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管道除尘机器人结构设计(机械CAD图纸).doc

管道除尘机器人结构设计(机械CAD图纸)

Penny孟
2017-09-18 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《管道除尘机器人结构设计(机械CAD图纸)doc》,可适用于综合领域

管道除尘机器人结构设计(机械CAD图纸)本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ题目:管道除尘机器人结构设计机电系机械工程及自动化专业学号:学生姓名:指导教师:I本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ摘要基于利用行星磨头清洗技术对管道进行清洗的目的在总结现有的管道机器人设计方案的基础上根据现场的实际情况论文首先对管道清洗机器人行走部分进行方案设计经分析比较后确定了新型管道清洗机器人行走的较佳设计方案并据此方案对机器人作了行走部分结构设计对机器人的行走特性进行了研究提出了使机器人在管道内能够保持稳定运行的方法通过对机器人机构的设计和机器人在直管道内运动情况的思考研究进一步验证了设计思想的可行性。最后研究了管道清洗机器人行走系统的安全性能给出了在高压情况下保证行走系统安全的基本方案为管道清洗机器人系统的实用化提供可靠的依据。关键词:管道机器人安全防护行走II本科机械毕业设计论文CAD图纸QQAbstractBasedontheuseofplanetarygrindingheadcleaningtechnologyforthepurposeofcleaningpipes,attheconclusionoftheexistingpipelinerobotdesignbasedontheactualsituationatthescene,thefirstpaperonthepipecleaningrobottowalkpartofprogramdesign,byanalysisandcomparisonanewpipelineaftercleaningrobotdesignedtowalkabetterprogram,andaccordinglytheprogrammadeawalkonpartofthestructureofrobotdesigncharacteristicsofwalkingrobotshavebeenstudiedandputforwardinthepipelinesothattherobotwasabletoremainstableThemethodofoperationBythedesignoftherobotbodyandtherobotmovementinthestraighttubecasestudyofthinking,andfurtherverifythefeasibilityofthedesignideaFinally,theresearchpipelinecleaningrobotrunningthesafetyofthesystemperformance,giventhehighpressurecircumstancestoensurethatthebasicoperatingsystemsecurityprogram,forpipecleaningrobotsystemoftheutilitytoprovideareliablebasisKeywords:piperobotsecuritywalkIII本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ目录摘要IIABSTRACTIII绪论概述管道清洗机器人常见问题分析除垢机器人理念基本设计任务毕业设计的目的管道射流清洗机器人的本体设计移动方式选择传动方案的选择管道清洗机器人变管径自适应性方案设计动力系统的设计计算管道机器人行驶阻力分析减速器的选择机器人的速度和驱动能力校核运动速度校核驱动能力校核链轮传动的设计计算链轮设计的初始条件链轮计算结果历史结果蜗轮蜗杆的设计计算蜗轮蜗杆基本参数设计普通蜗杆设计输入参数材料及热处理蜗杆蜗轮基本参数蜗蜗轮精度强度刚度校核结果和参数自然通风散热计算蜗杆轴的结构设计轴的强度较核计算轴的结构设计键的校核弹簧的设计计算IV本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ安全性能结论参考文献致谢V本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ绪论本课题研究的内容和意义用于石油、天然气乃至民用上下水等管道在传输液、气体过程中因温度、压力不同及介质与管道之间的物理化学作用常常会高温结焦生成油垢、水垢存留沉积物腐蚀物等使有效传输管径减少效率下降物耗、能耗增加工艺流程中断设备失效发生安全事故。尽管通过添加化学剂采用合理的工艺参数进行水质处理措施可以在一定程度上改善这些情况但要完全避免污垢的产生是不可能的。我国的管道清洗行业长期以来采用的是化学方法以及手工清洗和机械清洗方法成本高、效率低、污染环境等远远不能满足现代社会日益增长的要求。探索和开发高效的清洗方法成为工业生产和人民生活的不可或缺的环节。利用行星磨头清洗是一种新的清洗方法。与化学清洗及手工、机械清洗相比具有清洗质量好、效率高、适应性强、成本低等一系列优点可达到返旧还新的效果。作为一种清洁、高效、对环境无污染的清洗技术具有可观的经济和社会效益。国内外发展状况目前在管道清洗过程中清洗设备绝大部分是采用无动力缆绳拖拉行走方式来进行清洗无法根据管道的内部情况进行清洗参数的动态调整管径的适应能力较差。为了解决这个问题着眼于管道行走清洗机器人的研究开发而在国内这方面研究尚少。为了较好地解决管道(束)的清洗难题开发和研制管道清洗机器人势在必行。我们设计管道清洗机器人是把行星磨头清洗技术与机器人技术结合起来进行综合设计开发因此它的深入研究也将推动管道清洗技术的发展。本课题应达到的要求作为高压水和化学清洗的有效补充手段行走式管路清洗方法具有一定的独特性:如成本低廉、安全性好、无任何环境污染、水电消耗非常小。尤其是在化学清洗和高压水清洗方法无法应用或成本不允许的情况下,利用除垢机器人清洗能够发挥独特的作用,并取得良好的效果。我们采用的是压缩空气喷洗机器人。除垢机器人的首要要解决的问题就是行走问题怎样使机器人在管道中行走是除垢机器人能否成功完成的重要环节之一。目前管内机器人的驱动方式有自驱动(自带动力源)、利用流体推力、通过弹性杆外加推力三种方式。根据输灰管道和回水管道内的实际情况管道除垢机器人宜采用自驱动方式。采用双步进电机驱动通过谐波减速器将动力传递给行走装置。尽管自驱动管内机器人行走可以采用的轮式、脚式爬行式、蠕动式履带式等多种形式但因管道内有灰、灰垢和其他杂物环境恶劣附着能力差采用履带式方式比较合适可以增大行走机构和管道内表面的接触面积提高行走时机器人的附着能力。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ概述管道清洗机器人常见问题分析目前我国燃煤电厂输灰管道的除垢方法基本上可分为化学法和物理法。化学方法有加酸、炉烟(C)、阻垢剂、分散剂物理方法有人工振击法、管材法、三相流法、晶种过滤、电解、电场、磁场、超声波和高频电磁场防垢还有利用空穴效应和气蚀原理清垢的液气压清垢法等。经实践应用上述方法均存在一定局限性不能同时符合环保及技术性、经济性要求多数不被电厂接受。目前常用的是化学清洗法和人工振击法。大多数的排灰管道都使用化学清洗一般每隔,年需对冲灰管道进行一次清垢化学清洗法存在很多弊端。酸洗除垢法大部分是采用盐酸或硝酸加入适量的缓蚀剂配制而成的酸洗液。注入(或打入)管内进行除垢。酸洗液的效能是对水垢有溶解剥离和疏松的作用从而达到除垢的目的。酸洗除垢法工艺比较复杂需要专业人员进行操作酸洗液要根据水垢的性质厚度进行配制要求较为严格酸洗法因为有酸故对管道有一定的腐蚀副作用因而锅炉酸洗次数不能过多少数电厂为了环保和节约资金采用人工振击法清理。当管道内的灰垢沉积到一定程度严重影响电厂正常生产时将灰垢集中处的管道切割用铁锤人工振击管道使灰垢和管道剥离然后用吊车将管道吊起将灰垢倾倒出来。这种清理办法虽然简单清理效果好但需切割管道容易使管道变形且费工费时劳动强度大。目前也有研究采用高压水射流进行清洗的清洗机器人。但是采用高压水射流一方面会产生大量的废水很难处理。有不少管道经过农田清洗产生的废水不及时处理会对农田造成很大的污染。另一方面高压水射流清洗成本较大每清洗一段管道都要用去几吨甚至十几吨水。除垢机器人理念作为高压水和化学清洗的有效补充手段行走式管路清洗方法具有一定的独特性:如成本低廉、安全性好、无任何环境污染、水电消耗非常小。尤其是在化学清洗和高压水清洗方法无法应用或成本不允许的情况下,利用除垢机器人清洗能够发挥独特的作用,并取得良好的效果。我们采用的是压缩空气喷洗机器人。除垢机器人的首要要解决的问题就是行走问题怎样使机器人在管道中行走是除垢机器人能否成功完成的重要环节之一。目前管内机器人的驱动方式有自驱动(自带动力源)、利用流体推力、通过弹性杆外加推力三种方式。根据输灰管道和回水管道内的实际情况管道除垢机器人宜采用自驱动方式。采用双步进电机驱动通过谐波减速器将动力传递给行走装置。尽管自驱动管内机器人行走可以采用的轮式、脚式爬行式、蠕动式履带式等多种形式但因管道内有灰、灰垢和其他杂物环境恶劣附着能力差采用履带式方式比较合适可以增大行走机构和管道内表面的接触面积提高行走时机器人的附着能力。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ基本设计任务设计题目:管道清洗机器人行走部件的设计任务:设计、计算涡轮和链轮机构设计传动结构造型用计算机绘制装配图和主要零件图按指定格式和要求撰写毕业设计计算说明书毕业设计的目的毕业设计是对学生进行工程师基本训练的重要环节通过毕业设计能达到以下目的。〈〉巩固熟悉并综合运用所学的知识〈〉培养理论联系实际的学风〈〉熟悉进行机械设计的一般步骤和常见问题掌握机械设计的一般技巧。〈〉学会查阅运用技术资料初步掌握对专业范围内的生产技术问题进行研究的能力。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ管道射流清洗机器人管道射流清洗机器人的本体设计管道清洗机器人应用于管道直径mm的管道中工作作业环境要求整个结构的尺寸应尽可能的小并且具备一定的牵引力整个设计从选取移动方式入手。移动方式选择管道清洗机器人要实现实际应用中的可靠性及实用性必须依据管道内作业特点来设计出稳定运行满足清洗性能要求的机器人。在进行清洗时候要求系统必须保证喷头具备一定的对中性能能适应不同的管径变化对于在行进过程中管内可能出现凸凹不平情况机器人还应具备一定的越障能力。如果机器人在运动过程中产生旋转或由于重心偏移而使得机器人的轴线与管道的中心线产生偏转角载体可能卡在管道内而无法取出严重时不得不破坏管道取出机器人。对于大口径的管道机器人由于其自重较大如果支撑臂不具备自动定心性能必定产生偏转角其结果使机器人运动阻力增大出现“卡持”现象。为了提高作业的可靠性设计中要求机器人应具有可靠的管道适应性和定心性。在现有的管道机器人设计中移动型本体结构主要有履带式、支腿式、轮式结构以及蛇行、蠕动、变形运动等几种形式。如壁面爬行、水下推动等机构。蛇行、蠕动、变形运动多适合于光滑的管壁、地面或水下。履带式着地面积大对不平路面的适应性强但是是体积大不易实现转弯而且要保持履带的张紧结构复杂如图所示支腿式对粗糙表面性能较好、带载能力强但其控制系统、机械结构均复杂、移动行走速度慢轮式移动方式速度快转弯容易对中性好尤其是径向辐射轮式结构能够保证机器人在运行过程中其中心轴线与管道轴线保持一致缺点是着地面积相对较小维持附着牵引力较困难。传动方案的选择机器通常是由原电机传动系统和工作机三部分所组成。传动系统是将原动机的运动和动力进行传递与分配的作用可见传动系统是机器的重要组成部分。传动系统的质量与成本在整台机器中占有很大比重。因此在机器中传动系统设计的好坏对整部机器的性能、成本以及整体尺寸的影响都是很大的。所以合理地设计传动系统是机械设计工作地一重要组成部分。合理的传动方案首先应满足工作机的性能要求其次是满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护方便、工艺性和经济性好等要求。很显然要同时满足这些要求肯定比较困难的因此要通过分析和比较多种传动方案选择其中最能满足众多要求的合理传动方案作为最终确定的传动方案。机器人常用的驱动方式有:液压驱动、气动驱动、电动驱动三种基本方式。电动驱动主要有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。液压与气动方式对环境要求较高实现起来较复杂而电机驱动结构简单较易实现密封与调速控制。故在本设计中选用步进电机本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ作为机器人本体的驱动动力减速器选用行星齿轮减速器。驱动动力从电机经由减速器减速后在满足管径自适应性的基础上如何更好地将动力传递到主动轮上是选择机器人传动方式过程中重点考虑的问题。结合径向辐射管道射流清洗机器人的结构布局方式的特点在本设计中主要通过一套动力变换装置和同步链传动机构来实现。、动力变换装置的设计在如图所示的径向辐射轮式移动结构中当预紧弹簧给于基本的预紧力后刚好使得位于最上侧的轮处于与管壁相接触的临界状态也就是说上轮与管壁间的接触压力刚好为零所以机器人整体的驱动力绝大部分来自轮和轮而且机器人本体的重心位置位于管道的轴线下方mm左右(如图所示)增强了机器人的稳定性。下面两轮所在支腿中心线与减速器输出轴线垂直且两支腿中心线的夹角为故需要一动力变换装置来实现动力的分流。蜗杆传动是空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构两轴线交错的夹角可为任意值由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的同时啮合的次对又较多故冲击载荷小传动平稳噪声低。在设计中蜗杆与两蜗轮之间的轴线夹角为两蜗轮轴线之间的夹角为。如图所示。图车轮端面图、同步链传动设计由于设计的机器人具备在一定的管径变化范围内行走的能力在管径发生变化的时候主动轮与管道中心的距离也相应发生改变在现有的相关管道机器人传动方案中更多的是采用全齿轮传动方式即动力经变换后通过增加惰轮的方式将动力传递到主动轮虽然该方案的传动效率较高但是结构复杂对环境的适应能力较差可适应管径变化范围较小在本设计中动力经蜗轮蜗杆装置变换后通过传动比为:的齿轮传动将动力传递到各支腿因为空间尺寸关系在两者之间增加一惰轮机构再应用同步链将动力传送到主动轮和轮。同步带轮轴与支腿与安装底座的连接轴同轴故无论管径如何变化两个同步链轮间的轴线距离保持不变只要支腿的长度足够长就可适应足够本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ大的管径变化范围。管道清洗机器人变管径自适应性方案设计管道由于制作误差、使用过程中局部结垢、局部压力过大而产生变形以及内表面杂物的存在清洗机器人在碰到变形部位及杂物时由于阻力而使支撑臂收缩同时在驱动力的作用下通过变形部位当再次达到管道正常段时支撑臂能够在弹簧的作用下像伞一样张开使机器人重新恢复原来的平稳状态。这个过程就是机器人的自适应过程。有了自适应性机器人就能穿过一个个变形部位以达到对管道进行有效清洗的目的在本设计中对于自适应性的设计主要包括两方式:各支腿单独调整和支腿整体调整。、支腿单独调整方式各支腿的单独调整方式。当机器人在行进过程中其中的一个或多个支腿遇到障碍物(包括突起和凹陷)时利用支腿内部的调整弹簧来改变支腿的长度使得支腿与管壁处于理想的接触状态以满足稳定作业要求。同时调整弹簧也能起到一定的缓冲减震作用。该装置主要是针对相同管径或管径变化范围不是很大的情况下当管径变化范围较大时则应使用支腿的整体调整方式。、支腿整体调整方式目前管道机器人在适应不同管径的调节机构常用的有:蜗轮蜗杆调节方式,升降机调节方式、滚珠丝杠螺母副调节方式和弹簧压紧调节方式。比较研究了各种调节机构的优缺点针对本课题的工程实际需要并根据前后支腿的特性要求在前支腿(即从动轮支腿)选用弹簧压紧调节方式后支腿(即主动轮支腿)选用滚珠丝杠螺母副调节方式。这两种调节机构能保证机器人具有充裕并且稳定的牵引力并且管径变化范围比较大下面综合分析该两种调节方式。()滚珠丝杠螺母副调节方式自适应方案。其具体设计如图所示是滚珠丝杠螺母副调节方式示意图其工作原理是:安装在轴套和丝杠螺母之间的压力传感器间接检测驱动车轮和管道内壁之间的压力Fy并实时将压力值回馈回监控装置当压力Fy的值小于所允许的最小压力值Fy’时连杆AB的一端和车轮轴铰接在一起另一端铰接在固定支点A推杆CD与连杆AB铰接在B点另一端铰接在轴套上C点轴套在圆周方向相对固定因此滚珠丝杠的转动将带动丝杠螺母沿轴线方向在滚珠丝杠上来回滑动从而带动推杆运动进而推动连杆AB绕支点A转动使车轮撑开或者紧缩以达到适应不同的管径的目的。保证管道机器人以稳定的压紧力撑紧在管道内壁上使机器人具有充足且稳定的牵引力。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ图滚珠丝杠螺母副调节方式下面分析滚珠丝杠螺母副调节方式的力学特性如图所示以固定支点A为坐标系的原点建立如图所示的坐标系XOY,石为连杆AB的长度几是推杆CD的长度乌是支点D到固定支点A之间的距离“是推杆CD与水平方向之间的夹角尹是连杆AB与水平方向之间的夹角凡为管道内壁作用在车轮上的压力即封闭力艺F是滚珠丝杠螺母作用在推杆上的轴向推力T是作用在滚珠丝杆轴上的有效扭矩。Tmda是电机轴的输出扭矩。在坐标系XOY中由几何关系可得:Lsin,=Lsin,y=Lsin(),B,x=LcosLcos,c对上式两边分别取微分可得:,,=Lcos,yB,,,,,Lcos=Lcos(),,,,,,,=LsinLsin,,xc化简上式得:本科机械毕业设计论文CAD图纸QQL=(tantan)(),,,,xyBcL由虚功原理得:=()F,,N,xy,GiBci,将式代入上式并化简得:L=()FN,,Gi(tan,tan,)L,i所采用的滚珠丝杠螺母副的导程记为,为滚珠丝杠和丝杠螺母之间的相对转角则丝,PPh,杠螺母的位移为:S=。,对上式等号两边分别取微分得:Ph,=(),,s,考虑滚珠丝杠螺母副由虚位移原理可得:F,T,,,(),s,式中为滚珠丝杠螺母副的传动效率。,合并整合上两式得:PLPhh,FNT=(),,Gi,,,,(tan,tan,)L,i此式即为滚珠丝杠螺母副调节方式的力学特性。()弹簧压紧调节方式如图所示的是从动轮的弹簧压紧调节方式示意图其工作原理与滚珠丝杠螺母副调节方式原理类似只是在张紧力调整方面采用被动调整方式。当管径发生变化时作用在从动轮上的压力变化使得压紧弹簧产生伸缩而带动推杆运动进而推动连杆AB绕支点A转动使车轮撑开或者紧缩以达到适应不同的管径的目的。与滚珠丝杠螺母副调节方式的主要区别就在于在压紧力的调节方面由调整电机的的主动调整变为压紧弹簧的被动调整。故在弹簧压紧调节方式的力学特性如下:本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ图弹簧压紧调节方式选取其中的一个支承臂作为研究对象其受力分析如图所示由前述滚珠丝杠螺母副调节方式的分析可知弹簧压紧调节方式的力学平衡方程为:F,f,,(),s,式中f弹簧的压紧力N。整理得:LNf=(),Gi(,,)Ltantan,i,,弹簧压紧力可表示为:f=kx(Lss)()f为弹簧的初始长度(mm)k为弹簧的弹性系数(Nmm)。从上边的式子可以看出弹簧压紧力f只是位移函数因此该机构具有负反馈作用在一定的管径变化范围内封闭力之和N变化不大。由此可见该机构具有常封闭特性这样便增加了载体的稳定性和可靠性同时由于弹簧压紧力f的回馈作用可使机构具有自适应调节的功能。动力系统的设计计算管道机器人行驶阻力分析在计算前我们先设定我们所设计的机器人的行进速度是mmin。F机器人在管道内进行清洗作业时必须克服来自管道内表面的滚动摩擦阻力fF,fN(),fG式中f是滚动摩擦因数即轮子在一定条件下滚动所需要的推力。N为机器人轮子负荷之和。也就是:,G本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ,,,Gcos(,,),,,RF=ff,,,Gcos((),,),,R式中机器人管内作业姿态角,机器人本体重量kg。GR当姿态角分别为或者时候系统的阻力最大。预设为机器人重量为kg由于轮子手的是弹簧调节则弹簧对轮子又很大的压,力由于我们采用的是型芯磨头切削对车身的稳定性要求较其他更为严格假设弹簧对轮子的压力是xN,==N。F,总阻力=F,==NF,根据实际情况我们设计主动轮半径r=mm总阻力矩为:MF,r==Nm,,已经设过机器人行进速度为mmin则主动轮转速应该是:v,,,rminnW,r电机的额定转速为rmin系统传动比为n,,,iSnW电机提供的驱动力矩为:MNm,,,Mq,iSTnP,,,Wq考虑到机器人在管道内行进出现的在和突变情况取安全系数为则电机的功率为W,电机选用YS型。如下表。得:转速为rmin额定功率为W额定电流为A效率为功率因数为额定转矩为Nm本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ表YS系列电机技术参数型号额定功率额定电流额定电压额定频率同步转速效率功率因数WAVHr,minZ()YSYSYSYSYSYSYS或YSYSYSYSYSYSYSYSYSYSYSYS本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ表YS系列电机技术参数续额定频率同步转速效率功声功率极堵转转矩堵转电流最大转矩率HdB(A)r,minZ额定转矩额定电流额定转矩(因)数减速器的选择在选择了电机型号之后需要选择与之相应的减速器。在确定了减速器的类型后减速器的选择关键在减速比的选择。、考虑驱动能力时减速比的计算根据电机的相关资料可知电机的额定转矩为Nm为满足机器人能正常行驶则整个驱动系统电机的驱动力矩经传动系统减速增扭后驱动力矩应大于等于机器人所i受到的总的阻力矩即应保证传动系统的传动比应满足:minM,i,,,minMD考虑机器人最高运行速度传动比的计算n,根据电机相关资料可知电机的额定转速为rmin则传动系统的最大传动dndi比应该满足:i,,,maxmaxnwi基于上述传动比我们可以确定传动系统的传动比应该满足:s本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ()iii,,minsmax传动比里面蜗杆传动的传动比为:=,选用iw则减速器的出动比为:iriimaxmin(),,iriiiiwdwd我们选用=ir根据《小功率计算机》书上说明选用GBX行星减速器。其参数如截图所示:减速器参数表图机器人的速度和驱动能力校核确定电机和减速器后我们必须进行机器人的运动速度和驱动能力的校核以确保机器人有足够驱动力的同时能满足机器人的最高行走速度要求。运动速度校核n根据以上所选电机和减速器的性能指针可知电机的额定转速=rmin减d速器的传动比是以及机器人所要求的主动轮半径r=OOm可以计算出机器人在确定电机和减速器后的最高车速V:rn,dV,,,iiirwd虽然V大于预期设定速度但是我们可以通过控制电机的转速已使机器人低于此速度行驶而且还有一定得速度储备在机器人需要快速行进至工作位置的情况下尽可能有较快的速度。驱动能力校核根据电机的额定输出转矩为Nm传动比i为则机器人总的驱动力矩为:MM,,>,W因为机器人总的驱动力矩大于其所受到的总的阻力矩所以机器人能够有足够的动力起车并有一定的动力储备。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ经过上述计算和校核所选的施奈德BSHT伺服电机和GBX行星齿轮减速器能够满足管道射流清洗机器人的性能要求从而可以由其组成机器人的行驶驱动系统。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ链轮传动的设计计算链轮设计的初始条件链轮设计的初始条件如图所示表初始条件名称数值单位传递功率小链轮转速rmin平均转动比可大或小大链轮转速rmin传动转类倾斜传动传动速度低速转动()v,ms润滑条件由设计结果确定(推荐)中心距条件可调载荷性质平稳载荷原动机种类电动机或汽轮机弹紧装置张紧轮链轮计算结果经过设计手册的计算得到的链轮计算结果如下:表设计结果名称数值单位小链轮齿数大齿轮齿数张紧轮齿数平均传动比大链轮转速rminKW设计功率mm链条节距A链号链条速度ms润滑方式油刷或油壶人工定期润滑mm粗定中心距链长节数节m链条长度mm理论中心距mm实际中心距本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ续表名称数值单位N有效圆周力N作用于轴上的拉力mm滚子外径(最大值)mm链条排距mm内链板高(最大值)许用静强度安全系数静强度安全系数MPa铰链比压由上面我们得到链轮的基本尺寸:排拒mm分度圆直径mm齿顶圆直径mm齿根圆直径mm历史结果由手册计算我们的历史结果如表:表历史结果名称符号数值单位公式说明z,增大z链条紧边小链齿轮数zzz=,z应参照链速选取minmin的总拉力下降多~~>链速z边形效应减小磨,,,~损小但尺寸重量~~增大当z和z为奇数连轮齿数应优先选取以下数列:而L为偶数时将有,,,,,,,,,P利于链条和链轮齿均匀磨损z和z的选取应考虑增大时节距(或zz,大齿轮参数z=zi通常zz=min总长)磨损伸长率许用值减少链传动的磨损寿命降低且传动尺寸大和n小大轮的转ni平均传动比nzi,,速rmin传动比大nzi,,通常推荐时可采用二级或二i=~当v<ms,且载荷平稳级以上传动时i可达PKWKP设计功率P传动功率KWdAP,dK工况系数aKKZmK小链轮齿数系z数K多排链排数系m数本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ续表名称符号数值单位公式说明Pmm根据设计功率P和小链轮转速链条节距为使传动平稳结dn由功率图选用合适的节距P构紧凑特别在高速下宜选用节距小的链条速度高功率大时可选用节距小的多排链选用多排链时应注意脏污对误差影响利用机械设计手册我们的计算速度大大加快设计过程中出现的错误也可以明显减少。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ蜗轮蜗杆的设计计算为了方便计算选用电子版机械设计手册计算:普通圆柱蜗杆传动设计结果报告在输入基本数据之前我们要知道作用在蜗杆上的功率蜗杆的转矩应该是电动机额定转矩经减速器后的力矩则:传递转距TTi,,rn,,,minTNpkw,,,输入计算如下:蜗轮蜗杆基本参数设计普通蜗杆设计输入参数图蜗杆设计参数传递功率P(kW)蜗杆转矩T(Nm)蜗轮转矩T(Nm)蜗杆转速n(rmin)蜗轮转速n(rmin)理论传动比i实际传动比i'本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ传动比误差(,)预定寿命H(小时)原动机类别电动机工作机载荷特性平稳润滑方式喷油蜗杆类型渐开线蜗杆受载侧面侧材料及热处理蜗杆材料牌号(表面淬火)蜗杆热处理表面淬火蜗杆材料硬度HRC,蜗杆材料齿面粗糙度,(μm)对蜗轮蜗杆精度等级我们都选为极得出:蜗轮材料牌号及铸造方法ZCuSnP(砂模)蜗轮材料许用接触应力σH'(Nmm^)蜗轮材料许用接触应力σH(Nmm^)蜗轮材料许用弯曲应力σF'(Nmm^)蜗轮材料许用弯曲应力σF(Nmm^)本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ蜗杆蜗轮基本参数图蜗杆蜗轮设计参数蜗杆头数z蜗轮齿数z模数m(mm)法面模数Mn(mm)蜗杆分度圆直径d(mm)中心距A(mm)蜗杆导程角γ蜗轮当量齿数Zv蜗轮变位系数x轴向齿形角αx法向齿形角αn齿顶高系数ha*顶隙系数c*蜗杆齿宽b(mm)蜗轮齿宽b(mm)是否磨削加工否蜗杆轴向齿距px(mm)本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ蜗杆齿顶高ha(mm)蜗杆顶隙c(mm)蜗杆齿根高hf(mm)蜗杆齿高h(mm)蜗杆齿顶圆直径da(mm)蜗杆齿根圆直径df(mm)渐开线蜗杆基圆直径db(mm)渐开线蜗杆基圆导程角γb蜗轮分度圆直径d(mm)蜗轮喉圆直径da(mm)蜗轮齿根圆直径df(mm)蜗轮齿顶高ha(mm)蜗轮齿根高hf(mm)蜗轮齿高h(mm)蜗轮外圆直径de(mm)蜗轮齿顶圆弧半径Ra(mm)蜗轮齿根圆弧半径Rf(mm)蜗杆轴向齿厚sx(mm)蜗杆法向齿厚sn(mm)蜗轮分度圆齿厚s(mm)蜗杆齿厚测量高度ha'(mm)蜗杆节圆直径d'(mm)蜗轮节圆直径d'(mm)蜗蜗轮精度项目名称蜗杆蜗轮第一组精度第二组精度第三组精度侧隙ff本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ强度刚度校核结果和参数许用接触应力(Nmm^)计算接触应力(Nmm^)满足许用弯曲应力(Nmm^)计算弯曲应力(Nmm^)满足许用挠度值(Nmm^)计算挠度值(Nmm^)满足蜗杆圆周力Ft(N)蜗杆轴向力Fx(N)蜗杆径向力Fr(N)蜗轮圆周力Ft(N)蜗轮轴向力Fx(N)蜗轮径向力Fr(N)蜗轮法向力Fn(N)滑动速度Vs(ms)蜗杆传动当量摩擦角ρv蜗杆传动效率η蜗杆的啮合效率η搅油损耗η滚动轴承效率η使用系数Ka动载荷系数Kv载荷分布系数Kβ材料的弹性系数ZE滑动速度影响系数Zvs寿命系数ZN齿形系数Yfs导程角系数Yβ蜗杆截面惯性矩I(mm^)弹性模量E(Nmm^)蜗杆两端支承点的跨度L(mm)自然通风散热计算热导率k(Wm^)散热的计算面积A(m^)冷却的箱壳表面积A(m^)本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ补充的箱壳表面积A(m^)润滑油温度t()周围空气温度t()损耗的功率Ps(kW)能散出的功率Pc(kW)满足蜗杆轴的结构设计:轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难度。因此轴的结构设计是轴设计中的重要内容。轴的结构主要取决以下因素:轴在机器中的安装位置及形式轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴的连接方法载荷的性质、大小、方向及分布情况轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多且其结构形式又要随着具体情况的不同而异所以轴没有标准的结构形式。设计时必须针对不同情况进行具体的分析。但是不论何种具体条件轴的结构都应满足:轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置轴上的零件应便以装拆和调整轴应具有良好的制造工艺性等。轴的工作能力设计指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需对轴进行强度计算以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴(如车床主轴)和受力大的细长轴还应进行刚度计算以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴还应进行振动稳定性计算以防止发生共振而破坏。下面根据上述原则对轴进行设计计算。轴的强度较核计算进行轴的强度校核计算时应根据轴的具体受载及应力情况采取相应的计算方法并给当地选取其许用应力。对于仅仅(或主要)承受扭矩的轴(传动轴)应按扭转强度计算对于只承受弯矩的轴(心轴)应按弯矩强度条件计算对于既承受弯矩又承受扭矩的轴(转轴)应按弯扭合成强度条件进行计算需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。此外对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重的轴还应按峰尖载荷校核其静强度以免产生过量的塑性变形。下面介绍几种常用的计算方法。按扭矩强度条件计算这种方法是按轴所受的扭矩来计算轴的强度如果还受有不大的弯矩时则用降低许用扭矩切应力的方法予以考虑。在做轴的结构设计时通常用这种方法初步估算轴径。对于不大重要的轴也可作为最后计算结果。轴的扭转强度条件为本科机械毕业设计论文CAD图纸QQPTn,,,,,,,()TTWdT式中:扭转切应力MPa,TT轴所受的扭矩NmmW轴的抗扭截面系数mmTn轴的转速rminP轴传递的功率功率d计算截面处轴的直径mm许用扭转切应力Mpa见表。,T表轴的几种材料的及A值,T轴的材料QA、Q、(CrNiTiCr、SiMnSiMnMo、Cr~~~~,MPaT~~~~A由上式可得轴的直径PPP,,,dA(),n,nnTTP,式中A=查表对于空心轴则,TPd,An(,,)d,,,即空心轴的内经d与外径d之比通常取,,~式中d应当指出当轴截面上开有键槽时应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径dmm的轴有一个键槽时轴径增大有两个键槽时应增大。对于直,径dmm的轴有一个键槽时轴径增大~有两个键槽时应增大~。,然后将轴径圆整为标准直径。应当注意这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径dmin按弯矩扭合成强度条件计算通过轴的结构设计轴的主要结构尺寸轴上零件的位置以及外载荷和反支力的作用位量均已确定轴上的载荷(弯矩和扭矩)已可以求得因而可按弯矩扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。一般的轴用这种方法计算即可。其计算步骤如下()做出轴的计算简图(即力学模型)轴所受的载荷是从轴上零件传出来的计算时常将轴上的分布载荷简化为集中其作用点取为载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩一般从传动件轮毂宽度中点算起。通常把轴当作置于铰链支座上的梁反支力的作用点与轴承的类型和布置方式有关可按图确定。图b中的a值可查滚动轴承样本手册图d中的e值与滑动轴承的宽径比Bd,本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ时取e=B当Bd>时取e=d但不小于(~)B对于调心轴承e=B。(a)向心轴承(b)向心推力轴承(c)并列向心轴承d滑动轴承图轴的支反力作用点在做计算简图时应先求出轴上受力零件的载荷(若为空间力系应把空间力分为圆周力、轴向力和径向力然后把他们全部转化到轴上)并将其分解为水平分力和垂直分力如图a所示。然后求出各支承处的水平反力F和垂直反力F(轴向反力可表示在适NHNV,当的面上图c是表示在垂直面上图c是表示在垂直面上故标以F)NV()做出弯矩图根据上述简图分别按水平面和垂直面计算各力产生的弯矩并按计算结果分别做出水平面上的弯矩M图(图b)和垂直面上的弯矩M图(图c)然后按下式VH计算总弯矩并做出M图(图d)。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ图轴的载荷分析图()做出扭矩图扭矩图如图e所示本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ()初步估算轴的直径选择轴的材料为Cr经调质处理由表查得材料机械数据为:,,MPb,,MPsa,,MP,a,,MP,ap,d根据公式初步计算轴直径n,Tp,n,Tp,An带入数据得出dmm即轴的最小直径为现在选择=mmd,min轴的结构设计根据轴上面的定位要求现在轴的基本参数如下图所示:图轴的基本尺寸参数键的校核选用A型普通键轴键、轮毂的材料都用钢。bh=取L为TII,,,,,,,bbKld本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ式中:T传递的转矩K键与轮毂、键槽的接触高度K=h=ll键的工作长度:=Lb=mmd轴的直径键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力MPa见表,p表许用应力参数许用挤压应力、连接方式键或毂、轴的材载荷性质许用压力料静载荷轻微冲击冲击静连接钢~~~,p铸铁~~~?,,b所以此键符合要求本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ弹簧的设计计算根据我们的设计情况我们应该选用圆柱螺旋压缩弹簧。当此机器人在管道内行走时受到的最大压力为KG急弹簧的最大压力为,N。其受力图如图所示图弹簧受力图根据条件选择材料并确定其许用应力。因弹簧在一般在和条件下工作可以按第类弹簧来考虑现选用碳素弹簧钢丝C级我们设计导柱为mm,间隙c为mm则弹簧中径D为mm。现估计取弹簧直径为mm根据强度条件计算弹簧钢丝直径。现选取旋绕比c=由《机械设计》得:c,K,,cc根据式()得FKc'd,,,,,改取d=mm,不变故()不变取D=mmc==计算得BK=于是FKc'd,,,,上值与原来估计值相近取弹簧钢丝的标准直径d=mm此时D=mm是标准值则:D=Dd==mm根据刚度条件计算弹簧圈数n。据我们设计要求可选弹簧圈数为圈。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ验算。()弹簧初拉力FFk,,,F'初应力按式()得,FD'=Mpa,,Kd,'按照图当C=时初应力的推荐值为Mpa所以此初应力值,合适。()极限工作应力取=则,,,limlimB=Mpa=Mpa。,lim本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ安全性能在现有的管道清洗作业中水射流清洗应该是比较先进的一种清洗方式但是水射流清洗在安全性能上与我们所设计的差了不少。高压水射流设备在高压工况运行时自高压泵组(或增压器)的高压缸体至喷嘴所有过流部件均处于高压蓄能状态。此时水的可压缩性已不能被忽略不计。由于水被压缩使其处于类似气体被压缩时的蓄能状态性能随压力变化情况的比较。通过研究发现在大约MPa压力的水能够贮存和Mpa下的空气一样多的能量在大约OMpa压力下水所贮存的能量大约为Mpa下空气所存能量的倍。因此根据高压下流体的体积、容器的结构和材料在Mpa及以上水压下的失效可能是灾难性的崩裂甚至爆炸此时失效零件以高速飞出流体迅速膨胀而形成冲击波其结果必然会造成周围设备的损坏及人员的伤害即使在MPa压力下的高压零部件失效也会形成裂片、接头的崩出或软管结构的拔脱被其触及的设备或人员也会受到不同程度的伤害。水射流本身潜在的破坏力是显而易见的从水射流所具备的清洗、除锈等功能上很容易使人认识到它的伤害性。然而低压射流或较长靶距射流的危害性往往不为人们所重视。事实上由于受射流作用的部位不向、即使是Mpa的低压射流也足够对眼睛造成严重的伤害。另外一项用射流对公牛生皮进行的系列试验说明压力为Mpa流量为Lmin的水射流在mm的较长靶距下仍可在几秒钟内射穿牛皮。也就是说同等条件下的水射流足以造成对人的任何裸露部位的伤害。而射流作用物体后的反射、及碎屑的飞溅等。也只有具有一定的破坏力让其直接触及到设备或人员也足以造成损坏或伤害。射流作业时除高压设备及时流本身的潜在危险性外还有作业场所、环境和作业对象等存在的潜在安全问题。作业场所主要是指是否在水下作业、作业空间是否狭小等作业环境主要指是否周围有放射性污染源、是否在有毒环境下作业及是否在高温或寒冷环境中作业而作业对象存在的隐患主要是被作用物是否安装或放置稳定作业中是否会有毒气、毒雾或其它有害物质产生。作业产生的碎屑或切块是否会产生砸伤事故等。而我们所设计的管道机器人和铣刀原理结合的清洗技术则有效较小了这方面的危险性由于我们所设计的机器人行进速度慢铣刀对周围环境的危险子那个大大降低同时又在管道内作业它对人体的潜在危险性可以不计了这是本设计作品的又一大优势~本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ结论本论文在研究了国内外管道清洗技术及管道机器人技术的基础上提出了一种全新的用于管道清洗的管道射流清洗机器人。此种机器人可在自主动力的驱动下进入地下管道利用行星磨头对其进行清洗、维护。而此论文则是对机器人的行走做单独的研究。本研究取得最重要的进展如下:对管道射流清洗机器人变管径自适应性方案分析比较设计出具有变径范围大结构简单的各支腿单独调整和支腿整体调整组合方案并对变径过程的传递关系进行了详细的分析计算所设计机构在一定的管径变化范围内具有常封闭特性增加了载体的稳定性和可靠性机构具有自适应调节的功能。毕业论文是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会通过这次比较完整的管道除垢机器人的行走部分的设计我摆脱了单纯的理论知识学习状态和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识解决实际工程问题的能力同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平而且通过对整体的掌控对局部的取舍以及对细节的斟酌处理都使我的能力得到了锻炼经验得到了丰富并且意志品质力抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件各种设备的选用标准各种管道的安装方式我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ致谢经过近半年的忙碌和工作本次毕业论文设计已经接近尾声作为一个本科生的毕业论文由于经验的匮乏难免有许多考虑不周全的地方如果没有老师的督促指导以及一起学习的同学们的支持想要完成这个设计是难以想象的。在论文写作过程中得到了王老师的亲切关怀和耐心的指导。他严肃的科学态度严谨的治学精神精益求精的工作作风深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成韩老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜韩老师不仅在学业上给我以精心指导同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀除了敬佩韩邦华老师的专业水平外他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向韩老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在论文即将完成之际我的心情无法平静从开始进入课题到论文的顺利完成有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母谢谢你们!最后我还要感谢无锡太湖学院四年来对我的栽培。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ参考文献濮良贵机械设计M高等教育出版社,陆玉机械设计课程设计J机械工业出版社,余俊机械设计M高等教育出版社,徐灏机械设计手册M机械工业出版社,杨毅数控加工的工艺设计J机械工程师,邹青机械制造技术基础课程设计指导教程M机械工业出版社社,甘永立几何量公差与检测M上海科学技术出版社,机械设计手册编委会机械设计手册J机械工业出版社,吴宗泽机械零件设计手册M机械工业出版社,刘朝儒,高政一机械制图M高等教育出版社,ShoWaDenGYosha(AmemiyaT(AdvancedFxonometricsM,ZhangCWangH(RobustdesignofassemblyandmachiningtoleranceallocationslIETransactionsM,CrevelingCMToleranceDesign:AHandbookforDevelopingOprimalSpecificationsMAddisonWesley,ndKatsuhikoOgataModernContrlEngineeringMPrenticeHall,CharlesWBeardsly,MechanicalEngineering,ASMEM,RegentsPublishingCompanyInc,

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