触疲劳极限： lim250Ha计算应力循环次数，81 105.436138460hjLnN 81203./uN由图 10-19 查得接触疲劳寿命系数: ，921HNK96.HN计算接触疲劳许用应力:MPaSKHN56092./1lim1 82li2优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763试算小齿轮的分度圆直径,代入 中的较小值得H2.92 =36.3mm 1td32125.0uKTZRE计算圆周速度 vmm8.3).(.65.01 Rtmd=（3.1415930.8106.2）/ （601000）=0.17m/s)10/()(nv计算载荷系数齿轮的使用系数载荷状态轻微震动，查表 10-2 得 =1.2AK由图 10-8 查得动载系数 =1.1VK由表 10-3 查得齿间载荷分配系数 = =1.0HF依据大齿轮两端支承，小齿轮悬臂布置，查表 10-9 得轴承系数 =1.17beHK由公式 = =1.2 =1.21.17=1.4HKFbeH接触强度载荷系数： = =1.21.11.01.4=1.85AKVH按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径=36.3 =38.9mm31/ttd35.1/8m= / =38.9/20=1.95mm 取标准值 m=2.0mm z计算齿轮的相关参数=m =220=40 mm1dz=m =220=40 mm2=90 - =4545/arctn1u21mdR3.81021确定并圆整齿宽:b= R=0.328.3=8.48mm，圆整取 10，R mB1021（3）校核齿根弯曲疲劳强度优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763确定弯曲强度载荷系数：K= =1.9AKVF计算当量齿数= /cos =20/cos45=28.31vz1= /cos =20/cos45 =28.322查表 10-5 得： =2.91， =1.53， =2.91， =1.531FaY1Sa2FaY2Sa计算弯曲疲劳许用应力由图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数: =0.82， =0.821FNK2FN取安全系数: =1.3FS由图 10-20c 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 : =500Mpa， =380Mpa1FN2FN按脉动循环变应力确定许用弯曲应力: MPaSKFNF 4.35.1/082./11 22校核弯曲强度根据弯曲强度条件公式：FRSaFFzbmYKT221)5.0(=34.47 MPa MPzbmYKTRSaFF 3.1098.)5.1(22221 1F=33.2 MpaaRSaFF 0.516.).( 2222 2F满足弯曲强度要求，所选参数合适。（4）数据整理 名称 符号 公式 直齿圆锥 齿轮 1 直齿圆锥 齿轮 2齿数 zz20 20模数 m m 2传动比 i i 1分度圆锥度 ，arctg1112-90。 4545分度圆直径 dzd40 40优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763齿顶高 ahmha*2 2齿根高 f cf)(2.4 2.4齿全高 h fa4.4 4.4齿顶圆直径 ad，1*1os2hda2ca42.83(大端)42.83（大端）齿根圆直径 f 1*1mff22s36.61 36.61齿距 p p6.28 6.28齿厚 s s3.14 3.14齿槽宽 e 2e3.14 3.14顶隙 c mc*0.4 0.4锥距 R 21d28.3 28.3齿顶角 a，1fa1fa85.485.4齿根角 f Rhrctgf2齿顶圆锥角 a，11aa22.9.9齿根圆锥角 f，ff15.4015.40齿宽 bRb10 103.2.4 齿轮齿条传动的设计（1）选精度等级、材料和齿数采用 7 级精度，选择齿轮材料为 45（调质）硬度为 240HBS，机器人转弯时齿条需弯曲因此选定齿条材料为能够弯曲的树脂材料。初选齿轮齿数 ，201Z（2）按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式进行试算，即 3211)(.HEdtt ZuTkd由于本传动为齿轮齿条传动，传动比近似无穷大，所以 =1u1确定公式各计算数值优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763试选载荷系数： 3.1tK计算齿轮传递的转矩： mNT2.选取齿宽系数： 50d由表 6.3 查得材料的弹性影响系数： 2/18.9MPaZE由图 6.14 按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限 H501lim由式 6.11 计算应力循环次数 81 107.2)83(2.0660 hjLnN由图 6.16 查得接触疲劳强度寿命系数： 91NZ计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为 1%，安全系数为 S=1，由式 10-12 得 MPaSZHN50692.01lim1 试算齿轮分度圆直径 tdmdt 6.21)508.9(15.023.131 计算圆周速度：sndvt /2.0.4.61计算齿宽： btd8.0.251模数mZmtnt .01齿高 4.3.2/810/43.28.52. hbhnt ，计算载荷系数 K根据 ，7 级精度，查得动载荷系数smv/1.0 .VK假设 ，由表查得：NbFtA01FH优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763由于齿条需经常弯曲，选定使用系数： 5.1AK由表查得 ，2935.1HK26.1F故载荷系数 96.23.05HVA按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式可得 mdtt 8.243.1/96.2/331 Zm084（3）按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为：321FSdnYZKT确定公式内的计算数值由图 6.15 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE3801由图 6.16 查得弯曲疲劳寿命系数： .1NZ92.0N计算弯曲疲劳许用应力，取失效概率为 1，安全系数为 S=1.3 PaSZFENF 2.573.1801计算载荷系数： 91.26.01.FVAK查取齿形系数：由表 6.4 查得 821aY查取应力校正系数 由表 6.4 查得： 5.S计算齿轮的 ， FSaY01687.2.5781FSaY计算模数：mm31.0687.2933对比计算结果，由齿根弯曲疲劳强度计算的模数大于由齿面接触疲劳强度计算的模数，可取有弯曲强度算得的模数 1.31mm，并圆整为标准值取 m=1.5mm优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763（4）几何尺寸计算计算分度圆直径 mZd305.121计算齿宽宽度： db15.1序号 名称 符号 计算公式及参数选择1 齿数 Z 202 模数 m 1.5mm3 分度圆直径 21dm304 齿顶高 ah5.15 齿根高 f 87.6 全齿高 hm35.7 顶隙 c08 齿顶圆直径 21d9 齿根圆直径 43f 25.610 齿宽 B m13.2.5 传动轴的设计及轴上零件的选定轴上的功率 P2,转速 n2 和转矩 T2， ，w6.41in/.10rmNT21.（1）初步确定轴的最小直径先按式 初步估算轴的最小直径。选取轴的材料 45 钢，调质处理。根3dCn据机械设计表 11.3，取 ，于是得：12md9.62.10431该处开有键槽故轴径加大 10%15%，且最小直径显然是安装齿轮处的直径 ，1d优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763由于计算轴径比较小，键槽对小轴径轴的强度削弱比较大，因此该处轴径适当加大，取 ； 。md12L01（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（a）为了满足大带轮的轴向定位的要求 2 轴段左端需制出轴肩，轴肩高度轴肩高度 ，取 故取 2 段的直径 ，长度 。dh07.mh84.0md14mL402（b）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力较小，故选用深沟球轴承。根据 ，查机械设计手册选取 0 基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承m126003，故 ， 。d13L23（c）齿轮处由于齿轮分度圆直径 ，故采用齿轮与轴分开采用键连接的31d形式，齿轮宽度 B=15mm，故取 。ml42（3）轴上零件的周向定位查机械设计表，联接大带轮的平键截面 。mlhb124（4）强度校核计算（a）求作用在轴上的力已知高速级齿轮的分度圆直径为 =52 ，根据机械设计 （轴的设计计算dm部分未作说明皆查此书）式(10-14)，则 NFNtgdTantrt07.5320.1473.23（b）求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从手册中查取 a 值。对于 6003 型深沟球轴承，由手册中查得 a=8mm。因此，轴的支撑跨距为L1=68mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面 C 是轴的危险截面。先计算出截面 C 处的 MH、M V 及 M 的值列于下表。载荷 水平面 H 垂直面 V优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763支反力F ，NH143FH162，NFNV137FV162C 截面弯矩 M mLN8532 mMLa532总弯矩 NMVH680122max扭矩 T图 3-1 轴的轴力、弯矩和扭矩图（c）按弯扭合成应力校核轴的强度根据式(15-5)及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取 ，轴6.0的计算应力优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763MpaWTMca 3.1712.068)(3222 已选定轴的材料为 45Cr，调质处理。由表 15-1 查得 。因此0P1-，故安全。1-ca（4）键的选择采用圆头普通平键 A 型（GB/T 1096-1979）连接，联接齿的平键截面， 。齿轮与轴的配合为 ，滚动轴mlhb124Mpap1076Hr承与轴的周向定位是过渡配合保证的，此外选轴的直径尺寸公差为 。m校核键联接的强度键、轴材料都是钢，由机械设计查得键联接的许用挤压力为 MPaP120键的工作长度 mbl10241，合适pP adlkT43.1825.131（5）轴上轴承的计算查的预计寿命 30000h查表得轴承的基本额定动载荷 C=40.8KN温度系数 =1（假定工作时温度 100
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