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高空接线作业机器人设计【优秀含14张CAD图纸+全套机器人毕业设计】

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关键词：: 高空接线作业功课机器人设计优秀优良 14 cad 图纸全套毕业设计

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摘要

在一切追求人性化的今天，越来越多繁重、危险和高难度的工作，开始采用机器人（包括机械手）来代替人类完成。裸高压导线输电线路的高空接线工作，一直是困扰高空作业人员的棘手问题，由于其危险性极大，作业条件艰难，仅靠人力很难做到，所以都是借助高空作业车的帮助来实现的。近年来，越来越多的人致力于多自由度的高空全自动绕线装置的研究，试图找到一种简便、经济、安全、有效的方法，来解决这一难题。因此，无攀爬式全自动高空接线机器人应运而生，该机器人通过实现高空握持导线、不规则的圆周绕线运动和横向进给运动等动作，来完成绕线任务。通过对各种方案的对比，决定采用斜齿轮传动绕线，螺旋传动进给来实现主要功能。

本设计构思新颖，而且具有结构轻便、经济适用、效率高、安全等显著优势，顺应时代发展方向，具有很高的可行性，适用于各种工作场合。

关键词：无攀爬式；自动绕线；斜齿轮传动；进给；螺旋传动

ABSTRACT

In this information era, more and more heavy, dangerous and difficult works are being done by robot, manipulator included. The connection of bare high-tension wire has always been troubled steeplejacks. It’s extremely dangerous, and the work condition is hard, so people have to get help from the aloft working car. In recent years, more and more people are concentrated on development of device of full-automatic high altitude wiring. They try to find a convenient, economical, safely and efficient program to solve this problem. Then the no climbing full-automatic high altitude wiring robot comes out. It accomplishes its task by holding wires in high attitude, coiling in circle irregularly and transverse feed. Through the comparison of several programs, the helical gearing and screw driven are used to wiring and feed, respectively.

This design has a novel idea, and it has advantage of light structure, economic and applicable, efficient and safely. It complies with the development of era and can work in any conditions.

Key words: no climbing; full-automatic wiring; helical gearing; feed; screw driven

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 课题研究背景1

1.2 课题研究目的和意义1

1.2.1 课题研究目的1

1.2.2 课题研究意义1

1.3 国内外发展现状2

1.4 发展前景展望4

第2章总体方案确定5

2.1 齿轮齿条绕线机构5

2.2 内啮合齿轮绕线机构6

2.3 斜齿轮啮合绕线机构6

2.4 本章小结7

第3章参数的确定及电机的选择8

3.1 绕线机构参数的确定8

3.2 进给机构参数的确定11

3.3 抓线和导线握持机构参数的确定13

3.3.1 抓线机构参数确定13

3.3.2 导线握持机构参数的确定15

3.4 电机的选择16

3.4.1 进给机构电机的选择16

3.4.2 握持机构电机的选择17

3.5 本章小结18

第4章绕线机构设计19

4.1 绕线机构结构设计19

4.2 进给机构结构设计20

4.3 支架结构设计20

4.4 本章小结22

第5章抓取机构的设计24

5.1 抓线机构结构设计24

5.2 导线握持机构结构设计24

5.3 本章小结25

第6章实体机构装配26

6.1 实体机构装配26

6.2 本章小结29

结论30

参考文献31

致谢32

第1章绪论

1.1 课题研究背景

裸高压导线输电线路的备用导线高空接线，其绕线轨迹不规范、转自线圈的线径粗、折弯力较大、折弯运动空间受限等，给高空接线增加了难度，而多自由度的高空全自动绕线装置的研究是高空接线中亟待解决的瓶颈问题。而且高空绕线工作危险大、难度高，需借助高空作业车的帮助来完成，并且对工作环境的要求较高，在恶劣环境条件下无法正常工作，由于种种因素的限制，裸高压导线输电线路的备用导线高空接线工作一直困扰着人们。无攀爬式全自动高空接线机器人的应运而生，能够代替工人进行操作，避免了工作中潜在的各种危险，同时能够提高工作效率，并且减少了高压输电线路的电流损耗。

参考文献

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内容简介：: I 本科学生毕业设计高空作业机器人设计系部名称：专业班级：学生姓名：指导教师：职称： nts II The Graduation Design for Bachelors Degree Structure Design of No Climbing Full-automatic High Altitude Wiring Robot nts III 摘要在一切追求人性化的今天，越来越多繁重、危险和高难度的工作，开始采用机器人（包括机械手）来代替人类完成。裸高压导线输电线路的高空接线工作，一直是困扰高空作业人员的棘手问题，由于其危险性极大，作业条件艰难，仅靠人力很难做到，所以都是借助高空作业车的帮助来实现的。近年来，越来越多的人致力于多自由度的高空全自动绕线装置的研究，试图找到一种简便、经济、安全、有效的方法，来解决这一难题。因此，无攀爬式全自动高空接线机器人应运而生，该机器人通过实现高空握持导线、不规则的圆周绕线运动和横向进给运动等动作，来完成绕线任务。通过对各种方案的对比，决定采用斜齿轮传动绕线，螺旋传动进给来实现主要功能。本设计构思新颖，而且具有结构轻便、经济适用、效率高、安全等显著优势，顺应时代发展方向，具有很高的可行性，适用于各种工作场合。关键词：无攀爬式；自动绕线；斜齿轮传动；进给；螺旋传动 nts IV ABSTRACT In this information era, more and more heavy, dangerous and difficult works are being done by robot, manipulator included. The connection of bare high-tension wire has always been troubled steeplejacks. Its extremely dangerous, and the work condition is hard, so people have to get help from the aloft working car. In recent years, more and more people are concentrated on development of device of full-automatic high altitude wiring. They try to find a convenient, economical, safely and efficient program to solve this problem. Then the no climbing full-automatic high altitude wiring robot comes out. It accomplishes its task by holding wires in high attitude, coiling in circle irregularly and transverse feed. Through the comparison of several programs, the helical gearing and screw driven are used to wiring and feed, respectively. This design has a novel idea, and it has advantage of light structure, economic and applicable, efficient and safely. It complies with the development of era and can work in any conditions. Key words: no climbing; full-automatic wiring; helical gearing; feed; screw driven nts 目录摘要 III Abstract IV 第 1章绪论 1 1.1 课题研究背景 1 1.2 课题研究目的和意义 1 1.2.1 课题研究目的 1 1.2.2 课题研究意义 1 1.3 国内外发展现状 2 1.4 发展前景展望 4 第 2章总体方案确定 5 2.1 齿轮齿条绕线机构 5 2.2 内啮合齿轮绕线机构 6 2.3 斜齿轮啮合绕线机构 6 2.4 本章小结 7 第 3章参数的确定及电机的选择 8 3.1 绕线机构参数的确定 8 3.2 进给机构参数的确定 11 3.3 抓线和导线握持机构参数的确定 13 3.3.1 抓线机构参数确定 13 3.3.2 导线握持机构参数的确定 15 3.4 电机的选择 16 3.4.1 进给机构电机的选择 16 3.4.2 握持机构电机的选择 17 3.5 本章小结 18 第 4章绕线机构设计 19 4.1 绕线机构结构设计 19 4.2 进给机构结构设计 20 4.3 支架结构设计 20 nts 4.4 本章小结 22 第 5章抓取机构的设计 24 5.1 抓线机构结构设计 24 5.2 导线握持机构结构设计 24 5.3 本章小结 25 第 6章实体机构装配 26 6.1 实体机构装配 26 6.2 本章小结 29 结论 30 参考文献 31 致谢 32 nts 1 第 1章绪论 1.1 课题研究背景裸高压导线输电线路的备用导线高空接线，其绕线轨迹不规范、转自线圈的线径粗、折弯力较大、折弯运动空间受限等，给高空接线增加了难度，而多自由度的高空全自动绕线装置的研究是高空接线中亟待解决的瓶颈问题。而且高空绕线工作危险大、难度高，需借助高空作业车的帮助来完成，并且对工作环境的要求较高，在恶劣环境条件下无法正常工作，由于种种因素的限制，裸高压导线输电线路的备用导线高空接线工作一直困扰着人们。无攀爬式全自动高空接线机器人的应运而生，能够代替工人进行操作，避免了工作中潜在的各种危险，同时能够提高工作效率，并且减少了高压输电线路的电流损耗。 1.2 课题研究目的和意义 1.2.1 课题研究目的针对传统接线工作中存在的各种弊端，无攀爬式全自动高空接线机器人出现了，它是为实现无攀爬式全自动高空接线而设计的机器人装置。裸高压导线输电线路的备用导线高空接线，其绕线轨迹不规范、转子线圈的线径粗、折弯力较大、折弯运动空间受限等，给高空接线增加了难度，而多自由度的高空全自动绕线装置的研究是高空接线中亟待解决的瓶颈问题。本课题根据仿生学和机器人学的原理，运用常用的机械运动机构及其组合，实现高空握持导线、不规则的圆周绕线运动和横向进给运动的全新自动绕线机器人的研究。 1.2.2 课题研究意义在一切智慧化、人性化、高效率化的今天，越来越多的机器人代替人进行繁重、危险的劳动，在一很多高度危险和繁重的工作中，都采用了机器人，它们的高效率和几乎为零的风险是人类无法与之相比的优势。机器人技术的采用显著减轻了工人的劳动强度和工作负担，大大改善了劳动条件，提高了劳动生产率和自动化水平。在高空裸导线的接线中，以前都需要操作人员攀高接线，劳动强度大、安全性不可靠；而无攀爬式全自动高空接线机器人能够代替工人进行高空作业，避免了工作中潜在的各种危险，同时提高了工作效率，并且减少了高压输电线路的电流损耗，也为低碳经济提nts 2 供了一个新的探索方案。该设计经济实用性高，具有光明的发展前景。本设计是主要实现高空握持导线、不规则的圆周绕线运动和横向进给运动的全新自动绕线装置具体设计要求如下：导线直径： 10mm 绕线直径： 2 mm 绕线材料：铝导线高度： 20m 整机重量： 7.5kg 完成绕线时间： 1 分钟左右要求经济适用，效率高。 1.3 国内外发展现状本课题设计的无攀爬式全自动高空接线机器人主要实现高空握持导线、不规则的圆周绕线运动和横向进给运动，其主要结构有：导线握持机构和绕线机构。导线握持机构采用机械手。机械手是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于 20 世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是 1946 年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人和机械手控制系统的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于 1947 年开发了遥控机械手控制系统和遥控机械手， 1948 年又开发了机械式的主从机械手控制系统和机械手。机械手控制系统首先是从美国开始研制的。 1954 年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人控制系统。现有的机器人控制系统差不多都采用这种控制方式。 1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人控制系统。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是 1962 年美国 AMF 公司推出的 “VERSTRAN”和 UNIMATION 公司推出的 “UNIMATE”。这些工业机器人和相关控制系统主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手控制系统经历了以下几个阶段：机械手完成放射源转运年代、化工产品垛机械手年代、工业用机械手兴起和发展年代。随着汽车行业和塑胶行业的发展，西欧、nts 3 日本、苏联和中国等地域机械手及其控制系统也开始百花争艳。尤其注塑机机械手，发展更为迅猛，应用非常普遍，其控制系统经过几十年的发展，现在已经趋于成熟和完善。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 20 世纪 40 年代后期，美国在原子能实验中，首先采用了机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。 50 年代以后机械手逐步推广到工业部门，用于在高温污染严重的地方取放工件和卸料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料和从刀库中取放刀具并按国定程序更换刀具等。本设计的另一主要功能是绕线，而现今最常见的绕线装置就是绕线机。绕线机，顾名思义是把线状的物体缠绕到特定的工件上的机器。欧美绕线机以其加工精度高、质量稳定而在国际绕线机市场上占有重要地位。欧美绕线机一般可绕 0.01-2mm 的线径，转动误差极小。绕线机用精密微机控制，以程序控制操作，这些程序极易掌握，人机对话简单，即使工作人员并无绕线工作的经验也可应付自如。目前欧洲生产的绕线机已经趋于自动化，而美国的绕线机介于自动和半自动之间，德国制造的外形比较美观，零件比较讲究，但是造价高。随着国际绕线机市场的蓬勃发展，相互间的竞争越来越激烈，各国的厂家都必须开发出新一代的绕线机。现在主要是趋向自动化的发展方向。全自动绕线机是近几年才发展起来的新机种，为了适应高效率、高产量的要求，全自动机种一般都采用多头联动设计，国内的生产厂家大多都是参照了台湾等地的进口机型的设计，采用可编程控制器作为设备的控制核心，配合机械手、气动控制元件和执行附件来完成自动排线、自动缠脚、自动剪线、自动装卸骨架等功能，这种机型的生产效率极高，大大的降低了对人工的依赖，一个操作员工可以同时照看几台这样的设备，生产品质比较稳定，非常适合产量要求高的加工场合。这种机型由于集成了数控、气动、光控许多的新技术，所以价格小则几万元高则十几万元，价格也使得许多的用户望而叹步，另外由于功能要求决定了该设备的零部件采用了大量非标准件和定制件，所以一旦出现故障相对的维修过程将会很复杂，周期也会比较长。能够实现绕线功能的机构还有很多，例如齿轮齿条、齿轮传动、槽轮机构等，只要能实现圆周运动，即可实现绕线功能。工作原理：槽轮是由圆销的主动拨盘和具有若干径向槽轮及机架组成。当拨盘作等速连续转动时，槽轮做反向或同向的单向间歇nts 4 运动，在圆销未进入槽轮径向时，槽轮上的内凹锁住拨销，槽轮被主动拨盘的外凹锁住弧卡住，使槽轮停歇在确定的位置上不动。当拨盘上拨销进入槽轮径向槽时，锁住弧松开，拨销驱动槽轮转动，循环往复，时停时动，因此，槽轮机构是一种间歇运动机构。应用示例：机床自动转为机构，电影放映机卷片等。当放映卷片时，胶片上的画面依次在方框中停留，以适应人眼的视觉停留现象。槽轮机构结构简单，易加工，工作可靠，转角准确，机械效率高。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起停时的角速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮数的减少而加剧，故不宜用于高速场合。对于本设计的绕线部分，齿轮传动是首选。 1.4 发展前景展望无攀爬式全自动高空接线机器人的主要优点： (1)经济性：现在使用的高空作业车格价一般为几百万不等，经济性低，需要使用者的经济承受能力很强；而无攀爬式全自动高空接线机器人的价格在几千元左右，与前者相比，优越性一目了然。 (2)安全性：高空作业安全一直是我国的重中之重，而本设计可避免这一问题，安全性高。 (3)效率高：无攀爬式全自动高空接线机器人在绕线过程中的时间约为 1 分钟，而整个过程约为 2 分钟，与较传统的方法相比较，工作效率大大提高。 (4)适用范围广：在何种环境均可工作，对工作条件没有特别高的要求，实用性强。鉴于以上优点，无攀爬式全自动高空接线机器人具有很高的可行性，发展前景广阔。 nts 5 第 2章总体方案确定 2.1 齿轮齿条绕线机构现有使用较广泛的绕线装置是较大型的绕线机。绕线机，顾名思义是把线状的物体缠绕到特定的工件上的机器。欧美绕线机以其加工精度高、质量稳定而在国际绕线机市场上占有重要地位。欧美绕线机一般可绕 0.012mm 的线径，转动误差极小。绕线机用精密微机控制，以程控操作，这些程序极易掌握，人机对话简单，即使工作人员并无绕线工作的经验也可应付自如。目前欧洲生产的绕线机已经趋于自动化，而美国的绕线机介于自动和半自动之间，德国制造的外形比较美观，零件比较讲究，但是造价高。随着国际绕线机市场的蓬勃发展，相互间的竞争越来越激烈，各国的厂家都必须开发出新一代的绕线机。现在主要是趋向自动化的发展方向。然而本设计课题，要求结构简便，对重量有要求，大型的绕线机显然不符合设计要求，因此，不考虑使用绕线机。图 2.1 全自动十二轴绕线机 nts 6 绕线主要是通过圆周运动实现，可以实现圆周运动的机构有很多，本方案选择齿轮齿条传动作为绕线机构。齿轮齿条传动将旋转运动变为直线运动，它的传动功率大，速度范围广，效率高，工作可靠，寿命长，结构紧凑，能保证恒定传动比。但是，这样的机构可以反向驱动，也就是齿条做直线运动来带动齿轮旋转，适合大距离的传动，如机床导轨底下带动拖板箱移动的就是齿轮齿条传动，齿轮齿条机构需要外加锁紧装置，因为齿轮齿条机构不能自锁。而且它的制造及其安装精度要求高，成本高，不适于两轴中心距过大的传动及振动冲击较大的场合。在本设计方案中，齿条的上、下面均有轮齿，分别于两个齿轮啮合，其中上面的齿轮负责绕线工作，而下面的齿轮则负责进给，下面的齿轮通过螺旋传动横向进给，进而带动上面的绕线齿轮在绕线的同时有横向位移。在绕线之前，将引线抓过来与导线握在一起，随后，将整个绕线装置通过两边的对称把手挂在高压线上面，然后开始绕线，绕线完成后，取下整个装置。本设计存在的主要缺点之一就是，齿条的尺寸要求很大，因为即使齿轮只转动一圈，齿条的长度就是它的周长，该绕线机构中，绕线齿轮的周长大约为半米，这就意味着齿条的长度必须是半米的整数倍，而这一条件完全违背了最初的设计目的，很难满足结构轻便这一基本要求。 2.2 内啮合齿轮绕线机构该方案绕线机构采用的是内啮合的直齿圆柱齿轮，它的优点是内啮合直齿圆柱齿轮机构是用于传递两平行轴之间的运动和动力的齿轮机构，它的主、从动齿之间转向相同，在同样的传动比情况下所占地位小，直齿圆柱齿轮省料，经济比较便宜，且传动尺寸小，传动比大，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大；缺点是成本高，不能远距离传动，制造和安装精度要求高。当两轴间需要较大的传动比时，如果只用一对齿轮传动，由于两轮齿数相差悬殊而使小齿轮易于磨损，同时两轮的尺寸相差较大时就可以采用内啮合的齿轮。可以用于减速器中、电动滚筒中等。进给运动时采用的是四杆机构，他的示意图相当于是曲柄滑块机构，曲柄滑块机构的优点是低副的移动副，滑块可以左右或者上下往复运动，曲柄滑块机构广泛应用于往复活塞式发动机压缩机冲床等的机构中。抓线机构也是采用的四杆机构的原理。 2.3 斜齿轮啮合绕线机构本方案中，绕线部分采用斜齿轮啮合传动。与直齿轮传动相比，斜齿轮有以下主nts 7 要优点：重合度大，齿面接触情况好，因此运转平稳，承载能力高；无根切的最小齿数较直齿轮少，故可使结构更加紧凑；加工成本不高于直齿轮。主要缺点是运转时会产生轴向力，对传动不利。无攀爬式全自动高空接线机器人工作时，线盒被安放在从动齿轮上，随着从动齿轮作圆周运动和横向进给。而进给采用的是滑动螺旋传动。工作时，螺杆与齿轮旋和，同时连接着一个联轴器，联轴器与进给杆相连，进给杆与架子相连，当螺杆转动时，一方面与主动齿轮旋和，同时主动齿轮又与从动齿轮啮合，这样完成绕线功能；而与联轴器相连的进给杆则带动架子和主、从动齿轮进给。通常所说的滑动螺旋传动就是普通滑动螺旋传动。滑动螺旋通常采用梯形螺纹和锯齿形螺纹，其中梯形螺纹应用最广，锯齿形螺纹用于单面受力。矩形螺纹由于工艺性较差强度较低等原因应用很少 ;对于受力不大和精密机构的调整螺旋，有时也采用三角螺纹。螺旋传动的优点是：结构简单、承载能力大，传动平稳、无噪声，能实现自锁要求，传动精度高，故广泛应用于机床进给机构、螺旋起重机和螺旋压力机中。缺点是，螺纹之间产生较大的相对滑动，摩擦磨损严重，传动效率低。 2.4 本章小结通过查阅资料，并对几种方案进行分析和比较优缺点，排除了较不合理的方案之后，决定选择方案三作为最后方案，运用斜齿轮啮合机构绕线，滑动螺旋传动进给，这样进给和绕线共用一个电动机，可以减少一个电动机的使用，从减少重量和电动机的角度看，都是很好的选择。 nts 8 第 3章参数的确定及电机的选择 3.1 绕线机构参数的确定斜齿圆柱齿轮传动 1. 选精度等级、材料及齿数 1) 材料：尼龙 2) 精度等级： 7 级 3) 小齿轮（主动）齿数 1z =19，大齿轮齿数 2z =38 4) 选取螺旋角初选 16O 2. 按齿面接触强度设计按参考文献 2中式（ 10-21）计算，即 12 2131 ()t HEd HkT ZZut ud （ 3.1） (1) 确定公式中各计算数值 1) 试选 1.6tK 2) 由参考文献 2中图 10-30 选取区域系数 2.410HZ 3) 由参考文献 2中图 10-26 查得 1 0.74 ，2 0.8 ，则 0 . 7 4 0 . 8 1 . 5 4 4) 许用接触应力 12 5 4 5 4 5422HHH MPa （ 3.2） 5) 小齿轮传递的转矩1 60TN mm 6) 选取齿宽系数 0.8d 7) 由参考文献 2中表 10-6 查得材料的弹性影响系数 125 6 .4EZ M P a齿数比2138 219zu z (2) 计算 1) 小齿轮分度圆直径 1td2 331 2 1 . 6 6 0 3 2 . 4 1 0 5 6 . 4( ) 4 7 3 9 . 5 4 1 3 . 3 30 . 8 1 . 5 4 2 5 4td 2) 计算圆周速度 nts 9 11 1 3 . 3 3 4 0 2 1 1 0 . 0 8 0 . 0 3 56 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 6 0 0 0 0tdnV m s （ 3.3） 3) 计算齿宽 b 及模数ntm1 0 . 8 1 3 . 3 3 1 0 . 6 6dtbd mm （ 3.4） 11c o s 1 3 . 3 3 c o s 1 6 1 2 . 8 1 0 . 6 71 9 1 9otntdmz mm (3.5) 2 . 2 5 2 . 2 5 0 . 6 7 1 . 5 1nthm mm (3.6) 1 3 . 4 4 1 1 . 2 71 . 9 1 2 5b h 4) 计算纵向重合度10 . 3 1 8 t a n 0 . 3 1 8 0 . 8 1 9 0 . 2 9 1 . 6 8d z (3.7) 5) 计算载荷系数 K 查得使用载荷系数 1.00AK 动载荷系数 =1.00VK齿向载荷分布系数 =1.244HK 1.2FK= =1 .4HFKK因此 1 . 0 0 1 . 0 0 1 . 4 1 . 2 4 4 1 . 7 4A V H HK K K K K （ 3.8） 6) 按实际的载荷系数校正算得的分度圆直径，由式（ 10-10a）得 3311 1 . 7 4d = d 1 3 . 3 3 1 3 . 3 3 1 . 0 3 1 3 . 7 31 . 6ttKK mm （ 3.9） 7) 计算模数nm11c o s 1 3 . 7 3 0 . 9 6 1 2 60 . 6 919ndm z mm （ 3.10） 3. 按齿根弯曲强度设计由参考文献 2中式（ 10-17） 13 212 c o s F S an dFK T Y YYm z （ 3.11） (1) 确定计算参数 1) 计算载荷系数 1 . 0 0 1 . 0 0 1 . 4 1 . 2 1 . 6 8A V F FK K K K K （ 3.12） nts 10 2) 根据纵向重合度 1.68 ，从参考文献 2中图 10-28 查得螺旋角影响系数 0.86Y 3) 计算当量齿数 11 3 19 2 1 . 3 5c o s 0 . 8 9V zZ （ 3.13） 22 3 38 4 2 . 7 0c o s 0 . 8 9v zZ 4) 查取齿形系数由参考文献 2中表 10-5 查得 1 2.745FaY ，2 2.355FaY 5) 查取应力校正系数由参考文献 2中表 10-5 查得 1 1.563saY ，2 1.675saY 6) 计算大、小齿轮的 Fa SaFYY，并加以比较（对于大、小齿轮 1270FFMPa） 111 2 . 7 4 5 1 . 5 6 3 0 . 0 6 1 2 970F a S aFYY （ 3.14） 222 2 . 3 5 5 1 . 6 7 5 0 . 0 5 6 3 570F a S aFYY 小齿轮的数值大 (2) 设计计算 23 22 1 . 6 8 6 0 0 . 6 7 0 . 9 6 1 2 6 0 . 0 6 1 2 9 0 . 30 . 8 1 9 1 . 5 4nm 取 4nm 1 19z 2 38z 4. 几何尺寸计算 (1) 计算中心距 12() ( 1 9 3 8 ) 4 2 2 8 1 1 8 . 5 9 42 c o s 2 0 . 9 6 1 2 6 1 . 9 2 2 5 2nz z ma mm (3.15) 将中心距圆整为 119mm (2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 12() ( 1 9 3 8 ) 4a r c c o s 2 a 2 1 1 8 . 6 0nz z m =16 25 nts 11 因为值无太大变化，故参数、 K、HZ等不必修正 (3) 计算大、小齿轮的分度圆直径 11 1 9 4 7 9 . 0 6c o s 0 . 9 6 1 2 6nzmd mm （ 3.16） 22 3 8 4 1 5 8 . 1 3c o s 0 . 9 6 1 2 6nzmd mm (4) 计算齿轮宽度 1 0 . 8 7 9 . 0 6 6 3 . 2 4 8dbd mm 因为对齿轮强度要求不高，所以最后取1 30B mm,2 25B mm 3.2 进给机构参数的确定进给机构采用螺旋传动，螺杆选择 12dM ,普通螺纹，螺距 1.5P mm 设计计算 1. 耐磨性计算螺纹工作面上的耐磨性条件为 22F F F PPPA d h u d h H （ 3.17）令2H d ，则2Hd，代入式（ 3.17），整理后得 2 FPd hP(3.18) 对于普通螺纹，接触高度 34hP(=0.6495 mm) 代入，有 2 0 .8 6 Fd P在式（ 3.17）中，各参数值如下： 75F N 2 11.026d mm 1.299H mm =70P MPa 因此，有 27 5 1 . 5 3 . 93 . 1 4 1 1 . 0 2 6 0 . 6 4 9 5 1 . 2 9 9FPP M P a Pd h H nts 12 强度足够 2. 螺杆的强度计算第四强度理论 2 2 2 23 ( ) 3 ( )caTFTAW （ 3.19） 221143 ( )caTFAd 其中， F：螺杆受的轴向力， N A：螺纹段的危险截面面积 214Ad， mm TW: 螺纹段的抗扭截面系数 3 111 6 4T dW d A， mm T：螺杆所受扭矩， N mm ：螺杆材料的许用应力， MPa ,(300 MPa）其中， 9550pTn，根据螺杆转速 40 minrn ,查得 0.6T kgcm=60Nmm 因此有 224 3 1 6 3 6 0 05 6 2 5 13 . 1 4 1 0 . 3 7 6 1 0 . 3 7 6ca MPa 300MPa 3. 螺杆的稳定性计算螺杆的稳定性条件 crec sFSSF (3.20) ecS：螺杆稳定性的计算安全系数 sS：螺杆稳定性安全系数，取 3sS crF：螺杆的临界载荷， N crF根据欧拉公式计算，即 22()crEIFl（ 3.21）由参考文献 2中表 5-14 查得螺杆的长度系数 0.5 240l mm nts 13 因 0 . 5 2 4 0 1 0 4 012s li ,所以无需进行稳定性校核 3.3 抓线和导线握持机构参数的确定 3.3.1 抓线机构参数确定（ a）（ b）图 3.1 抓手如图 3.1 所示，抓手部分主要由两部分驱动，其中图（ a）为抓线时抓手位置，中间空间为高压线所处空间，整个抓线过程中，抓手应实现两次分和，一次是抓住引线，第二次是将引线和导线握在一起。图（ b）是推杆，即抓手的动力来源，推杆工作时，两个小圆环是拉手，通过将推杆上下移动，来使抓手实现抓线和松开线的动作。本结构的参数确定主要是根据高压线的尺寸而定的。 nts 14 （ a） (b) 图 3.2 抓手零件尺寸示意图如图 3.2 所示，为抓手上部的零件尺寸参数。 nts 15 （ a） (b) 图 3.3 抓手推杆部分零件尺寸示意图如图 3.3（ a）和 3.3（ b）所示，为抓手推杆部分的尺寸参数。 3.3.2 导线握持机构参数的确定图 3.4 导线握持机构的平面图，从结构可看出，导线握持机构是典型的四杆机构，工作时，两个相同的抓手将导线握在一起，其具体参数主要根据导线的尺寸而定，先确定中间握住导线的椭圆形状的尺寸，然后依其运动情况确定其他部位的尺寸，如连杆，此处或可根据具体的运动仿真分析而定，运动仿真之后，机构的运动轨迹表现清晰，一目了然，运动范围也可确定，由此，各部分的尺寸也就可相应确定 nts 16 (a) (b) 图 3.4导线握持机构如图所示，图 3.4（ a）为导线握持机构的实体图，而图 3.4（ b）为导线握持机构的尺寸参数示意图，其基本参数在此图中均有所体现。 3.4 电机的选择 3.4.1 进给机构电机的选择进给机构采用的是螺旋传动，选取是 12M 的普通螺纹，根据机械设计课程设计手册查得，螺距 1.5P mm 。在整个绕线过程中，计划绕线 20圈，因此，从动齿轮要相应转动 20 圈，根据传动比212zi z，可得出主动齿轮转 40 圈，而螺杆也就转动 40圈，因此，所选择电机的转速应该大于等于 40 minr 。根据本设计对电机的特殊要求，在微型蜗轮蜗杆减速直流电机中进行选择，由前面所求转速，选择 GW370-62 型电动机，该电机的空载转速为 62 minr ，额定转速为 45 minr ，额定扭矩为 0.6kg cm ，换算为 60N mm ，电源为 DC6v,外形尺寸（不含轴）是： 82 32 27 （ mm），重量仅为0.18kg 。 nts 17 3.4.2 握持机构电机的选择握持机构采用四杆机构，通过一根杆的进给运动，是抓手部分产生一定角度，当角度达到一定程度时，便能够将将高压线扣住。二本部分结构功能的实现主要是通过驱动杆产生的位移，其位移量很小，所选择的电动机为 WD-A-6 系列推杆，推杆的空载速度为： 5mms ,带载后也完全可以完成本结构的要求。该产品广泛应用于电站、矿山、港口、冶金、轻工等系统中，也适合于具有相同工作环境和使用要求的其它行业中，并具有满足系统要求的程控、集控和就地控制的能力。安装电动推杆时，应考虑现场手动操作、调试及维护方便的空间，也必须考虑推杆自身的运动空间。其安装尺寸参见各规格推杆安装尺寸图表。电动推杆安装完毕后应对以下部分进行调整检查后，方能通电试运行：电气线路是否符合电气原理图的要求，电源电压及相序是否正确；检查各紧固件是否牢固可靠；转动手柄轴检查推杆行程控制机构工作是否正常。本部分电机分别分布在架子的两侧，工作是同时的，即要保证两个抓手工作的同步性。永磁直流电机的特点：电磁式直流电机原理相似，永磁直流电机唯一的区别就是直流电机的磁通产生的方式不同。永磁直流电机的主要特点：首先永磁直线电机不需要直流励磁电源，可以有效的减少电源的耗电量，因此具有重要的经济价值。其次永磁电机没有励磁绕组，这样就可以节省电机的用铜量，有效的减少电气铜耗。特别是在微型以及小容量的范围内，电机的重量、体积以及效率和成本都可以得到有效的改善。但是永磁电机中的永磁材料的磁场是恒定的，永磁直流电机是以微型和小容量为主。图 3.5 直动电机 nts 18 3.5 本章小结本章是参数的确定和电机的选择，参数确定首先是根据实际情况，比如高压线直径，来估算出大致需要多大尺寸的齿轮，然后在初选参数，进行计算，强度校核，进而确定具体的参数，然后再对其他参数进行计算，所有数据校核并确定后，选择合适的电动。而四杆机构等的参数确定，则要根据实际运动轨迹等因素，这些都是根据具体情况而定，没有特别标准的参照和理论依据，主要是根据设计需求而定，灵活性比较大。在电动机的选择上，本设计较多采用了直动电动机，这是出于对结构简便和节省原材料、重量的考虑。 nts 19 第 4章绕线机构设计 4.1 绕线机构结构设计主动齿轮上面只有四个减重孔，无其他特别结构。从动齿轮上面要有一个线盒，线盒是粘接在齿轮上面的，绕线时，随着从动齿轮的转动，线盒中的铝线被带出，缠绕导线，可以在线盒外端出口处，加个弹簧片，该弹簧片的作用是，当线盒经过两根高压线时，没有弹力作用，当铝线缠住高压线后，相当于高压线变粗了，这样，当弹簧片与缠着铝线的高压线接触后，即对其有个弹力作用，起到紧线作用。线盒中铝线的长度是一定的，这样，能够保证在绕线动作完成时，线盒内没有多余的残留线，这也就减少了一个动作，即当绕线完成后，没有剪线的动作，减小了工作的难度。图 4.1 从动齿轮本设计要求重量轻，因此，为了减轻重量，要使用轻质材料，如塑料、尼龙等，现选择尼龙材料。尼龙，英文名称 polyamide（简称 PA），是分子主链上含有重复酰胺基团 NHCO的热塑性树脂总称。包括脂肪族 PA，脂肪芳香族 PA 和芳香族 PA。其中，脂肪族 PA 品种多，产量大，应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。尼龙 193

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