毕业设计（论文）-管道清淤机器人设计

管道清淤机器人摘要管道作为城市规划中基础施工的重要一环，它的工作状况将影响一座城市的正常运转与否。当管线发生阻塞后，一般采取人工作业的方法来清除淤积杂物。可是由于管线内部空间狭窄、自然环境十分不良、有很多的易燃易爆气体，也影响了人工清扫作业。人工清洗作业劳动强度大、工作效率低下、经常清洗也不干净。但由于现代科学技术的发展，将自动化机器人技能应用于全行各业，所以研究设计一种进行管道清洗、疏通、检验的管道清淤自动化机器人，已成发展趋势。本次课题设计的管道清淤根据自动化机器人对中国国内的实际使用状况，及其巨大的技术优势，给出了具体化的自动化机器人工程设计需求，首先完成了本演示系统的总体方案设计以及各模型的结构、测量，最后通过设计伸缩机构和机身设计，以及采用履带型行走机构等创新的机械结构工程设计。管道系统就犹如城市的血管，其良好的工作状况是保证城市顺利运转的重要条件。当管线发生阻塞时，一般采取人工作业的方法来清除淤积杂物。可是大多数管线内部空间狭窄、自然环境十分恶化、有很多的易燃易爆气体，也影响了人工清扫作业。人工清扫作业强度高、工作效率低下、清扫不干净。随着科技的发展，将机器人技术广泛应用于各行各业，所以研发一种进行管道清洗、疏通、检验的管道清淤机器人技术已成趋势。本课题设计目的，是设计出一种可以在管网内有效的行走和清除泥沙，并且结构精巧，操作简单，清淤效率极高的管道清淤机器人。关键词：管道清淤机器人；整体结构设计；行走机构AbstractPipelineisanimportantpartofinfrastructureconstructioninurbanplanning，anditsworkingconditionwillaffectthenormaloperationofacity.Whenthepipelineisblocked，manualoperationisgenerallyusedtoremovedebris.However，duetothenarrowinternalspaceofthepipeline，thenaturalenvironmentisverybad，therearealotofflammableandexplosivegases，whichalsoaffectsthemanualcleaningoperation.Manualcleaningoperationlaborintensity，lowworkefficiency，oftencleaningisnotclean.However，duetothedevelopmentofmodernscienceandtechnology，theskillsofautomaticrobotshavebeenappliedtoallwalksoflife，sotheresearchanddesignofapipelinecleaning，dredging，pipelinesiltinginspectionautomationrobot，hasbecomeadevelopmenttrend.ThistopicaccordingtotheactualuseofChina'spipelinedredgingautomationrobot，aswellasitshugetechnicaladvantagesresearchanddesignofthespecificautomationrobotengineeringdesignrequirements，firstcompletedtheoverallprogramdesignofthedemonstrationsystemandthestructureandmeasurementofeachmodel;Finally，throughthedesignofthetelescopicmechanismandthedesignofthefuselage，aswellastheuseofcrawlerwalkingmechanismandotherinnovativemechanicalstructureengineeringdesign.Thepipingsystemislikethebloodvesselofacity，anditsgoodworkingstateisanimportantconditiontoensurethesmoothoperationofacity.Whenthepipelineisblocked，manualoperationisgenerallyusedtoremovedebris.However，mostofthepipeinternalspaceisnarrow，thenaturalenvironmentisverydeteriorated，thereisalotofflammableandexplosivegas，alsoaffectthemanualcleaningoperation.Manualcleaningoperationintensity，lowworkefficiency，cleaningisnotclean.Withthedevelopmentofscienceandtechnology，robottechnologyhasbeenwidelyusedinallwalksoflife，sothedevelopmentofpipelinecleaning，dredging，inspectionpipelinedredgingrobottechnologyhasbecomeatrend.Theresearchanddevelopmentpurposeofthisprojectistodesignadredgingrobotthatcaneffectivelywalkandremovesedimentinthepipenetwork.Therobothasadelicatestructure，simpleoperationandhighdredgingefficiency.Keywords:pipelinedredgingrobot;Structuraldesign;Walkingmechanism目录摘要 IAbstract -第1章绪论1.1课题背景意义管道作为城市规划中基础施工的重要一环，它的工作状况将影响一座城市的正常运转与否。当管线发生阻塞后，一般采取人工作业的方法来清除淤积杂物。可是大多数管线内部空间狭窄、自然环境十分不良、有很多的易燃易爆气体，也影响了人工清扫作业。人工清洗作业强度高、工作效率低下、容易清洗不干净[1]。但由于现代科学技术的发展，将自动化机器人技能应用于全行各业，所以设计一种进行管道清洗、疏通、检验的管道清淤自动化机器人，已成发展趋势[2]。本次课题设计的管道清淤根据自动化机器人对中国国内的实际使用状况，及其巨大的技术优势，给出了具体实际的自动化机器人工程设计需求，首先完成了本演示系统的总体方案设计以及各模型具体实际结构、测量；最后通过设计伸缩机构和机身设计，以及采用履带型行走机构等创新的机械结构。管道系统就犹如城市的血管，其良好的工作状况是保证城市顺利运转的重要条件[3-4]。在现代生产生活中。水利运输，燃气，制冷，石油化工行业的管道运输都离不开管道清洁。但是由于地下管网结构复杂一些，管道有着不为人知的地区有着重要的作用，但是有些复杂的管道内容易积尘。这将影响整个管网输送的能力，同时也为管道的维护造成了不必要的麻烦。水利水电运输由于管道老化，水质可能携带泥沙同时沉积在管网中，导致管线突然爆裂，致使产生运输事故[5]。燃气石油输送管道由于不经常清洁，会导致有度重度污染，使之有路，破坏当地环境，对环境造成一定的影响。但是由于管道错综复杂，人为很难清理，为此管道清淤机器人可以完成此次操作环境可以在复杂的官道中进行灵活的操作。完成检测、维修、疏通等工作。管路机器人作为一个特殊机器人被中外研发人士竞相研制发展，有着巨大的使用前景。当管道发生阻塞时，通常采取人工作业的方法来清除淤积物质[6-8]。但由于这些管道内部空间狭窄、周围环境非常恶劣、且有很多的易燃易爆气体，也影响了人工开展的高空作业。人工清洗作业强度高、工作效率低下、容易清理不干净。但由于现代科技的发展，将机器人技术应用于各行各业，所以研发一种从事管道清理、疏通、检验的管道清淤机器人技术已成发展趋势[9]。本课题设计目的，是设计出一种可以在管道内有效的行走和清除泥沙，并且结构精巧，操作简单，清淤效率极高的管道内清淤机器人。管道清淤机器人国内外发展现状1.2.1管道清淤机器人国外发展现状现在国外发达国家通过近几年的研发，管道机器人技术已到达了相当完善的水准。这些代表着当今世界上领先技术水平的各种管道自动化机器人是美国公司的ROVVER系统自动化机器人，和德国人的IPEK管道内窥测试机器人。ROVVER系列自动化机器人如图1-1显示，为美国GE企业所研发的多功能型管道检测爬行装置。该型管道机器人也是轮式管道机器人，并拥有四轮和六轮二种运行方法。图1-1ROVVER系列机器人测试管路长度尺寸区域为100mm~1500mm。构造简单灵活、性能完善，可在潮湿、水下等条件中实现测试，广泛应用于气体导口、电子管道、蒸汽管道、小型钢制压力容器、气体储存罐等领域，IPEK管道内窥测试智能机器人如图1-2所显示，同样是轮型管道智能机器人。车体使用电镀铝和不锈耐酸钢质材料制造，整体结构紧凑、刚度大、重量轻。内置了水压监测，低压报警功能，可下潜至十米左右的水深。倾角仪则可以监测车体俯仰和侧偏[10-11]。测试管道长度区域为100mm~1500mm。镜头都是彩色CCD，可以进行径向二百七十度。转动和水平，360度°转动。使用线缆方为机器人供应电源设备，并拥有手动与电子的二个收放线模块[12]。图1-2管道内窥检测机器人日本东芝公司早期研制的管道清淤4机器人[13-15]，其上安装有微型摄像头，与简单功能的机械手，不同关节之间采用胶管连接，可以从事弯管内或变径管道内的勘探与轻量清洁任务;例如，日本研制的管道检修机器人KANTARO，通过调整轮系处四个电缸的伸缩量，改变轮系的偏转角度，以增强适径调整的能力。该款管道机器人可以自适应管道结晶变化，通过调整其机构，对整个行进机构进行调整[16]。可以适应不同管道环境接近变化。伊朗塔比德大学研制的一种更强的，可以更加快速适应管道结晶变化的机器，该履带式机器人的行走装置由三个分支结构组成，三个分支结构之间呈120度均匀分布，在三个分支的协同运动下，机器人能自由的在管道内运动，由于其行走装置分支的结构与分布，该机器人的适径能力也得到明显的提高[17]。图1-3国外研制新型管道机器人美国Jeon、WoongsunJcon他们研制的可以自适应管道变化的主动式机器人。该机器由上平台、下平台由十字型的四连杆支撑机构构成，机器人通过改变上下平台四连杆的姿态满足适径的功能;美国密歇根大学研制出一种新型蛇形机器人，该种机器人采用多关节组成，每一关节上安装有8条履带，各关节之间采用气动连接装置连接，可以在大部分较为复杂的地形环境中，作其运动灵活、控制方便，可适径调[18]。1.2.2管道清淤机器人国内发展现状中国是从二十世纪七八十年代开端研究管路自动化机器人的，由于中国兴起相对而言较晚，导致研究较滞后于海外的先进地区[19]。但近些年来，由于人类社会越来越关注这一领域的研究，使得中国管道自动化机器人科技也获得了迅速进展。国内外开发管道机器人产品的单位大多集中于大专院校和高新技术企业，其中比较著名的单位有清华大学、首都交通运输学院、中国哈尔滨产业学院、北京上海交通运输学院等[20]。由清华开发的管道机器人产品如图1-4所显示，主要用来清理城市排水管道中的泥沙[21]。图1-4管道内窥检测机器人这种管道机器人的驱动方式是通过三个电机为动力源切，可进行6米每分钟的推进，当遇到沉积的淤泥或泥沙等障碍物时，可以产生较大的推力。这款管道机器人可以在管道直径400毫米的管道内进行移动，它采用了一种压缩空气行进的方式，这种蠕动式的机器人利用的动力的就是压缩空气前进后退功能，经过管道测试可以满足预定的功能[22-23]。上海交通大学则根据履带式汽车的运行原理，研制了一种履带式行走机构的排水管路检测自动化机器人。此自动化机器人采用直流何服电器驱动器，将动能经由齿轮减速箱和驱动器轴传至内部，配备的CCD图像传感器可对管内状况进行检测，图像感应器配合舵机调节镜头视角，以扩大自动化机器人在管内检测的范围。该自动化机器人最高运行速率为三十m/min，特别适用于管径超过一百二十mm的管线[24]。但综上所述，由于中国自动化机器人技术起步较晚、总体发展缓慢，其所研发的管道自动化机器人明显滞后于西方国家和亚太地区[25]。尤其应用于市政排水管道疏通、清游的特殊工况环境等方面的管路自动机器人大多数都只是处于试制阶段，无相关产业的实用化和商品化。所以，对研究一款廉价、效率高、实用性较好的管道清淤机器人，有着重大的经济意义和广泛的社会使用前景。主要研究内容本次课题研究的管道清淤机器人的设计。本文主要是对管道清淤机器人的设计与试验研究，并对其工作原理、结构特点等进行详细的说明，对管道清淤机器人的作业机理与工作参数进行研究，并通过分析，优化关键部件的最佳参数组合，主要对如下内容进行了研究：对管道清淤机器人进行研究和设计，并对其结构特点等进行详细的说明，对机器的原理与工作参数进行研究。研究方法在研究过程中主要采用了如下方法:(1)文献研究法，通过市场调查、上网查询及文献检索等多种方法，掌握国内外关于管道清淤机器人的研究成果和发展趋势并运用数模软件对其进行建模分析。(2)理论研究法。对工作机理进行理论分析，通过行走机构进行分析研究。(3)数值分析法，利用仿真分析软件对轴进行有限元分析并建立数学模型，并优化出部件的最佳工作参数。图1-5研究方法本章小结本章通过对国内外管道清淤机器人调研，了解到其具体应用背景。通过对国内外管道清淤机器人调研可以分析出其现有管道清淤机器人的优缺点，并详述了本课题研究的主要内容、方法以及技术路线等，同时也为后续的理论研究指出了一定的方向。总结归纳出其本次课题设计依据。第2章总体方案和结构设计2.1管道机器人的分类无动力检测清理设备早期的管道测量自动化机器人称为"PIG"，无独立控制驱动力量，而是利用首尾或二端流体运动的压力差来获取先进的动能，如图2-1所显示。但此类自动化机器人工作原理单一，无控制器，在极大程度上局限了自动化机器人的工作技术。它只是顺着流体的流动方向前行，而没法进行逆向运动。假如"PIG"两端的流线缺少了压差或是压差特别小，则根本无法运动。原则上"PIG"并不能构成管路自动化机器人，但它给管路自动化机器人的发展提供了路子，从而莫定了研究的基础图2-1无动力传感器检测清理装置。图2-1无动力清理设备液压驱动管道机器人如图，2-2所示是日本研制的一种大口径管道内移动机器人，这种管道机器人通过液压系统驱动。同时这一款管道机器人的容积也比较大，适用在大管路环境中进行清洁作业，由于该款机器人的操作可以实现自主式的移动。同时也为机器人自主运动的研究指明了方向。图2-2大口径管内移动机器人3.蠕动式管道机器人蠕动型管道机器人所使用的原理是仿生学，正是人们在深受虹蚓一类动物的行走方法的影响后所得到的启示，图2-3是其中一个螺动型管道机器人。图2-3蠕动式管道机器人蠕动式的管道机器人，它有若干个蠕动单元组成，每个单元都有三部分，包括头身尾。为了增大该款管道机器人的尺寸，可以适当增加单元。各连接单元，采用柔性的万向节进行连接。可以实现自主转弯并适应管道转弯环境。此类管线自动化机器人通常具备很大的越障能力，适合于管线直径非常小的场所。但由于移动速率过迟，不宜于运行速率更快的场所，且使用面较小。轮式管道机器人轮式管道机器人主要是仿照传统车辆运行方法来进行研究的。日本东芝公司于一九九七年研发了世界首台轮式管道机器人。该轮式管道的机械人都装有CCD摄像头和机械手，可以对管道进行检查维护。行走力量主要来自于车轮和管道内部间的摩擦力，因此能够跨越相当高的障碍和坡度。轮式行走机构的发电机采用减速机直接驱动车轮来供给动力，机械构造比较简单，易于控制，而且使用范围极广，所以人们对这个机器人，研究的最多，形状如图2-4所显示。图2-4轮式管道探测机器人行走机构的设计根据文献的分析，管道移动机器人可的移动方式可分为以下6种：活塞方式；滚轮方式；履带方式；足腿方式；蠕动方式；螺旋方式通过选择履带式移动方式。我们可以分析出履带式移动驱动的优点。与管道内壁接触的面积较大。在管道内壁行进时，牵引力较强，越障能力较强，同时对它的体积要求不大，转弯半径及其结构复杂的管道环境可以轻松应对。足腿移动式的主要好处是对粗糙道路适应性力量较好，同时越障力量也极强，能应对道路各种管径的改变。缺陷是机械构造和操控较繁杂，而且行驶速度慢。按照设计参数和技术条件，所要研究的管道机器人技术一定要具备高可靠性，高效率。所以可以通过对上述运行机构的移动方法的综合来完成运行，这样就可以使用其综合优势避免了单纯移动方法的弊端。因为管路中存在各种各样的弯管类型，这就需要机器人的步行机关需要具备相应的转弯力量和越障力量。于是设想了一个如图2-5、图2-6及图2-7所显示的可延伸的三只履带脚式(三只腿成120°布置)的组合式步行机关。图2-5总体行走机构布局示意图I图2-6总体行走机构布局示意图II图2-7总体行走机构布局示意图III管道口径适应调节装置设计当管道内壁管径变化时，机器人可通过如图2-8的调节装置进行调节。该机构本质为一个曲柄滑块机构，通过丝杠的配合以及通过对支撑杆(3)相互的协调可以快速应对管道管径变化，可调节的管道半径范围为700~1000mm。1-机架；2-管径适应杆组；3-支撑杆；4-丝杠；5-丝母；6-行走总成图2-8调节装置示意图2.4本章小结本章根据市面上现有的管道清淤机器人进行分类，并基于履带驱动方式，设计了该机器的整体结构，并对该机器人设计了变径机构，以满足不同管道直径所对应的需求。

第3章行走机构设计分析3.1管道变径适应机构设计分析其中该部分主要包括撑开机构和放大杆组的设计如下图，ab变径示意图所示，承开机构采用螺杆螺母及支撑杆组进行配合。图3-1a、b变径示意图各杆件的长度：撑开杆杆长：。支撑杆长：。铰接处的位置：在放大杆组90mm处。3.2行走总成结构设计分析①确定行走机构履带的外形尺寸我预设的管道直径最小是700mm。采用三组履带进行驱动，同时其行进机构尺寸不能太大。首先，确定了履带的长度。既然履带的长度比较小，那它的工作所带来的驱动力也就会减少;当其长度太大时，其引起的摩擦力也会较大。采用作图的办法，取履带的宽度为150mm。由于履带的长度会对转弯产生影响，因此履带的长度也不能太大，所以对其长度预设为580mm。因此最后我通过对履带的调整以及杆组预设的限制，杆组可以以自适应在管道内700mm到1000mm内进行自动调节。同时确定了撑开杆组的设计，最终确定高度为175mm。3.3行走机构的结构设计由于设计的尺寸波动太大，所以我对其进行了电机内部放置方案。且将驱动电机放放置在履带内部。采用锥齿轮进行换向，同时最后驱动履带轮，如下图3-2，3-3所示。3-2行走结构示意图11-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03；9-大锥齿轮；10-从动带轮图3-3行走结构示意图23.4履带轮及履带轮分析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设计带轮：（查机械设计手册13-50）(1)初选带轮的次数：；⑵选择切削带轮齿形的刀具类型—切出直线齿廓的特别刀具；⑶齿槽角：2φ=2β=40°；⑷节距:=πm=QUOTEπ×7=21.98π×7=21.98mm；⑸节圆直径:；⑹模数：；⑺齿侧间隙：；=21.991mm；；2φ=40°；；；⑻名义径向间隙：QUOTE；⑼径向间隙：QUOTE；⑽外圆直径：QUOTEmm（其中δ=1.750）；⑾外圆齿距：QUOTE；⑿外圆齿槽宽：；⒀齿槽深：；⒁齿槽底宽：；⒂齿根圆角半径：；⒃；最后确定履带的整体结构采用同步带来进行设计。⑴节距：=21.991；⑵齿形角：2β=40°；⑶齿根厚：σ=10.06；⑷齿高：=4.2；⑸带高：；⑹齿顶厚：；⑺节顶距：δ=1.750；⑻带宽：；；；=116.5mm；=21.529mm；=11.06mm；=8.036；；；；=21.991；2β=40°；σ=10.06；=4.2；；；δ=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/T12369—1990，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析如下所示大锥齿轮：⑴法向模数：；⑵齿数：；⑶法向齿形角：⑷分度圆直径：（3-1）⑸分度圆锥角：（3-2）⑹齿顶圆直径：（3-3）=75+2×1×2.5×=78.044mm⑺齿根圆直径：（3-4）大锥齿轮：78.044mm71.347mm⑻锥距：（3-5）==47.253mm⑼齿顶角：=3°1′43″（3-6）⑽齿根角：=3°47′1″⑾顶圆锥角：=55°33′9″⑿根圆锥角：=48°44′25″⒀齿宽：b=25mm47.253mmb=25mm小锥齿轮：⑴法向模数：；⑵齿数：；⑶法向齿形角：⑷分度圆直径：⑸分度圆锥角：⑹齿顶圆直径：=61.467mm⑺齿根圆直径：=52.54mm⑻锥距：=47.253mm⑼齿顶角：=3°1′43″图3-4锥齿轮三维确定直齿轮的参数在找个行行进系统中直指纹的主要作用是用来传动动力。同时行进机构的结构和尺寸也限制了这个减少零部件的个数，同时也会降低整体成本。所以我选用两个相同的齿轮进行匹配。=1、顶隙系数。齿数z=40，模数。其具体参数如下：⑴分度圆直径：⑵齿顶高：⑶齿根高：=3.125；；；b=25mm；=100mm；=2.5；=3.125全齿高：=2.5+3.125=5.625齿顶圆直径：=105mm齿根圆直径：=93.75mm齿厚：齿根宽：中心距：顶隙：3.5行走机构的驱动电机功率的预算预取管道清洁机器人的-预设容积为：被清物的密度为3.5g/cm3;；管道机器人在装满的情况下，受力图如图所示：其中预取：（3-7）=1470.6+400=1870.6N图3-4行走结构受力简图由于履带是三组；成120°分布；受到的是摩擦阻力;（其中μ是橡胶与钢之间的摩擦系数）=2×0.8×1870.6+0.8×400=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=÷3＝1656.48÷3=552.16W选取电机的功率为800W;所以选择伺服电机，SGMAH-08A伺服电机。3.6行走机构的运动学仿真通过图2-8和图3-3可知，行走装置的运动方式为：先通过变径机构使得3对履带贴紧管道内壁，之后由行走机构内电机驱动一对锥齿轮，再通过一对直齿轮传动，将动力传递到履带上，由履带的传动完成机构的行走动作。本小节主要对行走机构的变径装置进行运动学仿真。在运动学仿真分析中，重力加速度取9.8m/s2。初始状态下，行走装置位于设计所在的最小管径(700mm)处。行走装置仿真模型如图3-5所示。此时连杆与水平轴线夹角为随后，逐步撑开边境机构，使得履带与管道贴合，当机构撑开至最大时，行走装置所接触的管径为1052.38mm，此时连杆与水平轴线的夹角为52.49°该状态模型仿真如图3-6所示。图3-5调节装置最小管径图3-6调节装置最大管径3.7本章小结本章主要针对管道清淤机器人的行走机构，分别对履带轮驱动结构和变径装置实现了具体设计，并通过相关理论计算，选用了合适的驱动电机。最后，将模型使用UGNX10.0进行运动仿真，设计的管道机器人可变径机构满足具体的适用范围。第4章关键部件设计校核4.1大小锥齿轮的设计和校核⑴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（4-1）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=53.856mm其中=36.1N.m（4-2）按齿根弯曲疲劳强度设计计算（4-3）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：小齿轮的弯曲疲劳极限为：大齿轮的弯曲疲劳极限为：53.856mm；；=36.1N.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（4-4）分度圆直径为：分度圆锥角为：，2.1635齿宽：b=25mm4.2轴Ⅰ的设计和校核1.按扭转强度条件，初步估计轴径：（4-5）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.轴的结构简图如图4-1所示，轴的三维建模图如4-2所示：图4-1轴的设计简图图4-2轴的三维建模图3.按弯扭合成强度进行强度校核①做出轴的计算简图根据结构尺寸做出其受力简图，如图4-3所示。b=25mmd=20mm。图4-3轴的受力简图②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：=685.9N直齿轮：685.9N2.齿轮径向力：B:锥齿轮的齿轮啮合力齿轮圆周力：=914.533N齿轮径向力：=202.634N齿轮轴向力：=264.078N求水平面的支反力图如图4-4:图4-4水平面支反力图计算得结果如下：锥齿轮：=914.533N=202.634N=264.078N对A点求矩：则有：=372.848N对B点求矩：则有：=-144.216N求垂直面内的支反力，并作出弯矩图受力分析如图4-5所示：图4-5垂直面支反力图对A点求矩：则有：（其中）=-8.590N对D点求矩：则有：=-8.590N=-38.423N将上述图4-4和图4-5中确定的各值作为该轴的初始条件，施加在轴上，利用ANSYSWorkbench软件的StaticStructure模块进行有限元计算，得到的结果如图4-6和图4-7所示。图4-6轴的应力云图图4-7轴的变形云图根据上述计算结果，轴上最大应力集中在两键的内侧，最大应力24.87MPa，主要变形方式为轴的扭转变形，最大变形量约为0.003mm。由于轴的材料为45钢调制，屈服极限，该结构满足设计要求。4.3键的校核在整个设计流程中，因为平键的制造过程简单，而且经济性也很高，所以所有设备在使用平键的情形下，均使用了平键。而平键的最重要破坏表现形式，是作业面被压溃;在重大过载时，还可以出现键被的剪切应力。但是，在通常情形下只按工作表面上的挤压应力大小采用强度校核运算。因为在轴一上的键其结构尺度很小，受力也很大。所以在这里就仅校验了该键，其他的可以不予与校验。普通平键的强度条件：（4-6）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。4.4本章小结本章主要对行走机构履带轮内受力情况相对最危险的轴和键进行了力学分析，并使用有限元软件校核轴的强度，最终确认所设计的机械结构满足管道清淤机器人结构的设计要求。结论在本次设计中，我主要对管道清淤机器人的整体结构进行了进行了计算选择。在各零部件的设计和强度校核过程中，对个别零部件在原有结构的基础上进行了改进和优化。熟练掌握绘图软件AutoCAD及三维数模软件的应用，并能够利用该软件进行简单的辅助分析。通过这次毕业设计，提高了我在大学所学专业知识的广泛结合和应用，提高了我运用所学知识的能力，培养了我严谨的设计和细心的态度。本次毕业设计是我们在校学习最后一项内容，也是我走向工作岗位前的历练，对于我以后的工作和学习，都将具有深远的影响意义。通过了解传统管道清淤机器人设计流程，调研国内外管道机器人的现状，分析现有管道清游机器人特点，明确以提高管道清游机器人行走能力与工作能力为主要研究方向。本文采用模块化思想设计一种新型的管道清游机器人，其行走运动模块主要实现管道清游机器人的越障能力与适径调整能力。通过这学期近几个月对管道清淤机器人的设计研究，我充分的了解了管道清淤机器人的发展背景，对管道清淤机器人的未来发展趋势由了清晰的认识。结合大学期间所学知识，在老师的细心指导下，顺利完成了该管道清淤机器人的设计工作。在设计过程中，同时也锻炼自己理论与实践相结合设计的经验，为后续工作提供了较有力的支撑，同时也巩固了自身计算机绘图分析的能力。致谢能顺利完成本次对管道清淤机器人设计，本次设计我首先要感谢我的导师以及的同学的帮助，感谢导师的知识，严谨的学习态度对我在本次设计以及以往的学习过程中的帮助。让我充分的了解知识的机器人以及对相关领域的应用。这使我受益匪浅，在今后的学习生活中，我都会感谢老师对于我的细心帮助和同学们之间的相互互助。本次设计的相关领域。本次设计深受老师的教导，并此向以此向老师表示衷心的感谢。时光荏苒，大学毕业季即将到来，我们即将踏入社会进行各个行业领域。我将步入不忘使命，不忘初心，为本行业贡献自己的力量，也为老师争取更多的荣耀。感谢同学对我的关心以及帮助。通过本次毕业设计，我充分的了解了行业中的应用以及应用场景，为此我感受到了浓厚的兴趣。在老师的引导及教诲下，我充分的感受到了行业中的应用魅力以及对未来科研的展望。感谢指导老师在整个毕业设计的过程中，对我的帮助，一些在以往的学习过程中对于我的帮助。以及同学们对于我的帮助，感谢大家。我也将不忘母校的教诲，在整个生以后的学习生活工作中充分的展现母校的风光光彩，为母校争取更多的荣耀，也同时也为我们的行业贡献一份自己的力量。参考文献[1]陈利健.一种管道清淤机器人[J].机械设计，2020(S02):1.[2]沈飞，郑腾飞，薛黎艳，等.一种电力管道清淤机器人:，CN112718724A[P].2021.[3]李爱民，于浒，李云鹏，等.管道清淤机器人的设计[J].轻工科技，2019(3):2.[4]韩梦泽，郭京波，张潮.管道清淤机器人悬架机构越障性能优化与仿真[J].机械工程与自动化，2020(4):3.[5]都闯.管道清淤机器人行走装置结构与工作性能研究[D].沈阳建筑大学，2019.[6]左强，连加俤，王鹏飞，等.一种深管推进高通量城市管道清淤机器人:，CN112609811A[P].2021.[7]LuoaJ,DaibL.TheResearchonControlSystemofPipelineDredgingRobotbasedonSimulink[J].2020.[8]牛芃涵，索雪松，王崇宇.一种混合轮式自适应管道清淤机器人:，CN212801918U[P].2021.[9]周明连，代天赐，左福浩，等.基于曲柄多连杆折叠撑壁机构的全气动管道清淤机器人:2020.[10]WuP,LiuMJ,GongA,etal.FiniteElementAnalysisofMunicipalDrainagesDredgingRobot[C]20186thInternat