TH-1管道机器人设计说明书

TH-1型管道机器人设计说明书 #计算支反力和绘制弯矩图及扭矩图由于驱动轮轴并不传递功率，只是起到支撑的作用，所以只用校验驱动轮轴的强度，示意图如下：轴承10" 、FF轴承IIOOO1）F力在支点产生的反力（如下图）F1FTOC\o"1-5"\h\zRv1 Rv2_L1 _L2 L3 ►L2=3mm,L3=5mm5.2高速轴校验R=FL/（L2+L3）=72x5/8=45N5.2高速轴校验R=F-R=72-45=27Nv2 v12）垂直面弯矩图（如下图）M=RL2=45*3N.mm=135N•mmvv1强度校验1） 危险截面为F施加在轴上面的力的面其当量弯矩为M=M=135N・mmev2） 轴为40Cr,调质；„=750MP；B a[„][„]=70MP-1baM e =0.27mm；0.1[„ ]-1b此截面处直径为17mm,远满足要求轴的强度校验合格4.轴上轴承的计算滚动轴承基本额定寿命的检验预计寿命30000h（【1】表16—11）查【4】附表22—3：轴承的基本额定动载荷C=40.8KN查【1】表16—9、10得温度系数f=1（假定工作时温度100度）载荷系数/=1p对球轴承€=3驱动轴只受径向力F的作用，A=45N,R=27Nv1 v2故其当量动载荷取P=45NL= =36104x106h>轴承的预期寿命30000h60nfPph因此滚动轴承的设计合理轴承寿命计算合格履带轴系零件设计计算锥齿轮传动轴5.轴、轴承计算过程结果及说明5.1止齿轴计算锥轮设计1.概略计算轴径1）锥齿轮轴采用齿轮轴；因高速轴的齿轮在前面的设计中已设计为选用40Cr钢，锻件，调质则整根高速轴都使用材料40Cr，调质；查【4】表20-2；以下计算轴的计算参考［4JP580-590及料的拉伸强度限€=750N/mm2，拉伸屈服限B=550N/mm2，弯曲疲劳限€=350N/mm2，扭转疲劳限-1T-1=200N/mm22）高速轴传递功率P=O.。126kW,转速n1=267rpm。①按扭转强度计算：d„气彳C=98〜107；取C=104；则d„3.76mm；②按扭转刚度进行计算d„(91-108)/'-=93n0.0126—-一=5.9mm267轴端直径d=6mm；取直径为d=6mm2.锥齿轮轴的结构设计拟定轴的结构考虑轴上零件的固定及便于轴系零件的装拆，采用阶梯轴结构：1段为轴颈，直径为轴直径最小值，取6mm,和锥齿轮过盈连接,支承采用深沟球轴承61801,采用脂润滑。2段轴为轴肩，固定滚动轴承，并装有轴承盖。轴直径略大于轴颈，取11mm。3段为轴颈，直径取6mm,故支承用深沟球轴承6308采用油脂润滑。并和圆柱齿轮间有过盈连接。d1=6mm;L1=25.5mm;d2=11mm;L2=3mm;d3=6mm;L3=8.5mm;5.2止齿轴验3.计算支反力和绘制弯矩图及扭矩图1）求轴上各力（受力示意图如下）Fr1Ft1o轴承IFt2Fr2FaL_oo轴承ii直齿轮（为一对齿轮中的主动轮）:2T2x450圆周力F=力==52.94N

t1 d171径向力F=Ftg,=52.94xtg20。=19.27Nr1 t轴向力F=0（直齿轮无轴向力）a圆锥齿轮（为一对齿轮总的从动轮）:圆周力2T2*450 30mF=——1= =30Nt2d30m径向力F-Ftg,=30xtg20°xcos56=6.1Nr2 12轴向力F=Ftg,sin„=30xtg20°xsin56=9.0Na 12 22）垂直平面内支承点得支反力（如下图）L2Rh2Rh1Fr1r16）合成弯矩最不利的情况:hbM=（M2,Ma avMvb相叠加:va,2）1/2=281.7N.mmaHFt1Rv1L3Rv2L1=5mm,L2=20.5mm,L3=5mmR=-57.44Nv1R=34.5Nv23）水平面支承反力（如下图）L2Fr2R=-21.85NhlR=8.68Nh2=FL1=264.7N・mmr1M=Rvbv25）水平面产生的弯矩图（如下图）L3=34.5*5=172.5NmmM=FL1=96.35N.mmhaM=RL3=43.4N・mmh2轴的强度校验合格轴的刚度校验合格轴的强度校验合格轴的刚度校验合格7）轴传递的转矩（见图i）T€450N.mm强度校验1） 危险截面为a面其当量弯矩为M=（M2,（aT）2）1/2=390.2N.mme a其中，取折合系数a=0.6；2） 轴为40Cr,调质；由【1】表14—1査得b=750MP；B a由H】表14—3查得［。_功］=7。MPaM0.1［be］=3.82颇；-1b此截面处直径为6mm，故满足要求3）2段轴为非危险截面，同时直径也要大，所以轴强度较和满足。轴的刚度校验：1）轴的弯曲变形计算（等效直径法）d=(ZdL)/ZL=6.405mm；e ii il=ZL=34mm；材料弹性模量E=2.1X105MPa光轴剖面的惯性矩I=0.05d4=84.15mm；eF13 1927x343挠度y=-r——= =0.0089348EI 48x2.1x105x84.15由【4】P59。对齿轮轴许用挠度［J］€（0.01〜0.03）m；m为齿轮模数3；许用偏转角［0］=0.005rad；许用扭转角［中］=0.25°〜1°/m所以，》＜［y］；偏转角0=爲11=0-000079<[0];故满足变形条件2）轴的扭转变形的计算材料的切变模量G=0.81x105MPa轴的扭转角9=1 <0.00015rad<0.08°<[9]G 0.1d4i=1 i

5.3锥齿轮轴承的寿命计算所以满足条件6.锥齿轮上轴承的计算滚动轴承基本额定寿命的检验预计寿命30000h（【1】表16—11）查【4】附表22—3：轴承的基本额定动载荷C=40.8KN温度系数f=1（假定工作时温度100度）t载荷系数f=1.2（由题目给定有轻微振动）p对球轴承€=3由上面轴的力学分析可得：F =61.45NrmaxF=9NaF由厂a=0.146<0.25，可得径向载荷系数X=1Frmax轴向载荷系数Y=0故其当量动载荷取最大值P-61.45N-0.06145KN106fCL=—— ）e=10573x106h>轴承的预期寿命30000hh60nfPp因此滚动轴承的设计合理轴承寿命计算合格

履带轴系零件设计计算从动轮传动轴5.轴、轴承和键计算过程结果及说明5.1驱动轮轴的计算轴径的尺寸的初订1） 从动轮轴选用40Cr钢，锻件，调质则整根高速轴都使用材料40Cr，调质；查【4】表20—2；材料的拉伸强度限€=750N/mm2,拉伸屈服限B€=550N/mm2,弯曲疲劳限€=350N/mm2,扭转疲劳s -1限T=200N/mm2-12） 从动轮轴固定在履带板上，静止不动，并不具有传递功率的作用。相当与轴承的作用，支撑驱动轮的转动。从动轮轴的结构设计拟定轴的结构考虑轴上零件的固定及便于轴系零件的装拆，采用阶梯轴结构轴结构和和从动轮的中心相对称：为轴头1,上开有张紧的螺钉孔，并和履带带板相接触，取轴直径为6mm。2段的为轴身，装轴承盖，取轴直径为13mm.3段为轴颈，直径取15mm，故支承用深沟球轴承61802，采用油脂润滑。4段轴为轴肩，起到固定轴承的作用，直径为19mm.5段轴为轴身，连接两边轴肩的作用，取直径为24mm.以下计算轴的计算参考【4】P580—590d1=6mm;L1=8mm;d2=13mm;L2=5mm;d3=15mm;L3=5mm;d4=19mm;L4=1mm;d5=24mm;L5=4mm;3.计算支反力和绘制弯矩图由于驱动轮轴并不传递功率，只是起到支撑的作用，所以只用校验驱动轮轴的强度，而且没有扭矩的存在，示意图如下：Q"轴承I 轴承II张紧力 张紧力5.2高速轴校验1）F5.2高速轴校验F2F1F2F1L1=L3=6.5mm,L2=21mm图中F1,F2为螺母所施加的张紧力。可以做简化处理算出FF1=F2=—=36N轴的强度校验合格2轴的强度校验合格轴承支反力：R(L+L)+RL=F(L+L+L)v123 v23 11 23R=R=36Nv1 v23)垂直面弯矩图(如下图)M=F1*L1=36*6.5Nmm=234Nmmv4.强度校验1） 危险截面为Mv最大的一段轴面其当量弯矩为M=M=234Nmme v2） 轴为40Cr,调质；b=750MP；B a[b]=70MP-1b a7 /Md>3 e——=0.32mm；3o.i[b]1 -1b此截面处直径为24mm,远满足要求4.轴上轴承的计算滚动轴承基本额定寿命的检验预计寿命30000h（【1】表16—11）査【4】附表22—3：轴承的基本额定动载荷C=40.8KN査【1】表16—9、10得温度系数f=1（假定工作时温度100度）t载荷系数f=1p对球轴承„=3驱动轴只受径向力F的作用，R=R=36Nv1 v2故其当量动载荷取P=36NL=貝—=288830x106h>轴承的预期寿命30000h60nfPph因此滚动轴承的设计合理轴承寿命计算合格参考文献煤气管道机器人管径适应调整机构分析 上海交通大学学报管道机器人的发展现状 机器人技术与应用管道机器人适应不同管径的三种调节机构的比