管道检测机器人_毕业设计(编辑修改稿)

管道检测机器人_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

1 0 1 4 . 7 5 3 . 5 0 . 9 7 1 6 . 1 5 . 1 8 . 7 3 0 .dT T i N m N m        22 1 1 2 1 6 . 1 5 0 . 9 9 1 5 . 8 2 9 .T T i N m      所以所选的电机符合条件。 此测量装置在 500mm/min 的速度下前进，速度比较低。 初选车轮直径为 40mm 则此时车轮的角速度以及减速后最终的角速度为： ω =60v/(π179。 d)=60179。 500/179。 40179。 60=由于电机的初速度为 14 r/min，由传动比公式 i=14/w=14/= 所以传动比 i= 我选用直齿圆锥齿轮来传递能量和动力。 因为其可以实现两相交轴之间的传动。 锥齿轮设计、制造及安装均较简单，用于低速传动 ，非常适 合此装置的要求。 考虑到机器人在前进过程中要托缆，因此将此机器人设计成前后轮共同驱动的方式，以获得较大的牵引力。 由于尺寸限制，只能将轮放在另外一根轴上，用皮带将两轴连接起来，它没有调速的作用，只需使两轴具有同样的旋转速度。 压紧装置主要是为了让机器人能够撑紧管壁，从而达到平稳前进的目的。 我所设计的压紧装置是通过一个扇形齿轮和一个齿条的相互啮合实现的。 具体如图 6 所示： 本 科 毕 业 设 计 第 13 页 共 35 页 图 6 压紧装置 此结构的 原理非常简单，但却很实用。 当管壁直径变化时，压紧轮就会以销轴为中心，进行旋转，同时齿条就会因为啮合的作用前后移动，弹簧也跟着压缩或拉长。 以此来调节适当的压紧力，保证车体的平衡。 计程轮的设计是为了知道车体在管道中行进的距离，已达到正确测量管道中某点涂层厚度的目的。 计程轮设计如图 6所示，它的结构比较简单，是用四个导向螺钉将轮固定在支撑体上，导向螺钉上装有压缩弹簧，压缩弹簧的一端连在支架上，另一端连在支撑体上，由此支架可以沿着导向螺钉的方向上下移动，而车轮通过销轴连在支架上，可以随支架一起 运动，以保证计程轮始终与地面接触。 计程轮上安装有霍尔传感器。 霍尔传感器就是利用霍尔效应原理，通过磁场、电流对被测量的控制，使包含有被测量变化信息的霍尔电压发生变化，在利用后继的信号检索和信号放大电路，就可以得到被测量 本 科 毕 业 设 计 第 14 页 共 35 页 脉冲信号 的信息。 正因为霍尔传感器的基本原理霍尔效应只包含了磁场、电流、电压三个常用物理量，使得采用霍尔传感器的被测量的测量简单易行，而磁场强度、电流、电压是磁场、电场的基本物理量，所以霍尔传感器可以进行精确的非接触测量。 图 7计程轮 它具有灵敏度高，线性度好，稳定性高、体积小和耐高温等特点，在机车控制系统中占有非常重要的地位。 本装置中选用霍尔元件 DN6837，它是一个开关集成霍尔传感器，其输出的脉冲信号经过一级三极管放大，在送到单片机的输入口。 轴的材料是决定其承载能力的重要因素，制造轴的主要材料是碳素钢及合金钢。 45号优质中碳钢是最常用的材料。 Q235A等 普通碳素钢用于不重要的轴或受载较小的轴；合金钢具有较高的机械强度用于受载荷较大、结构尺寸受限制、需提高轴颈耐磨性及处于高温或腐蚀等条件下的轴；球墨铸铁和一些高强度铸铁一般用于铸成外形复杂的轴，他们吸振性好，对应力集中敏感性低。 一般机器中的轴常用优质中碳钢制造，这类钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性较低，其中 45 号钢最为常用。 为了提高材料的力学性能，通常进行调质或正火处理。 本 科 毕 业 设 计 第 15 页 共 35 页 由于振动磨的主轴旋转会产生高频率的振动，且产生的离心力相当大，所以应选 45 号钢作为此传动轴的材料。 一般常见的轴按其轴线的形状和功用分为 直轴、曲轴两大类，因为本次设计只涉及直轴，所以我们在此只讨论直轴。 直轴一般都做成实心，若因机器特殊需要也可制成空心轴。 考虑到应加工方便，轴的截面多为圆形，为了使轴上零件定位及装拆方便，轴多做成阶梯轴。 一些结构简单或特殊要求在轴中装设其它零件或者减小轴的质量具有重大作用的场合，轴才做成等直径的轴（光轴）或空心轴。 空心轴内径与外径比通常为 ～ ，以保证轴的刚度及扭转稳定性。 根据轴的承载情况，可分为：转轴 —— 工作中既受弯矩又受转矩的轴；有时还受较大轴向力的作用，这类轴在各种机器种最常见；心轴 —— 工作中 只承受弯矩、不受转矩或转矩较小的轴，心轴又分为转动心轴（轴转动）和固定心轴（轴不转动）两种；传动轴 —— 工作中只传递转矩、不承受弯矩或受弯矩很小的轴。 下面首先通过扭转强度对轴进行设计，然后再用弯扭组合进行校核。 按扭转强度条件计算 选择轴的材料为 45 钢，经调质处理，首先估算最小轴径，根据下列公式进行计算 303 ].[ npAnpdT  ， 30 ][ d —— 截面处轴的直径，单位 mm， p —— 轴的传递功率，单位 kw； n —— 轴的转速，单位 r/min， ][T —— 许用扭转切应力，单位 MPa， 45钢的 ][T 值为 25～ 45； 0A —— 其中 45 钢的 0A 的取值为 126～ 103。 因选择的电动机功率为 30kw，即 p=20w，转速 n=14r/min，把数据带入上式有 ： 3303 14201 2 6].[ 5 5 0 0 0 0  npAn pdT= 因轴上开有两个键槽，所以轴径应当增大 5%～ 7%，则有 d≥ 179。 （ 1+） = 本 科 毕 业 设 计 第 16 页 共 35 页 圆整后可取 d=12mm。 但是这样求出的直径，只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径dmin。 按弯扭合成条件校核轴 轴所受的载荷是从轴上零件传来的。 计算时将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。 作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂的中点算起。 通常把轴当作置于铰链支座上的梁，这是建立力学模型的一种形式，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。 在做计算简图时，应先求出轴上受力零件的载荷（若为空间力系，应把空间里分解为圆周力、径向力和轴向力，然后把他们全部转化到轴上），并 将其分解为水平分力和垂直分力。 然后求出各支承处的水平反力 FHN和垂直反力 FNV。 我所校核的这根轴是锥齿轮传动的从动轴如图 7。 其上主要有齿轮，带轮和两个轴承。 另外一根轴的受力分析和计算在这里就不再阐述。 下面进行轴的设计计算和强度校核。 根据设计要求可知：取齿轮传动的效率为 ，则齿轮在此轴上的扭矩为： P1=p =20 = n1=4r/min T1 =9550000179。 P1/n1=178。 mm, 因大齿轮的分度圆直径为 d=mz=2179。 46=92mm，所以 Ft=2T1/d=2 ,Fr=Ft tan20/cos8= N Fa=Ft tan = N 皮带的初拉力为 Fe=1000p/v=。 下面利用静平衡原理计算 F1和 F2其上所受弯矩图和剪力图如图 9 列出静平衡方程 : 在垂直面内： Fv1 106=Fr179。 75+179。 Fa Fv1=278 N Fv2179。 106=Fr179。 31+179。 Fa Fv2=125 N 在水平面内： Fh1179。 106=Ft179。 75 本 科 毕 业 设 计 第 17 页 共 35 页 Fh1= N Fh2179。 106=Ft179。 31 Fh2=294 N 图 8水平面内剪力弯矩图 图 9垂直面内剪力弯矩图 本 科 毕 业 设 计 第 18 页 共 35 页 图 10弯矩扭矩合成图 所以 ： M= 22HMVM=23709 根据第四强度理论对危险截面进行校核 22 TMW ae  ,又 136414 20955955000  n PT ， W = 323d = 3 = 代入数据得 22 TMW ae  =60MPa 所以轴的强度足够。 轴的结构设计 轴结构设计原则： （ 1） 轴上零件布置应使轴受力合理。 （ 2） 轴上零件定位可靠、装拆方便。 （ 3）采用各种减小应力集中和提高疲劳强度的措施 本 科 毕 业 设 计 第 19 页 共 35 页 图 11 轴 （ 4）有良好的结构工艺性，便于加工制造和保证精度。 （ 5）对于要求刚性大的轴，还应从结构上考虑减小轴的变形。 轴承的校核 如果按滚动轴承承受载荷的作用方向分类，常用轴承可分成三类，即径向接触轴承、向心角接触 轴承和轴向接触轴承。 径向接触轴承主要用于承受径向载荷。 这类轴承有：深沟球轴承、调心球轴承、调心滚子轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承。 在齿轮传动机构的设计中，需要两个轴承来承受齿轮啮合传动时产生的力，因为选取的是圆锥直齿轮，没有轴向的力需要轴承承受，为此，在这里选取大众而且性价比很。