履带式自动行走管道机器人结构设计-吸尘除尘【三维Solidworks模型】【含16张CAD图纸】
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毕业设计(论文)履带式管道机器人结构设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要随着机器人技术的飞速发展，工业机器人的应用领域正在不断的扩大，对应用需求提出了新的要求，为提高机器人应用的水平，我们研制了一套以管道清灰为目的的机器人系统。本文阐述了机器人的发展历程，国内外的应用现状，及其巨大的优越性，提出具体的机器人设计要求，进行了本演示系统的总体方案设计和各自由度具体结构设计、计算；最后设计伸缩机构和机身设计。关键字：管道机器人、结构设计、机械结构AbstractWith the rapid development of the technology of the industrial robot, robot application field is constantly expanding, to application demand put forward new demands, in order to improve the application level, we developed a set of in pipe clearing ash robot system for the purpose of.This paper describes the development of robot, application status at home and abroad, and its great superiority, puts forward the specific robot design requirements, for the demonstration of the overall scheme of the system design and the various degrees of freedom specific structure design, final design calculation; telescopic mechanism and machine design.Key Words: Pipeline robot, structure design, mechanical structure目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪论11.1 机器人概述11.2 机器人的历史、现状31.3机器人发展趋势51.4 本课题研究的内容与要求5第2章 机器人总体方案设计62.1总体设计的思路62.2 设计方案过程及特点62.2.1管道机器人的工作环境62.2.2 管道机器人的技术要求62.3 总体结构的设计和比较72.3.1 行走机构的设计72.3.2 操作机构的设计82.3.3 撑开机构的设计8第3章 移动部件的设计和计算103.1 行走机构的设计和计算103.1.1 行走机构的驱动电机功率的预算103.1.2 行走机构结构设计113.2大小锥齿轮的设计和校核193.3 轴的设计和校核223.4 键的校核32第4章 伸缩机构和机身设计和计算334.1 伸缩机构设计计算334.2 操作臂的设计34总 结35参考文献36致 谢3838第1章 绪论1.1 机器人概述在现代化工业中，生产的机械化、自动化已成为特别突出的主题。化工等连续过程的自动化生产已基本上得到解决。但是，在机械工业中，加工和装配等生产是不连续的。专用机床就是实现大批量生产自动化的有效办法；数控机床、程控机床、加工中心等等自动化机械有效地解决了很多品种小批量生产自动化的重要办法。但是除切削加工本身外，另外还有大量的装卸、搬运、装配等作业需要进一步实现机械化。机器人的出现与应用为这些工作的机械化奠定了很好的基础。“机器人”（工业机器人）：指的是程序变量的大部分（主编）装置的自动抓取，独立的搬运工，操作工具（称为国内工业机器人或机器人）。机器人是一种带人体上肢的部分功能，有工作程序固定的自动装置。该机器人具有结构简单，成本低廉，易于维修的优点，但功能少，适应性比较差。目前我国常有机器人的特性称为特种机器人和工业机器人，称为通用机器人。总之，机器人是用机器来代替人手操作，把工件由某个位置移动到指定位置，或按照要求控制工件的加工。机器人一般分为三类。第一类是通用的机器人不需要人工操作，也是本文所研究的对象。它不属于一个特定的主机设备，独立，能根据任务程序的需要，完成操作规程。它除了具有普通的机械物理性能，还具有通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机（机械手）。它起源于原子，军事工业，先通过机器操作来完成某些任务，后来发展到使用无线电信号对月球探测的机器人。行业锻造操作机采用也属于这一范畴。第三类是专业的机器人，主要属于自动机床或自动生产线上，用以解决在机械传动的材料和工件。这种在国外机器人通常被称为“机械手”，它是为主机服务的，由主机驱动。但是也有例外，工作程序一般是固定的。机器人因结构形式的不同又可以分为多种类型，其中，关节型机器人以结构紧凑，所占空间小，相对工作空间最大，甚至还能够绕过周围的一些障碍物等这样一些特点，成为了机器人中使用最多的结构形式，世界著名机器人的本体部分都是采用这种机构形式的机器人。要使机器人像人那样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似的把握和手指，手腕，手臂的运动机理，关节和其他部位致动器驱动和传动系统；手臂运动就像一个肌肉；指挥控制系统的手动工作就像大脑。这些系统的性能决定了机器人的性能。在一般情况下，机器人通常是由执行机构，驱动、传动系统和控制系统三部分组成，如图1-1所示。图1-1 机器人的一般组成现代智能机器人，还具有智能系统，主要是感觉装置，视觉装置和语言识别装置。目前的研究主要集中在给定的机器人的“眼睛”，所以它可以识别物体和避开障碍物，以及机器人的触觉装置。机器人这些组件不是独立的，或是不是简单的叠加在一起，从而形成一个机器人。为了实现机器人实现预期的功能，对机器人的零件之间也必然存在相互关联，相互作用、相互制约。他们之间的关系如图1-2所示。 图1-2 机器人各组成部分之间的关系机器人的机械系统主要是由执行机构和驱动传动系统组成的。执行机构是机器人完成工作任务的实体，经常由连杆和关节组成，先由驱动传动系统提供动力，然后按控制系统的要求完成任务。驱动传动系统主要由驱动机构和传动系统组成。驱动机构给机器人提供各关节所需的动力，传动系统则是将驱动力转换成为满足机器人各关节力矩有运动所要求的驱动力或力矩。有的文章则把机器人分成为机械系统、驱动系统和控制系统三大部分。其中，机械系统又叫操作机(Manipulator)，如同本文中的执行机构部分。1.2 机器人的历史、现状机器人首先开始在美国的发展。1958美国联合控制公司开发的第一个机器人。结构是一个旋转臂安装在阀体上，安装在电磁铁工件取放机构的末端部分，控制系统是一个新型的教学。日本是一个工业机器人是最快的，大多数国家使用。自1969以来，从美国引进了两种典型的机器人，大力从事机器人研究。目前，大部分还属于第一代工业机器人，主要依靠人工控制；在开环式控制方法，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度的。 第二代机器人正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。 第三代机器人（机器人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一环。随着工业机器人制造的研究和应用领域的不断扩大发展，国际学术交流活动非常活跃，欧洲和美国和其他国家进行了大量的学术交流活动。国际工业机器人产业会议决定每年召开一次会议，开发和应用的探讨和研究机器人。目前，工业机器人主要用于装卸，搬运，焊接，铸造，热处理，无论数量，品种，性能不能满足工业生产发展的需要。使用工业机器人代替人工操作，主要是在危险作业（广义），粉尘，高温，噪声，工作空间狭小，不适合人工作业的环境。 在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机器人本身的损坏。 随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种、小批量的生产过程。计算机集成制造（CIM）要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在一起。研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，一般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在EPROM中，这种专用系统很难（或不可能）集成外部硬件和软件。修改封闭系统的代价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的机器人系统。美国工业机器人技术的发展，大致经历了以下几个阶段：（1）1963-1967年为试验定型阶段。1963-1966年， 万能自动化公司制造的工业机器人供用户做工艺试验。1967年，该公司生产的工业机器人定型为1900型。（2）1968-1970年为实际应用阶段。这一时期，工业机器人在美国进入应用阶段，例如，美国通用汽车公司1968年订购了68台工业机器人；1969年该公司又自行研制出SAM新工业机器人，并用21组成电焊小汽车车身的焊接自动线；又如，美国克莱斯勒汽车公司32条冲压自动线上的448台冲床都用工业机器人传递工件。（3）1970年至今一直处于推广应用和技术发展阶段。1970-1972年，工业机器人处于技术发展阶段。1970年4月美国在伊利斯工学院研究所召开了第一届全国工业机器人会议。据当时统计，美国大约200台工业机器人，工作时间共达60万小时以上，与此同时，出现了所谓了高级机器人，例如：森德斯兰德公司（Sundstrand）发明了用小型计算机控制50台机器人的系统。又如，万能自动公司制成了由25台机器人组成的汽车车轮生产自动线。麻省理工学院研制了具有有“手眼”系统的高识别能力微型机器人。其他国家，如日本、苏联、西欧，大多是从1967，1968年开始以美国的“Versatran”和“Unimate”型机器人为蓝本开始进行研制的。就日本来说，1967年，日本丰田织机公司 引进美国的“Versatran”,川崎重工公司引进“Unimate”，并获得迅速发展。通过引进技术、仿制、改造创新。很快研制出国产化机器人，技术水平很快赶上美国并超过其他国家。经过大约10年的实用化时期以后，从1980年开始进入广泛的普及时代。我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚5-6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。1.3机器人发展趋势 随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。 就目前来看，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势： a)提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人； b)开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合； c)研制各类传感器及检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问题求解、动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。1.4 本课题研究的内容与要求在工农业生产及日常生活中，管道作为一种重要的物料输送手段，其应用范围日益广泛，数量也不断增多。管道在使用过程中，由于各种因素的影响，会形成各种各样的管道堵塞与管道故障和损伤。如果不及时对管道检测、维修及清洗就可能会产生事故，形成不必要的损失和浪费。然而，管道所处的环境往往是人们不易直接达到或不允许人们直接进入的，检修及清洗难度很大。因此最有效的方法之一就是利用管道机器人来实现管道内的在线检测、维修和清洗。机器人工作要求1）机器人必须小巧、灵活、拆卸方便，2）生产能力高，机器人行走速度约1m/s；3）机器人在工作过程中，其结构可适应不同管径的变化情况；4）机器人自动化程度高，控制方便灵活。第2章 机器人总体方案设计2.1总体设计的思路设计机器人大体上可分为两个阶段： 一、系统分析阶段 1、根据系统的目标，明确所采用机器人的目的和任务。 2、分析机器人所在系统的工作环境。 3、根据机器人的工作要求，确定机器人的基本功能和方案。如机器人的自由度、信息的存储量、计算机功能、动作精度的要求、所能抓取的重量、容许的运动范围、以及对温度、震动等环境的适应性。 二、技术设计阶段 1、根据系统的要求的自由度和允许的空间空做范围，选择机器人的坐标形式 2、拟订机器人的运动路线和空间作业图。3、确定驱动系统的类型。 4、拟订控制系统的控制原理图。 5、选择个部件的具体集体够，进行机器人总装图的设计。 6、绘制机器人的零件图，并确定尺寸。 下面结合本演示系统的基本要求和设计的基本原则确定本系统的方案。2.2 设计方案过程及特点2.2.1管道机器人的工作环境 a管道直径为400mm600mm， b管道中有弯曲形式；2.2.2 管道机器人的技术要求 a. 机器人必须小巧、灵活、拆卸方便； b机器人在工作过程中，其结构可适应应不同管径的变化情况； c机器人自动化程度高，控制方便灵活；2.3 总体结构的设计和比较2.3.1 行走机构的设计根据国内外的管道机器人的移动方式大致可分为六种：活塞移动方式 滚轮移动方式 履带移动方式足腿移动方式 蠕动移动方式 螺旋移动方式其各有优缺点。以下分别介绍。活塞移动式依靠其首尾两端管内流体形成的压差为驱动力，随着管内流多轮方式时牵引力随轮数增加而增加。缺点是着地面积小，维持一定的附着力较困难，这使得结构复杂，越障能力有限。 履带移动式的优点是着地面积大，易产生较大的附着力，对路面的适应性强，牵引性能好，越障能力强。缺点是体积大不易小型化，拐弯半径大，结构复杂，还要保持履带的张紧。足腿移动式的优点是对粗糙路面适应性能较好，越障能力极强，可适应不同管径的变化。缺点是结构和控制复杂，行走速度慢。蠕动移动式的优点是适应微小管径，越障能力强。缺点是移动速度慢，控制复杂。螺旋移动式的优点是有一定的越障能力，可适应不同管径的变化，可在垂直管道中行进。缺点是结构复杂，移动速度慢，驱动力要求高。根据设计参数和技术要求，所要研制的管道机器人必须要有高可靠性，高效率。所以采用上述行走机构的移动方式的组合来实现行走，这样可利用其综合优点避免单一移动方式的缺点。由于管道存在不同的弯管，这就要求机器人的行走机构有一定的拐弯能力和越障能力。所以，设计了一种如下页图所示的可伸缩的三只履带腿式（三只腿成120分布）组合行走机构。其特点是：移动速度快、转弯比较容易、有较大牵引力、对粗糙路面适应性好、越障能力强；同时，可伸缩性使得机器人对变径管道有较好的自适应性。2.3.2 操作机构的设计根据管道机器人的操作对象是一些堆积的灰尘，并且灰尘在管道底部堆积，同时成疏松状，所以操作机构有以下两种方案：借鉴挖掘机的工作原理。利用铲斗铲起灰尘，然后行走到管道底部的垃圾开口，倾倒灰尘。这种方案简单，可靠；但是由于管道直径的限制，其铲斗的容积比较小，同时垃圾开口每隔50m才有一个开口，其大部分时间都在行走上，所以机器人的工作效率很低。 借鉴吸尘器的工作原理。利用带有操作臂的吸尘器的吸头，灰尘通过吸尘管道到主体内部，设计箱体的容积比较大，最后，移动到垃圾开口处倾倒垃圾，从而减少在往返的次数来提高工作效率。所以才用具有两个自由度的机械臂，臂末端附上吸尘器头，臂上附上塑料软管，软管最终以主体的垃圾箱密封连接。2.3.3 撑开机构的设计由于管径的变化，需要撑开机构来适应管径的变化。在本机器人设计中，采用滚珠丝杠螺母副来和放大杆组来实现。其机构简图如下图所示：1基 座 2放大杆组 3撑开杆 4丝 杠 5丝杠螺母 6行走机构1基座2放大杆组3撑开杆4丝 杠5丝杠螺母6行走机构当丝杠4旋转时，丝杠螺母5在丝杠上左右移动，从而拉动撑开杆3，撑开杆3铰接在放大杆组2上，从而改变其倾角来适应管径的变化。（4）最终方案的确定根据以上的分析和比较，最后得出最终方案。设计的管道清洁机器人包括以下五部分：行走装置 （为整个行走提供动力）； 撑开杆组 （适应管径的变化）； 操作臂装置（操作臂包括吸尘器的操作部分和倾倒垃圾部分）； 信号采集装置（为控制提供信号和图像）；控制装置（控制管道清洁机器人行走和动作）。第3章 移动部件的设计和计算3.1 行走机构的设计和计算3.1.1 行走机构的驱动电机功率的预算管道机器人受力图如左图所示：其中预取：=1470.6+400 =1870.6N由于履带是三组；成120分布；受到的是摩擦阻力; （其中是橡胶与钢之间的摩擦系数） =20.81870.6+0.8400 =3312.96N取管道机器人的工作行程速度V为：V=0.5m/s （是有效功率）由于是三组履带，所以每个履带的驱动电机至少为： W=31656.483=552.16W所以，选取电机的功率为800W;同时电机要能变速，才能在管道内转弯；所以选择伺服电机，最终选择SGMAH-08A伺服电机（安川公司）。=1870.6N3312.96NV=0.5m/s=1656.48WW=552.16W3.1.2 行走机构结构设计确定行走机构-履带的外形尺寸由于管道直径最小时，D=400mm；同时总体方案中已经确定采用3组履带，相对来说比较狭小；所以行走机构尺寸不能太大。首先，确定履带的宽度。由于履带的宽度较小，那么它的工作所提供的驱动力就会减小；而其宽度太大时，所受到的阻力就会很大。通过作图的方法，取履带的宽度为：=150mm。其次，确定履带的长度。履带的长度越长其转弯的灵活性就会受到影响。所以，履带的长度不能太长。所以其长度L为：L=580mm。最后，确定履带的高度。履带的高度受到管道直径的限制，同时还受到撑开杆组的影响；由于撑开杆组要能在=700mm1000mm范围内变化，所以杆长要达到给定的范围。通过对撑开杆组的设计，后最终确定高度H=175mm。确定行走机构的结构由于外形尺寸的限制，电机内置在履带组中，同时采用锥齿轮来换向，最后驱动履带轮。其结构图如下图所示： =150mmL=580mmH=175mm结构总图1轴01 2电机 3小锥齿轮 4驱动带轮 5轴02 6直齿轮01 7直齿轮02 8轴039大锥齿轮 10从动带轮确定行走机构中的履带轮和履带轮采用同步带的结构来设计履带。以下是同步带传动的优点：1. 适用于两轴中心距较大传动，承载能力较大。2. 带具有良好的弹性，可以缓冲、吸振，传动平稳，噪声小。3. 结构简单，制造和维护较为方便，价格低廉。 首先，确定同步带的主要参数：（查机械设计手册13-42）齿 形：梯 形齿距制式：模数制型 号：m7节 距：=21.991mm 其次，设计带轮：（查机械设计手册13-50） (1)初选带轮的次数：；选择切削带轮齿形的刀具类型切出直线齿廓的特别刀具；齿槽角：2=2=40；节 距: =m=mm；节圆直径:；模 数：；齿侧间隙：；=21.991mm2=40名义径向间隙：；径向间隙：；外圆直径：mm（其中=1.750）；外圆齿距：；外圆齿槽宽：；齿槽深：；齿槽底宽：；齿根圆角半径： ； ；最后，设计履带：（查机械设计手册13-43） 由于采用同步带的结构来设计履带，同时履带用于特殊的工作环境，所以不能完全采用同步带的参数，根据具体的结构尺寸设计履带。 节 距：=21.991；齿形角：2=40；齿根厚：=10.06 ；齿 高：=4.2 ；带 高： ；齿顶厚： ；节顶距：=1.750 ；带 宽： ；=116.5mm=21.529mm=11.06mm=8.036=21.9912=40=10.06=4.2=1.750确定大小锥齿轮参数整个行走装置里，锥齿轮的主要作用-换向，传递动力。同时考虑到其完全在行走装置内部，尺寸受到限制。根据以上的因素，设计大小锥齿轮的具体参数。根据总体结构设计图，采用轴交角。齿轮类型为：直齿锥齿轮、齿形制为GB/T 123691990,齿形角为20、齿顶高系数=1、顶隙系数。（查机械设计手册14-200）大锥齿轮的次数;小锥齿轮的次数。大小锥齿轮的具体参数分别如下：（查机械设计手册14-201）大锥齿轮：法向模数： ；齿 数： ；法向齿形角：分度圆直径：分度圆锥角：齿顶圆直径： =75+212.5 =78.044mm齿根圆直径：大锥齿轮：78.044mm71.347mm 锥 距： = =47.253mm 齿顶角：=3143齿根角：=3471顶圆锥角：=+3143=55339根圆锥角：=-3471=484425齿 宽 ： b=25mm 47.253mmb=25mm小锥齿轮：法向模数：；齿 数：；法向齿形角：分度圆直径：分度圆锥角：齿顶圆直径： =57.5+212.5 =61.467mm齿根圆直径： =57.5-2（1+0.2）2.5 =52.54mm 锥 距： = =47.253mm 齿顶角：=3143小锥齿轮：57.5mm=61.467mm=52.54mm47.253mm齿根角：= =3471顶圆锥角：=+3143=根圆锥角：=-3471=齿 宽 ： b=25mm 确定直齿轮的参数 在整个行走装置中，直齿轮的作用，主要是传递动力。根据行走机构的结构和尺寸限制，同时为了减少零件的个数和降低成本，才用两个完全相同的直齿轮，齿顶高系数=1、顶隙系数。齿数z=40，模数。其具体参数如下： 分度圆直径：齿 顶 高：齿 根 高：=3.125b=25mm=100mm=2.5=3.125全 齿 高：=2.5+3.125=5.625齿顶圆直径：=100+22.5=105mm齿根圆直径：=100-23.125=93.75mm齿 厚： 齿 根 宽： 中 心 距： 顶 隙：3.2大小锥齿轮的设计和校核选择齿轮的类型,精度等级,材料和齿数 选择直齿圆锥齿轮 8级精度齿轮,软齿面 小齿轮的材料为40Cr，调制处理，硬度为280HBS；大齿轮的材料为45钢，调制处理HBS。 初选小齿轮的齿数；大齿轮的齿数为。按齿面接触疲劳强度设计计算 根据轴承布置方式和载荷的冲击情况，取K=1.8。 查附录2（机械设计、机械设计基础课程设计）得小齿轮的接触疲劳极限为： 大齿轮的接触疲劳极限为： 计算接触疲劳许用应力： 计算小齿轮的分度圆直径 =195.153.856mm 其中 =36.1 N.m按齿根弯曲疲劳强度设计计算 计算当量齿数并查取齿形系数，两齿轮的分度圆锥角分别为： 当量齿数为： 查附录2得： 由附录2得，小齿轮的弯曲疲劳极限为： 大齿轮的弯曲疲劳极限为：53.856mm=36.1 N.m= 计算弯曲疲劳许用应力： 大齿轮数值大，代入计算 计算： = =2.1635 取m=2.5则： 取 ，取； 锥距为：=47.253mm 分度圆直径为： 分度圆锥角为：，2.1635 齿 宽 ： b=25mm 3.3 轴的设计和校核1. 按扭转强度条件，初步估计轴径： 其中=110，查机械设计（P362）表15-3可得。 代入上面得值，计算可得： 由于轴上有一键槽，所以：，取轴的最小直径为：d=20mm。 2. 轴的结构简图如下： 3. 按弯扭合成强度进行强度校核做出轴的计算简图轴所受的载荷是从轴上零件传来的。根据结构尺寸，做出其受力简图如下图所示：b=25mmd=20mm。 校核所需要的基本参数 计算齿轮的啮合力：A: 直齿轮的齿轮啮合力1. 齿轮圆周力： =685.9 N直齿轮：685.9 N2.齿轮径向力： B: 锥齿轮的齿轮啮合力1. 齿轮圆周力： =914.533 N2. 齿轮径向力： =202.634 N3. 齿轮轴向力： = =264.078 N 求水平面的支反力和做出弯矩图:1. 其受力分析图如下图所示: 锥齿轮： =914.533N =202.634 N=264.078 N2. 对A点求矩： 则有： =372.848 N 3. 对B点求矩： 则有： = = -144.216 N4. 根据上面的计算结果，画出弯矩图。 =372.848 N 求垂直面内的支反力，并作出弯矩图1. 受力分析如图所示：2. 对A点求矩：则有：（其中） = -8.590 N2. 对D点求矩：则有：= -8.590 N = -38.423 N3. 做出对应弯矩图 求支反力 =149.246 N =312.965 N 合成弯矩图 =2889.432 N =25774.198 N =23238.956 N 根据已知条件，做出扭矩 校核危险截面 综上所知，C面为危险截面： (其中，由于扭转切应力为脉动循环变应力，所以取，T=36100) =31767.982 (其中 =1251.74) C截面图 = ，轴满足要求。 (其中=55查机械设计基础教程P261-表11-13得)下页附：弯矩图1251.743.4 键的校核 在整个设计过程中，由于平键的制作方便，同时经济性比较好，所以能采用平键的情况下，都采用平键。平键的主要失效形式为工作面被压溃；严重过载时，可能出现键被剪断。所以，通常情况下只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。 由于在轴01上的键 825 其结构尺寸最小，受力较大。在这里就只校核该键，其余可以不予与校核。普通平键的强度条件： 其中 T -传递扭矩： ； -键与轮毂键槽的接触高度： -键的工作长度，圆头平键为： -轴的直径 =42.47 由于键的材料为45，同时其载荷性质为轻微冲击，查机械设计（P-106）表6-2可得：所以 ，键满足要求。第4章 伸缩机构和机身设计和计算4.1 伸缩机构设计计算其中该部分主要包括撑开机构和放大杆组的设计撑开机构采用丝杠螺母和放大杆组的结合，来适应管径的变化。通过作图法来模拟最小（图a）、最大管径（图b）时的情况（在CAD中，按比例1：1）如下图所示：（图a）5.625105mm 图（b）最后量出各杆件的长度： 撑开杆杆长：。 放大杆杆长：（由于在其之上安装了压力弹簧，其实际杆长为330380mm）。 铰接处的位置：在放大杆组90mm处。4.2 操作臂的设计由于管道的管径是变化的，同时主要分布在管道底部，所以要求操作臂要能够适应管径的变化，不仅要在最小管径是能工作，也要在管径最大是也能正常的工作。根据这些要求，设计了具有两个平面自由度的杆件机构来实现。总 结在整个毕业设计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事半功倍。此次论文的完成既为大学四年划上了一个完美的句号。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态
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