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1、 摘 要 管道機(jī)器人的運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要由減速器、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、傳動(dòng)軸和一些連接件組成。 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)有：運(yùn)行阻力的計(jì)算、電動(dòng)機(jī)的選擇、減速比的計(jì)算、齒輪強(qiáng)度的計(jì)算、軸強(qiáng)度的計(jì)算、四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用SG-27ZYJ直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，電動(dòng)機(jī)輸出軸和減速器的高速軸通過聯(lián)軸器聯(lián)接，通過減速器輸出比較慢的轉(zhuǎn)速，輸出軸通過主動(dòng)輪帶動(dòng)履帶是機(jī)器人在管道中前進(jìn)或后退。 關(guān)鍵詞：齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；履帶；軸。 ABSTRACT The running mech

2、anism of pipeline robot is mainly composed of a speed reducer, a driving wheel, a driven wheel, transmission shaft and a plurality of connecting pieces. The overall design of operation mechanism: the resistance operation, the choice of motor, reduction ratio, strength calculation, calculation of ge

3、ar shaft strength calculation, four bar mechanism design. This design uses SG-27ZYJ DC motor as the power source, the motor output shaft and gearbox high-speed shaft through the shaft coupling, reducer through the relatively slow speed output, the output shaft through the driving wheel drives the cr

4、awler robot forward or backward in the pipeline. Key words:Gear rotation mechanism;track;axle. 第1章 引言 隨著城市化和工業(yè)化步伐地不斷加快，管道作為一種運(yùn)輸工具在人們的生活和工作中出現(xiàn)的頻率越來越高。管道不僅能完成一些特定物料地傳送，而且具有可靠性高、運(yùn)輸安全、方便。因此，在工業(yè)和生活領(lǐng)域，管道起到了舉足輕重的作用。管道在使用的過程中，由于環(huán)境條件的影響，必定會(huì)造成一定的腐蝕和損壞，如果不及時(shí)修理，必定會(huì)造成資源的浪費(fèi)

5、和環(huán)境污染。因此，人們越來越多地把焦點(diǎn)放到管道探傷機(jī)器人身上。 1.1 管道探傷機(jī)器人設(shè)計(jì)背景及意義 隨著交通、石油、化工以及城市建設(shè)的飛速發(fā)展，管道作為一種經(jīng)濟(jì)、高效的物料長距離運(yùn)輸手段而倍受人們的關(guān)注，被廣泛的鋪設(shè)于世界各地、陸地、海洋等環(huán)境中。我國從20世紀(jì)70年代開始油氣管道的大規(guī)模建設(shè)，截止到目前，國內(nèi)已建油氣管道的總長度約6萬千米，逐漸形成了區(qū)域的油氣管網(wǎng)供應(yīng)格局，中國的管道工業(yè)得到了極大的發(fā)展。本課題中所研究的管道探傷機(jī)器人也是應(yīng)用在特殊作業(yè)環(huán)境下的一類特種機(jī)器人，其可以沿管道內(nèi)壁行走，通過攜帶的機(jī)電儀器，能夠完全自主或在人工協(xié)助下完成特定的管道作業(yè)，包括管道腐蝕程度、裂紋、

6、焊接缺口的探傷檢測，以及對焊接縫防腐補(bǔ)口等處理。 既然管道在工業(yè)現(xiàn)場中有著如此廣泛的應(yīng)用，其安全運(yùn)行問題也越來越受到人們的重視。一旦管道破損，僅維護(hù)搶修的成本巨大，從中泄露的物質(zhì)會(huì)對周圍的生態(tài)環(huán)境及人類生命安全造成威脅。如果能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并確定泄漏點(diǎn)，就能有效地減輕泄漏事故造成的損失和危害。然而由于管道埋地較深，通過常規(guī)的巡線檢測方法很難步到泄漏點(diǎn)，另外長輸管道距離長，沿途多為荒漠、沼澤或河流，而檢測方法多為人工定期巡檢，這都限制了泄漏檢測與定位的實(shí)時(shí)性,準(zhǔn)確性。因此，管道的維護(hù)管理、泄漏的檢測、保障管道安全運(yùn)行已成為界上重要的研究課題并日益受到重視。 管道探傷機(jī)器人作為一類特種機(jī)器人，正是

7、在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，管道探傷機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)在于它不僅具有探傷質(zhì)量高、作業(yè)速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且使操作檢測人員免受大劑量射線的輻射之苦。因此管道探傷機(jī)器人有著廣闊的應(yīng)用前景。 1.2 管道探傷機(jī)器人的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 管道探傷機(jī)器人是目前智能機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一。近幾十年來，核工業(yè)、石油工業(yè)的迅猛發(fā)展為管道探傷機(jī)器人提供了廣闊的應(yīng)用前景。由于大量地下、海底管線的維護(hù)需要刺激了管道探傷機(jī)器人的研究。從20世紀(jì)70年代起，國內(nèi)外許多研究人員就針對管道探傷機(jī)器人提出了大量的設(shè)計(jì)方案并對其能夠?qū)崿F(xiàn)的功能進(jìn)行不斷地補(bǔ)充和完善，這些研究成果對管道探傷機(jī)器人的技術(shù)改進(jìn)和應(yīng)用場合的擴(kuò)展起到巨大的推動(dòng)作用

8、。目前，各國的研究學(xué)者已經(jīng)研制出了滿足不同需要的管道探傷機(jī)器。 從上世紀(jì)50年代起，為了滿足長距離管道的自動(dòng)清理及檢測的需求，英、美等國相繼開展了這方面的研究，其最初的成果是在1965年，美國Tuboscope公司采用漏磁檢測裝置Linalog首次進(jìn)行了管內(nèi)檢測，盡管當(dāng)時(shí)尚屬于定性檢測，但具有劃時(shí)代的意義。 我國從20世紀(jì)90年代初期，開始了管道探傷機(jī)器人的研發(fā)工作，國內(nèi)較早進(jìn)入該研究領(lǐng)域的有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、大慶油建公司、中國石油天然氣管道局等單位。相比較而言，我國的地下管道檢測技術(shù)仍處于起步探索階段，大部分檢測管道腐蝕的技術(shù)都停留在管外檢測，方法傳統(tǒng)落后。各種管道

9、探傷機(jī)器人仍在研究中，成熟的產(chǎn)品尚未開發(fā)出來。盡管某些科研單位己經(jīng)研制出了幾種功能樣機(jī)，但它們只能對空管道進(jìn)行檢測，難以滿足工程上的要求。 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 本文根據(jù)直線電機(jī)的工作原理及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以直流電機(jī)為移動(dòng)動(dòng)力的管道探傷機(jī)器人。本課題將在以下兩個(gè)方面開展研究工作 （1）管道探傷機(jī)人機(jī)架的研究 機(jī)架是主要有四桿機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)螺桿以及減速器組成，四桿機(jī)構(gòu)保證機(jī)器人可以在一定范圍不同直徑的管道內(nèi)均能使用，傳動(dòng)螺桿保證四桿機(jī)構(gòu)能夠達(dá)到所需要的位置，減速器保起到緩沖和提高精度的作用。 （2）管道探傷機(jī)人履帶移動(dòng)部分的研究 該部分主要是由減速器、驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪、履帶組成，驅(qū)

10、動(dòng)輪主要是帶動(dòng)履帶轉(zhuǎn)動(dòng)，履帶和管道接觸產(chǎn)生移動(dòng)。 第2章 管道探傷機(jī)器人的要求指標(biāo) 根據(jù)所要設(shè)計(jì)內(nèi)容管道探傷機(jī)器人的初步構(gòu)想如圖2-1所示。 圖2-1 管道探傷機(jī)器人三維圖 2.1 管道探傷機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)(依據(jù)現(xiàn)代管道機(jī)器人技術(shù)) 行走速度： 5.36 自重: 6kg 凈載重： 11kg 機(jī)身尺寸： 351mm155mm155mm 自適應(yīng)管道半徑范圍： 200mm300mm 越障能力：

11、2mm5mm 爬坡能力： 15 工作電壓： 12V 一次性行走距離： 2500m 牽引力: 300N400N 密封性能： 履帶密封，機(jī)架半開放 2.2 管道探傷機(jī)器人的工作指標(biāo)(依據(jù)現(xiàn)代管道機(jī)器人技術(shù)) 工作環(huán)境： 中性液體環(huán)境，液面高度不得高于30mm 工作溫度： 050 第3章 元器件選用 3.1 電動(dòng)機(jī)的選用 本設(shè)計(jì)采用圓周三點(diǎn)限位支架，三個(gè)履帶行走構(gòu)件相互獨(dú)立，因而需要提供三個(gè)相同的

12、電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)各個(gè)履帶。另外，管徑自適應(yīng)結(jié)構(gòu)由絲杠螺母傳動(dòng)，也需要一個(gè)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，于是整個(gè)機(jī)器人需要4個(gè)電動(dòng)機(jī)。 考慮到整個(gè)機(jī)構(gòu)適用于200~300mm管徑的管道內(nèi)部探傷，因而整體尺寸受到嚴(yán)格限制，進(jìn)而限定了電動(dòng)機(jī)的尺寸。以最小管徑200mm作為尺寸控制的參數(shù)，履帶行走機(jī)構(gòu)的高度50mm，所用電動(dòng)機(jī)直徑大約20mm。同時(shí)作為履帶機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來源，此電動(dòng)機(jī)亦應(yīng)當(dāng)達(dá)到足夠的功率輸出，否則將必然無法與設(shè)計(jì)要求匹配。 出于零件之間相互通用的設(shè)計(jì)理念，4個(gè)電機(jī)都是統(tǒng)一規(guī)格、同種型號。最后由于設(shè)計(jì)要求中規(guī)定了每分鐘的行程，所以電動(dòng)機(jī)應(yīng)該轉(zhuǎn)速適中，既與整個(gè)電機(jī)的功率和扭矩相匹配，又能滿足行進(jìn)速度的要求

13、。 綜合以上幾點(diǎn)，經(jīng)過多方查閱資料。決定采用一下型號的電動(dòng)機(jī)：型號：SG-27ZYJ；額定功率：10W 12V DC；額定轉(zhuǎn)速度：400rpm；額定轉(zhuǎn)矩：300Nmm。實(shí)物圖如圖3-1所示。 圖3-1 上圖為電動(dòng)機(jī)實(shí)物參考圖 3.2 配件選用 根據(jù)探傷機(jī)器人的要求以及目前市場所有的相關(guān)配件種類本裝置應(yīng)選擇配件為： 蓄電池: 12V, 9000mAh。 攝象頭：CCD探頭，具體尺寸可選。120范圍內(nèi)可以探視。雙頭白光二級管探照光源。 第4章 機(jī)架部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)圖2-1的設(shè)想知機(jī)架部分的初步構(gòu)想圖如圖4-1所示。 圖4-1 機(jī)架部分三

14、維圖 4.1 機(jī)架部分的功能和結(jié)構(gòu) 機(jī)架部分的主要功能為支撐在管道內(nèi)行走的管道機(jī)器人，使履帶行走系能緊密的貼在管道壁面，產(chǎn)生足夠的附著力，帶動(dòng)管道機(jī)器人往前行走。 為了適應(yīng)不同直徑管道的檢測，管道檢測機(jī)器人通常需要具備管徑適應(yīng)調(diào)整的機(jī)架機(jī)構(gòu)，即主要有兩個(gè)作用：① 在不同直徑的管道中能張開或收縮，改變機(jī)器人的外徑尺寸，使機(jī)器人能在各種直徑的管道中行走作業(yè)；② 可以提供附加正壓力增加機(jī)器人的履帶與管道內(nèi)壁間的壓力，改善機(jī)器人的牽引性能，提高管內(nèi)移動(dòng)檢測距離。 為了滿足管徑自適應(yīng)的功能，本次設(shè)計(jì)采用了基于平行四邊形機(jī)構(gòu)的管徑適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，在由空間對稱分布的3組平行四邊形機(jī)構(gòu)組成，采用滾珠絲杠

15、螺母調(diào)節(jié)方式，每組平行四邊形機(jī)構(gòu)帶有履帶的驅(qū)動(dòng)裝置示意圖如4-2所示。 機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，滾珠絲杠直接安裝在調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上，絲杠螺母和筒狀壓力傳感器以及軸套之間用螺栓固定在一起，連桿CD 的一端C和履帶架鉸接在一起，另一端D 鉸接在固定支點(diǎn)上，推桿MN與連桿CD 鉸接在M點(diǎn)，另一端鉸接在軸套上的Ⅳ 點(diǎn)，連桿AB、BC和CD 構(gòu)成了平行四邊形機(jī)構(gòu)，機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)輪子安 裝在輪軸B、C上，軸套在圓周方向相對固定．其工作原理為：調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由于絲杠螺母在圓周方向上相對固定，因此滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)絲杠螺母沿軸線方向在滾珠絲杠上來回滑動(dòng)，從而帶動(dòng)推桿MN運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)

16、連桿CD繞支點(diǎn)D轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿CD 的轉(zhuǎn)動(dòng)又帶動(dòng)了平行四邊形機(jī)構(gòu)ABCD平動(dòng)，從而使管道檢測機(jī)器人的平行四邊形輪腿機(jī)構(gòu)張開或者收縮，并且使履帶部分始終撐緊在不同管徑的管道內(nèi)壁上，達(dá)到適應(yīng)不同管徑的的．調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，也同時(shí)推動(dòng)其余對稱的2組同步工作．筒狀壓力傳感器可以間接地檢測各組驅(qū)動(dòng)輪和管道內(nèi)壁之間的壓力和，保證管道檢測機(jī)器人以穩(wěn)定的壓緊力撐緊在管道內(nèi)壁上，使管道檢測機(jī)器人具有充足且穩(wěn)定的牽引力。 在4-2中，當(dāng)時(shí)，機(jī)架適應(yīng)管道半徑的范圍在。參考常見的管道運(yùn)輸直徑范圍(Ref2),設(shè)計(jì)的管道機(jī)器人可滿足成品油管的管道直徑的要求 機(jī)架部分的結(jié)構(gòu)簡圖如圖4-2所示 圖4-

17、2 絲杠螺母自適應(yīng)機(jī)構(gòu)圖 4.2 機(jī)架部分的力學(xué)特性分析 對于履帶式驅(qū)動(dòng)方式的管道機(jī)器人，牽引力由運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力以及履帶與管壁附著力決定。當(dāng)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力足夠大時(shí)，機(jī)器人所能提供的最大牽引力等于附著力。附著力主要與履帶對管壁的正壓力和摩擦系數(shù)有關(guān)。摩擦系數(shù)由材料和接觸條件決定，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整。履帶對管壁的正壓力與機(jī)器人重量有關(guān)，但通過管徑適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，可以在不同管徑下提供附加正壓力，改變附著力，從而在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)牽引力的動(dòng)態(tài)調(diào)整。 管道機(jī)器人正常行走時(shí)，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。因此，管道機(jī)器人在行走過程中，最多只有兩個(gè)履帶承受壓力，即

18、其頂部的壓力為零(如圖4-2所示)。 （4-1） 隨著管道機(jī)器人在管內(nèi)移動(dòng)的距離的增加，或者在爬坡的時(shí)候，機(jī)器人可能由于自身重量所提供的附著力不夠時(shí)，導(dǎo)致打滑，這就需要管道機(jī)器人提供更大的牽引力來支持機(jī)器的行走。利用管道機(jī)器人自適應(yīng)管徑的平行四邊形絲杠螺母機(jī)構(gòu)，可提供附加的正壓力以增加管道機(jī)器人的附著力。 通過遠(yuǎn)程控制可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩帶動(dòng)絲杠螺母相對轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生推動(dòng)力推動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，使得各組履帶壓緊貼在管道內(nèi)壁，產(chǎn)生附加的正壓力。 將各個(gè)履帶由于重力而產(chǎn)生的作用反力定義為,由附加正壓力所產(chǎn)生的

19、作用反力定義為，絲杠螺母桿的推力為，由力平衡原理可得： （）cot=F （4-2） 由Lsin+h+h=R得 cot= （4-3） 絲杠螺母需施加的推力F為：F=（） （4-4） 式中L、R、h、h如圖4-2所示。 絲杠螺母所產(chǎn)生的切向力 F=Ftan（）。 （4-5） 其中=arctan；arctanu 。

20、（4-6） 式中p、d分別為滾珠絲杠的導(dǎo)程 、大徑：u為絲杠與螺母之間的摩擦系數(shù)。 電機(jī)需要輸出的扭矩為T=F/ 。 （4-7） 式中為滾珠絲杠的螺母副的傳動(dòng)效率。查表知：u=0.13；=80%。 以符號表示機(jī)器人的提供的牽引力，當(dāng)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力足夠大的時(shí)候，牽引力為： F=（）u。 (4-8) 式中為履帶的附著系數(shù)，近似于摩擦系數(shù)，因管道內(nèi)部環(huán)境條件，故按油潤滑條件來取值u=0.5。 由(4-4),(4-5)，(4-7)可知，隨著

21、能所適應(yīng)的管道半徑的減小，機(jī)架部分所需要的推力和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是逐漸增大的。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。 下面是在管徑R=100mm時(shí)的，機(jī)架的力學(xué)分析的計(jì)算。估算的范圍在之間。采用的是履帶中驅(qū)動(dòng)的同種電機(jī)，額定轉(zhuǎn)矩,額定輸出轉(zhuǎn)速為。 由設(shè)計(jì)的尺寸可得h=23mm,h=51mm，L=88mm，L=L=42.5 ,p=3mm，d/2=11mm 由式(4-3)可算出cot=3.23351。 帶入式(4-4), 由，可算出所需要的推力的范圍為。 由式（4-6）計(jì)算tan（）=0.2。 帶入式(4-

22、5)可算出需要輸入的切向力F。 帶入式（4-7）可計(jì)算出所需要的轉(zhuǎn)矩為TN.mm。 由式(4-8)可求出管道機(jī)器人的牽引力的范圍為[85N,110N]。 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)速不宜過高，所以總傳動(dòng)比：i=4 ；Ⅰ級傳動(dòng)比：i=2；Ⅱ級傳動(dòng)比：i =2，傳動(dòng)部分的初步構(gòu)想如圖5-1所示。 圖5-1 機(jī)架部分傳動(dòng)系統(tǒng)三維圖 5.1 I級傳動(dòng)系齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1.1 壽命要求和初步數(shù)據(jù) Ⅰ級圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)扭矩，高速軸轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比i=2，使用壽命為30000小時(shí)，工作時(shí)有輕度振動(dòng)

23、。 5.1.2 選用材料 小齒輪40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，；大齒輪45鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，； 齒面粗糙度1.6。 5.1.3 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 軟齒輪，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 d （5-1） （1）齒數(shù)比 u=i=2.0。 （2）齒寬系數(shù)：直齒取＝0.8。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7） （3）載荷系數(shù) （5-2） ① 工況系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2） ② 動(dòng)載荷系數(shù)。 取小

24、齒輪齒數(shù)＝14；初估小齒輪圓周速度＝0.3m/s。 ＝1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8） ③ 齒向載荷分布系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-4） ④ 載荷分布系數(shù)。 a）大齒輪齒數(shù)＝214＝28?。?8。 b）螺旋角。（直齒） c）端面重合度＝1.49。 （5-3） d）縱向重合度＝0。（直齒） e）總重合度＝1.49；＝1.12 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10－9） ⑤ 載荷系數(shù)K＝1.2432。 （4）小齒輪轉(zhuǎn)矩。 （5）材料彈性系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6） （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)

25、力 ＝ （5-4） ① 小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力 ＝720 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21） ② 大齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力 ＝575 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21） ③ 最小許用接觸安全系數(shù)；設(shè)失效概率1/100，。 ④ 小齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù) N=60njL。 （5-5） n=400r/min；j=1；=30000h；＝7.2。 ⑤ 大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)N=/i=3.610。 ⑥ 大、小齒輪接觸壽命系數(shù)k=k=1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19）

26、 小齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：===720（N/mm）。 （5-6） 大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：===575（N/mm）。 （5-7） 從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應(yīng)力：。 （8）中心距，小、大齒輪的分度圓直徑，齒寬和模數(shù) d=＝9.84mm取14mm。 （5-8） 中心距a(1+i)=14(1+2)=21mm；圓整為a=21mm。 （5-9） 模數(shù)m＝＝1.0mm；取m＝1mm。

27、（5-10） ，取14，初選正確；Z=28。 （5-11） 于是＝＝14mm；＝＝28mm。 （5-12） 齒寬。 （5-13） 取小齒輪寬度b=12mm，大齒輪寬度為b=11.2mm。 5.1.4 參數(shù)的修正 （1）動(dòng)載荷系數(shù)k 小齒輪實(shí)際圓周速度 。 （5-14） 與初估=0.30相符，值無需修正。 （2）載荷系數(shù)K及其他參數(shù)均未變，均無需修正。 （3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的

28、幾何尺寸及參數(shù)保持不變。 5.1.5 彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 （5-15） （1）基本尺寸 K=1.2432；＝300；＝600。 b=11.2mm；=14mm； ＝28mm；=m=1mm。 （2）齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5） 小齒輪齒形系數(shù)，大齒輪齒形系數(shù)。 小齒輪應(yīng)力校正系數(shù)，大齒輪應(yīng)力校正系數(shù)。 （3）許用彎曲疲勞應(yīng)力 = （5-16） ① (根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20)小齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力，大齒輪彎曲疲勞極限

29、應(yīng)力。 ② 最小許用彎曲安全系數(shù) 保失效概率，選擇最小安全系數(shù).3。 ③ 彎曲壽命系數(shù) =7.210；=3.610；K=K=0.96。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-18） ④ 彎曲疲勞應(yīng)力 ===206.8（N/mm）。 (5-17) ===155.1(N/mm)。 (5-18) =YY=2.951.52=19.91(N/mm)。 (5-19) =YY=26.04（N/mm）。 (5-20) 因?yàn)?；；所以校?yàn)合格 。 標(biāo)準(zhǔn)齒輪h=1，C=

30、0.25；小齒輪的變?yōu)橄禂?shù)x==0.176；齒頂圓直徑d=Zm+2（ h+x）m；齒根園直徑d=Zm-2（ h+ C-x）m；齒全高h(yuǎn)=（2 h+ C）m。 根據(jù)上述計(jì)算，齒輪數(shù)據(jù)如表5-1。 表5-1 一級齒輪組的具體數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 單位 小齒輪 大齒輪 中心距 21.176 模數(shù) 1 傳動(dòng)比 2 端面壓力角 20 齒數(shù) 14 28 齒寬 12 11.2 分度圓直徑 14 28 齒高 2.25 2.25 齒頂圓直徑 16.352 30 齒根圓直徑 11.582 25.5 節(jié)圓直徑 1

31、4.117 28.235 5.2 Ⅱ級傳動(dòng)系齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.2.1 壽命要求和初步數(shù)據(jù) Ⅱ級圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)扭矩，高速軸轉(zhuǎn)速n=200rpm，傳動(dòng)比i=2，使用壽命為30000小時(shí)，工作時(shí)有輕度振動(dòng)。 5.2.2 選用材料 采用7級精度軟齒閉式圓柱直齒輪；小齒輪40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，； 大齒輪45鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，；齒面粗糙度1.6。 5.2.3 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 因?yàn)槭擒淉X輪，故根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 d (5-21) （1）齒數(shù)比 u=i=2。

32、 （2）齒寬系數(shù)：直齒?。?.8。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7） （3）載荷系數(shù)。 (5-22) ① 工況系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2） ② 動(dòng)載荷系數(shù)。 取小齒輪齒數(shù)＝14；初估小齒輪圓周速度； ＝0.15m/s。＝1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8） ③ 齒向載荷分布系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4） ④ 載荷分布系數(shù)。 a）大齒輪齒數(shù)＝214＝28?。?0。 b）螺旋角。（直齒） c）端面重合度＝1.54。 (5-23) d

33、）縱向重合度＝0。（直齒） e）總重合度＝1.54；＝1.12 。 ⑤ 載荷系數(shù)K＝1.2432。 （4）小齒輪轉(zhuǎn)矩=600（N.mm） （5）材料彈性系數(shù)（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6） （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 ＝ (5-24) ① 小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力＝720 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21） ② 大齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力＝575 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21） ③ 最小許用接觸安全系數(shù),設(shè)失效概率1/100 。 ④ 小齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)N=60n

34、jL。 (5-25) ＝200r/min；L=30000h；＝3.6。 ⑤ 大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)N=/i=1.8。 ⑥ 大、小齒輪接觸壽命系數(shù) k=k=1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19） 小齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：===720 (N/mm)。 (5-26) 大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：===575(N/mm)。 (5-27) 從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應(yīng)力：。 （8）中心距，小、大齒輪的分度圓直徑，齒寬和模數(shù) d=＝12.4mm取14mm。

35、 (5-28) 中心距 a(1+i)=14（1+2）=21mm圓整為a=21mm。 (5-29) 模數(shù)m＝＝1.00mm；取m＝1mm。 (5-30) Z==14，取14，初選正確；Z=28。 (5-31) 于是＝＝14mm；＝＝28mm。 (5-32) 齒寬b==0.814=11.2mm。 (5-33)

36、 取小齒輪寬度b=12mm，大齒輪寬度為b=11.2mm。 5.2.4 參數(shù)的修正 （1）動(dòng)載荷系數(shù)k 小齒輪實(shí)際圓周速度v==0.147 (5-34) 與初估=0.15相符，值無需修正。 （2）載荷系數(shù)K及其他參數(shù)均未變，均無需修正。 （3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不變。 5.2.5 彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 (5-35) （1）基本尺寸 K=1.2432；＝600；＝1200。 =14mm； ＝28mm；=m=1mm。 （2）齒形系數(shù)和應(yīng)力校正

37、系數(shù) 小齒輪齒形系數(shù)，大齒輪齒形系數(shù)（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5） 小齒輪應(yīng)力校正系數(shù)，大齒輪應(yīng)力校正系數(shù)。 （3）許用彎曲疲勞應(yīng)力 = (5-36) ① (根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20) 小齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力，大齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力。 ② 最小許用彎曲安全系數(shù) 保失效概率，選擇最小安全系數(shù).3。 ③ 彎曲壽命系數(shù) =3.610；=1.810；K=K=0.96。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-18） ===206.77(N/mm)。 (5-37)

38、===155.08(N/mm)。 (5-38) =YY=39.82(N/mm)；=YY=39.06(N/mm) 因?yàn)椋?。所以校驗(yàn)合格。 標(biāo)準(zhǔn)齒輪h=1，C=0.25；小齒輪的變?yōu)橄禂?shù)x==0.176；齒頂圓直徑d=Zm+2（ h+x）m；齒根園直徑d=Zm-2（ h+ C-x）m；齒全高h(yuǎn)=（2 h+ C）m。 根據(jù)上述計(jì)算，齒輪數(shù)據(jù)如表5-2。 表5-2 二級齒輪組具體數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 單位 小齒輪 大齒輪 中心距 21.176 模數(shù) 1 傳動(dòng)比 2 端面壓力角 20 齒數(shù) 14 28

39、 齒寬 12 11.2 分度圓直徑 14 28 齒高 2.25 2.25 齒頂圓直徑 16.352 30 齒根圓直徑 11.852 25.5 節(jié)圓直徑 14.117 28.235 5.3 傳動(dòng)螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.3.1 壽命要求和初步數(shù)據(jù) 螺紋大徑d=22mm；螺紋中經(jīng)d=19mm；螺距P=3mm；螺紋小徑d=16mm 螺紋內(nèi)經(jīng)d=10mm；螺母高度H=20mm。 5.3.2 耐磨性條件計(jì)算 d=0.8 (5-3

40、9) 式中==3 ；F=711.4N；查表5-12 =11；代入計(jì)算d≧3.7，故耐磨性滿足要求。 5.3.3 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 =≦ （5-40） 式中F=711.4N；T=1111.56Nmm；A=（d—d）；===160mpa；=9.7< 故強(qiáng)度滿足要求。 第6章 履帶行走系設(shè)計(jì) 履帶行走系的初步構(gòu)想圖如圖6-1所示。 圖6-1 履帶行走系的三維圖 6.1 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。管道

41、機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在管內(nèi)行走必須滿足機(jī)器人移動(dòng)載體對管壁的附著力,既牽引力，大于移動(dòng)載體的阻力：。 當(dāng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力足夠大的時(shí)候，牽引力: 其中為履帶與管道壁面接觸的正壓力。 輪式管道機(jī)器人的行走輪可按空間或平面配制．一般取4-6輪，其驅(qū)動(dòng)方式有獨(dú)輪或多輪驅(qū)動(dòng)。它的附著力只與驅(qū)動(dòng)輪和管壁間的接觸正壓力有關(guān)。對于履帶式管道機(jī)器人基于履帶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它在單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的情況下，正壓力等于載體與管壁產(chǎn)生的正壓力，因此有大的附著力。同時(shí)，在管道內(nèi)行走的穩(wěn)定性和越障性能上，履帶式行走系的總體性能要優(yōu)與輪式行走系。因此，本次機(jī)械設(shè)計(jì)采用履帶式行走系的模塊設(shè)計(jì)。 6.2 履帶行走系 履帶行走系的功

42、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。履帶行走系的裝置包括履帶,驅(qū)動(dòng)輪，張緊機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件，張緊緩沖裝置(本設(shè)計(jì)中將此機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)架上)組成。 履帶按材料可分為金屬履帶，金屬橡膠履帶和橡膠履帶?？紤]到在輸油管道中行走，金屬履帶的抗腐蝕性較差，并且對管道的壁面產(chǎn)生一定的損壞，管道機(jī)器人的履帶行走系中的履帶部分采用橡膠履帶。橡膠履帶是用橡膠模壓成的整條連續(xù)的履帶。它噪聲小，不損壞路面，接地壓力均勻。 履帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可用類似同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)代替。同步帶傳動(dòng)是靠帶上的齒和帶輪的齒相互嚙合來傳動(dòng)的，因此工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，能獲得準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。它兼

43、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)0.98。同時(shí)，由于不是靠摩擦傳遞動(dòng)力，帶的預(yù)張緊力可以很小，因此作用于軸和軸承上的力也就很小。 同步帶按齒形可分為梯形齒和圓弧形齒兩種。梯形齒中按齒距可分為周節(jié)制，模數(shù)制，特殊節(jié)距制。結(jié)合管道機(jī)器人履帶部分的尺寸，選取模數(shù)制帶形。由機(jī)械設(shè)計(jì)表12-1-55可查得現(xiàn)有的模數(shù)制同步帶產(chǎn)品，選取，節(jié)線長。其中模數(shù),齒數(shù) ,帶寬(此為最大的帶寬，廠方可根據(jù)客戶的要求進(jìn)行切割)，履帶中帶寬。為了增大履帶的接觸地面的摩擦力，將另一段帶的背面和在帶輪上的帶的背面用強(qiáng)力膠水粘和。 6.3 同步帶和帶輪(履帶)的設(shè)計(jì)計(jì)算 6.3.1 計(jì)算功率 V帶

44、傳動(dòng)比：＝1；驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速：＝43r/min；驅(qū)動(dòng)輪的輸出功率＝11w。 6.3.2 選普通V帶型號 因?yàn)橛糜诼膸鲃?dòng)，所以根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表8-7得 ＝1.3；＝＝14.3w； 模數(shù)制同步帶產(chǎn)品：節(jié)線長度。 6.3.3 求大小帶輪基準(zhǔn)直徑 取 。 6.3.4 驗(yàn)算帶速v v== 0.09

45、2） 與原先取的節(jié)線長＝408.41mm相符合；可取齒數(shù)；履帶中中心距是可以調(diào)整的：。 （6-3） 6.3.6 帶寬 bs10（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表12-2） （6-4） 式中為單位帶寬的許用應(yīng)力，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表12-1模數(shù)時(shí)，單位帶寬許用拉力。 單位帶寬,單位長度的質(zhì)量；由F=mv=0.0194410；可求得b；履帶帶寬b=26>20.37；符合帶寬要求。 6.3.7 剪切應(yīng)力驗(yàn)算 ==0.27(N/mm) （6-5） 根

46、據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表12-1可得許用剪切應(yīng)力 可得 符合剪切應(yīng)力的要求。 6.3.8 壓強(qiáng)驗(yàn)算p ==0.653(N/mm)。 （6-6） 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表12-1-78可得許用壓強(qiáng)。 6.3.9 求作用在帶輪軸上的切向力F 模數(shù)制同步帶輪：F===122.2>F。 （6-7） 6.3.10 同步帶輪型號選擇和參數(shù) 選擇同步帶中的階梯齒形的模數(shù)制同步帶產(chǎn)品。從現(xiàn)有的同步帶產(chǎn)品中選擇出 ，節(jié)線長＝408.41mm的同步帶的型號。校驗(yàn)符合實(shí)際情況。

47、 第7章 行走系中傳動(dòng)系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)器人不宜行走過快，所以選用總傳動(dòng)比：i=9.375；Ⅰ級傳動(dòng)：；Ⅱ級傳動(dòng)：i=2.5；Ⅲ級傳動(dòng)：i=2.5，行走系初步構(gòu)想圖如圖7-1所示。 圖7-1 行走系傳動(dòng)系統(tǒng)的三維圖 7.1 Ⅰ級圓錐齒輪傳動(dòng)系齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 7.1.1 壽命要求和初步數(shù)據(jù) Ⅰ級直齒錐齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)扭矩，高速軸轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比，使用壽命為30000小時(shí)，工作時(shí)有輕度振動(dòng)。 7.1.2 選用材料 采用7級精度軟齒閉式圓錐直齒輪；小齒輪40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，； 大齒輪45鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，；齒面粗糙度1.6。 7.

48、1.3 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)推薦，按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 (7-1) （1）齒數(shù)比 u=i=1.5。 （2）齒寬系數(shù)：直齒取＝0.3。 （3）載荷系數(shù)。 (7-2) ① 工況系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 表10-2） ② 動(dòng)載荷系數(shù)。 取小齒輪齒數(shù)＝20；初估小齒輪圓周速度＝0.42m/s。 ＝1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 表10-8） ③ 齒向載荷分布系數(shù) ，。 ④ 載荷分布系數(shù)

49、 a）大齒輪齒數(shù)＝1.520＝30；?。?0。 b）螺旋角（直齒） c）端面重合度＝1.61。 (7-3) e）縱向重合度＝0。（直齒） d）總重合度＝1.61 查表得＝1.0 。 ⑤ 載荷系數(shù)K＝1.01。 （4）小齒輪轉(zhuǎn)矩。 （5）材料彈性系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 表15－17） （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 ＝ (7-4) ① 小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力＝720 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 圖10-21） ② 大齒輪接觸疲勞極限

50、應(yīng)力＝575 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 圖10-21） ③ 最小許用接觸安全系數(shù) 設(shè)失效概率1/100；。 ④ 小齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù) N=60njL 。 (7-5) ＝200r/min；J=1；L =30000h；；＝7.2。 ⑤ 大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù) N=/i =4.810。 ⑥ 大、小齒輪接觸壽命系數(shù)k=k=1 。 （根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 圖10-19） 小齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：===720 (N/mm)。 (7-6) 大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：===575(N/mm)。 (7-

51、7) 從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應(yīng)力：。 （8）中心距，小、大齒輪的分度圓直徑，齒寬和模數(shù) 取20mm 取m=1mm。 小齒輪齒數(shù)20, 大齒輪齒數(shù)30；于是＝＝20mm；＝＝30mm。 R = 18.03mm，齒寬；取小齒輪寬度，大齒輪寬度為。 7.1.4 參數(shù)的修正 （1）動(dòng)載荷系數(shù)k 小齒輪實(shí)際圓周速度。 （7-8） 與初估=0.42相符，值無需修正。 （2）載荷系數(shù)K及其他參數(shù)均未變，均無需修正。 （3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不

52、變。 7.1.5 彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 （7-9） （1）已知數(shù)據(jù) K=1.01；＝300；＝450 。 （2) 當(dāng)量齒數(shù) ① 小、大齒輪的分錐角。 ； （7-10） ② 小、大齒輪的當(dāng)量齒數(shù)。 ； （7-11） （3) 齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5） 小齒輪齒形系數(shù)，大齒輪齒形系數(shù) 小齒輪應(yīng)力校正系數(shù)，大齒輪應(yīng)力校正系數(shù)。 （4）許用彎曲疲勞應(yīng)力 = （7-12） ① 小齒

53、輪彎曲疲勞極限應(yīng)力，大齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力。 ② 最小許用彎曲安全系數(shù) 保失效概率，選擇最小安全系數(shù).3。 ③ 彎曲壽命系數(shù) = ；；K=K=0.96 （根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 圖10-18） ===206.77(N/mm)。 （7-13） ===155.08(N/mm)。 （7-14） 因?yàn)?；；所以校驗(yàn)合格。 根據(jù)上述計(jì)算，齒輪數(shù)據(jù)如表7-1。 表7-1 一級齒輪組的具體數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 單位 小齒輪 大齒輪 大端模數(shù) 1 傳動(dòng)比 1.5

54、 端面壓力角 20 齒數(shù) 20 30 齒寬 5.5 5 大端分度圓直徑 20 30 中點(diǎn)分度圓直徑 17 25.5 齒高 2.2 2.2 大端齒頂圓直徑 21.664 31.11 大端齒根圓直徑 18.67 28.67 錐距 18.03 7.2 Ⅱ級傳動(dòng)系齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 7.2.1 壽命要求和初步數(shù)據(jù) Ⅱ級圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)扭矩，高速軸轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比i=2.5，使用壽命為30000小時(shí)，工作時(shí)有輕度振動(dòng)。 7.2.2 選用材料 采用7級精度軟齒閉式圓柱直齒輪：小齒輪40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，；

55、大齒輪45鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，；齒面粗糙度1.6。 7.2.3 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 因?yàn)槭擒淉X輪，故按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算，按彎曲疲勞強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算。 d （7-15） （1）齒數(shù)比 u=i=1.6。 （2）齒寬系數(shù)：直齒取＝0.8。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7） （3）載荷系數(shù) 。 （7-16） ① 工況系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2） ② 動(dòng)載荷系數(shù)。 取小齒輪齒數(shù)＝12；初估小齒輪圓周速度＝0

56、.17m/s。 ＝1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8） ③ 齒向載荷分布系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4） ④ 載荷分布系數(shù)。 a）大齒輪齒數(shù)＝2.512＝30 ，?。?0。 b）螺旋角。（直齒） c）端面重合度＝1.51。 （7-17） d）縱向重合度＝0。（直齒） e）總重合度＝1.51；＝1.12 。 ⑤ 載荷系數(shù)K＝1.2432。 （4）小齒輪轉(zhuǎn)矩 （5）材料彈性系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6） （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 ＝

57、 （7-18） ① 小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力＝720 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21） ② 大齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力＝575 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21） ③ 最小許用接觸安全系數(shù)。 設(shè)失效概率1/100；。 ④ 小齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)N=60njL。 （7-19） ＝267 r/min；J=1；L=30000h；＝3.177。 ⑤ 大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù) N=/i =1.27。 ⑥ 大、小齒輪接觸壽命系數(shù) k=k=1 。 (根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19)

58、小齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：===720 (N/mm)。 （7-20） 大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：===575(N/mm)。 （7-21） 從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應(yīng)力：。 （8）中心距，小、大齒輪的分度圓直徑，齒寬和模數(shù) d= =取12mm；中心距a(1+i)=12（ 1+2.5 ）= 21mm 圓整為a=21mm；模數(shù)m＝＝1.00mm；取m＝1mm；Z= =12 取12，初選正確；Z=30；于是＝＝12mm；＝＝30mm；齒寬b==0.312=3.6mm；取小齒輪寬度b=5mm，大齒輪寬度為b=4.5mm。 7.2.4 參數(shù)的修正 （1）動(dòng)

59、載荷系數(shù)。小齒輪實(shí)際圓周速度v== =0.1678 m/s 與初估=0.17相符，值無需修正。 （2）載荷系數(shù)K及其他參數(shù)均未變，均無需修正。 （3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不變。 7.2.5 彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 （7-22） （1）具體數(shù)據(jù) K=1.2432；＝450；＝1125 。 b=5mm；=12mm；＝30mm；=m=1mm。 （2）齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) 小齒輪齒形系數(shù)，大齒輪齒形系數(shù)Y=2.52 小齒輪應(yīng)力校正系數(shù)，大齒輪應(yīng)力校正系數(shù)Y=1.625。 （3）許用彎曲疲勞應(yīng)力

60、 = （7-23） ① (根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20) 小齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力，大齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 。 ② 最小許用彎曲安全系數(shù) 保失效概率，選擇最小安全系數(shù)==1.3。 ③ 彎曲壽命系數(shù)（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-18） = 3.17710；=1.2710； K=K=0.96。 ===155.08(N/mm)。 （7-24） ===206.77(N/mm)。 （7-25）

61、=YY =2.951.52 =435.5。 （7-26） =YY =2.551.61=39.87。 （7-27） 因?yàn)椋?；所以校?yàn)合格。 標(biāo)準(zhǔn)齒輪h=1，C=0.25；小齒輪的變?yōu)橄禂?shù)x==0.176；齒頂圓直徑d=Zm+2（ h+x）m；齒根園直徑d=Zm-2（ h+ C-x）m；齒全高h(yuǎn)=（2 h+ C） 根據(jù)上述計(jì)算，齒輪數(shù)據(jù)如表7-2。 表7-2 二級齒輪組的具體數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 單位 小齒輪 大齒輪 中心距 21.294 模數(shù) 1 傳動(dòng)比 2.5 端面壓力角 20 齒數(shù)

62、12 30 齒寬 5 4.5 分度圓直徑 12 30 齒高 2.25 2.25 齒頂圓直徑 14.588 32 齒根圓直徑 10.088 27.5 節(jié)圓直徑 12.168 30.42 7.3 Ⅲ級圓柱齒輪傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)計(jì)算 7.3.1 壽命要求和初步數(shù)據(jù) Ⅲ級圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)扭矩T=1125，高速軸轉(zhuǎn)速n=106.8rpm，傳動(dòng)比i=2.5，使用壽命為30000小時(shí)，工作時(shí)有輕度振動(dòng)。 7.3.2 選用材料 采用7級精度軟齒閉式圓柱直齒輪；小齒輪40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，； 大齒輪45鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，；齒面

63、粗糙度1.6。 7.3.3 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 因?yàn)槭擒淉X輪，故按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算，按彎曲疲勞強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 d （7-28） （1）齒數(shù)比 u=i=2.5 （2）齒寬系數(shù)：直齒取＝0.8 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7） （3）載荷系數(shù) （7-29） ① 工況系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2） ② 動(dòng)載荷系數(shù)。 取小齒輪齒數(shù)＝16；初估小齒輪圓周速度＝0.09m/s。 ＝1。（根據(jù)機(jī)

64、械設(shè)計(jì)圖10-8） ③ 齒向載荷分布系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4） ④ 載荷分布系數(shù)。 a）大齒輪齒數(shù)＝2.516＝40；?。?0。 b）螺旋角。（直齒） c）端面重合度＝1.60。 （7-30） d）縱向重合度＝0。（直齒） e）總重合度＝1.60；＝1.12 。 ⑤ 載荷系數(shù)K＝1.2432。 （4）小齒輪轉(zhuǎn)矩T=1125（N.mm）。 （5）材料彈性系數(shù)。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6） （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 ＝

65、 （7-31） ① 小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力＝720 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21） ② 大齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力＝575 。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21） ③ 最小許用接觸安全系數(shù) 設(shè)失效概率1/100。 ④ 小齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù) N=60njL 。 （7-32） ＝166 r/min； J=1；L=30000h；＝1.92。 ⑤ 大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù) N=/i ==0.76810。 ⑥ 大、小齒輪接觸壽命系數(shù) k=k=1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19） 小齒輪許用接觸

66、疲勞應(yīng)力：===720 (N/mm)。 （7-33） 大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：===575(N/mm)。 （7-34） 從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應(yīng)力：。 （8）中心距，小、大齒輪的分度圓直徑，齒寬和模數(shù) d= =＝ 14.92mm取16mm；中心距a(1+i) =16（1+2.5）=28mm，圓整為a=28mm；模數(shù)m＝＝1.00mm；取m＝1mm；Z= =16取16，初選正確；Z=40；于是＝＝16mm； ＝＝40mm；齒寬b=d=0.816=12.8；取小齒輪寬度b=13mm，大齒輪寬度為b=12.8mm。 7.3.4 參數(shù)的修正 （1）動(dòng)載荷系數(shù)。小齒輪實(shí)際圓周速度v===0.089（m/s）與初估=0.09相符，值無需修正。 （2）載荷系數(shù)K及其他參數(shù)均未變，均無需修正。 （3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不變。 7.3.5 彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 （7-35） （1）具體數(shù)據(jù) K=1.2432；＝1125；＝28