管道探傷智能機(jī)器人設(shè)計(jì)方案

管道探傷智能機(jī)器人設(shè)計(jì)方案1.1管道探傷機(jī)器人設(shè)計(jì)背景及意義隨著交通、石油、化工以及城市建設(shè)的飛速發(fā)展，管道作為一種經(jīng)濟(jì)、高效的物料長距離運(yùn)輸手段而倍受人們的關(guān)注， 被廣泛的鋪設(shè)于世界各地、陸地、海洋等環(huán)境中。我國從20世紀(jì)70年代開始油氣管道的大規(guī)模建設(shè)， 截止到目前，國內(nèi)已建油氣管道的總長度約 6萬千米，逐漸形成了區(qū)域的油氣管網(wǎng)供應(yīng)格局， 中國的管道工業(yè)得到了極大的發(fā)展。本課題中所研究的管道探傷機(jī)器人也是應(yīng)用在特殊作業(yè)環(huán)境下的一類特種機(jī)器人，其可以沿管道內(nèi)壁行走，通過攜帶的機(jī)電儀器，能夠完全自主或在人工協(xié)助下完成特定的管道作業(yè)，包括管道腐蝕程度、裂紋、焊接缺口的探傷檢測(cè)，以及對(duì)焊接縫防腐補(bǔ)口等處理。既然管道在工業(yè)現(xiàn)場中有著如此廣泛的應(yīng)用，其安全運(yùn)行問題也越來越受到人們的重視。一旦管道破損，僅維護(hù)搶修的成本巨大，從中泄露的物質(zhì)會(huì)對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境及人類生命安全造成威脅。如果能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并確定泄漏點(diǎn)，就能有效地減輕泄漏事故造成的損失和危害。然而由于管道埋地較深，通過常規(guī)的巡線檢測(cè)方法很難步到泄漏點(diǎn)，另外長輸管道距離長，沿途多為荒漠、沼澤或河流，而檢測(cè)方法多為人工定期巡檢，這都限制了泄漏檢測(cè)與定位的實(shí)時(shí)性,準(zhǔn)確性。因此，管道的維護(hù)管理、泄漏的檢測(cè)、保障管道安全運(yùn)行已成為界上重要的研究課題并日益受到重視。管道探傷機(jī)器人作為一類特種機(jī)器人，正是在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，管道探傷機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)在于它不僅具有探傷質(zhì)量高、作業(yè)速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且使操作檢測(cè)人員免受大劑量射線的輻射之苦。因此管道探傷機(jī)器人有著廣闊的應(yīng)用前景。1.2管道探傷機(jī)器人的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀管道探傷機(jī)器人是目前智能機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一。 近幾十年來，核工業(yè)、石油工業(yè)的迅猛發(fā)展為管道探傷機(jī)器人提供了廣闊的應(yīng)用前景。由于大量地下、海底管線的維護(hù)需要刺激了管道探傷機(jī)器人的研究。 從20世紀(jì)70年代起，國內(nèi)外許多研究人員就針對(duì)管道探傷機(jī)器人提出了大量的設(shè)計(jì)方案并對(duì)其能夠?qū)崿F(xiàn)的功能進(jìn)行不斷地補(bǔ)充和完善，這些研究成果對(duì)管道探傷機(jī)器人的技術(shù)改進(jìn)和應(yīng)用場合的擴(kuò)展起到巨大的推動(dòng)作用。目前，各國的研究學(xué)者已經(jīng)研制出了滿足不同需要的管道探傷機(jī)器。從上世紀(jì)50年代起，為了滿足長距離管道的自動(dòng)清理及檢測(cè)的需求，英、美等國相繼開展了這方面的研究，其最初的成果是在1965年，美國Tuboscope公司采用漏磁檢測(cè)裝置Linalog首次進(jìn)行了管內(nèi)檢測(cè)，盡管當(dāng)時(shí)尚屬于定性檢測(cè)，但具有劃時(shí)代的意義。我國從20世紀(jì)90年代初期，開始了管道探傷機(jī)器人的研發(fā)工作，國內(nèi)較早進(jìn)入該研究領(lǐng)域的有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、大慶油建公司、中國石油天然氣管道局等單位。相比較而言，我國的地下管道檢測(cè)技術(shù)仍處于起步探索階段，大部分檢測(cè)管道腐蝕的技術(shù)都停留在管外檢測(cè)，方法傳統(tǒng)落后。各種管道探傷機(jī)器人仍在研究中，成熟的產(chǎn)品尚未開發(fā)出來。盡管某些科研單位己經(jīng)研制出了幾種功能樣機(jī)，但它們只能對(duì)空管道進(jìn)行檢測(cè)，難以滿足工程上的要求。1.3本文研究的主要內(nèi)容本文根據(jù)直線電機(jī)的工作原理及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)了以直流電機(jī)為移動(dòng)動(dòng)力的管道探傷機(jī)器人。本課題將在以下兩個(gè)方面開展研究工作（1）管道探傷機(jī)人機(jī)架的研究機(jī)架是主要有四桿機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)螺桿以及減速器組成， 四桿機(jī)構(gòu)保證機(jī)器人可以在一定范圍不同直徑的管道內(nèi)均能使用， 傳動(dòng)螺桿保證四桿機(jī)構(gòu)能夠達(dá)到所需要的位置， 減速器保起到緩沖和提高精度的作用。2）管道探傷機(jī)人履帶移動(dòng)部分的研究該部分主要是由減速器、驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪、履帶組成，驅(qū)動(dòng)輪主要是帶動(dòng)履帶轉(zhuǎn)動(dòng)，履帶和管道接觸產(chǎn)生移動(dòng)。第2章管道探傷機(jī)器人的要求指標(biāo)根據(jù)所要設(shè)計(jì)內(nèi)容管道探傷機(jī)器人的初步構(gòu)想如圖 2-1所示。圖2-1 管道探傷機(jī)器人三維圖2.1管道探傷機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo) (依據(jù)現(xiàn)代管道機(jī)器人技術(shù) )行走速度：5.36mmin自重:6kg凈載重：11kg機(jī)身尺寸：351mm155mm155mm自適應(yīng)管道半徑范圍：200mm:300mm越障能力：2mm:5mm爬坡能力：150工作電壓：12V一次性行走距離：2500m牽引力:300N:400N密封性能：履帶密封，機(jī)架半開放2.2管道探傷機(jī)器人的工作指標(biāo)(依據(jù)現(xiàn)代管道機(jī)器人技術(shù))工作環(huán)境：中性液體環(huán)境，液面高度不得高于30mm工作溫度：00:500第3章元器件選用3.1電動(dòng)機(jī)的選用本設(shè)計(jì)采用圓周三點(diǎn)限位支架，三個(gè)履帶行走構(gòu)件相互獨(dú)立，因而需要提供三個(gè)相同的電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)各個(gè)履帶。另外，管徑自適應(yīng)結(jié)構(gòu)由絲杠螺母傳動(dòng)，也需要一個(gè)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，于是整個(gè)機(jī)器人需要4個(gè)電動(dòng)機(jī)?？紤]到整個(gè)機(jī)構(gòu)適用于200~300mm管徑的管道內(nèi)部探傷，因而整體尺寸受到嚴(yán)格限制，進(jìn)而限定了電動(dòng)機(jī)的尺寸。以最小管徑200mm作為尺寸控制的參數(shù)，履帶行走機(jī)構(gòu)的高度50mm，所用電動(dòng)機(jī)直徑大約20mm。同時(shí)作為履帶機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來源，此電動(dòng)機(jī)亦應(yīng)當(dāng)達(dá)到足夠的功率輸出，否則將必然無法與設(shè)計(jì)要求匹配。出于零件之間相互通用的設(shè)計(jì)理念，4個(gè)電機(jī)都是統(tǒng)一規(guī)格、同種型號(hào)。最后由于設(shè)計(jì)要求中規(guī)定了每分鐘的行程，所以電動(dòng)機(jī)應(yīng)該轉(zhuǎn)速適中，既與整個(gè)電機(jī)的功率和扭矩相匹配，又能滿足行進(jìn)速度的要求。綜合以上幾點(diǎn)，經(jīng)過多方查閱資料。決定采用一下型號(hào)的電動(dòng)機(jī)：型號(hào)：SG-27ZYJ；額定功率：10W12VDC；額定轉(zhuǎn)速度：400rpm；額定轉(zhuǎn)矩：300Nmm。實(shí)物圖如圖3-1所示。圖3-1 上圖為電動(dòng)機(jī)實(shí)物參考圖3.2配件選用根據(jù)探傷機(jī)器人的要求以及目前市場所有的相關(guān)配件種類本裝置應(yīng)選擇配件為：蓄電池:12V,9000mAh。攝象頭：CCD探頭，具體尺寸可選。1200范圍內(nèi)可以探視。雙頭白光二級(jí)管探照光源。第4章機(jī)架部分的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)圖2-1的設(shè)想知機(jī)架部分的初步構(gòu)想圖如圖 4-1所示。圖4-1 機(jī)架部分三維圖4.1機(jī)架部分的功能和結(jié)構(gòu)機(jī)架部分的主要功能為支撐在管道內(nèi)行走的管道機(jī)器人，使履帶行走系能緊密的貼在管道壁面，產(chǎn)生足夠的附著力，帶動(dòng)管道機(jī)器人往前行走。為了適應(yīng)不同直徑管道的檢測(cè)，管道檢測(cè)機(jī)器人通常需要具備管徑適應(yīng)調(diào)整的機(jī)架機(jī)構(gòu)，即主要有兩個(gè)作用：①在不同直徑的管道中能張開或收縮，改變機(jī)器人的外徑尺寸，使機(jī)器人能在各種直徑的管道中行走作業(yè)；②可以提供附加正壓力增加機(jī)器人的履帶與管道內(nèi)壁間的壓力，改善機(jī)器人的牽引性能，提高管內(nèi)移動(dòng)檢測(cè)距離。為了滿足管徑自適應(yīng)的功能，本次設(shè)計(jì)采用了基于平行四邊形機(jī)構(gòu)的管徑適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，在由1200空間對(duì)稱分布的3組平行四邊形機(jī)構(gòu)組成，采用滾珠絲杠螺母調(diào)節(jié)方式，每組平行四邊形機(jī)構(gòu)帶有履帶的驅(qū)動(dòng)裝置示意圖如4-2所示。機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)， 滾珠絲杠直接安裝在調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上， 絲杠螺母和筒狀壓力傳感器以及軸套之間用螺栓固定在一起， 連桿CD的一端C和履帶架鉸接在一起，另一端D鉸接在固定支點(diǎn)上，推桿MN與連桿CD鉸接在M點(diǎn)，另一端鉸接在軸套上的Ⅳ 點(diǎn)，連桿AB、BC和CD構(gòu)成了平行四邊形機(jī)構(gòu)，機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)輪子安裝在輪軸B、C上，軸套在圓周方向相對(duì)固定．其工作原理為：調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由于絲杠螺母在圓周方向上相對(duì)固定，因此滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)絲杠螺母沿軸線方向在滾珠絲杠上來回滑動(dòng)，從而帶動(dòng)推桿MN運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)連桿CD繞支點(diǎn)D轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿CD的轉(zhuǎn)動(dòng)又帶動(dòng)了平行四邊形機(jī)構(gòu)ABCD平動(dòng)，從而使管道檢測(cè)機(jī)器人的平行四邊形輪腿機(jī)構(gòu)張開或者收縮，并且使履帶部分始終撐緊在不同管徑的管道內(nèi)壁上，達(dá)到適應(yīng)不同管徑的的．調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，也同時(shí)推動(dòng)其余對(duì)稱的2組同步工作．筒狀壓力傳感器可以間接地檢測(cè)各組驅(qū)動(dòng)輪和管道內(nèi)壁之間的壓力和，保證管道檢測(cè)機(jī)器人以穩(wěn)定的壓緊力撐緊在管道內(nèi)壁上，使管道檢測(cè)機(jī)器人具有充足且穩(wěn)定的牽引力。在4-2中，當(dāng) [150,800]時(shí)，機(jī)架適應(yīng)管道半徑的范圍在 196,323mm。參考常見的管道運(yùn)輸直徑范圍(Ref2),設(shè)計(jì)的管道機(jī)器人可滿足成品油管的管道直徑的要求機(jī)架部分的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 4-2所示履帶RaduisR2=325mmR1=200mm圖4-2絲杠螺母自適應(yīng)機(jī)構(gòu)圖4.2機(jī)架部分的力學(xué)特性分析對(duì)于履帶式驅(qū)動(dòng)方式的管道機(jī)器人，牽引力由運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力以及履帶與管壁附著力決定。當(dāng)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力足夠大時(shí)，機(jī)器人所能提供的最大牽引力等于附著力。附著力主要與履帶對(duì)管壁的正壓力和摩擦系數(shù)有關(guān)。摩擦系數(shù)由材料和接觸條件決定，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整。履帶對(duì)管壁的正壓力與機(jī)器人重量有關(guān)，但通過管徑適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，可以在不同管徑下提供附加正壓力，改變附著力，從而在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)牽引力的動(dòng)態(tài)調(diào)整。管道機(jī)器人正常行走時(shí)，其對(duì)稱中心和管道中心軸線基本重合，重力 G在對(duì)稱的中心線上面。因此，管道機(jī)器人在行走過程中，最多只有兩個(gè)履帶承受壓力，即其頂部的壓力為零(如圖4-2所示)。N1N2G（4-1）隨著管道機(jī)器人在管內(nèi)移動(dòng)的距離的增加，或者在爬坡的時(shí)候，機(jī)器人可能由于自身重量所提供的附著力不夠時(shí)，導(dǎo)致打滑，這就需要管道機(jī)器人提供更大的牽引力來支持機(jī)器的行走。利用管道機(jī)器人自適應(yīng)管徑的平行四邊形絲杠螺母機(jī)構(gòu)，可提供附加的正壓力以增加管道機(jī)器人的附著力。通過遠(yuǎn)程控制可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩 T帶動(dòng)絲杠螺母相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生推動(dòng)力F推動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，使得各組履帶壓緊貼在管道內(nèi)壁，產(chǎn)生附加的正壓力 P。將各個(gè)履帶由于重力而產(chǎn)生的作用反力定義為 N,由附加正壓力所產(chǎn)生的作用反力定義為 P，絲杠螺母桿的推力為 F，由力平衡原理可得：（NP）cot=F1由Lsin+h1+h=R得cot=L2(Rhh1)2Rhh1絲杠螺母需施加的推力F1為：F1=（NL2(Rhh1)2P）hh1R式中L、R、h、h1如圖4-2所示。絲杠螺母所產(chǎn)生的切向力 F2=F1tan（ ）。

（4-2）（4-3）（4-4）（4-5）其中=arctanpn；arctanu1。（4-6）d式中pn、d分別為滾珠絲杠的導(dǎo)程、大徑：u1為絲杠與螺母之間的摩擦系數(shù)。電機(jī)需要輸出的扭矩為T=F2d2/。（4-7）2式中 為滾珠絲杠的螺母副的傳動(dòng)效率。查表知： u1=0.13； =80%。以符號(hào)Fe表示機(jī)器人的提供的牽引力，當(dāng)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力足夠大的時(shí)候，牽引力Fe為： F e=（ N P）u2。 (4-8)式中 2為履帶的附著系數(shù)，近似于摩擦系數(shù)，因管道內(nèi)部環(huán)境條件，故按油潤滑條件來取值u2=0.5。由(4-4),(4-5)，(4-7)可知，隨著能所適應(yīng)的管道半徑的減小，機(jī)架部分所需要的推力和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是逐漸增大的。因此，選擇機(jī)器人能所適應(yīng)的最小管道半徑R=100mm做力學(xué)分析，可以保證大管徑時(shí)管道機(jī)器人的強(qiáng)度和剛度條件。下面是在管徑R=100mm時(shí)的，機(jī)架的力學(xué)分析的計(jì)算。估算 P的范圍在[0,50N]之間。采用的是履帶中驅(qū)動(dòng)的同種電機(jī)，額定轉(zhuǎn)矩 T 300Ngmm,額定輸出轉(zhuǎn)速為200rpm。由設(shè)計(jì)的尺寸可得h=23mm,h=51mm，L=88mm，L=L=42.5,ph=3mm，d/2=11mm1121由式(4-3)可算出cot=3.23351。帶入式(4-4),由P[0,50N]，可算出所需要的推力F的范圍為549.7N,711.4N。由式（4-6）計(jì)算tan（）=0.2。帶入式(4-5)可算出需要輸入的切向力F2109.94N,142.28N。帶入式（4-7）可計(jì)算出所需要的轉(zhuǎn)矩為T858.9,1111.56N.mm。由式(4-8)可求出管道機(jī)器人的牽引力 Fe的范圍為[85N,110N]。第5章機(jī)架部分傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)管道機(jī)器人在管道中的運(yùn)行， 傳動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)速不宜過高，所以總傳動(dòng)比：i=4；Ⅰ級(jí)傳動(dòng)比：i=2；Ⅱ級(jí)傳動(dòng)比：i=2，傳動(dòng)部分的初步構(gòu)想如圖 5-1所示。圖5-1 機(jī)架部分傳動(dòng)系統(tǒng)三維圖5.1I 級(jí)傳動(dòng)系齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 壽命要求和初步數(shù)據(jù)Ⅰ級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)扭矩 T1 300Nmm，高速軸轉(zhuǎn)速n1 400rpm，傳動(dòng)比i=2，使用壽命為30000小時(shí)，工作時(shí)有輕度振動(dòng)。 選用材料小齒輪40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，270HB；大齒輪45鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，250HB；H1H2齒面粗糙度1.6。 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算軟齒輪，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算2kT1u1ZHZE2d（5-1）3udH（1）齒數(shù)比u=i=2.0。（2）齒寬系數(shù) d：直齒取 d＝0.8。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3表10-7）（3）載荷系數(shù)KKAKVKK（5-2）①工況系數(shù)KA1.00。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表10-2）②動(dòng)載荷系數(shù)KV。取小齒輪齒數(shù)z1＝14；初估小齒輪圓周速度v1＝0.3m/s。Kv＝1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-8）③齒向載荷分布系數(shù)K。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-4）1.11④載荷分布系數(shù)K。a）大齒輪齒數(shù)z2iz1＝2×14＝28取z2＝28。b）螺旋角0。（直齒）c）端面重合度1.883.2(11)cos＝1.49。（5-3）z1z2d）縱向重合度＝。（直齒）0e）總重合度＝1.49；K＝1.12。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10－9）⑤載荷系數(shù)K＝1.2432。（4）小齒輪轉(zhuǎn)矩T1 300(Nmm)。（5）材料彈性系數(shù)ZE 189.8。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3表10-6）（6）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH 2.5。（標(biāo)準(zhǔn)直齒）（7）許用接觸疲勞應(yīng)力H＝HlimKHNSHmin①小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力Hlim1＝720N/mm2。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3②大齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力Hlim2＝575N/mm2。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3

（5-4）圖10-21）圖10-21）③最小許用接觸安全系數(shù)；設(shè)失效概率 1/100，SHmin SFmin 1.00。④小齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)Ne1=60n1jLh。（5-5）n1=400r/min；j=1；th=30000h；Ne1＝7.2×108。⑤大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)Ne2=Ne1/i=3.6108。⑥大、小齒輪接觸壽命系數(shù)kHN1=kHN2=1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-19）小齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：KHN1Hlim1=7202（5-6）H1=SH1.00=720（N/mm）。min大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：KHN2Hlim2=5752（5-7）H2=SH1.00=575（N/mm）。min從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應(yīng)力：HH2575(N/mm2)。（8）中心距a，小、大齒輪的分度圓直徑d1,d2，齒寬b1,b2和模數(shù)m2kT1u1ZHZE2dmin1=3＝9.84mm取14mm。（5-8）duH中心距ad1(1+i)=114；圓整為。（5-9）22(1+2)=21mma=21mm模數(shù)m＝2a＝1.0mm；取m＝1mm。（5-10）z1z2z1z214，取z114，初選正確；Z2=28。（5-11）z1i1于是d1＝mz1＝14mm；d2＝mz2＝28mm。（5-12）齒寬bdd10.81411.2(mm)。（5-13）取小齒輪寬度 b1=12mm，大齒輪寬度為 b2=11.2mm。 參數(shù)的修正（1）動(dòng)載荷系數(shù)kv小齒輪實(shí)際圓周速度v1d1n114400（5-14）1000600.2932(m/s)。601000與初估v1=0.30m/s相符，Kv值無需修正。（2）載荷系數(shù)K及其他參數(shù)均未變，均無需修正。（3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不變。5.1.5彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算F2KT1YFaYSa（5-15）bd1mn（1）基本尺寸K=1.2432；T1＝300Nmm；T2＝600Nmm。b=11.2mm；；d2＝；。d1=14mm28mmmn=m=1mm（2）齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表10-5）小齒輪齒形系數(shù)YFa12.95，大齒輪齒形系數(shù)YFa22.55。小齒輪應(yīng)力校正系數(shù)YSa11.52，大齒輪應(yīng)力校正系數(shù)YSa21.61。（3）許用彎曲疲勞應(yīng)力F=FlimKFN（5-16）SFmin①(根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-20)小齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力Flim1280N/mm2，大齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力Flim2210N/mm2。②最小許用彎曲安全系數(shù)保失效概率1/100，選擇最小安全系數(shù)SFmin1SFmin21.3。③彎曲壽命系數(shù)Ne1=7.2 108；Ne2=3.6 108；KFN1=KFN2=0.96。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3圖10-18）④彎曲疲勞應(yīng)力 F1F2

=Flim1KFN1=2800.962(5-17)SF1.3=206.8（N/mm）。min=Flim2KFN2=2100.96=155.1(N/mm2)。(5-18)SF1.3minF1=2KT1YFa1YFa2=21.24323002.951.52=19.91(N/mm2)。(5-19)bd1mn12141F2因?yàn)?/p>

2KT1=bd1mnF1 [

2(5-20)YFa1YFa2=26.04（N/mm）。F]1； F2 [ F]2；所以校驗(yàn)合格 。標(biāo)準(zhǔn)齒輪ha*=1，C=0.25；小齒輪的變?yōu)橄禂?shù)x=17Z1=0.176；齒頂圓直徑17da=Zm+2（h*a+x）m；齒根園直徑 df=Zm-2（h*a+C-x）m；齒全高h(yuǎn)=（2h*a+C）m。根據(jù)上述計(jì)算，齒輪數(shù)據(jù)如表5-1。表5-1一級(jí)齒輪組的具體數(shù)據(jù)項(xiàng)目單位小齒輪大齒輪中心距amm21.176模數(shù)mmm1傳動(dòng)比i2端面壓力角t()20齒數(shù)z1428齒寬bmm1211.2分度圓直徑dmm1428齒高h(yuǎn)mm2.252.25齒頂圓直徑damm16.35230齒根圓直徑dfmm11.58225.5節(jié)圓直徑mm14.11728.2355.2Ⅱ級(jí)傳動(dòng)系齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 壽命要求和初步數(shù)據(jù)Ⅱ級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)扭矩 T1 450Nmm，高速軸轉(zhuǎn)速 n1=200rpm，傳動(dòng)比i=2，使用壽命為30000小時(shí)，工作時(shí)有輕度振動(dòng)。 選用材料采用7級(jí)精度軟齒閉式圓柱直齒輪；小齒輪40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，H1270HB；大齒輪45鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，H2 250HB；齒面粗糙度1.6。 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算因?yàn)槭擒淉X輪，故根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算2kT1u12dZHZE31udH（1）齒數(shù)比u=i=2。（2）齒寬系數(shù)d：直齒取d＝0.8。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表10-7）（3）載荷系數(shù)。KKAKVKK①工況系數(shù)KA1.00。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表10-2）②動(dòng)載荷系數(shù)KV。取小齒輪齒數(shù)z1＝14；初估小齒輪圓周速度；v1＝0.15m/s。Kv＝1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3圖10-8）③齒向載荷分布系數(shù) K 1.11。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3表10-4）

(5-21)(5-22)④載荷分布系數(shù)K 。a ）大齒輪齒數(shù)z2 iz1＝2×14＝28取z2＝20。b ）螺旋角 0。（直齒）c）端面重合度1.883.2(11)cos＝1.54。(5-23)z1z2d）縱向重合度＝。（直齒）0e）總重合度＝1.54；K＝1.12。⑤載荷系數(shù)K＝1.2432。（4）小齒輪轉(zhuǎn)矩T1=600（N.mm）（5）材料彈性系數(shù)ZE 189.8（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3表10-6）（6）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH 2.5（標(biāo)準(zhǔn)直齒）（7）許用接觸疲勞應(yīng)力H＝HlimKHN(5-24)SHmin①小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力Hlim1＝720N/mm2。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-21）②大齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力Hlim2＝575N/mm2。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-21）③最小許用接觸安全系數(shù),設(shè)失效概率1/100SHminSFmin1.00。④小齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)Ne1=60n1jLh。(5-25)n1＝200r/min；Lh=30000h；Ne1＝3.6×108。⑤大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)Ne2=Ne1/i=1.8108。⑥大、小齒輪接觸壽命系數(shù)kHN1=kHN2=1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-19）小齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：KHN1Hlim1=7202。(5-26)H1=1.00=720(N/mm)SHmin大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：KHN2Hlim2=5752。(5-27)H2=SH=575(N/mm)min1.00從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應(yīng)力：HH2575(N/mm2)。（8）中心距a，小、大齒輪的分度圓直徑d1,d2，齒寬b1,b2和模數(shù)m2dmin1=32kT1u1ZHZE＝12.4mm取14mm。(5-28)duH中心距ad1(1+i)=114（）圓整為。(5-29)221+2=21mma=21mm模數(shù)m＝2a＝1.00mm；取m＝1mm。(5-30)z1z2Z1=Z1Z2=14，取z1，初選正確；Z2=28。(5-31)1i14于是d1＝mz1＝14mm；d2＝mz2＝28mm。(5-32)齒寬b=dd1=0.8。(5-33)14=11.2mm取小齒輪寬度 b1=12mm，大齒輪寬度為 b2=11.2mm。 參數(shù)的修正（1）動(dòng)載荷系數(shù)kv小齒輪實(shí)際圓周速度v1=d1n1=0.147100060與初估v1=0.15m/s相符，Kv值無需修正。（2）載荷系數(shù)K及其他參數(shù)均未變，均無需修正。（3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不變。 彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 F 2KT1YFaYSa Fbd1mn（1）基本尺寸K=1.2432；T1＝600Nmm；T2＝1200Nmm。

(5-34)(5-35)d1=14mm；d2＝28mm；mn=m=1mm。（2）齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)小齒輪齒形系數(shù)YFa12.95，大齒輪齒形系數(shù)YFa22.55（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表10-5）小齒輪應(yīng)力校正系數(shù)YSa11.52，大齒輪應(yīng)力校正系數(shù)YSa21.61。（3）許用彎曲疲勞應(yīng)力F=FlimKFN(5-36)SFmin①(根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3圖10-20)小齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 Flim1 280N/mm2，大齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力Flim2 210N/mm2。②最小許用彎曲安全系數(shù)保失效概率 1/100，選擇最小安全系數(shù) SFmin1 SFmin2 1.3。③彎曲壽命系數(shù)Ne1=3.6 108；Ne2=1.8 108；KFN1=KFN2=0.96。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3圖10-18）1F2

=Flim1KFN1=2800.96=206.77(N/mm2)。(5-37)SFmin1.3=Flim2KFN2=2100.96=155.08(N/mm2)。(5-38)SFmin1.3F1=2KT1YFa1Ysa1=39.82(N/mm2)； F2=2KT1Ysa2YFa2=39.06(N/mm2)bd1mnbd1mn因?yàn)镕1[F]1；F2[F]2。所以校驗(yàn)合格。標(biāo)準(zhǔn)齒輪ha*=1，C=0.25；小齒輪的變?yōu)橄禂?shù)x=17Z1=0.176；齒頂圓直徑17da=Zm+2（h*a+x）m；齒根園直徑 df=Zm-2（h*a+C-x）m；齒全高h(yuǎn)=（2h*a+C）m。根據(jù)上述計(jì)算，齒輪數(shù)據(jù)如表 5-2。表5-2二級(jí)齒輪組具體數(shù)據(jù)項(xiàng)目單位小齒輪大齒輪中心距amm21.176模數(shù)mmm1傳動(dòng)比i2端面壓力角t()20齒數(shù)z1428齒寬bmm1211.2分度圓直徑dmm1428齒高h(yuǎn)mm2.252.25齒頂圓直徑damm16.35230齒根圓直徑dfmm11.85225.5節(jié)圓直徑mm14.11728.2355.3傳動(dòng)螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 壽命要求和初步數(shù)據(jù)螺紋大徑d=22mm；螺紋中經(jīng)d2=19mm；螺距P=3mm；螺紋小徑d1=16mm螺紋內(nèi)經(jīng)d0=10mm；螺母高度H=20mm。 耐磨性條件計(jì)算d2=0.8F(5-39)p式中=H=3；Fmax=711.4N；查表5-12p=11；代入計(jì)算d2≧3.7，故耐磨d2性滿足要求。 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算ca=134T2F2≦（5-40）Ad1式中Fmax=711.4N；Tmax=1111.56N×mm；A=（d02—d02）；=s=640=160mpa；444ca=9.7<故強(qiáng)度滿足要求。第6章履帶行走系設(shè)計(jì)履帶行走系的初步構(gòu)想圖如圖 6-1所示。圖6-1 履帶行走系的三維圖6.1行走系的選擇管道機(jī)器人的行走系現(xiàn)大部分采用輪式結(jié)構(gòu)和履帶式模塊結(jié)構(gòu)的行走系。 管道機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在管內(nèi)行走必須滿足機(jī)器人移動(dòng)載體對(duì)管壁的附著力 ,既牽引力Fe，大于移動(dòng)載體的阻力Ff：FeFf。當(dāng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力足夠大的時(shí)候，牽引力Fe:FNe其中Ne為履帶與管道壁面e接觸的正壓力。輪式管道機(jī)器人的行走輪可按空間或平面配制．一般取4-6輪，其驅(qū)動(dòng)方式有獨(dú)輪或多輪驅(qū)動(dòng)。它的附著力 Fe只與驅(qū)動(dòng)輪和管壁間的接觸正壓力有關(guān)。對(duì)于履帶式管道機(jī)器人基于履帶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它在單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的情況下，正壓力 Ne等于載體與管壁產(chǎn)生的正壓力，因此有大的附著力。同時(shí)，在管道內(nèi)行走的穩(wěn)定性和越障性能上，履帶式行走系的總體性能要優(yōu)與輪式行走系。 因此，本次機(jī)械設(shè)計(jì)采用履帶式行走系的模塊設(shè)計(jì)。6.2履帶行走系履帶行走系的功能是支撐管道機(jī)器人的機(jī)體，并將由傳動(dòng)系輸入的轉(zhuǎn)變?yōu)楣艿罊C(jī)器人在管道內(nèi)的移動(dòng)和牽引力。履帶行走系的裝置包括履帶,驅(qū)動(dòng)輪，張緊機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件，張緊緩沖裝置(本設(shè)計(jì)中將此機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)架上)組成。履帶按材料可分為金屬履帶，金屬橡膠履帶和橡膠履帶。考慮到在輸油管道中行走，金屬履帶的抗腐蝕性較差，并且對(duì)管道的壁面產(chǎn)生一定的損壞，管道機(jī)器人的履帶行走系中的履帶部分采用橡膠履帶。橡膠履帶是用橡膠模壓成的整條連續(xù)的履帶。它噪聲小，不損壞路面，接地壓力均勻。履帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可用類似同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)代替。同步帶傳動(dòng)是靠帶上的齒和帶輪的齒相互嚙合來傳動(dòng)的，因此工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，能獲得準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。它兼有帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的特性和優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)效率可高達(dá)0.98。同時(shí)，由于不是靠摩擦傳遞動(dòng)力，帶的預(yù)張緊力可以很小，因此作用于軸和軸承上的力也就很小。同步帶按齒形可分為梯形齒和圓弧形齒兩種。梯形齒中按齒距可分為周節(jié)制，模數(shù)制，特殊節(jié)距制。結(jié)合管道機(jī)器人履帶部分的尺寸，選取模數(shù)制帶形。由機(jī)械設(shè)計(jì)3

表12-1-55

可查得現(xiàn)有的模數(shù)制同步帶產(chǎn)品，選取

m zb

bs

2 65 115，節(jié)線長Lp

408.41mm。其中模數(shù)

m

2,齒數(shù)

zb

65,

帶寬bs

115(

此為最大的帶寬，廠方可根據(jù)客戶的要求進(jìn)行切割 )，履帶中帶寬bs 26mm。為了增大履帶的接觸地面的摩擦力，將另一段帶的背面和在帶輪上的帶的背面用強(qiáng)力膠水粘和。6.3同步帶和帶輪(履帶)的設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算功率帶傳動(dòng)比：i0＝1；驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速：n1＝43r/min；驅(qū)動(dòng)輪的輸出功率PI＝11w。 選普通V帶型號(hào)因?yàn)橛糜诼膸鲃?dòng)，所以根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表8-7得KA＝1.3；Pc＝KAgPI＝14.3w；模數(shù)制同步帶產(chǎn)品：mzbbs265115節(jié)線長度Lp408.41mm。 求大小帶輪基準(zhǔn)直徑取d1d240mm。6.3.4驗(yàn)算帶速vv1=d1n1=0.09<Vmax（6-1）100060 求V帶基準(zhǔn)長度和中心距初步選取中心距 0.7(d1 d2) a0 2(d1 d2)；取a0＝150mm。L

PO2a0(d1d2)(d2d1)mm；（6-2）425.624a0與原先取的節(jié)線長Lp＝408.41mm相符合；可取齒數(shù)zb65；履帶中中心距是可LpLop（6-3）以調(diào)整的：aa0141.5mm。26.3.6帶寬bsb

p13（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表12-2）（6-4）s10kzFaFcv式中Fa為單位帶寬的許用應(yīng)力，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3表12-1模數(shù)m 2時(shí)，單位帶寬許用拉力Fa6Ngmm1。單位帶寬,單位長度的質(zhì)量mb2.4103kggmm1gm1；由Fc=mbv2=0.01944×103；可求得bsp1103；履帶帶寬bs=26>20.37；符合帶寬要求。kzFaFcv 剪切應(yīng)力驗(yàn)算Pd112（6-5）1.44mbszmv=6=0.27(N/mm)1.442260.09根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表12-1可得許用剪切應(yīng)力p0.5:0.8Ngmm2可得p符合剪切應(yīng)力的要求。 壓強(qiáng)驗(yàn)算ppPd=11=0.653(N/mm2)。（6-6）0.6mbszmv0.622660.09根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表12-1-78可得許用壓強(qiáng)Pp2:2.5Ngmm2。6.3.9求作用在帶輪軸上的切向力F模數(shù)制同步帶輪：Ft=p1=11=122.2>Femax。（6-7）0.09同步帶輪型號(hào)選擇和參數(shù)選擇同步帶中的階梯齒形的模數(shù)制同步帶產(chǎn)品。從現(xiàn)有的同步帶產(chǎn)品中選擇出m zb bs 2 65 115，節(jié)線長Lp＝408.41mm的同步帶的型號(hào)。校驗(yàn)符合實(shí)際情況。第7章行走系中傳動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)機(jī)器人不宜行走過快，所以選用總傳動(dòng)比：i=9.375；Ⅰ級(jí)傳動(dòng)：i1.5；Ⅱ級(jí)傳動(dòng)：i=2.5；Ⅲ級(jí)傳動(dòng)：i=2.5，行走系初步構(gòu)想圖如圖7-1所示。圖7-1 行走系傳動(dòng)系統(tǒng)的三維圖7.1Ⅰ級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)系齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 壽命要求和初步數(shù)據(jù)Ⅰ級(jí)直齒錐齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)扭矩

T1

300Nmm，高速軸轉(zhuǎn)速

n1

400rpm，傳動(dòng)比i 1.5，使用壽命為30000小時(shí)，工作時(shí)有輕度振動(dòng)。 選用材料采用7級(jí)精度軟齒閉式圓錐直齒輪； 小齒輪40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，H1

270HB；大齒輪

45鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，

H2

250HB；齒面粗糙度

1.6。 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)推薦，按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算d134KT22u(ZEZH)2(7-1)d(10.5d)[H]（1）齒數(shù)比u=i=1.5。（2）齒寬系數(shù)d：直齒取d＝0.3。（3）載荷系數(shù)。KKAKVKK(7-2)①工況系數(shù)KA1.00。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表10-2）②動(dòng)載荷系數(shù)KV。取小齒輪齒數(shù) z1＝20；初估小齒輪圓周速度 v1＝0.42m/s。Kv＝1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3 表10-8）③齒向載荷分布系數(shù)uR/(2R)0.265，K1.01。④載荷分布系數(shù)Ka ）大齒輪齒數(shù)z2 iz1＝1.5×20＝30；取z2＝30。b ）螺旋角 0（直齒）c）端面重合度1.883.2(11)cos＝1.61。(7-3)z1z2e）縱向重合度＝。（直齒）0d）總重合度＝1.61查表得K＝1.0。⑤載荷系數(shù)K＝1.01。（4）小齒輪轉(zhuǎn)矩T1300(Nmm)。（5）材料彈性系數(shù)ZE189.8。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表15－17）（6）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH2.5。標(biāo)準(zhǔn)直齒（7）許用接觸疲勞應(yīng)力H＝HlimKHN(7-4)SHmin①小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力Hlim1＝720N/mm2。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3②大齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力Hlim2＝575N/mm2。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3

圖10-21）圖10-21）③最小許用接觸安全系數(shù)設(shè)失效概率1/100；SHminSFmin1.00。④小齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)Ne1=60n1jLh。(7-5)n1＝200r/min；；Lh=30000h；Tmax1T1；Ne1＝7.2×8。J=110⑤大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)Ne2=Ne1/i=4.8×108。⑥大、小齒輪接觸壽命系數(shù)kHN1=kHN2=1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-19）小齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：H1=KHN1Hlim1=720=720(N/mm2)。(7-6)SHmin1.00大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：KHN2Hlim2=5752。(7-7)H2=SH1.00=575(N/mm)min從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應(yīng)力：HH2575(N/mm2)。（8）中心距a，小、大齒輪的分度圓直徑d1,d2，齒寬b1,b2和模數(shù)m4KT1ZEZH21.01300189.52d132()232.510.81取20mm2d(10.5d)u[H]0.3(10.50.3)1.5575取m=1mm。小齒輪齒數(shù)z120,大齒輪齒數(shù)z230；于是d1＝mz1＝20mm；d2＝mz2＝30mm。R=18.03mm，齒寬bdR0.318.035.409(mm)；取小齒輪寬度b15.5mm，大齒輪寬度為b25mm。7.1.4參數(shù)的修正（1）動(dòng)載荷系數(shù)kv小齒輪實(shí)際圓周速度v1d1n1204000.418(m/s)。（7-8）601000601000與初估v1=0.42m/s相符，Kv值無需修正。（2）載荷系數(shù)K及其他參數(shù)均未變，均無需修正。（3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不變。7.1.5彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算4KT1YFaYsa[F]（7-9）FR(10.5R)2z12m3u21（1）已知數(shù)據(jù)K=1.01；T1＝300Nmm；T2＝450Nmm。（2)當(dāng)量齒數(shù)①小、大齒輪的分錐角1,2。cos1ctg1/1ctg21u/1u20.832；cos20.554（7-10）②小、大齒輪的當(dāng)量齒數(shù) ze1,ze2。ze1z1/cos124.04；ze2z2/cos294.88（7-11）（3)齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表10-5）小齒輪齒形系數(shù)YFa12.65，大齒輪齒形系數(shù)YFa22.2小齒輪應(yīng)力校正系數(shù)YSa11.58，大齒輪應(yīng)力校正系數(shù)YSa21.78。（4）許用彎曲疲勞應(yīng)力F=FlimKFN（7-12）SFmin①小齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力Flim1280N/mm2，大齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力Flim2210N/mm2。②最小許用彎曲安全系數(shù)保失效概率 1/100，選擇最小安全系數(shù) SFmin1 SFmin2 1.3。③彎曲壽命系數(shù)Ne1=2.4108；8；KFN1=KFN2=0.96（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-18）Ne21.2101F2

=Flim1KFN1=2800.962（7-13）SF1.3=206.77(N/mm)。min=Flim2KFN2=2100.962（7-14）SF1.3=155.08(N/mm)。min4KT1YFa1Ysa14KT2YFa2Ysa2F10.5R)2z12m3u21F2R(1R(10.5R)2z22m3u214*1.01*300*2.65*1.584*1.01*450*2.2*1.780.3*(10.5*0.3)2*2021.5210.3*(10.5*0.3)2*302*1.52132.47N/mm220.24N/mm2因?yàn)镕1[F]1；F2[F]2；所以校驗(yàn)合格。根據(jù)上述計(jì)算，齒輪數(shù)據(jù)如表7-1。表7-1一級(jí)齒輪組的具體數(shù)據(jù)項(xiàng)目單位小齒輪大齒輪大端模數(shù)mmm1傳動(dòng)比i1.5端面壓力角t()20齒數(shù)z2030齒寬bmm5.55大端分度圓直徑dmm2030中點(diǎn)分度圓直徑dmm1725.5齒高h(yuǎn)mm2.22.2大端齒頂圓直徑damm21.66431.11大端齒根圓直徑dfmm18.6728.67錐距mm18.037.2Ⅱ級(jí)傳動(dòng)系齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 壽命要求和初步數(shù)據(jù)Ⅱ級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)扭矩 T1 450Nmm，高速軸轉(zhuǎn)速n1 267rpm，傳動(dòng)比i=2.5，使用壽命為30000小時(shí)，工作時(shí)有輕度振動(dòng)。7.2.2選用材料采用7級(jí)精度軟齒閉式圓柱直齒輪：小齒輪40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，H1270HB；大齒輪45鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，H2250HB；齒面粗糙度1.6。7.2.3接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算因?yàn)槭擒淉X輪，故按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算，按彎曲疲勞強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算。2d2kT1u1ZHZE3udH（1）齒數(shù)比u=i=1.6。（2）齒寬系數(shù) d：直齒取 d＝0.8。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3表10-7）（3）載荷系數(shù)。KKAKVKK①工況系數(shù)KA1.00。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表10-2）②動(dòng)載荷系數(shù)KV。取小齒輪齒數(shù)z1＝12；初估小齒輪圓周速度 v1＝0.17m/s。Kv＝1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3圖10-8）③齒向載荷分布系數(shù) K 1.11。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3表10-4）

（7-15）（7-16）④載荷分布系數(shù)K。a）大齒輪齒數(shù)ziz＝2.5×12＝30，取z2＝30。21b）螺旋角0。（直齒）c）端面重合度11)cos＝1.51。（7-17）1.883.2(z2z1d）縱向重合度＝。（直齒）0e）總重合度＝1.51；K＝1.12。⑤載荷系數(shù)K＝1.2432。（4）小齒輪轉(zhuǎn)矩T1450(Nmm)（5）材料彈性系數(shù)ZE 189.8。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3表10-6）（6）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH 2.5。標(biāo)準(zhǔn)直齒（7）許用接觸疲勞應(yīng)力H＝HlimKHN（7-18）SHmin①小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力Hlim1＝720N/mm2。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-21）②大齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力Hlim2＝575N/mm2。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-21）③最小許用接觸安全系數(shù)。設(shè)失效概率1/100；SHminSFmin1.00。④小齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)Ne1=60n1jLh。（7-19）n1＝267r/min；；=30000h；Ne1＝3.177×8。J=1Lh10⑤大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)Ne2=Ne1/i=1.27×108。⑥大、小齒輪接觸壽命系數(shù)kHN1=kHN2=1。(根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-19)小齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：KHN1Hlim1=7202（7-20）H1=SH=720(N/mm)。min1.00大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：KHN2Hlim2=5752（7-21）H2=SH1.00=575(N/mm)。min從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應(yīng)力：HH2575(N/mm2)。（8）中心距a，小、大齒輪的分度圓直徑d1,d2，齒寬b1,b2和模數(shù)m2kT1u1221.2432450(2.51)2.5189.52dmin1=ZHZE=310.9取3u0.82.5575dH12mm；中心距ad1(1+i)=1×12×（1+2.5）=21mm圓整為a=21mm；模數(shù)m＝2a22z1z2＝1.00mm；取m＝1mm；Z1=Z1Z2=12取z112，初選正確；Z2=30；于是d1＝mz11i＝12mm；d2＝mz2＝；齒寬b=dd1=0.3×；取小齒輪寬度b1=5mm，大30mm12=3.6mm齒輪寬度為b2=4.5mm。7.2.4參數(shù)的修正（1）動(dòng)載荷系數(shù)Kv。小齒輪實(shí)際圓周速度v1=d1n1=12267=0.1678m/s601000601000與初估v1=0.17m/s相符，Kv值無需修正。（2）載荷系數(shù)K及其他參數(shù)均未變，均無需修正。（3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不變。7.2.5彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算F2KT1YFaYSaF（7-22）bd1mn（1）具體數(shù)據(jù)K=1.2432；T1＝450Nmm；T2＝1125Nmm。b=5mm；d1=12mm；d2＝30mm；mn=m=1mm。（2）齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)小齒輪齒形系數(shù)YFa12.95，大齒輪齒形系數(shù)YF2=2.52小齒輪應(yīng)力校正系數(shù)YSa11.52，大齒輪應(yīng)力校正系數(shù)YSa2=1.625。（3）許用彎曲疲勞應(yīng)力F=FlimKFN（7-23）SFmin(根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-20)小齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 Flim1 280N/mm2，大齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力2Flim2 210N/mm。保失效概率 1/100，選擇最小安全系數(shù) SFmin1=SFmin2=1.3。③彎曲壽命系數(shù)（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3圖10-18）Ne1=3.177×108；Ne2=1.27×108；KFN1=KFN2=0.96。F2=Flim2KFN2=2100.96=155.08(N/mm2)。（7-24）SFmin1.3=Flim1KFN1=2800.962（7-25）F1SF1.3=206.77(N/mm)。minF1=2KT1YFa1Ysa1=21.2432450×2.95×1.52=435.5。（7-26）bd1mn9.6121F2=2KT1Ysa2YFa2=21.24321125×2.55×1.61=39.87。（7-27）bd1mn9.6301因?yàn)镕1[F]1；F2[F]2；所以校驗(yàn)合格。標(biāo)準(zhǔn)齒輪ha*=1，C=0.25；小齒輪的變?yōu)橄禂?shù)x=17Z1=0.176；齒頂圓直徑17da=Zm+2（h*a+x）m；齒根園直徑df=Zm-2（h*a+C-x）m；齒全高h(yuǎn)=（2ha*+C）根據(jù)上述計(jì)算，齒輪數(shù)據(jù)如表 7-2。表7-2 二級(jí)齒輪組的具體數(shù)據(jù)項(xiàng)目中心距a模數(shù)m傳動(dòng)比i端面壓力角 t齒數(shù)z齒寬b分度圓直徑d齒高h(yuǎn)齒頂圓直徑da

單位小齒輪大齒輪mm21.294mm12.5()201230mm54.5mm1230mm2.252.25mm14.58832齒根圓直徑dfmm10.08827.5節(jié)圓直徑mm12.16830.427.3Ⅲ級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)計(jì)算 壽命要求和初步數(shù)據(jù)Ⅲ級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)扭矩 T1=1125，高速軸轉(zhuǎn)速n1=106.8rpm，傳動(dòng)比i=2.5，使用壽命為30000小時(shí)，工作時(shí)有輕度振動(dòng)。7.3.2選用材料采用7級(jí)精度軟齒閉式圓柱直齒輪；小齒輪40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，H1270HB；大齒輪45鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)，H2 250HB；齒面粗糙度1.6。 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算因?yàn)槭擒淉X輪，故按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算，按彎曲疲勞強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算2kT1u12dZHZE3udH（1）齒數(shù)比u=i=2.5（2）齒寬系數(shù)d：直齒取d＝0.8。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表10-7）（3）載荷系數(shù)KKAKVKK①工況系數(shù)KA1.00。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表10-2）②動(dòng)載荷系數(shù)KV。取小齒輪齒數(shù)z1＝16；初估小齒輪圓周速度 v1＝0.09m/s。Kv＝1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3圖10-8）③齒向載荷分布系數(shù)K1.11。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表10-4）④載荷分布系數(shù)K。a）大齒輪齒數(shù)z2iz1＝2.5×16＝40；取z2＝40。b）螺旋角0。（直齒）c）端面重合度1.883.2(11)cos＝1.60。z1z2

（7-28）（7-29）（7-30）d ）縱向重合度 ＝0。（直齒）e ）總重合度 ＝1.60；K ＝1.12。⑤載荷系數(shù)K＝1.2432。（4）小齒輪轉(zhuǎn)矩T1=1125（N.mm）。（5）材料彈性系數(shù)ZE 189.8。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3表10-6）（6）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH 2.5。標(biāo)準(zhǔn)直齒（7）許用接觸疲勞應(yīng)力H＝HlimKHN（7-31）SHmin①小齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力Hlim1＝720N/mm2。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-21）②大齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力Hlim2＝575N/mm2。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-21）③最小許用接觸安全系數(shù)設(shè)失效概率1/100SHminSFmin1.00。④小齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)Ne1=60n1jLh。（7-32）n1＝166r/min；J=1；Lh=30000h；Ne1＝1.92×108。⑤大齒輪接觸應(yīng)力當(dāng)量循環(huán)次數(shù)Ne2=Ne1/i=1.92108=0.768×108。2.5⑥大、小齒輪接觸壽命系數(shù)kHN1=kHN2=1。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-19）小齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：KHN1Hlim1=7202。（7-33）H1=1.00=720(N/mm)SHmin大齒輪許用接觸疲勞應(yīng)力：KHN2Hlim2=5752。（7-34）H2=1.00=575(N/mm)SHmin從上兩式中取小者作為許用接觸疲勞應(yīng)力：HH2575(N/mm2)。（8）中心距a，小、大齒輪的分度圓直徑d1,d2，齒寬b1,b2和模數(shù)m22dmin1=32kT1u1ZHZE=321.24321125(2.51)2.5189.5＝14.92mmduH0.82.5575d1(1+i)=1×16×（1+2.5）=28mm，圓整為a=28mm；模數(shù)m＝取16mm；中心距a222a＝1.00mm；取m＝1mm；Z1=Z1Z2=16取z1，初選正確；Z2=40；于是d1z1z21i16mz1＝16mm；d2＝mz2＝40mm；齒寬b=dd1=0.8×16=12.8；取小齒輪寬度b1=13mm，大齒輪寬度為b2=12.8mm。7.3.4參數(shù)的修正（1）動(dòng)載荷系數(shù)Kv。小齒輪實(shí)際圓周速度v1=d1n1=16106.8=0.089（m/s）601000601000與初估v1=0.09m/s相符，Kv值無需修正。（2）載荷系數(shù)K及其他參數(shù)均未變，均無需修正。（3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸及參數(shù)保持不變。7.3.5彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算F2KT1YFaYSaF（7-35）bd1mn（1）具體數(shù)據(jù)K=1.2432；T1＝1125Nmm；T2＝2812.5Nmm。b=5mm；d1=16mm；d2＝40mm； mn=m=1mm。（2）齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表10-21）小齒輪齒形系數(shù)YFa12.95，大齒輪齒形系數(shù)YF2=2.40小齒輪應(yīng)力校正系數(shù)YSa11.52，大齒輪應(yīng)力校正系數(shù)YSa2=1.67。（3）許用彎曲疲勞應(yīng)力F=FlimKFN(根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3圖10-20)（7-36）SFmin①小齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力Flim1280N/mm2，大齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力Flim2210N/mm2。②最小許用彎曲安全系數(shù)保失效概率 1/100，選擇最小安全系數(shù) SFmin1=SFmin2=1.3。③彎曲壽命系數(shù)（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 3圖10-18）Ne1=1.92×108；Ne2=0.768×108；KFN1=KFN2=0.961F2

=Flim1KFN1=2800.962（7-37）SF1.3=206.77(N/mm)min=Flim2KFN2=2100.962（7-38）SF1.3=155.08(N/mm)minF1=2KT1YFa1Ysa1=21.24321125×2.95×1.52=61.24（Nmm）（7-39）bd1mn12.8161F2=2KT1Ysa2YFa2=21.24322812.5×2.40×1.67=54.74（Nmm）（7-40）bd1mn12.8401因?yàn)镕1[F]1；F2[F]2；所以校驗(yàn)合格。根據(jù)上述計(jì)算，齒輪數(shù)據(jù)如表7-3。表7-3三級(jí)齒輪組的具體數(shù)據(jù)項(xiàng)目單位小齒輪大齒輪中心距amm28模數(shù)mmm1傳動(dòng)比i2.5端面壓力角t()20齒數(shù)z1640齒寬bmm65分度圓直徑dmm1640齒高h(yuǎn)mm2.252.25齒頂圓直徑damm1842齒根圓直徑dfmm13.537.5節(jié)圓直徑mm1640第8章行走系中軸系零件的設(shè)計(jì)行走系中軸系零件的驅(qū)動(dòng)輪軸、從動(dòng)輪軸初步構(gòu)想圖分別如圖 8-1、8-2所示。圖8-1 驅(qū)動(dòng)輪軸的三維圖圖8-2 從動(dòng)輪軸的三維圖8.1履帶軸系驅(qū)動(dòng)輪軸零件設(shè)計(jì)計(jì)算 驅(qū)動(dòng)輪軸的計(jì)算（1）概略計(jì)算軸徑①驅(qū)動(dòng)輪軸選用40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)則整根高速軸都使用材料 40Cr，調(diào)質(zhì)。查表機(jī)械設(shè)計(jì)311-6，材料的拉伸強(qiáng)度限 B 750N/mm2，拉伸屈服限s 550N/mm2，彎曲疲勞限 1 350N/mm2，扭轉(zhuǎn)疲勞限 1 200N/mm2。②驅(qū)動(dòng)輪軸固定在履帶板上，靜止不動(dòng)，并不具有傳遞功率的作用。相當(dāng)與軸承的作用，支撐驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）驅(qū)動(dòng)輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮軸上零件的固定及便于軸系零件的裝拆，采用階梯軸結(jié)構(gòu)如圖 8-3所示。①為軸頭1，上有軸承蓋,固定軸承的位置，所以取深溝球軸承 61800，并且軸的長伸到履帶板的外面，直徑取為 10mm。②2段的作用為軸肩，固定軸承的位置，所以直徑取得比 1段稍大，為11mm。3段為軸頸，直徑取17mm，故支承用深溝球軸承61803采用油脂潤滑。④4段軸的直徑為20mm。4312圖8-3 驅(qū)動(dòng)輪中結(jié)構(gòu)簡圖（3）計(jì)算支反力和繪制彎矩圖及扭矩圖由于驅(qū)動(dòng)輪軸并不傳遞功率， 只是起到支撐的作用，所以只用校驗(yàn)驅(qū)動(dòng)輪軸的強(qiáng)度，如圖8-4所示。軸承I 軸承IIF圖8-4驅(qū)動(dòng)輪軸的受力圖F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力，如圖8-5所示。FRv1Rv2L1L2L3圖8-5 驅(qū)動(dòng)輪軸的支點(diǎn)受力圖L2=15mm L3=15mmRv1=FL3/(L2+L3)=17015/30=85N；Rv2=F-Rv1=170-85=85N。（8-1）②垂直面彎矩圖，如圖 8-6所示。Mv圖8-6驅(qū)動(dòng)輪軸的彎矩圖Mv=Rv1L2=85×15=1275N×mm（8-2）8.1.2高速軸校驗(yàn)（1）強(qiáng)度校驗(yàn)①危險(xiǎn)截面為F施加在軸上面的力的面，其當(dāng)量彎矩為Me=Mv=1275N×mm。②軸為40Cr，調(diào)質(zhì)；B＝750MPa；[1b]=70MPadMe=5.67mm；此截面處直徑為17mm，遠(yuǎn)滿足要求。（8-3）30.1[1b]（2）軸上軸承的計(jì)算滾動(dòng)軸承基本額定壽命的檢驗(yàn)，預(yù)計(jì)壽命30000h。（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表16－11）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3附表22－3：軸承的基本額定動(dòng)載荷C=40.8KN。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表16－9、10得溫度系數(shù)（假定工作時(shí)溫度100度）載荷系ft=1數(shù)fp=1對(duì)球軸承3。驅(qū)動(dòng)軸只受徑向力F的作用,Rv1=85NRv2=85N；故其當(dāng)量動(dòng)載荷取P=85NLh=106ftC=43196.6h>軸承的預(yù)期壽命30000h。因此滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)合理。60nfpp8.2履帶軸系零件錐齒輪傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算 錐齒輪軸設(shè)計(jì)計(jì)算（1）概略計(jì)算軸徑①錐齒輪軸采用齒輪軸；因高速軸的齒輪在前面的設(shè)計(jì)中已設(shè)計(jì)為選用

40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)；則整根高速軸都使用材料

40Cr，調(diào)質(zhì)；根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)

3表

20－2；材料的拉伸強(qiáng)度限

B

750N/mm2

，拉伸屈服限

s

550N/mm2

，彎曲疲勞限1

350N/mm2，扭轉(zhuǎn)疲勞限

1

200N/mm2。②高速軸傳遞功率

P

0.0126kW

，轉(zhuǎn)速

n1

267rpm。a ）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算：

d

C3

Pn

；C＝98～107；取

C＝104；則d

3.76mm。b ）按扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行計(jì)算

d

(91~108)

4

P

＝934

0.0126

＝5.9mm；取直徑為

d=6m。n

267（2）錐齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮軸上零件的固定及便于軸系零件的裝拆，采用階梯軸結(jié)構(gòu)如圖 8-7所示。1段為軸頸，直徑為軸直徑最小值，取6mm，和錐齒輪過盈連接，支承采用深溝球軸承61801,采用脂潤滑。②2段軸為軸肩，固定滾動(dòng)軸承，并裝有軸承蓋。軸直徑略大于軸頸，取 11mm。3段為軸頸，直徑取6mm，故支承用深溝球軸承6308。采用油脂潤滑。并和圓柱齒輪間有過盈連接。3 12圖8-7 錐齒輪軸的結(jié)構(gòu)圖 錐齒輪軸校驗(yàn)（1）計(jì)算支反力和繪制彎矩圖及扭矩圖①求軸上各力，受力示意圖如圖 8-9所示。FaFr1Fr2軸承IFt2軸承IIFt1圖8-9錐齒輪軸的受力圖直齒輪(為一對(duì)齒輪中的主動(dòng)輪)：圓周力Ft1=2T1=2450=75N；徑向力d112Fr1=Ft1tg=75×tg200=27.3N；軸向力Fa=0。(直齒輪無軸向力)圓錐齒輪(為一對(duì)齒輪總的從動(dòng)輪)：圓周力Ft22T12*450dm30N。30徑向力Fr2Ft2tg30tg20cos566.1N。（8-4）軸向力FaFt2tgsin230tg20sin569.0N。（8-5）②垂直平面內(nèi)支承點(diǎn)得支反力，如圖8-10所示。L1L2L3Ft1Rv1Ft2Rv2圖8-10 錐齒輪軸的支點(diǎn)受力圖L1=7.5mm,L2=20.5mm,L3=7.5mmR v1=－91.875N；Rv2=46.875N③水平面支承反力，如圖 8-11所示。L1

L2

L3Fr1

Rh1

Fr2

Rh2圖8-11 錐齒輪軸的支點(diǎn)受力圖R h1=－32.98N；Rh2=11.78N④垂直面彎矩圖，如圖 8-12所示。MvaMvb圖8-12錐齒輪軸的垂直面彎矩圖A,B截面的彎矩大小為：Mav=Ft1L1=562.5(N×mm)（8-6）Mvb=Rv2L3=46.875×7.5=351.56(N×mm)（8-7）⑤水平面產(chǎn)生的彎矩圖，如圖 8-13所示。MhaMhb圖8-13 錐齒輪軸的水平面彎矩圖Mha=Fr1L1=204.75(N×mm)；Mhb=Rh2L3=88.35(N×mm)。（8-8）⑥合成彎矩最不利的情況：將Mva,Mvb相疊加；Ma(Mav2MaH2)1/2=598.6Ngmm（8-9）⑦軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T450Ngmm（2）強(qiáng)度校驗(yàn)①危險(xiǎn)截面為a面其當(dāng)量彎矩為Me(Ma2(T)2)1/2=656.7Ngmm；其中，取折合系數(shù)＝0.6。②軸為40Cr，調(diào)質(zhì)；由表14－1查得B＝750MP；根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表14－3a查得[1b]=70MPaMe=4.54mm；此截面處直徑為6mm，故滿足要求。d30.1[1b]2段軸為非危險(xiǎn)截面，同時(shí)直徑也要大，所以軸強(qiáng)度較和滿足。（3）軸的剛度校驗(yàn)：①軸的彎曲變形計(jì)算de(diLi)/Li=6.405mm；l=Li=34mm;材料彈性模量E2.1105MPa光軸剖面的慣性矩I0.05de4＝84.15m撓度yFrl34819.273430.0089348EI2.110584.15由P590對(duì)齒輪軸許用撓度[y](0.01~0.03)m；m為齒輪模數(shù)3；許用偏轉(zhuǎn)角[]＝0.005rad；許用扭轉(zhuǎn)角[]oo/m，所以，y[y]；偏轉(zhuǎn)角Frl20.25~1l＝16EI0.000079<[]；故滿足變形條件。②軸的扭轉(zhuǎn)變形的計(jì)算材料的切變模量G0.81105MPa。軸的扭轉(zhuǎn)角1nTlii0.00015rad0.08<[]，所以滿足條件。G4i10.1di8.2.3錐齒輪軸承的壽命計(jì)算（1）錐齒輪上軸承的計(jì)算滾動(dòng)軸承基本額定壽命的檢驗(yàn)預(yù)計(jì)壽命30000h（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3表16－11）查附表22－3：軸承的基本額定動(dòng)載荷C=40.8KN；溫度系數(shù)ft（假定工作時(shí)溫度=1100度）；載荷系數(shù)fp=1.2（由題目給定有輕微振動(dòng)）；對(duì)球軸承3。由上面軸的力學(xué)分析可得:Frmax=R2v1R2v2=97.62N；Fa9N。由Fa=0.092<0.25，可得徑向載荷系數(shù)X1；軸向載荷系數(shù)Y0。Frmax故其當(dāng)量動(dòng)載荷取最大值P=97.62N。Lh106(ftC)=4562.88×106h>軸承的預(yù)期壽命30000h，因此滾動(dòng)軸承的60nfpP設(shè)計(jì)合理。8.3履帶軸系零件從動(dòng)輪傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算驅(qū)動(dòng)輪軸的計(jì)算（1）軸徑的尺寸的初訂①從動(dòng)輪軸選用40Cr鋼，鍛件，調(diào)質(zhì)則整根高速軸都使用材料 40Cr，調(diào)質(zhì)。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)3查表20－2；材料的拉伸強(qiáng)度限 B 750N/mm2，拉伸屈服限s 550N/mm2，彎曲疲勞限 1 350N/mm2，扭轉(zhuǎn)疲勞限 1 200N/mm2。②從動(dòng)輪軸固定在履帶板上，靜止不動(dòng)，并不具有傳遞功率的作用。相當(dāng)與軸承的作用，支撐驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）從動(dòng)輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮軸上零件的固定及便于軸系零件的裝拆，采用階梯軸結(jié)構(gòu)；軸結(jié)構(gòu)和和從動(dòng)輪的中心相對(duì)稱結(jié)構(gòu)圖如圖8-14所示。：圖8-14 從動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)圖①為軸頭1，上開有張緊的螺釘孔，并和履帶帶板相接觸，取軸直徑為 6mm。②2段的為軸身，裝軸承蓋，取軸直徑為 13mm。③3段為軸頸，直徑取 15mm，故支承用深溝球軸承 61802，采用油脂潤滑。④4段軸為軸肩，起到固定軸承的作用，直徑為19mm。⑤5段軸為軸身，連接兩邊軸肩的作用，取直徑為24mm。（3）計(jì)算支反力和繪制彎矩圖由于驅(qū)動(dòng)輪軸并不傳遞功率，只是起到支撐的作用，所以只用校驗(yàn)驅(qū)動(dòng)輪軸的強(qiáng)度，而且沒有扭矩的存在，如圖8-15所示。軸承I軸承II張緊力張緊力圖8-15從動(dòng)輪軸的受力圖F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力，如圖8-16所示。F1 F2Rv1Rv2L1L2L3圖8-16從動(dòng)輪的支點(diǎn)受力圖L1L36.5mm,L221mm圖中F1,F2為螺母所施加的張緊力?？梢宰龊喕幚硭愠鯢1F2F36N2軸承支反力：Rv1(L2L3)Rv2L3F1(L1L2L3)；Rv1Rv236N②垂直面彎矩圖，如圖 8-17所