畢業(yè)設計（論文）-爬桿機器人機械機構(gòu)設計

1、爬桿機器人的機械結(jié)構(gòu)設計MECHANICAL STRUCTURE DESIGN OF ROD CLIMBING ROBOT 摘要本次設計的是爬桿機器人的機械結(jié)構(gòu)，主要有驅(qū)動機構(gòu)，減速器，夾緊機構(gòu)，爬升機構(gòu)。驅(qū)動機構(gòu)主要是由電機和聯(lián)軸器組成。減速器主要是由減速齒輪或是蝸桿減速機構(gòu)組成，通過對小車爬行時所需要的最大扭矩的估算進行減速器的選擇和尺寸設計。夾緊機構(gòu)主要是由彈簧、輪架、車輪等組成，這部分主要根據(jù)對輪軸所能承受的強度來進行軸徑的計算。爬升機構(gòu)是由驅(qū)動輪、傳動軸、軸承、套筒等零件組成。關(guān)鍵詞：爬桿機器人；變直徑桿；攀爬全套圖紙加V信153893706或扣 3346389411Abstract

2、This design is a climbing robot mechanical structure, mainly driving mechanism, reducer, clamping mechanism, climbing mechanism. The drive mechanism is mainly composed of motor and coupling. The reducer is mainly made up of reducer gear or worm reducer. The selection and size design of the reducer i

3、s carried out by estimating the maximum torque required when the trolley crawls. The clamping mechanism is mainly composed of spring, wheel frame and wheel, which is mainly calculated according to the strength of the axle shaft. The climbing mechanism is composed of driving wheel, drive shaft, beari

4、ng, sleeve and so on.Key words: climbing rod robot variable diameter rod shin目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc7758 摘要 PAGEREF _Toc7758 II HYPERLINK l _Toc28428 Abstract PAGEREF _Toc28428 III HYPERLINK l _Toc19348 1.緒論 PAGEREF _Toc19348 1 HYPERLINK l _Toc5540 1.1目的和意義 PAGEREF _Toc5540 1 HYPERLINK

5、l _Toc29864 1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc29864 2 HYPERLINK l _Toc19313 1.2.1機器人的分類 PAGEREF _Toc19313 2 HYPERLINK l _Toc10572 1.2.2研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc10572 2 HYPERLINK l _Toc28684 1.3主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc28684 3 HYPERLINK l _Toc9736 2.總體方案設計 PAGEREF _Toc9736 4 HYPERLINK l _Toc9166 2.1方案比較 PAGEREF _Toc9166 4 HYPERL

6、INK l _Toc20480 2.1.1夾緊機構(gòu)方案比較 PAGEREF _Toc20480 5 HYPERLINK l _Toc3277 2.1.2動力系統(tǒng)方案比較 PAGEREF _Toc3277 6 HYPERLINK l _Toc15464 2.2傳動方案簡介 PAGEREF _Toc15464 8 HYPERLINK l _Toc15619 3. 機械結(jié)構(gòu)設計 PAGEREF _Toc15619 9 HYPERLINK l _Toc2208 3.1方案設計 PAGEREF _Toc2208 9 HYPERLINK l _Toc2670 3.2減速機構(gòu)計算 PAGEREF _Toc2

7、670 10 HYPERLINK l _Toc12359 3.2.1傳動部件計算 PAGEREF _Toc12359 10 HYPERLINK l _Toc29029 3.2.2蝸桿傳動的計算 PAGEREF _Toc29029 11 HYPERLINK l _Toc14527 3.3.主動軸的計算 PAGEREF _Toc14527 13 HYPERLINK l _Toc6785 3.4 夾緊機構(gòu)的設計 PAGEREF _Toc6785 16 HYPERLINK l _Toc1531 3.5小車裝配圖展示 PAGEREF _Toc1531 19 HYPERLINK l _Toc10430 4

8、. 電機選擇 PAGEREF _Toc10430 20 HYPERLINK l _Toc2701 4.1電機比較 PAGEREF _Toc2701 20 HYPERLINK l _Toc22986 4.2電機介紹 PAGEREF _Toc22986 20 HYPERLINK l _Toc21833 5. 小車箱體的設計 PAGEREF _Toc21833 22 HYPERLINK l _Toc4502 5.1小車箱體的介紹 PAGEREF _Toc4502 22 HYPERLINK l _Toc20741 5.2小車箱體的展示 PAGEREF _Toc20741 22 HYPERLINK l

9、_Toc29604 結(jié)論 PAGEREF _Toc29604 25 HYPERLINK l _Toc28467 致謝 PAGEREF _Toc28467 26 HYPERLINK l _Toc32689 參考文獻 PAGEREF _Toc32689 271.緒論1.1目的和意義自從改革開放以來，全國人民從上到下眾志成城萬眾一心，人人奮勇爭先，爭做弄潮兒，在改革開放的時代大潮流之中激流勇進，為建設更富強更美麗更文明更和諧的中國貢獻自己的綿薄之力。在一代又一代人的努力下，神州大地煥發(fā)新顏。老百姓特別是農(nóng)村居民的收入大幅提高，錢包越來越鼓，隨之而來的是城鎮(zhèn)化的不斷推進，摩天大廈鱗次櫛比，越來越多的高

10、樓大廈拔地而起，在此同時一些管狀建筑工程也隨之涌現(xiàn)，就比如電線桿，路燈桿，大型廣告牌立柱，還有小區(qū)居民樓里的天然氣管道，暖氣管道，地下污水管道等，如圖1.1所示。這些管狀建筑一旦建設完畢，便常年暴露在外，無人看管，時間短一點還沒事，時間一旦長了，日積月累，管道內(nèi)外壁便會受到污染，從而會影響城市形象和居民生活體驗，而由于管道空間有限，或者是所處位置特殊，一些平常比較常規(guī)的維修維護手段難以有效達到目的，于是人們便需要新的手段來維修維護這些在城鎮(zhèn)隨處可見的各式各樣的管狀建筑。再加上人性化的概念越來越深入人心，人們自我保護的安全意識在逐步提高，人們渴望把自己從繁重危險并且單調(diào)無聊枯燥不斷機械式重復的毫

11、無腦力思考的工作環(huán)境中解放出來。圖1-1路燈桿隨著機器人技術(shù)的日新月異，幾乎可以毫不夸張得用一天一個樣來形容，爬桿機器人應世而出。爬桿機器人的出現(xiàn)為高空以及地下管道作業(yè)提供了方便，它的出現(xiàn)不僅在很大一部分程度上降低了我們管道作業(yè)的成本，更加重要的意義在于爬桿機器人提高了我們的工作效率，將人們從危險骯臟的工作環(huán)境中予以解放，具有很大的現(xiàn)實意義，對個人的人的天性的解放，對社會的經(jīng)濟效益的貢獻，對國家的制造業(yè)的推動，都具有一定程度上的影響。通常這種機器人的爬行方式有直線連續(xù)爬升，夾緊蠕動爬升，螺旋攀援爬升和吸附爬升等。本文將設計一種直線連續(xù)爬升的爬桿機器人的機械結(jié)構(gòu)設計，其結(jié)構(gòu)相對簡單。利用相關(guān)課程

12、知識，機械原理，機械設計等，對此機械結(jié)構(gòu)進行設計，及計算。此次的畢業(yè)設計，是對我四年所學知識的一次總結(jié)與考察，此外對所學知識進一步加深理解。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀如果把機器人比作是一個家庭中的兒子的話，那么順藤摸瓜，我們就不難找到，它的父親就是我們非常熟悉的老朋友，即傳統(tǒng)的機構(gòu)學，那么相對應的，我們同樣可以順藤摸瓜找到它的母親，也就是近代電子技術(shù)?？梢院敛豢鋸埖谜f，沒有傳統(tǒng)的機構(gòu)學，就不存在機器人存在的基礎(chǔ)，同樣，沒有近代電子技術(shù)的日新月異，我們也沒辦法這么快就迎來機器人技術(shù)的突飛猛進。而自從機器人技術(shù)被人們認識的那一刻開始，聰明的人們就不斷摸索，去發(fā)現(xiàn)，去總結(jié)，一直到逐步掌握。由此帶來的變化是，機

13、器人技術(shù)的不斷發(fā)展，成熟，被人們?nèi)找鎻V泛的使用，人們不僅改變了傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)，更迎來了科學研究發(fā)現(xiàn)的又一次令人欣喜的革命，而這，將對以后的人們的生活的方方面面產(chǎn)生令人難以估計的影響。1.2.1機器人的分類 表1-1機器人的分類分類標準機器人種類應用環(huán)境工業(yè)機器人、特種機器人驅(qū)動方式氣動爬行機器人、電動爬行機器人和液壓驅(qū)動爬機器人等。行走方式輪式、履帶式、蠕動式、多足式等工作空間管道爬行機器人、壁面爬行機器人、球面爬行機器人、陸地移動機器人、水下機器人、無人飛機、空間機器人等功能用途焊弧爬行機器人、檢測爬行機器人、清洗爬行機器人、提升爬行機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、助殘機器人、巡線爬行機器人

14、、玩具爬行機器人等1.2.2研究現(xiàn)狀如果說機器人大家庭是一片海，那么爬行機器人只是一滴水，但是在機器人中是不可缺少的。目前，國內(nèi)外提出的有很多爬在桿子外表的自動爬行機構(gòu)，查閱資料可以知道，有電動機械式爬桿機器人、電動液壓式爬桿機器人和氣動蠕行式爬桿機器人等。電動機械式爬行器有一個電動機，就是靠著這個電動機然后帶起來別的零件，這些零件包括鏈輪、帶輪、齒輪驅(qū)動，緊緊壓在桿體的前后輪，讓它們沿著相同的方向轉(zhuǎn)動，有行走輪，有桿體，這兩者之間發(fā)生了相互的作用，這個作用就是我們大家都知道的叫做摩擦力，因為有了這個摩擦力，我們才能達到我們想要的目的，也就是讓我們的所設計的機器人能夠沿著桿體向上或者向下靈活自

15、如的移動，我們把這個輪子安排裝在哪里，就決定了爬升機器人它在具體爬的時候是一個什么樣的具體姿勢，我們設計的這個機器人，它有輪子，而這個輪子滾動的方向和水平面并不重合，也就是說并不是在平面上移動的，它工作的工作面，和水平面有一定的角度，所以輪子先轉(zhuǎn)，隨著輪子的滾動，在桿體上留下了痕跡，這個痕跡是不斷的一圈又一圈圓弧，沿此這個圓弧，這時候我們要用到電動機了，電動機的工作方式，有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，通過改變電動機的轉(zhuǎn)動的方式，我們就可以讓所需要控制的機構(gòu)上升或者下降。電動機械式爬桿機器人，螺旋線運動爬桿機器人都是這樣工作的，有一個電動機，然后我們用以電動機去支配滾輪壓緊桿體，然后就有了摩擦力，再利用這個產(chǎn)生

16、的摩擦力去帶動整個機器人，讓機器人在桿的表面往上或者往下運動。如果我們碰到的具體的這個工作阻力，還有爬桿機器人本身的重力，這兩個力加起來，如果大于了我們的這個摩擦力，那么我們做的或者說是要研究要設計的這個爬桿機器人，它就是不合格的，沒辦法達到我們所要達到的目的，要實現(xiàn)的功能也就無從談起。 1.3主要內(nèi)容爬桿爬桿機器人在橋梁懸索、管路巡檢方面得到越來越多的應用，本文設計制作一臺爬桿機器人的機械機構(gòu)，可以把懸索或管線卡在機器人內(nèi)部滾輪上，通過電機驅(qū)動在懸索或管線上移動，通過攝像頭傳回圖像便于檢查人員判斷。設計參數(shù)尺寸不超過300300300mm2.桿徑10-50mm3.桿的角度最大90度。2.總體

17、方案設計2.1方案比較如果我們想要機器人完成我們要求的事情，首先我們得保證機器人自身的安全，穩(wěn)定，可靠，這就要求機器人的機械結(jié)構(gòu)小巧靈活，有很高的可靠性，輕盈牢固。由于我們要用到的這個能夠在桿子表面爬，也就是說它本身就有一定的不一般的地方，這也是它難的地方，所以我們在考慮這個問題的時候，要有很多方面去仔細想想好好考慮：機器人它是我們用來在桿子表面爬的，它在工作的時候工作姿勢與眾不同不一般，我們要用這個機器人，首先就要考慮的問題是，我們在能夠做出來這個結(jié)構(gòu)的時候，這個結(jié)構(gòu)是可以運行的，是安全的，是小巧靈活的，我們設計的這個機器人它最好能夠做到外表看起來不是特別大，而且它不能太重，最好是比較輕巧的

18、。我們還要想想這個機器人工作的時候表現(xiàn)怎么樣，是否良好，是不是能夠滿足我們的設計要求，所以如果這樣想想的話，那么我們就要機器人在工作的時候，收到的撞擊比較小，這樣的話我們的機器人在工作的時候就可以穩(wěn)穩(wěn)當當?shù)霉ぷ?，這樣的結(jié)構(gòu)就很讓人放心，沒有什么后顧之憂了。我們在想想我們設計的這個機器人以后是要被放到哪里，是在什么樣的地方工作的，不難知道，在這里我們所要設計的這個機器人，它以后是要與桿子為伴的，也就是說它是要被放在桿子上，在桿子上爬來爬去的，所以我們在思考我們要做的這個爬桿機器人的機械結(jié)構(gòu)的部分的時候就要多想一步，想到我們所做的這個爬桿機器人它以后工作的時候所處的地方肯定不會是很寬裕的，大部分應

19、該都是一些很窄小的地方，我們最好能夠讓我們所做的這個爬桿機器人盡量簡單可靠。我們這時候再想想，因為我們所要設計的這個爬桿機器人它自己本身就不是很大，換個說法也就是說我們所做的這個機器人它自己里面所擁有的空間不可能有很大，有可能實際情況是非常的狹小的，所以我們在想辦法設計這個爬桿機器人的時候，先要保證我們所做的這個爬桿機器人需要達到的功能能夠?qū)崿F(xiàn)，在這個大前提條件下，還要保證我們所做的這個爬桿機器人牢固可靠，最后我們要想到的才是我們要盡量減小我們所做的這個爬桿機器人的具體大小。最后一部我們要想到的地方是，因為我們不是那些高度集中化的國內(nèi)外數(shù)一數(shù)二的專門的制造企業(yè)，我們，沒有那么多的資金，沒有那么

20、多的時間，沒有那么大的市場占有率，也就是說我們所要設計的這個爬桿機器人，從目前的情況來說，還只是小批量或者換個方式可以說是私人訂制，至于這個產(chǎn)品設計完以后，能不能推廣，能不能大批量的進行制造，說到底其實就是個成本的問題，我們必須保持清醒的頭腦，要精打細算，節(jié)約制造成本，所以說到這了，我想說的是，我們最好去我們當?shù)氐碾娮邮袌鍪袌?，去那里買那些已經(jīng)大量為人所熟知的材料和己有小零部件 如螺栓、彈簧等 ，這些標準件，最好不要自行額外的添油加醋發(fā)揮自己的奇思妙想，非要自己從頭開始，一切從零開始，埋頭苦干，一心鋪在設計和加工的元件上，這樣可不好，在這里不值得提倡。這么做的初衷只有一個，就是為了減少我們設計

21、這個爬桿機器人的難度，并且在保證產(chǎn)品能夠按照要求完成所要達到的目的的大前提下，讓系統(tǒng)更加靠譜讓人值得信任，當然話說回來最不能忘記的是最主要的還是降低樣我們設計這個爬桿機器人的開銷。2.1.1夾緊機構(gòu)方案比較我們都知道爬桿機器人在工作的時候，它那不一般的工作姿勢，所以夾緊機構(gòu)是關(guān)鍵，首先機器人不能掉下去，機器人一段夾緊在桿子表面，然后還要能夠運動，這個機構(gòu)本身所產(chǎn)生的夾緊力要能夠保證這一點，讓我們的機器人在工作的時候穩(wěn)穩(wěn)當當?shù)?，夾緊-放松的運動過程能穩(wěn)定的進行。這個時候我們再想想我們的機器人它所處的工作環(huán)境和性質(zhì)，再查閱相關(guān)書籍，這個時候我們不難知道，主要有兩種夾緊方式能夠滿足我們的要求：機械式

22、裝置，液氣壓式裝置。這兩種方式都可以為我們的爬桿機器人產(chǎn)生足夠的夾緊力，當然人無完人，金無足赤，這兩種方式有讓人眼前一亮的閃光點，也有讓人討厭的短板。兩者間的具體比較見表2.1表2-1不同夾緊機構(gòu)的比較夾緊方式優(yōu)點缺點機械式裝置工作狀態(tài)視結(jié)構(gòu)而定、結(jié)構(gòu)簡單、噪音小、費用低加緊力調(diào)節(jié)不方便液氣壓式裝置夾緊力調(diào)節(jié)方便、工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠需要液 氣 源和液 氣 動控制系統(tǒng)支持，體積龐大、噪音污染大并且其設備成本和維護費用較高設計系統(tǒng)的時候，需要考慮很多，由上表，經(jīng)過認真仔細的分析和比較，綜合考量表中目前國內(nèi)外比較常見的爬行機器人的夾緊機構(gòu)的優(yōu)缺點，最終選擇機械式裝置作為本文中的爬桿機器人的夾緊方式。2

23、.1.2動力系統(tǒng)方案比較在考慮到機器人的動力系統(tǒng)的時候，擺在我們眼前的方案多種多樣，我們可以選擇電氣驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動這些不一樣的方案。隨之而來是就是，不一樣的方案選擇，接下來帶給我們的特點也是不一樣的，根據(jù)我們要求的不一樣的工作場景，勞動強度，機構(gòu)壽命要求，操作的難以與否，經(jīng)濟效益的高低，技術(shù)要求的高低，工作動作的快慢，執(zhí)行速度的快慢，穩(wěn)定性好不好，驅(qū)動力具體到底怎么樣，對環(huán)境的影響大不大，具體的控制距離的遠近，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的難易程度，使用維護是否方便，速度調(diào)整容易與否，按照不同的要求，我們再來選擇最適合的動力系統(tǒng)，從而完成我們所想要的目的。表2-2為不同的驅(qū)動方式的性能對照表。表2-2

24、不同動力系統(tǒng)的比較項目技術(shù)要求動作快慢速度穩(wěn)定性驅(qū)動力環(huán)境要求控制距離經(jīng)濟性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使用維護速度調(diào)整氣壓驅(qū)動較低較快較差中等適應性好中等便宜簡單簡單容易液壓驅(qū)動較高較慢良好最大不怕振動短較貴復雜稍高很容易電氣驅(qū)動較低慢很好較大一般短一般稍復雜簡單困難氣壓驅(qū)動有著很多獨一無二的閃光點，比如響應速度快，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便；當然它也有不足之處，就比如說功率質(zhì)量比小，裝置體積大，氣壓驅(qū)動的位置精度不高，因為空氣的可壓縮性使得機器人在任意定位時，氣壓驅(qū)動會出現(xiàn)很多毛病，舉個例子，它有時候會漏氣，還有就是氣壓裝置它自己體積不小，比較占地方，用在我們這里可不合適。電氣驅(qū)動有很多讓人不得不注意的閃光點，比如易

25、于控制，運動精度高，響應快，使用方便，信號監(jiān)測、傳遞和處理方便，成本低廉，驅(qū)動效率高，不污染環(huán)境等諸多優(yōu)點，符合本系統(tǒng)要求。我們要設計的這種爬行機器人的機械結(jié)構(gòu)，可以把懸索或管線卡在機器人內(nèi)部滾輪上，通過電機驅(qū)動在懸索或管線上移動，通過攝像頭傳回圖像便于檢查人員判斷。由上表，經(jīng)過認真仔細的分析和比較，綜合考量表中目前幾種國內(nèi)外比較常見的爬行機器人的動力系統(tǒng)的優(yōu)缺點，我們最后決定選擇電氣驅(qū)動的方案。2.2傳動方案簡介 圖2-1傳動簡介下半部分彈簧的預緊力給小車提供壓力；上半部分電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能，并通過齒輪傳動，使得貫穿于機器人的長軸轉(zhuǎn)動，從而帶動位于長軸上的蝸桿轉(zhuǎn)動，通過渦輪蝸桿傳動使得

26、與蝸輪相連的驅(qū)動輪使小車前進機械結(jié)構(gòu)設計3.1方案設計 圖3-1 小車零件位置圖本次設計的是爬桿機器人的機械結(jié)構(gòu)，文中主要由以下幾個重要結(jié)構(gòu)：驅(qū)動機構(gòu)：驅(qū)動機構(gòu)主要是由電機和聯(lián)軸器組成。減速器：減速器主要是由減速齒輪或是蝸桿減速機構(gòu)組成，通過對小車爬行時所需要的最大扭矩的估算進行減速器的選擇和尺寸設計。夾緊機構(gòu)：夾緊機構(gòu)主要是由彈簧、輪架、車輪等組成，這部分主要根據(jù)對輪軸所能承受的強度來進行軸徑的計算。爬升機構(gòu)：爬升機構(gòu)是由驅(qū)動輪、傳動軸、軸承、套筒等零件組成，這個的目的主要是對傳動軸的設計。先把所有機構(gòu)設計完畢，再安裝于箱體之上，然后再設計箱體的結(jié)構(gòu)。小車零件大概的位置如上圖3-1所示。3.

27、2減速機構(gòu)計算3.2.1傳動部件計算在這里我們不妨設定小車的爬行速度是40mm/s，因為桿徑要求10-50mm，不妨設我們這個爬桿機器人的驅(qū)動輪的接觸直徑50mm。驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)一圈走過的路徑 s=50=157mm需要它每秒轉(zhuǎn) t=40/s=4/5,n約15r/min也就是說在我們所設計的這里即大約需要的減速箱輸出速度為15r/min，考慮小車內(nèi)部的空間及重量，我們在這里不妨設小車自重5Kg,以及小車與桿件之間最特殊的情況，也就是當角度為90的時候，這個時候我們的電機輸出功率必須大于或者等于我們所設計的小車的自重，這樣才能保證機構(gòu)的安全性，這是最基本的條件，只有滿足了這個條件我們才能讓我們所做的這

28、個機構(gòu)再去完成下一步的我們所需要的任務。同時我們要求我們所要用到的這個減速器盡量簡單，盡量大的傳動比，這就需要用到渦輪蝸桿了，還有就是最好我們所設計的這個爬桿機器人在部分情況下可以自鎖，所以想來想去，綜合進行考慮對比，最后我們決定要用到蝸輪蝸桿做減速器，在這里我們不妨可以采用傳動比i=20,那么根據(jù)上面的計算，很容易的我們就可以知道我們這里的電機，它需要輸出的轉(zhuǎn)速為300r/min，此時電動機的輸出功率 P=FV=GV=mgv=59.815/60=11.875W=11.88w即蝸輪蝸桿設計條件為：蝸桿轉(zhuǎn)速300r/min，輸入功率11.88W，傳動比i=203.2.2蝸桿傳動的計算渦輪蝸桿如下

29、圖3-2所示 圖3-2渦輪蝸桿(1) 按照GB/T10085-1998的標準，在這里我們選用漸開線蝸桿（ZI）(2)因為在這里我們用到的蝸桿傳動，它所需要的功率并不是很大，而且蝸桿傳動的速度較低，所以在這里我們所要選用的蝸桿用45號鋼,因為我們是學生，要做的是畢業(yè)設計，我們自己的資金和資源都十分有限，不可能像那些國內(nèi)外大型高度集中化專業(yè)化的公司一樣，擁有巨大的市場占有比率，我們所設計的產(chǎn)品暫時不可能大批量產(chǎn)從而獲得利潤，也就是說我們現(xiàn)在進行的這個畢業(yè)設計從一定角度上來說是屬于私人訂制，說到底我們必須要控制成本，設計的這個東西它的成本必須要盡量得低。在這里輪芯采用灰鑄鐵HT100。(3)設計公式

30、為： 1) 取=，則=（估?。?，為T=9550p2/n2=3240Nmm 2)K 取=；查使用系數(shù)，得=；取動載荷系數(shù)=，則 =1.151.051=1.213） 鋼制蝸桿與配對的青銅蝸輪=160。4) z=zi=204=80齒5） 我們可以借助外部力量，翻閱鑄錫青銅渦輪的基本許用接觸應力表11-7，得蝸輪基本許用應力 =268MPa， N=60j=603012000=2.1610 ：= 所以 =0.6804268=182MPa6) =70.41 因為=4，取模數(shù)值為2， 。(4) 1） mm 2） =mm；=mm,=mm；0.5m=mm。 3） =240=80mm mm mm mm(5) =

31、，=。 =0.8596 。 0.712 560.711MPa=6MPa =7MPa (6) =（0.950.96） =；有關(guān)。 =m/s3.3.主動軸的計算圖3-3主動軸主動軸如上圖3-3所示在我們這個所設計的爬桿機器人的機械結(jié)構(gòu)中，我們要用到這個軸，那么這個軸的主要功能是什么，不難知道，在這里，軸的主要作用是傳遞動力，先由電機通過蝸桿結(jié)構(gòu)所傳遞給主動軸扭矩，為的就是最后的我們能夠做到帶動小車主動輪的轉(zhuǎn)動，在這里這個主動輪再依靠摩擦力，最終再去帶動小車在桿件上運動，從而實現(xiàn)我們想要完成的一些目的。軸分為三種，這三種分別是轉(zhuǎn)軸、心軸、傳動軸，區(qū)別他們的唯一標準就是這個軸在整個機構(gòu)中的承載的情況。

32、下面我們來具體說一下三者之間的區(qū)別。什么是轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸就是同時承受彎矩和扭矩的軸。什么是心軸，心軸就是只受彎矩不承受扭矩的軸。什么是傳動軸，傳動軸就是主要承受扭矩而不受彎矩或是彎矩很小的軸。這么一解釋，我們就很明白在我們所做的這篇文章中我們要用到的到底是哪一個，其實就是轉(zhuǎn)軸，它又要承受彎矩還要承受扭矩。(1) =p0.8=11.8750.8=9.5W =3001/20=15r/min =/=N.mm(2） ，及，=，得 =mm(3） 1)擬定軸的裝配方案，左端依次裝入，軸承、套筒、蝸輪、套筒左端軸承，右端依次裝入機械輪、套筒、右端軸承。2)按照軸向安裝零件位置的的要求確定軸的各段直徑和長度，見表

33、3-1。自左向右分別共有7段軸徑表3-1 確定各段軸徑及長度位置直徑和長度/mm原因第一段=10與左端的軸承孔徑相配合=52根據(jù)套筒的長度和蝸輪的寬度第二段=12與中間的軸承孔徑相配合=8與軸承的寬度一致第三段=15滿足軸承的定位要求直徑要略大于軸承直徑=45根據(jù)其拆裝要求及軸承潤滑要求第四段=18軸間定位要求所需，軸間高度h大于0.07d，取h=1.5mm=5軸環(huán)寬度大于1.4h第五段=14根據(jù)驅(qū)動輪的直徑設計=32根據(jù)驅(qū)動輪的寬度第六段=12與套筒的直徑相配合=40與套筒的長度相一致第七段=10與軸承內(nèi)徑相配合=6與軸承寬度相一致 3）軸上零件的周向定位：蝸輪、驅(qū)動輪與軸的周向定位均采用平

34、鍵聯(lián)接。第一段 的周聯(lián)接查手冊選平鍵bh=33，鍵槽長10，蝸輪輪轂與軸的配合為H7/n6，驅(qū) 動輪與軸聯(lián)接，采用平鍵5516，配合為H7/k6。滾動軸承通過與軸進行過渡配 合實現(xiàn)周向定位，軸徑公差為m6。 4）確定軸上圓角和倒角尺寸：取軸端倒角145度，各軸肩處圓角見圖3-4。 (4)根據(jù)圖3-2軸的結(jié)構(gòu)圖得出軸的計算簡圖，如圖3-3。顯然截面C處是軸的最大彎矩處，是軸的危險截面。表3-2中列出了C處的、T、的值表3-2 截面C處的、T、載荷水平面支反力R=2.2N，=3N，=13.3N，=8.1N彎矩MM=715.6N.mm載荷水平面總彎矩=715.6N.mm扭矩TT=7194.33N.m

35、m計算彎矩=7229.83N.mm 5） =26.3MPa ，=.00MPa， =.00MPa。,安全。 6） 圖3-4 軸的工作圖3.4 夾緊機構(gòu)的設計夾緊機構(gòu)的主要作用是通過調(diào)節(jié)彈簧的預緊力來使小車穩(wěn)定爬行和自適應桿的直徑。小車的車輪主要由U型架、套筒軸、軸、墊片、被動滾輪、深溝球軸承以及一系列標準件組成，小車滾輪的裝配圖。夾緊機構(gòu)主要是由裝配的車輪和彈簧組成，如圖如圖3-5。圖3-5 小車滾輪裝配圖圖3-6夾緊機構(gòu)小車車輪輪子的尺寸已由所爬繩的直徑所確定，對小車的結(jié)構(gòu)主要是小車車軸直徑的選擇與其強度的校核。如圖3-7，圖3-7 受力簡圖以及剪力圖和彎矩圖顯然小車車輪的輪軸的受力是對稱的，

36、因而易得輪軸所受彎矩的最大處位于軸的中央。設軸中央所受力為F，則兩側(cè)所受力為F/2。易知軸中點處的最大彎矩為M=FL/4=350N.mm。2）圓形截面有無數(shù)個對稱軸，而且載荷方向沿著對稱軸方向。因此中性軸通過截面形心并且垂直于對稱軸。3） 確定中性軸的位置和中間截面上最大彎矩的實際方向，可以確定中性軸以上部分承受壓應力，中性軸以下部分承受拉應力。最大拉應力作用點和最大壓應力的作用點分別是到中性軸最遠的下邊緣和上邊緣各點。確定車輪軸的直徑擬采用軸的材料45號鋼，故而許用彎曲應力=60MPa。根據(jù)其最大壓應力和最大拉應力處的強度校核求，所需軸的直徑d =3.9mm，取軸的直徑6mm。3.5小車裝配

37、圖展示圖3-8小車裝配圖展示電機選擇4.1電機比較電動機作為機器人攀爬的動力源和主要部件之一，它的尺寸、自重、形狀也影響到機器人其它相關(guān)部件的尺寸。從結(jié)構(gòu)的緊湊性方面考慮，在電機傳動軸向上，直角電機比標準電機占用更小的空間。4.2電機介紹經(jīng)比較選用如下圖所示的國內(nèi)某公司生產(chǎn)的直角減速電機作為機器人攀爬的動力源，如圖4-1所示 圖4-1直角減速機該類型電機減速比為1：3-1：180可調(diào)，只需要選擇不同減速比的直角減速箱即可，當加上一級中間減速箱后，減速比可達1：200-1：1800。只需轉(zhuǎn)換接線開關(guān)，電機即可正反轉(zhuǎn)。電機正反轉(zhuǎn)接線如圖4-2所示。將開關(guān) s w 切換至 cw 側(cè)，電機順時針旋轉(zhuǎn)；

38、將開關(guān) s w 切換至c cw側(cè)，則電機逆時針旋轉(zhuǎn)。這里旋轉(zhuǎn)方向是指面對電機輸出軸端，順時針旋轉(zhuǎn)為cw，逆時針旋轉(zhuǎn)為c cw。 圖4-2電機正反轉(zhuǎn)接線圖初步選用25w直角減速可逆電機。型號為80YR25GV22。電機80YR25GV22轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線如圖4-3所示，日常所用交流電為220V/50HZ，在電機轉(zhuǎn)速約為0-1000r/min范圍內(nèi)，電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線近似成線性關(guān)系。而在通過上面的計算，可知電機需要輸出的轉(zhuǎn)速為300r/min，所以我們選用的電機滿足要求。 圖4-3電機80YR25GV22轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線圖小車箱體的設計5.1小車箱體的介紹箱體是遙控小車的基礎(chǔ)構(gòu)件，它是小車的骨架，小車上其他所有的部件最后都需安裝到箱體上，它不僅承受著小車各個機構(gòu)的重量，還要對各個機構(gòu)進行定位和安裝，保證零件間的的相對位置。在小車工作中箱體影響著小車的工作精度和抗振性能，通常來說箱體的尺寸和重量一般占用機器的尺寸和重量的大比重。5.2小車箱體的展示考慮到小車的質(zhì)量不宜過重，采用鋁合