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中央
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中央管道清洁机器人设计含10张CAD图,中央,管道,清洁,机器人,设计,10,CAD
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摘 要通过日新月异的发展与进步，世界的机械水平也越来越高，因此对中央管道清洁机器人的设计也逐渐映入人们的眼帘。对于中央管道清洁机器人的进一步改造是机械师们共同研究的话题，传统中央管道清洁机器人的应用以经不能够满足现代人们的需求，因此改进中央管道清洁机器人的设计到现在以经是非常必要的了。良好的中央管道清洁机器人需要有完整的运行体系，这个对于机械设计师的要求就非常的高。中央管道清洁机器人的工作原理就是利用一个旋转的螺纹轴 ，带动安装在轴上的特定传动螺母进行旋转，从而撑开卡爪卡住管道内壁。由于管道一般都是较为细长的， 所以在巡检的时候，中央管道清洁机器人也需要做成细长的结构，而细长结构又容易导致强度不好，所以该中央管道清洁机器人设计成可伸缩的结构！通过两个机构，一个撑爪机构，一个伸缩机构，三个电机，分别通过螺纹传动进行攀爬。关键词：管道 机器人 螺纹ABSTRACTThrough the rapid development and progress, the worlds mechanical level is getting higher and higher, so the design of the central pipeline cleaning robot has gradually come into peoples eyes. The further transformation of the central pipeline cleaning robot is a topic jointly studied by the mechanics. The application of the traditional central pipeline cleaning robot cannot meet the needs of modern people. Therefore, it is very necessary to improve the design of the central pipeline cleaning robot until now Too. A good central pipeline cleaning robot needs a complete operating system, which is very demanding for mechanical designers.The working principle of the central pipeline cleaning robot is to use a rotating threaded shaft to drive a specific transmission nut installed on the shaft to rotate, thereby spreading the claws and clamping the inner wall of the pipeline. Since the pipelines are generally slender, the central pipeline cleaning robot also needs to be made into a slender structure during inspection, and the slender structure is easy to cause poor strength, so the central pipeline cleaning robot is designed Telescopic structure! Climbing through two mechanisms, a claw mechanism, a telescopic mechanism, and three motors, respectively, through threaded transmission.Key words: Pipes Robots Threads目录绪论11 选题背景12 研究内容23 中央管道清洁机器人的发展现状44 中央管道清洁机器人的发展前景65 实验方案、实验方法及预期达到的目标76 研究方法与途径7第1章 中央管道清洁机器人的方案设计81.1工作原理81.1.1支撑机构原理：81.1.2伸缩机构原理：81.1.3攀爬原理91.2传动机构的选择和论证101.2.1传动带的选择101.2.2键的选择10第2章 中央管道清洁机器人的工程学设计112.1机器人分解112.2 机器人分解的目标112.3新式中央管道清洁机器人的特点112.4总体尺寸122.5螺杆的设计122.5.1螺杆的设计122.5.2脚垫的选取122.6卡爪的设计132.7其他零件的设计13第3章 机器人传动设计143.1电机的选型与计算143.2螺杆的设计153.2.1确定螺纹直径153.2.2螺杆的强度校核163.2.3自锁性验算193.3传动螺母的设计计算21结论22参考文献24致 谢25II绪论1 选题背景由于中央管道清洁机器人是一新兴产品，管道巡检功能的实现结构还不成熟，很难查到相关的资料。因此管道巡检功能的实现是设计工作的一个很大的难点。历史的变迁与时代的进步见证了数字化社会的发展，机械行业当中所运用的数字化信息已经屡见不鲜，这也为现代的中央管道清洁机器人铺下了一条明路。今年是建国71周年，我我国71年发展的历史长河当中，对于社会主义工业化的建设一直在不断进步。在2000年之后，我国把机械发展的重心由工业化转为现代化，由此可见，工业是国家的立国之本，也是一个国家以及民族能否进步与长期发展的根源。目前我国的工业已经初步达到了国际工业现代化的基本需求 ,但是为了跟进一步，国内的机械制造行业也已经明确要求要提高档次，因此对于机械行业发展的高质量专业性人才的需求也与日俱增，并且要求这些高质量的人才在工作的时候不仅要认真的搞科研创新，还要提高对机械制造领域的认知水平。国内对于机械设备的需求也是逐年提升，对此机械技术与机械设备的发展更需要加快速度，特别是对智能化机械的发展不能懈怠，争取智能化机械技术的水平早日与世界看齐。在机械行业的运用与发展当中，机械装置的设计以及装置的生产制造是机械设计制造当中的两大部分。他们两个环节在机械行业的发展当中是不容小觑的存在，由此得知他们之间的重要性也是一样的。如若在生产的国产当中有一个环节的操作违反了相应的规范，或者质量不能够达到相应的要求，那么最后的结果就是使得成品的效果大打折扣。机械行业的发展的时间已经非常久了，对于它的设计一直是机械工程师研究的方向。目前机械制造行业的规模越来越大，机械设计所涉及到的领域也越来越广，因此机械行业的发展趋势也是非常巨大的。随着机械设计和制造行业规模的不断扩大，机械设计所涉及的领域也在逐渐的慢慢增加，并且有着发展和增长的趋势所在。目前，许多相关技术的科学研究人员已经把机械设计作为一门正规学科，很多大学为了培养具有机械设计知识的人才甚至都开设了相应的专业。机械设计主要的具体过程是通过技术人员按照社会对机械功能以及时代发展的需要进行补充和相应的完善，并利用相关技术来对机械设备的模型进行规划设计。 第二是机械制造，此过程由机械设计指导并基于机械设计，它是在工厂当中通过某些步骤和过程来进行的。对于机械设计与制造技术来说，它们是在机械工程当中不可或缺的重要内容，也是能够决定机械性能非常重要的原因。伴随着信息技术的日益更新发展，机械设计制造的方法也层出不穷。现代科技当中有很多产品都运用到了机械设计制造，其主要原因是机械制造出来的产品质量能够得到有效的把控 ，也就是说它的综合性能可以为人们所认可。对于机械工程来说，它最为重要的基础和前提就是我们所说的机械设计，机械制造的发展水平的进步需要有合理的机械设计来当垫脚石。机械制造从古至今的发展离不开设计师们的探索与创新，它已然成为了带有自身体系一门比较新型的学科，随着今后的进步与与发展，它的生命力将会越来越顽强。但是需要我们更加关心的内容未来机械技术发展会不会只是一些已有的技术来进行简单的组合与拼凑，从而影响到新型技术的发展进步。在过去的机械技术制造的历程里，和机械技术制造业是不可分割的。机械技术的专业的讲究，我国家为了其献身的前辈就具有十分牢固的机械技术理论基础，那么对刚毕业的学生而言，这些要求都达到的前提下，我们才有可能生产出好的产品。虽然我国对机械技术的制造业非常的重视，但是因为我国家发展机械技术行业的起始时间太短，跟发达国家的进行比较的话，是有很大差距的。机械行业的发展也是一个国家综合国力的展现，因此从改革开放以来，我国对机械行业的研究可以说是夜以继日，前赴后继，科学家们兢兢业业就是为了能够让我们国家的机械水平站在世界的前端，如今不管是我国的自动化技术还是机械工业都已经位列世界前三，虽然现在有如此傲人的成绩，但是我国机械行业的技术型人才依旧不敢怠慢，传承着先辈们的精神与毅力，对此我相信在未来的一天，我国的机械化技术将会站在世界的顶端，让他们感叹我们的技术，向我们学习。2 机器人概述中国的工业机器人的发展可以追溯到二十年前，从基本的工业制造的设计技术到自动化的发展带来的控制系统的发展等，还有自动化生产和普通的组装等，都在使用机械装置这种基本的机器人技术。但是，中国的国民经济还在快速增加，随着经济的增加和经济产业结构的升级，提高工业自动化发展，促进工业产业结构改革已经成为了一个国家是否强大的重要影响因素。加快国内企业技术进步，提高现代化程度，提高工业现代化装备才能提高中国在国际中的竞争力。国外的发展中，美国为了改进在核能方面的研究在1947年发明了遥控机器人，很快 ，美国又在下一年开发了机械式的主从机器人 。机器人是最近几十年被发明的，代表着目前机电最高水平的、集合各门学科最先进的技术。机器人技术被普遍应用到制造业、化工、船只制造等领域。机械装置在编程语言的开发使用上比较复杂，普通机械臂很难完成复杂的逻辑运算和工作，制约了机械臂的正常使用和推广。在这种情况下，低成本，灵活性高，体积小的小型机器人关节结构就更受欢迎了，它操作方便，适用性高，可操作性强，价格低廉。国外的电机驱动机械臂行业发展较好，如欧洲和美国、法国等，机械臂装置的发展进程与国家的生产消费状况息息相关，发达国家的机械臂发展进程要比发展中国家的快许多。世界上最大的电动机驱动机械臂的发展都在发达国家。机械臂在工业中的高速运用使得英法开始了后期出口散装电机驱动机械臂的发展，出口比重占百分之八十，电机驱动机械臂的发展是世界科技进步的重要标志。32 3 中央管道清洁机器人国内的发展现状在最开始的时候我国的机械设备不能够自我研发生产，所以绝大多数的产品都是从苏联引进的，但是它的生产效率极其不佳，所消耗的能源也非常的巨大，综合性能不能够满足我国当前的需求。我国工业革命发展的主要成果就是工业机械的自动化发展，在机械工业的制造与发展当中想要让中央管道清洁机器人大规模、产量高并且连续的进行自动化生产就应该优先使用相应的自动化机械生产技术 。在使用这种技术的同时，传统的机械设备肯定是无法满足的，并且还要响应国家的节能减排的高要求，所以研发新型的机械自动化生产设备就显得尤为重要。现代化的机械发展需要让机械设计的理念与想法和机械技术相结合，才能够让产品的本质结构发生相应的变化。当前机械的结构以及应用技术还是不够完善，问题也非常的多，从而会导致机械行业的发展停滞不前。因此认真的研究与仔细的分析是当代机械工程师的标杆，在不违背设计原则的同时还需从中进行创新与改革，才能够让机械行业更加稳定长久的发展下去。经历了19世纪70年的改革开放，市场经济的的发展不断上升，对中央管道清洁机器人的需求也在不断上涨，因此需要发展自身的机械工业就一定要发展工业机械生产设备。经过了半个世纪的进步与发展，中央管道清洁机器人的研究也进入了前所未有的高速发展，中央管道清洁机器人的设计与传统的机械略显不同，它不再是传统的技术叠加，而是把先进的技术与得到验证的理论相结合，从而实现中央管道清洁机器人现代化的发展进程。在2001到2005年之间，也就是我们第十个五年计划期间 ，北京市机城集团的中央管道清洁机器人工业的发展跨度非常的巨大 ，在此期间与韩国的威所公司与德国的德鲁公司建立的深度战略伙伴的合作关系，直至今日他们所合作的产业数值已经高达百亿，已经在国内成为这一行业发展的主流军，为我们国家的工业以及经济的发展做出了不可磨灭的贡献。与我国开设奥运会同一年的2008年，北京市的中央管道清洁机器人制造工业与同时期间增长了11.7个百分点，对待该行业的贡献率为47.3，并且还拉动了全市的工业增长了0.87个百分点。在奥运期间结束之后，全球经济大危机全面爆发，人们的消费力度大幅度下降，中央管道清洁机器人行业的发展也进入到低谷水平，在2008年9月之后，中央管道清洁机器人行业的发展要比上一年下降16.8个百分点，并且下降的幅度也越来越大。好不容易熬过来了2008年，迎来了崭新的2009年，机城集团销售的中央管道清洁机器人已经达到了134万台，与此同时成为了成为北京市经济制造产业当中的顶梁柱。到了2010年，机城集团生产中央管道清洁机器人的数量已经达到了160.3万台，利润已经高达了121.2亿元，在经济危机之后呈现出了大幅度的增长。先进的机械技术在以前是我国非常薄弱的地方，但是现在却已经发展成为优势，我国的机械研究小组已经能够自主研发中央管道清洁机器人，我国自主研发的中央管道清洁机器人在国外非常的畅销，并且每年平均以200万台的速度成正比例增长，在国内的销售数量更是可观，大家现在都有着支持国货的信念，因此仅在江浙沪地区，一年的销售量在5000万台。正是因为这些恐怖的销售数据吸引了一大批资本家前来投资建厂生产，这些资本家独到的眼光和莫大的勇气为我国机械行业的进步奠定基础。目前我国已然步入了机械大国的行列，但是离机械强国的还有一段比较长的距离，其中差距比较大的是机械产品的技术含量以及他的质量，如果这两个问题得到解决的话，那么将会离世界顶尖水平更加的靠近。我国工业革命发展的主要成果就是工业机械的自动化发展，在机械工业的制造与发展当中想要让中央管道清洁机器人大规模、产量高并且连续的进行自动化生产就应该优先使用相应的自动化机械生产技术。在使用这种技术的同时，传统的机械设备肯定是无法满足的，并且还要响应国家的节能减排的高要求，所以研发新型的机械自动化生产设备就显得尤为重要。现代化的机械发展需要让机械设计的理念与想法和机械技术相结合，才能够让产品的本质结构发生相应的变化。现代信息技术的发展与进步对于机械工业的设计与制造方面来说非常的重要，它能够为机械制造的领域当中提供较为新颖的理念 ，所以对于机械制造的工艺以及发展方向来说研究他们是比较重要的。对于现代的机械制造而言，需要具备功能多，质量要求过关，可靠性要高，消耗的能量低等特点才能够称之为有意义的机械设计，所以我们在设计中央管道清洁机器人的时候都应该围绕这些特点来设计，尽可能的让这些设计符合上述的几个特点。机电的一体化发展是实现科技进步的一项大指标，基本上机械设计师们都知道机械工业发展唯一一条出路就是机械自动化设计，这样所带来的便利是空前的。我国当代的机械设计师已经不像曾经一样只知道引进国外先进的技术，而是做新技术的创造者，让其他国家花大价钱引进我国先进的机械技术，从而让机械技术的发展走上一条全新的道路。4 中央管道清洁机器人国外的发展前景在几十年前，对中央管道清洁机器人的应用正是如日中天的时候，但是现在机械技术生产的中央管道清洁机器人要比以前的性能好太多，并且在与时俱进的现在，社会快速的发展，对于中央管道清洁机器人的应用需求也越来越高，因此智能化的中央管道清洁机器人设备就此诞生。智能化的中央管道清洁机器人能够在满足人们基本需求的同时还不会为人们带来困扰。机械智能化产业所涉及到的知识领域非常的广泛，所以他所有的性能都非常的强。目前世界上的发达国家以及发展中国家都在发展智能化这一项技术，这样才能够让自身的实力得到提升。中央管道清洁机器人的研究早在20世纪末就已经在美国开始研发了10，世界上第一台中央管道清洁机器人的生产地点就在美国的加利福尼亚。在1960年到1970年之间，美国政府只是钻研中央管道清洁机器人技术的提升，并没有预想到中央管道清洁机器人未来的巨大潜力，这种情况的主要原因还是当时中央管道清洁机器人的技术才开始发展，应用不是很成熟，在实际的使用当中不能够满足人们的日常需求，并且当时中央管道清洁机器人的价格也非常的昂贵，让许多人以及企业望而却步，驻足感叹，但是随着技术的进步以及应用的成熟，中央管道清洁机器人逐渐大众化，到2000年之后，其性能的进步比起最开始先信号已经有了质的飞跃。在日本中央管道清洁机器人的发展与进步也从未停滞，在1960年到1970年之间，中央管道清洁机器人的雏形才开始出现，之后的几十年更新换代的速度非常的快，在20世纪70年代期间，日本的中央管道清洁机器人已经停止从国外进口，开始了自己的研究生涯，之后的几年里，日本的工程师都在研究如何使得机械智能技术与中央管道清洁机器人相融合，并且能告诉生产化，达到利益最大值。也正是日本机械工程师夜以继日的辛苦研发，日本中央管道清洁机器人的发展呈现了飞速增长的状态，智能化技术的进步也弥补了日本劳动力不足的缺点，因此发展此技术的重要性对日本这一国家来说可见一斑。智能化技术在日本的普遍运用，让日本机械工业的生产水平得到了质的提升，产品的质量也提升很大，相应的也减少了中央管道清洁机器人的生产成本，让中央管道清洁机器人的能够迅速大量的占据市场。在20世纪末，国外机械水平的发展进入到高速发展的阶段，在新技术被大规模应用的同时，新的产品以及新的结构也在不断的出现 。产品的电子信息化技术的含量各国机械工程师努力的目标与方向。我们国家的发展机械技术的时间要比美国和日本晚许多，但是在经过改革开放之后，与美国日本的差距正在逐渐减小，赶超他们也是我们国家前进的动力。技术的发展与进步使得中央管道清洁机器人的性能也在逐步提高，但是现代工业的发展还是使得中央管道清洁机器人的价格比较昂贵，不过许多国家已经大规模的开始生产中央管道清洁机器人，中央管道清洁机器人的研究生产已经逐步形成一道产业链。为制造中央管道清洁机器人制定相关的标准11，各国机械设计师也齐聚一堂开始讨论，希望能够为世界机械水平的发展与进步作出自己应有的贡献。5 实验方案、实验方法及预期达到的目标选择课题以后对相关资料进行了大量的查阅，对于中央管道清洁机器人有个初步认识并对自己需要设计的中央管道清洁机器人进行参数统计。实验方案：1 对课题进行了解，上网查阅资料和图书馆借阅相关书籍。2 了解中央管道清洁机器人类型作用及构成。3 了解传动机器人的组成和不同传动方案的特点，合理拟定传动方案。4 初步确定中央管道清洁机器人结构和零件类型。5 对所给的中央管道清洁机器人参数进行设计和计算。6 绘制中央管道清洁机器人装配图和零件图。7 翻译外文专业资料，对设计的中央管道清洁机器人进行改进优化，以完善不足之处。1.1工作原理第 1 章 中央管道清洁机器人的方案设计中央管道清洁机器人的工作原理就是利用一个旋转的螺纹轴，带动安装在轴上的特定传动螺母进行旋转，从而撑开卡爪卡住管道内壁。由于管道一般都是较为细长的， 所以在巡检的时候，中央管道清洁机器人也需要做成细长的结构 ，而细长结构又容易导致强度不好，所以该中央管道清洁机器人设计成可伸缩的结构！所以在巡检的时候，中央管道清洁机器人也需要做成细长的结构，而细长结构又容易导致强度不好，所以该中央管道清洁机器人设计成可伸缩的结构！因此，该中央管道清洁机器人有两个传动结构： 其一，带卡爪张开收合的支撑机构机构；其二，带动机身的伸缩机构；1.1.1 支撑机构原理：支撑机构原理如图 1.1，其动作原理：电机 1螺纹副 4连杆 3卡爪 2，通俗地讲，就是通过螺纹传动带动螺母上下运动，改变连杆与卡爪相互间的角度来张开和闭合。1. 1 支撑机构传动简图1.1.2 伸缩机构原理：伸缩机构原理如图 1.2，其动作原理：电机 1螺纹传动 4机身上下运动。1.2 伸缩机构传动简图1.1.3 清洁攀爬原理如图 1.3，将中央管道清洁机器人塞进管道，机器人下肢撑开卡爪撑住管道壁，中间腰身在电机的带动下伸长机身，然后上肢撑开卡爪撑住管壁7，此时下肢收缩，然后腰身螺纹缩短机身，周而复始，达到攀爬的目的！在攀爬的过程中，安装在机身上的刷子在管道内壁上来回刷，达到清洁管道的目的！1.3 攀爬原理简图1.2 传动机构的选择和论证我们分析讨论的路线按照动力的传输路线来展开！首先动力源是三个电机，由三个独立的电机提供动力，我们首先来讨论一下传动方案的选择！1.2.1 传动带的选择链传动是传动设计当中最为经典的一项设计，它是由两个链轮以及一个中间挠性件组合而成的传动部件。它是通过链条 和链轮啮合之间啮合来进行运动传递的。由于链轮传递的零部件比较简单易懂，所以它所应用的范围也特别的广泛。同步带传动的设计准则在通常所知的情况之下，同步带传动主要三种失效形式:（1）同步带的承载绳出现断裂的现象；（2）同步带出现跳齿以及打滑的现象；（3）同步带带齿损耗严重，从而影响到工作的运行。把普通三角带、同步带、链传动之间的区别展示出来。从传动效率的角度来观察研究，链传动的效率排名第一，其次是同步带，最后是普通三角带！也恰恰是因为这些，链传动和同步带不能实现过载保护，而三角带在过载时会发生打滑现象，能有过载保护的作用！ 从成本的高低来分析，成本由高到低分别为：链传动、同步带、三角带！通过比较中央管道清洁机器人需要在狭小的管道内运动，其结构不适宜太大，因此不采用传动机构，所以采用电机直接带动螺杆的传动方式比较合适！1.2.1 键的选择由于此机构主要用来巡检管道内壁，而无需要传递较大的扭矩，所以我们选择加工简单成本低廉的平键用在两传动轴的带轮、齿轮处！而控制巡检头旋转的传动轴上我们选择花键，主要原因为：控制旋转的轴需要跟随控制伸缩的丝杠进行轴向运动，所以选择可实现轴向运动的花键更为合适！第 2 章 中央管道清洁机器人的工程学设计针对传统中央管道清洁机器人的设计缺点与不足，使用新的设计理念对中央管道清洁机器人进行结构、功能、外观的优化设计，使之更加合理、方便、安全、简单、易于放置，从而优化传统中央管道清洁机器人存在的弊端。经过对传统中央管道清洁机器人的一些改进，从而可以有效地避免中央管道清洁机器人使用中存在的问题。2.1 机器人分解保证中央管道清洁机器人使用功能不变的前提下，对中央管道清洁机器人的造型进行重新设计，可以从功能，结构，色彩，使用方式等方面对其进行重新深思和设计。首先要确保中央管道清洁机器人的应用功能不会发生概念，以此为基础来对中央管道清洁机器人重新设计，无论是结构大小、使用功能、还是颜色搭配等方面都可以进行充分的斟酌。为了让本次的设计继承传统中央管道清洁机器人的有点，摒弃传统中央管道清洁机器人的缺点，首先把传统的中央管道清洁机器人进行拆分8，紧接着在仔细进行相应的观察、研究与设计。“产品分解”顾名思义就是把一个整体产品拆成零散部件，从而了解产品的整体结构，对他的改造以及维修也就可以更加的游刃有余。2.2 机器人分解的目标1）分析逆向工程当中的产品2）获取产品个体当中的数据3）分析对同类竞争性产品的检测2.3 新式中央管道清洁机器人的特点1.外观形状尽可能的简洁，内部所含功能全面。2.设计安全性，安全第一。实用耐用性。3.色彩的鲜明性。以简单、明快的格调、色彩。4.组合的多样性。5.夹持物件的多变性。6.结构的变换性。2.4 总体尺寸 主体直径 107mm; 主体高为 387mm;2.5 螺杆的设计2.1.1 螺杆的设计 图2.1 螺杆设计图螺杆使用ABS,ABS树脂是一种共同的混合物，英文名叫做Acrylonitrile-butadine-styrene(所以我们把他简要称呼为ABS)。ABS的颜色是浅黄色的，它的外观形状是颗粒状的或者还有珠状不透明树脂，ABS是没有毒的，并且还没有味道，它吸收水分的性能不是很好，ABS材料的物理性能非常的出众，例如它的电性能非常良好、经久耐用，尺寸的大小也不会轻易发生变化、耐化学腐蚀性和表面光泽等等都是非常良好的性能，并且ABS材料在加工的使用上也是非常方便的。当然ABS材质也有一定的缺点，它们分别是耐候性，耐热性差，并且非常易燃。2.1.1 脚垫的选取 图2.2 脚垫脚垫使用天然橡胶，美观大方又拥有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。2.6 卡爪的设计 图2.3 卡爪机架采用常见的材料Q235，Q235普通碳素结构钢又称作A3板。普通碳素结构钢普板是一种钢材的材质。2.7 其他零件的设计其他零件均采用 ABS，不再一一赘述！第 3 章 机器人传动设计3.1 电机的选型与计算选型：根据中央管道清洁机器人的运行时的特点，在工作时我们只需要带动螺杆就可以， 假设中央管道清洁机器人的总质量为 0.25kg。f = mmg= 0.3 0.25 9.8= 0.735Nm 代表机器人总质量（机械设计手册表）g 代表重力加速度（机械设计手册表）u 代表摩擦系数（机械设计手册表）螺杆半径 0.006m，所以摩擦力矩 M 为：(3-1)M = fr= 0.735 0.006= 0.00441N(3-2)电机是直接带动螺杆， 所以速比是：根据以上数据计算电机的扭矩为：i = 1电机功率为：T = Mi= 0.00441 = 0.004411 (3-3)由T = 9550 P 可知，预选转速 800r/minnP = T n9550= 0.00441 800 9550= 3.69W (3-4)由于考虑到电机理想功率和实际的要有一定的余量，所以可以选择P=5W的直流电机。3.2 螺杆的设计3.2.1 确定螺纹直径螺杆在工作时，压力和扭矩作用。因此，计算可以根据计算公式和保存路径，即初选梯形螺纹 Tr12*2螺纹大径d=12螺纹中径d2 =12-1=11 螺纹小径d3=12-2=10 螺距 E P=3螺纹根部厚度t1 = 0.634 p = 0.634 8 = 5.072mm螺纹工作高度 h=0.5*2=1较核螺杆强度螺纹力矩T = F tan(y+j) d2 (3-5)1v2螺纹升角y = arctan(nppd ) = arctan(1844) = 3.31o (3-6)2p查手册 P6 表 1-10m= 0.18 (滑动摩擦系数无润滑)当量摩擦角j = arctanm= arctan0.18v(cos b)(cos15o )= 10.55 oT = 65103 tan(3.31+10.55) 44 = 3.53105 N gmm (3-7) 123.2.2 螺杆的强度校核根据螺杆的受力分析，绘制螺杆的受力图如（3.3）图 3.3 受力图弯扭合成应力校核螺杆的强度根据其受力简图绘制弯矩、扭矩图如 3.4取sca =+ (aT )2 /W =18.6Mpa； (3-8)3查表机械设计表 15-1 查得s-1 =60Mpa;因此sca s-1 ，故安全。图 3.4 弯矩、扭矩图 t精确校核螺杆的疲劳强度S ca=Ss*St/+ S 2 SSs =s-1 /Ks *sa + Fs *sm S(3-9)截面抗弯截面系数W=0.1d 3 =0.1*55 3 =16637mm 3T抗扭截面系数W =0.2 d 3 =0.2*55 3 =33250 mm 3截面的左侧的弯矩 M 为截面上的扭矩 T 为截面上的弯曲应力M=166758*(71-36)/71=92534N.mT=960000N.s=M/W=92534/16637=5.6Mpa截面上的扭转切应力t=T/ W T =960000/33250=28.2MpaB-1螺杆的材料为ABS，调质处理10。由表15-1 查s =640Mpa；s=275Mpa；t=155Mpa；截面上由于螺杆肩而形成的理论应力集中系数 as 及 at 按表查取， 因r/d=2.0/55=0.036,D/d=60/55=1.09;经插值得:as = 2.0 ，at =1.31螺杆按磨削加工，得表面质量系数为bs = bt =0.92 螺杆未经表面强化处理，即bq =1，得Ks =2.80Kt=1.62计算安全系数 S ca 值，S ca=Ss*St/+ S 2 =9.5S=1.5t故可知其安全。按第四强度理论较核，压扭组合校核sca = s (3-10)sca = 74.96 Mpa s = 80 Mpa能够与本次设计所需的条件相吻合。3.2.3 自锁性验算自锁条件yjv其中y = 3.31ov故 yj ，可用，且y 4o - 4o30 ，可靠！3.3 传动螺母的设计计算传动螺母的材料选用 ABS1. 确定螺纹旋合圈数 z 根据耐磨性旋合圈数 z，即p =FP2pd hH = pz Fpd2h p (3-11)120查书本P 表6 - 5, p = 15 N mm265103z p 4415 4 = 7.84传动螺母实际圈数z = z +1.5 = 7.84 +1.5 = 9.34取z = 10, 则z = z -1.5 = 8.5传动螺母旋合长度 H = z g p = 10 8 = 80mm校核传动螺母的高径比f= H d2 = 80 44 = 1.82查书本P120表6.5 ， 兼做支承的螺母f= 2.5 - 3.5 ，不能满足要求。故要重新确定传动螺母的高度。取f= 3.2 ，则 H = fd2 = 3.2 44 = 140.8mm取 H = 140mm紧定螺钉选择参照手册 PABS2. 校核传动螺母的螺牙强度（1） 剪切强度查书本p 表6.6t = 40 N mm2121F65103221t= pDt z = p 49 5.072 8.5 = 9.8 N mm t= 40 N mm(3-12)故满足要求。（2） 弯曲强度sb =3Fh1pDt 2 z sb (3-13)式中 h=4mm查书本p121表6.6 s = 45 - 55 N mmb2故满足要求3. 传动螺母其它结构尺寸传动螺母外径D=(1.6 -1.8)D=(1.6 -1.8) 49=78.4 - 88.2 mm取 D = 80mm传动螺母凸缘厚度1D = (1.3 -1.4)D = (1.3 -1.4) 80 = 104 -112mm取 D1= 106mm传动螺母凸缘厚度a= H = 80 = 26.67mm33取a = 25mm4. 传动螺母外径和凸缘强度的计算及传动螺母悬置部分拉扭组合校核（1）s= (1.2 -1.3) F1 p(D2 - D2 )4 s (3-14)式中：传动螺母的许用拉应力s = 0.83sb 传动螺母材料的许用弯曲应力s 见书本P 表6.6 ，s = 45 - 55 N mm2b121bs = 0.83sb = 0.83 45 - 55 = 37.35 - 45.65 Mpas= (1.2 -1.3) F1 p(D2 - D2 )= (1.2 -1.3) 65 1031 p(802 - 492 )44= 24.8 - 26.9Mpa s安全。（2） 凸缘与底座接触部分的挤压强度计算sp =F1 p(D 2 - D2 ) sp (3-15)41sp = (1.5 -1.7)sb = (1.5 -1.7) (45 - 55) = 67.5 - 93.5 Mpasp =651031 p(1062 - 802 )4= 17.1Mpasp sp ，安全传动螺母上固定螺钉用 GB/T 71 M12（3） 凸缘根部的弯曲强度计算1.5F (D - D)sb = 1 sb pDa2o = 1.5 65103 (106 - 80) =bp 80 25216.15Mpasb sb ，安全。结论本文通过设计计算，重点介绍了管道巡检机构的机械结构和传动方案！其中两组传动轴的作用为控制伸缩！所以控制伸缩的机构我们选择丝杠螺母组，这样通过电机的正反转来实现伸-缩！该丝杠螺母副选用两个旋向的螺纹传动来实现共同伸缩！其螺纹规格为梯形螺纹 Tr26*6，螺纹大径 d=26，螺纹中径 d2 =24，螺纹小径 d3=20，螺距 E P=6。两组螺杆旋向相反！而控制旋转的机构就是个旋转轴，其机构原理类似于钻床钻头轴，在不影响钻头伸缩的前提下，带动钻头旋转！此结构也是如此！主要选用了花键轴！带传动从传动效率的高低来看，链传动效率最高，其次是同步带，最后是普通三角带！也恰恰是因为这些，链传动和同步带不能实现过载保护，而三角带在过载时会发生打滑现象，能有过载保护的作用！从成本的高低来分析，成本由高到低分别为： 链传动、同步带、三角带！考虑到此机构是巡检管道内部的机器人，对传动效率要求较低，而同步带在成本较低的情况下又能实现过载保护，所以此机器人我们选择同步带带传动更为合适！带型为 pd = 18kW ， n = 600r / min ， PL 型同步带，小带轮直径 de1 = 150mm ，大带轮直径 de2 = 375mm ，带速 V=5m/s 带的有效长度Le0 = 1900mm ！看着我努力的成果，在想着我与指导老师以及小组成员的点点滴滴，我忍俊不禁。这次的毕业设计让我把这大学四年的知识融会贯通，并且对这一行业的认识更加的透彻，机械的设计不仅仅是一部分，更是一个整体。在这个电脑信息技术与机械制造技术共同存在的时代，他们两者的结合为社会的进步提供了巨大的进步空间。新的机械制造的方法与技术也越来越先进，与此同时机械制造的工艺水平也在不断的上升。本篇文章首先对目前中央管道清洁机器人机械技术的特点进行看详细的分析，紧接着对中央管道清洁机器人的发展趋势以及对社会的发展的贡献也做出了较为详细的阐述，因此本篇文章能够对现代中央管道清洁机器人机械的应用产生一定的贡献。通过这次的毕业设计，我身上的诸多缺点也慢慢的显露出来，结构以及工作原理的混淆是我不能够忍受的，这些基本的东西让我在这次的设计当中付出了比常人更加多的汗水，我明确知道这些的缺点我影响到我未来在这一行业的发展，因此我痛定思痛决心将他们理清楚。当前机械的结构以及应用技术还是不够完善，问题也非常的多，从而会导致机械行业的发展停滞不前。因此认真的研究与仔细的分析是当代机械工程师的标杆，在不违背设计原则的同时还需从中进行创新与改革，才能够让机械行业更加稳定长久的发展下去。本次设计从确定研究课题，完成开题报告，之后是把每个零部件画出来，使我可以更深入地了解和了解我所学的专业知识。本次的毕业设计的课题我的主要心路历程是，收集有关开槽施肥机的资料;熟悉其基本构造和
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