机械创新设计大赛

成员：邢江宽、李昂、罗学立、朱文锋、刘豪指导教师：

王德国王文明基于回转凸轮机构的海洋立管爬行器示教装置背景描述

在石油天然气行业中，管道运输是一种便捷、高效的运输方式。但是管道长期运行会出现污染物沉积、有害物质腐蚀等问题，为获取管道运行资料、检测管道存在的隐患、提高管道的使用寿命，就必须对管道进行有效的定期检测与维护。对管道的检测与维护，国外已经有了可以投入使用的系列产品，国内的很多研究机构和公司也已经有了比较成熟的研究。

背景描述

本团队正是对现今普遍的爬行器研究工作作一个简化以及创新，作为作为一个教学模型。

本作品真实地模拟了一个工程设备的运行，可以在机械原理和机械设计等一系列机械类课堂上，协助教师更好地讲解多种运动机构的运动特点，如往复丝杠与螺母配合的运动特性和以摩擦力为起因的自锁现象等。这种真实形象的演示展现了机构在工程上的实际用途，可以帮助学生对机构有更清晰更深入的理解。作品简介

本作品为一项教学模具，用以模拟爬行器的工作原理。整个作品的关键零部件包括后置卡瓦、前置卡瓦、分瓣式爬行筒、螺母座、传动螺母和往复丝杠等。作品名称：基于往复凸轮机构的外管道爬行器示教装置设计原理详细说明

把前置卡瓦、螺母座以及传动螺母等零部件看成一个运动总成A（下文简称A），除A之外的所有零部件组成运动总成B（下文简称B）。假设A处于往复丝杠的最后端，A在往复丝杠上向前运动，按正常情况，B应该往后运动，但因为后置卡瓦的齿形作用，使管壁与后置卡瓦之间产生巨大的摩擦力，阻碍了B的相对运动趋势，这时B传递给A一个作用力，A在此力的作用下向前运动（后置卡瓦的齿形是向后倾斜的，当A向前运动时，后置卡瓦与管壁不会形成大的摩擦力阻碍A向前运动）。

当A爬行到往复丝杠最前端时，往复丝杠前段有一导向槽，A在其作用下进入反向螺母，这时按理说A应该往后运动，但由于A上前置卡瓦的作用，A同样不能运动，而此时B会在螺纹传动的作用下向前爬行，当B中的往复丝杠向前运动到传动螺母达到往复丝杠最后端时，完成一个运动周期。如此反复，爬行器爬行到预定位置。A作品重要构件往复丝杠传动螺母螺母座卡瓦爬行器外筒成果展示CAD绘图卡瓦成果展示CAD绘图螺母盖成果展示CAD绘图爬行筒成果展示CAD绘图往复丝杠成果展示CAD绘图总装配图作品演示作品效果图作品演示作品核心机构的三维解除爆炸图创新点1、本教具形象的将石油装备中的管道爬行装置简化，并且能够展示凸轮机构还有自锁现象等机械原理知识；1、以往的爬行器设计都是在管道内部爬行，本作品爬行方式为沿管道外壁爬行，适应性更强；2、增设圆弧形固定装置，与爬行筒顶端螺孔通过螺栓连接，可以根据具体工作条件调整爬行器工作直径，实现变径，可以给课堂带来更多的创新氛围；3、设计采用两轴联动，保证了爬行器爬行的稳定性。推广应用意义

本作品在做到构成简洁的同时，也保证了其包含的运动机构的数量。而且在设计过程中，在不影响功能正常发挥的条件下，本小组对各零部件进行了简化，从而使整个模具的尺寸更加合理，更加符合教学要求，同时加工难度大大降低，制作成本也得到控制。因此，本作品不仅在加强课堂教学效果以及加深教育意义上能有出色的表现，而且其相对简单的构造以及合理的造价使其在推广，特别是各高校机械院系的推广上有很大的潜力。

谢谢！