管道探伤智能机器人设计方案

1 管道探伤智能机器人设计方案 道探伤机器人设计背景及意义 随着交通、石油、化工以及城市建设的飞速发展，管道作为一种经济、高效的物料长距离运输手段而倍受人们的关注，被广泛的铺设于世界各地、陆地、海洋等环境中。我国从 20世纪 70 年代开始油气管道的大规模建设，截止到目前，国内已建油气管道的总长度约 6万千米，逐渐形成了区域的油气管网供应格局，中国的管道工业得到了极大的发展。本课题中所研究的管道探伤机器人也是应用在特殊作业环境下的一类特种机器人，其可以沿管道内壁行走，通过携带的机电仪器，能够完全自主或在人工 协助下完成特定的管道作业，包括管道腐蚀程度、裂纹、焊接缺口的探伤检测，以及对焊接缝防腐补口等处理。 既然管道在工业现场中有着如此广泛的应用，其安全运行问题也越来越受到人们的重视。一旦管道破损，仅维护抢修的成本巨大，从中泄露的物质会对周围的生态环境及人类生命安全造成威胁。如果能够及时发现并确定泄漏点，就能有效地减轻泄漏事故造成的损失和危害。然而由于管道埋地较深，通过常规的巡线检测方法很难步到泄漏点，另外长输管道距离长，沿途多为荒漠、沼泽或河流，而检测方法多为人工定期巡检，这都限制了泄漏检测与定位的实时性 ,准确 性。因此，管道的维护管理、泄漏的检测、保障管道安全运行已成为界上重要的研究课题并日益受到重视。 管道探伤机器人作为一类特种机器人，正是在这样的环境下应运而生，管道探伤机器人的优点在于它不仅具有探伤质量高、作业速度快等优点，而且使操作检测人员免受大剂量射线的辐射之苦。因此管道探伤机器人有着广阔的应用前景。 道探伤机器人的国内外发展现状 管道探伤机器人是目前智能机器人研究领域的热点问题之一。近几十年来，核工业、石油工业的迅猛发展为管道探伤机器人提供了广阔的应用前景。由于大量地下、海底管线的维护需要刺激 了管道探伤机器人的研究。从 20世纪 70年代起，国内外许 2 多研究人员就针对管道探伤机器人提出了大量的设计方案并对其能够实现的功能进行不断地补充和完善，这些研究成果对管道探伤机器人的技术改进和应用场合的扩展起到巨大的推动作用。目前，各国的研究学者已经研制出了满足不同需要的管道探伤机器。 从上世纪 50 年代起，为了满足长距离管道的自动清理及检测的需求，英、美等国相继开展了这方面的研究，其最初的成果是在 1965 年，美国 司采用漏磁检测装置 次进行了管内检测，尽管当时尚属于定性检测，但具有 划时代的意义。 我国从 20世纪 90 年代初期，开始了管道探伤机器人的研发工作，国内较 早进入该研究领域的有哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学、大庆油建公司、中国石油天然气管道局等单位。相比较而言，我国的地下管道检测技术仍处于起步探索阶段，大部分检测管道腐蚀的技术都停留在管外检测，方法传统落后。各种管道探伤机器人仍在研究中，成熟的产品尚未开发出来。尽管某些科研单位己经研制出了几种功能样机，但它们只能对空管道进行检测，难以满足工程上的要求。 文研究的主要内容 本文根据直线电机的工作原理及其结构特点，设 计了以直流电机为移动动力的管道探伤机器人。本课题 将在以下两个方面开展研究工作 （ 1）管道探伤机人机架的研究 机架是主要有四杆机构和传动螺杆以及减速器组成，四杆机构保证机器人可以在一定范围不同直径的管道内均能使用，传动螺杆保证四杆机构能够达到所需要的位置，减速器保起到缓冲和提高精度的作用。 （ 2）管道探伤机人履带移动部分的研究 该部分主要是由减速器、驱动轮、从动轮、履带组成，驱动轮主要是带动履带转动，履带和管道接触产生移动。 第 2章 管道探伤机器人的要求指标 根据所要设计内容管道探伤机器人的初步构想如图 2 3 图 2道探伤机器人三维图 道探伤机器人的技术指标 (依据现代管道机器人技术 ) 行走速度： 自重 : 6载重： 11机身尺寸： 351155155自适应管道半径范围： 20000障能力： 2坡能力： 150 工作电压： 12V 一次性行走距离： 2500m 牵引力 : 300N 400N 密封性能： 履带密封，机架半开放 道探伤机器人的工作指标 (依据现代管道机器人技术 ) 工作环境： 中性液体环境，液面高度不得高于 30作温度： 00 500 第 3 章 元器件选用 4 动机的选用 本设计采用圆 周三点限位支架，三个履带行走构件相互独立，因而需要提供三个相同的电动机分别驱动各个履带。另外，管径自适应结构由丝杠螺母传动，也需要一个电动机作为驱动，于是整个机器人需要 4个电动机。 考虑到整个机构适用于 200300而整体尺寸受到严格限制，进而限定了电动机的尺寸。以最小管径 200为尺寸控制的参数，履带行走机构的高度 50用电动机直径大约 20时作为履带机构的动力来源，此电动机亦应当达到足够的功率输出，否则将必然无法与设计要求匹配。 出于零件之间相互通用的设计理念， 4个电机都是统一规格、同种型号。最后由于设计要求中规定了每分钟的行程，所以电动机应该转速适中，既与整个电机的功率和扭矩相匹配，又能满足行进速度的要求。 综合以上几点，经过多方查阅资料。决定采用一下型号的电动机：型号： 定功率： 10W 12V 定转速度： 400定转矩： 300物图如图 3 图 3图为电动机实物参考图 件选用 根据探伤机器人的要求以及目前市场所有的相关配件种类本装置应选择配件为： 蓄电池 : 12V, 9000 摄象头： 体尺寸可选。 1200 范围内可以探视。双头白光二级管探照光源。 第 4章 机架部分的设计计算 5 根据图 2 图 4架部分三维图 架部分的功能和结构 机架部分的主要功能为支撑在管道内行走的管道机器人，使履带行走系能紧密的贴在管道壁面，产生足够的附着力，带动管道机器人往前行走。 为了适应不同直径管道的检测，管道检测机器人通常需要具备管径适应调整的机架机构，即主要有两个作用： 在不同直径的管道中能张开或收缩，改变机器人的外径尺寸，使机器人能在各种直径的管道中行走作业； 可以提供附加正压力增加机器人的履带与管道内壁间的压力，改善机器人的牵引性能，提高管内移动检测距离。 为了满足管径自适应的功能，本次设计采用了基于平行四边形机构的管径适应调整机构，在由 0120 空间对称分布的 3组平行四边形机构组成，采用滚珠丝杠螺母调节方式，每组平行四边形机构带有履带的驱动装置示意图如 4 机构调节电动机为步进电动机，滚珠丝杠直接安装在调节电动 机的输出轴上，丝杠螺母和筒状压力传感器以及轴套之间用螺栓固定在一起，连杆 一端 一端 D 铰接在固定支点上，推杆 D 铰接在 一端铰接在轴套上的 点，连杆 D 构成了平行四边形机构，机器人的驱动轮子安 6 装在轮轴 B、 套在圆周方向相对固定其工作原理为：调节电动机驱动滚珠丝杠转动，由于丝杠螺母在圆周方向上相对固定，因此滚珠丝杠的转动将带动丝杠螺母沿轴线方向在滚珠丝杠上来回滑动，从而带动推杆 而推动连杆 转动，连杆 转动又带 动了平行四边形机构 而使管道检测机器人的平行四边形轮腿机构张开或者收缩，并且使履带部分始终撑紧在不同管径的管道内壁上，达到适应不同管径的的调节电动机驱动滚珠丝杠转动时，也同时推动其余对称的 2组同步工作筒状压力传感器可以间接地检测各组驱动轮和管道内壁之间的压力和，保证管道检测机器人以稳定的压紧力撑紧在管道内壁上，使管道检测机器人具有充足且稳定的牵引力。 在 4 0015 , 80 时，机架适应管道半径的范围在 96 。参考常见的管道运输直径范围 (设计的管道机器人可满足成品油管的管道直径的要求 机架部分的结构简图如图 41=20025杠螺母自适应机构图 架部分的力学特性分析 对于履带式驱动方式的管道机器人，牵引力由运动驱动电动机驱动力以及履带与管壁附着力决定。当运动驱动电动机的驱动力足够大时，机器人所能提供的最大牵引力等于附着力。附着力主要与履带对管壁的正压力和摩擦系数有关。摩擦系数由材料和接触条件决定，不能实现动态调整。履带对管壁的正压力与机器人重量有关，但通过管径适应调整机构， 可以在不同管径下提供附加正压力，改变附着力，从而在一定范围内实现牵引力的动态调整。 7 管道机器人正常行走时，其对称中心和管道中心轴线基本重合，重力 此，管道机器人在行走过程中，最多只有两个履带承受压力，即其顶部的压力为零 (如图 4。 12N N G （ 4 随着管道机器人在管内移动的距离的增加，或者在爬坡的时候，机器人可能由于自身重量所提供的附着 力不够时，导致打滑，这就需要管道机器人提供更大的牵引力来支持机器的行走。利用管道机器人自适应管径的平行四边形丝杠螺母机构，可提供附加的正压力以增加管道机器人的附着力。 通过远程控制可调节电动机输出扭矩 T 带动丝杠螺母相对转动，产生推动力 F 推动推杆运动，使得各组履带压紧贴在管道内壁，产生附加的正压力 P 。 将各个履 带由于重力而产生的作用反力定义为 N ,由附加正压力所产生的作用反力定义为 P ，丝杠螺母杆的推力为 F ，由力平衡原理可得： （ = （ 4 由 +h= =1212 )( （ 4 丝杠螺母需施加的推力 ： （ 1212 )( （ 4 式中 L、 R、 h、 图 4 丝杠螺母所产生的切向力 F1 ）。 （ 4 其中 = 。 （ 4 式中 、大径： 丝杠与螺母之间的摩擦系数。 电机需要输出的扭矩为 T=22d/ 。 （ 4 式中 为滚珠丝杠的螺母副的传动效率。查表知： =80%。 8 以符号运动驱动电机的驱动力足够大的时候，牵引力 (4式中 2 为履带的附着系数，近似于摩擦系数，因管道内部环境条件，故按油润滑条件来取值 由 (4(4 (4知，随着 能所适应的管道半径的减小，机架部分所需要的推力和电机的转矩是逐渐增大的。因此，选择机器人能所适应的最小管道半径R=100以保证大管径时管道机器人的强度和刚度条件。 下面是在管径 R=100架的力学分析的计算。估算 P 的范围在 0,50 用的是履带中驱动的同种电机，额定转矩 300T N ,额定输出转速为200 由设计的尺寸可得 h=23mm,51L=882=11式 (4算出 = 带入式 (4 由 0 , 5 0 ， 可 算 出 所 需 要 的 推 力 F 的范围为 由式 （ 4计算 ） = 带入式 (4算出需要输入的切向力 带入式 （ 4可计算出所需要的转矩为 T 由式 (4求出管道机器人的牵引力85N,110N。 9 第 5 章 机架部分传动系统的设计计算 根据管道机器人在管道中的运行，传动螺杆转速不宜过高，所以总传动比： i=4 ；级传动比： i=2；级传动比： i =2，传动部分的初步构想如图 5 图 5架部分传动系统三维图 级传动系齿轮的设计计算 命要求和初步数据 级圆柱 齿轮传动的传动扭矩1 300T N ，高速轴转速1 400n 传动比i=2，使用寿命为 30000 小时，工作时有轻度振动。 用材料 小齿轮 40件，调质，1 270H 大齿轮 45钢，锻件，调质，2 250H 齿面粗糙度 触疲劳强度设计计算 软齿轮，根据机械设计 3 按接触疲劳强度设计计算 321 12 5 （ 1）齿数比 u=i= 10 （ 2）齿宽系数d：直齿取d 根据机械设计 3 表 10 （ 3）载荷系数 K K K（ 5 工况系数 。（根据机械设计 3 表 10 动载荷系数 取小齿轮齿数1z 14；初估小齿轮圆周速度1v s。 1。（根据机械设计 3 图 10 齿向载荷分布系数 。（根据机械设计 3 图 10 载荷分布系数 K。 a）大齿轮齿数21z 2 14 28取2z 28。 b）螺旋角 0 。（直齿） c）端面重合度12111 . 8 8 3 . 2 ( ) c o （ 5 d）纵向重合度 0。（直齿） e）总重合度 K （根据机械设计 3 图 10 9） 载荷系数 K （ 4）小齿轮转矩1 3 0 0 (N )T m m。 （ 5）材料弹性系数 。（根据机械设计 3 表 10 （ 6）节点区域系数 。（标准直齿） （ 7）许用接触疲劳应力 H （ 5 小齿轮接触疲劳极限应力 720 2/N （根据机械设计 3 图 10 大齿轮接触疲劳极限应力 575 2/N （根据机械设计 3 图 10 最小许用接触安全系数；设失效概率 1/100， m i n m i n 1 . 0 0。 11 小齿轮接触应力当量循环次数 0n1 （ 5 400r/j=1；0000h；1810 。 大齿轮接触应力当量循环次数 eN/i=108 。 大、小齿轮接触寿命系数 。（根据机械设计 3 图 10 小齿轮许用接触疲劳应力： 1H= =20（ N/。 （ 5 大齿轮许用接触疲劳应力： 2H= =75（ N/。 （ 5 从上两式中取小者作为许用接触疲劳应力： 22 5 7 5 ( / ) m m。 （ 8）中心距 a ，小、大齿轮的分度圆直径12,宽12,m d 1 321 12 14 （ 5 中心距 a21d(1+i)=21 14 (1+2)=21整为 a=21 （ 5 模数 m122 m 1 （ 5 121 141i，取1z 14，初选正确； 28。 （ 5 于是1d114d228 （ 5 齿宽1 0 . 8 1 4 1 1 . 2 ( )db d m m 。 （ 5 取小齿轮宽度 12齿轮宽度为 数的修正 （ 1）动载荷系数 111 1 4 4 0 0 0 . 2 9 3 2 ( / )6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 。 （ 5 与初估1v= （ 2）载荷系数 无需修正。 12 （ 3）直齿圆柱齿轮传动的几何尺寸及参数保持不变。 曲强度校验计算 （ 5 （ 1）基本尺寸 K=T 300N ；2T 600N 。 b=d=14 2d 28mm；nm=m=1 （ 2）齿形系数和应力校正系数（根据机械设计 3 表 10 小齿轮齿形系数1 ，大齿轮齿形系数2 。 小齿轮应力校正系数1 ，大齿轮应力校正系数2 。 （ 3）许用弯曲疲劳应力 F = （ 5 (根据机械设计 3 图 10齿轮弯曲疲劳极限应力 2li m 1 2 8 0 /F N m m ，大齿轮弯曲疲劳极限应力 2l i m 2 2 1 0 /F N m m 。 最小许用弯曲安全系数 保失效概率 1/100 ，选择最小安全系数 m i n 1 m i n 2 1 弯曲寿命系数 1108；2108； 2根据机械设计 3 图 10 弯曲疲劳应力 1F = 1=N/。 (5 2F = 2=)。 (51F = 1 2 11412 )。 (52F = 1 2N/。 (5因为11；22；所以校验合格 。 13 标准齿轮 h*a=1， C =齿轮的变为系数 x=1717 1Z=顶圆直径m+2（ h*a+x） m；齿根园直径 h*a+ C m；齿全高 h=（ 2 h*a+ C ）m。 根据上述计算，齿轮数据如表 5 表 5级齿轮组的具体数据 项目 单位 小齿轮 大齿轮 中心距 a 数 m 1 传动比 i 2 端面压力角t() 20 齿数 z 14 28 齿宽 b 12 度圆直径 d 14 28 齿高 h 顶圆直径0 齿根圆直径圆直径 级传动系齿轮的设计计算 命要求和初步数据 级圆柱齿轮传动的传动扭矩1 450T N ，高速轴转速 200动比i=2，使用寿命为 30000 小时，工作时有轻度振动。 用材料 14 采用 7级精度软齿闭式圆柱直齿轮；小齿轮 40件，调质，1 270H 大齿轮 45钢，锻件，调质，2 250H 齿面粗糙度 触疲劳强度设计计算 因为是软齿轮，故根据机械设计 3 按接触疲劳强度设计计算 321 12 5（ 1）齿数比 u=i=2。 （ 2）齿宽系数d：直齿取d 根据机械设计 3 表 10 （ 3）载荷系数。 K K K(5 工况系数 。（根据机械设计 3 表 10 动载荷系数 取小齿轮齿数1z 14；初估小齿轮圆周速度； 1v s。1。（根据机械设计 3 图 10 齿向载荷分布系数 。（根据机械设计 3 表 10 载荷分布系数 K。 a）大齿轮齿数21z 2 14 28取2z 20。 b）螺旋角 0 。（直齿） c）端面重合度12111 . 8 8 3 . 2 ( ) c o (5d）纵向重合度 0。（直齿） e）总重合度 K 载荷系数 K （ 4）小齿轮转矩1T=600（ 15 （ 5）材料弹性系数 （根据机械设计 3 表 10 （ 6）节点区域系数 （标准直齿） （ 7）许用接触疲劳应力 H (5 小齿轮接触疲劳极 限应力 720 2/N （根据机械设计 3 图 10 大齿轮接触疲劳极限应力 575 2/N （根据机械设计 3 图 10 最小许用接触安全系数 ,设失效概率 1/100 m i n m i n 1 . 0 0。 小齿轮接触应力当量循环次数 0n1 (51n 200r/0000h；1810 。 大齿轮接触应力当量循环次数 eN/i=810 。 大、小齿轮接触寿命系数 。（根据机械设计 3 图 10 小齿轮许用接触疲劳应力： 1H= =20 (N/。 (5大齿轮许用接触疲劳应力： 2H= =75(N/。 (5从上两式中取小者作为许用接触疲 劳应力： 22 5 7 5 ( / ) m m。 （ 8）中心距 a ，小、大齿轮的分度圆直径12,宽12,m d 1 321 12 14 (5中心距 a21d(1+i)=21 14 （ 1+2） =21整为 a=21 (5模数 m122 m 1 (51 21=14，取1z 14，初选正确； 28。 (5 16 于是1d114d228 (5齿宽 b=114= (5取小齿轮宽度 12齿轮宽度为 数的修正 （ 1）动载荷系数 100060 11 (5与初估1v= （ 2）载荷系数 无需修正。 （ 3）直齿圆柱齿轮传动的几何尺寸及参数保持不变。 曲强度校验计算 F(5（ 1）基本尺寸 K=T 600N ；2T 1200N 。 1d=14 2d 28mm；nm=m=1 （ 2）齿形系数和应力校正系数 小齿轮齿形系数1 ，大齿轮齿形系数2 （根据机械设计 3 表 10 小齿轮应力校正系数1 ，大齿轮应力校正系数2 。 （ 3）许用弯曲疲劳应力 F = (5 (根据机械设计 3 图 10小齿轮弯曲疲劳极限应力 2li m 1 2 8 0 /F N m m ，大齿轮弯曲疲劳极限应力2l i m 2 2 1 0 /F N m m 。 最小许用弯曲安全系数 保失效概率 1/100 ，选择最小安全系数 m i n 1 m i n 2 1 17 弯曲寿命系数 1108 ；2108 ； 2根据机械设计 3 图 10 1F = 1=)。 (5 2F = =)。 (51F = 1 1)； 2F = 2 2) 因为11； 22。 所以校验合格。 标准齿轮 h*a=1， C =齿轮的变为系数 x=1717 1Z=顶圆直径m+2（ h*a+x） m；齿根园直径 h*a+ C m；齿全高 h=（ 2 h*a+ C ）m。 根据上述计算，齿轮数据如表 5 表 5二级齿轮组具体数据 项目 单位 小齿轮 大齿轮 中心距 a 数 m 1 传动比 i 2 端面压力角t() 20 齿数 z 14 28 齿宽 b 12 度圆直径 d 14 28 齿高 h 18 齿顶圆直径0 齿根圆直径圆直径 动螺杆的设计计算 命要求和初步数 据 螺纹大径 d=22纹中经 19距 P=3纹小径 16纹内经 0母高度 H=20 磨性条件计算 5式中 =23 ； 表 5p =11；代入计算 耐磨性满足要求。 杆的强度计算 3 （ 5 式中 A=4（ =4s=4640=160合带宽要求。 切应力验算 1 d b z v =1 =) （ 6 根据机械设计 3 表 12得许用剪切应力 20 . 5 0 . 8p N m m 可得p符合剪切应力的要求。 强验算 p 22 0 .6 d m b z v=1 =)。 （ 6 根据 机械设计 3 表 122 2 . 5 m m 。 作用在带轮轴上的切向力 F 模数制同步带轮： Ft= （ 6 步带轮型号选择和参数 选择同步带中的阶梯齿形的模数制同步带产品。从现有的同步带产品中选择出 2 6 5 1 1 5z b ， 节线长 验符合实际情况。 23 第 7章 行走系中传动系统 根据机器人不宜行走过快，所以选用总传动比： i=级传动： ；级传动： i=级传动： i=走系初步构想图如图 7 图 7走系传动系统的三维图 级圆锥齿轮传动系齿轮的设计计算 命要求和初步数据 级直齿锥齿轮传动的传动扭矩1 300T N ，高速轴转速1 400n 传动比 ，使用寿命为 30000小时，工作时有轻度振动。 用材料 采用 7级精度软齿闭式圆锥直齿轮；小齿轮 40件，调质，1 270H 大齿轮 45钢，锻件，调质，2 250H 齿面粗糙度 触疲劳强度设计计算 根据推荐，按接触疲劳强度设计计算 2231 24 ()( 1 0 . 5 ) d Z (7 24 （ 1）齿数比 u=i= （ 2）齿宽系数d：直齿取d （ 3）载荷系数。 K K K(7 工况系数 。（根据 机械设计 3 表 10 动载荷系数 取小齿轮齿数1z 20；初估小齿轮圆周速度1v s。 1。（根据 机械设计 3 表 10 齿向载荷分布系数 / ( 2 ) 0 . 2 6 5， 。 载荷分 布系数 Ka）大齿轮齿数21z 20 30；取2z 30。 b）螺旋角 0 （直齿） c）端面重合度12111 . 8 8 3 . 2 ( ) c o (7e）纵向重合度 0。（直齿） d）总重合度 表得 K 载荷系数 K （ 4）小齿轮转矩1 3 0 0 (N )T m m。 （ 5）材料弹性系数 。（根据机械设计 3 表 15 17） （ 6）节点区域系数 。标准直齿 （ 7）许用接触疲劳应力 H (7 小齿轮接触疲劳极限应力 720 2/N （根据 机械设计 3 图 10 大齿轮接触疲劳极限应力 575 2/N （根据 机械设计 3 图 10 25 最小许用接触安全系数 设失效概率 1/100； m i n m i n 1 . 0 0。 小齿轮接触应力当量循环次数 0n1 (71n 200r/J=1； 0000h；1810 。 大齿轮接触应力当量循环次数 eN/i =108 。 大、小齿轮接触寿命系数 。 （根据 机械设计 3 图 10 小齿轮许用接触疲劳应力： 1H= =20 (N/。 (7大齿轮许用接触疲劳应力： 2H= =75(N/。 (7从上两式中取小者作为许用接触疲劳应力： 22 5 7 5 ( / ) m m。 （ 8）中心距 a ，小、大齿轮的分度圆直径12,宽12,m 213124 ()( 1 0 . 5 ) d Z 1(2 取 20取 m=1 小齿轮齿数1z20, 大齿轮齿数2z30；于是1d120d230 R = 齿宽 0 . 3 1 8 . 0 3 5 . 4 0 9 ( ) m m ；取小齿轮宽度1 大齿轮宽度为2 5b 数的修正 （ 1）动载荷系数 11 2 0 4 0 0 0 . 4 1 8 ( / )6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 。 （ 7 与初估1v= （ 2）载荷系数 无需修正。 （ 3）直齿圆柱齿轮传动的几何尺寸及参数保持不变。 26 曲强度校验计算12 2 3 214 ( 1 0 . 5 ) 1F F a s a Yz m u（ 7 （ 1）已知数据 K=T 300N ；2T 450 N 。 （ 2) 当量齿数 小、大齿轮的分锥角12,。 221 1 1c o s / 1 / 1 0 . 8 3 2c t g c t g u u ；2（ 7 小、大齿轮的当量齿数12, 1 1 1/ c o s 2 4 . 0 4；2 2 2/ c o s 9 4 . 8 8（ 7 （ 3) 齿形系数和应力校正系数（根据机械设计 3 表 10 小齿轮齿形系数1 ，大齿轮齿形系数2 小齿轮应力校正系数1 ，大齿轮应力校正系数2 。 （ 4）许用弯曲疲劳应力 F = （ 7 小齿轮弯曲疲劳极限应力 2li m 1 2 8 0 /F N m m ，大齿轮弯曲疲劳极限应力2l i m 2 2 1 0 /F N m m 。 最小许用弯曲安全系数 保失效概率 1/100 ，选择最小安全系数 m i n 1 m i n 2 1 弯曲寿命系数 10 ；20； 2 （根据 机械设计 3 图 10 1F = 1=)。 （ 7 2F = = =)。 （ 7 27 11 1 12 2 3 212 2 224(1 0 . 5 ) 14 * 1 . 0 1 * 3 0 0 * 2 . 6 5 * 1 . 5 80 . 3 * (1 0 . 5 * 0 . 3 ) * 2 0 1 . 5 13 2 . 4 7 /F F a s m uN m m22 2 22 2 3 222 2 224(1 0 . 5 ) 14 0 1 * 4 5 0 * 2 . 2 * 1 . 7 80 . 3 * (1 0 . 5 * 0 . 3 ) * 3 0 * 1 . 5 12 0 . 2 4 /F F a s m uN m m因为 11；22；所以校验合格。 根据上述计算，齿轮数据如表 7 表 7一级齿轮组的具体数据 项目 单位 小齿轮 大齿轮 大端模数 m 1 传动比 i 面压力角t() 20 齿数 z 20 30 齿宽 b 大端分度圆直径 d 20 30 中点分度圆直径 d 17 高 h 端齿顶圆直径端齿根圆直径距 级传动系齿轮的设计计算 命要求和初步数据 级圆柱齿轮传动的传动扭矩1 450T N ，高速轴转速1 267n 传动比i=用寿命为 30000 小时，工作时有轻度振动。 28 用材料 采用 7级精度软齿闭式圆柱直齿轮：小齿轮 40件，调质，1 270H 大齿轮 45钢，锻件，调质，2 250H 齿面粗糙度 触疲劳强度设计计算 因为