管道清潔機器人畢業設計論文-資料下載頁

【導讀】成油垢、水垢，存留沉積物，腐蝕物等，使有效傳輸管徑減少，效率下降，物耗、能耗增加，工藝流程中斷，設備失效，發生安全事故。善這些情況，但要完全避免污垢的產生是不可能的。我國的管道清洗行業。率低、污染環境等，遠遠不能滿足現代社會日益增長的要求。高效的清洗方法成為工業生產和人民生活的不可或缺的環節。利用行星磨頭清洗是一種新的清洗方法。與化學清洗及手工、機械清。達到返舊還新的效果。具有可觀的經濟和社會效益。相關從業人員關注的問題。現有油煙管道機器人由于機械執行機構。只有一個自由度，清洗管道壁時，要通過不斷調整機器人的位姿來實現，賓館飯店常常位于高層建筑物中，豎。直煙道的清洗是管道清洗的重要任務。域也應用了大量管道，這些管道大多埋于地下或海底，輸送距離近千里，中，或者管道內徑很小，在做質量檢測、故障診斷、清洗時比較困難。

　　

【正文】 45 35～ 55 0A 149～ 126 135～ 112 135～ 103 112～ 97 由上式可得軸的直徑 33 0955 000 0 955 000 TTp p pd nnn A??? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ 42） 式中，30 TpA ?? ???? 查表 42，對于空心軸，則 ? ?30 41 pd nA ?? ? 式中， 1dd?? ，即空心軸的內徑 d1 與外徑 d 之比，通常取 ?? ～ 應當指出，當軸截面上開有鍵槽時，應增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱。對于直徑 d100mm 的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大 3%；有兩個鍵槽時，應增大 7%。對于直徑 d≤ 100mm 的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大5%～ 7%；有兩個鍵槽時，應增大 10% 15%。然后將軸徑圓整為標準直徑。應當注意，這樣求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑 mind 。 管道機器人的設計與運動仿真 第 42頁 共 45頁 2．按彎矩扭合成強度條件計算 通過軸的結構設計，軸的主要結構尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和反支力的 作用位量均已確定，軸上的載荷（彎 矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎矩扭合成強度條件對軸進行強度校核計算。一般的軸用這種方法計算即可。其計算步驟如下 (1) 做出軸的計算簡圖（即力學模型） (a)向心軸承 (b)向心推力軸承 (c)并列向心軸承 (d)滑動軸承 圖 43 軸的支反力作用點 軸所受的載荷是從軸上零件傳出來的，計算時，常將軸上的分布載荷華北科技學院畢業設計 （論文） 第 43頁 共 45頁 簡化為集中，其作用點取為載荷分布段的中點。作用在 軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂寬度中點算起。通常把軸當作置于鉸鏈支座上的梁，反支力的作用點與軸承的類型和布置方式有關，可按圖 43 確定。圖 b 中的 a 值可查滾動軸承樣本手冊，圖 d 中的 e 值與滑動軸承的寬徑比 /1Bb? 時，取? ； 當 /1Bb? 時，取 ? ，但不小于 ? ? B? ；對于調心軸承，? 。 (a) (b) (c) (d) 管道機器人的設計與運動仿真 第 44頁 共 45頁 (e) (f) (g) 圖 44 軸的載荷分析圖 在做計算簡圖時，應先求出軸上受力零件的載荷（若為空間力系，應把空間力分為圓周力、軸向力和徑向力，然后把他們全部轉化到軸上），并將其分解為水平分力和垂直分力，如圖 44b所示。然后求出各支承處的水平反力 AHR 和垂直反力 BHR （軸向反力可表示在適當的面上，圖 44d 是表示在垂直面上，圖 44d 是表示在垂直面上，故標以 AVR 和 BVR ） (2)做出彎矩圖 根據上述簡圖，分別按水平面和垂直面計算各力產生的彎矩，并按計算結果分別做出水平面上的彎矩HM 圖（圖 44c）和垂直面上的彎矩VM ，圖（圖 44e）；然后按下式計算總彎矩并做出 M 圖 (圖 44f)。 (3)做出扭矩圖 如圖 44g所示。 (4)初步估算軸的直徑 選擇軸的材料為 40Cr 經調質處理 ，由表 42 查得材料機械數據為： 700b MP? ? 華北科技學院畢業設計 （論文） 第 45頁 共 45頁 500 as MP? ? 1 320 aMP? ? ? 1 185 aMP?? ? 根據公式初步計算軸直徑3 Tpd n?? ???? =33 Tpn????? = 30 pA n 帶入數據得出 d? ，現在選擇mind ? ， 軸的結構設計 根據軸上面的定位要求，現在軸的基本參數如下圖所示： 圖 45 軸的基本尺寸參數 鍵的校核 選用 A 型普通鍵，軸鍵、輪轂的材料都用 20 鋼。 66bh? ? ? 取 L 為 20 管道機器人的設計與運動仿真 第 46頁 共 45頁 32 1 0 410Hb bK ldT? ?? ??? ? ??? 式中： T — 傳遞的轉矩 K — 鍵與輪轂、鍵槽的接觸高度 3Kh?? l — 鍵的工作長度： 17l L b mm? ? ? ； d — 軸的直徑； p????? — 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力， MPa ，見表43； 表 43 許用應力參數 許用擠壓應力、許用壓力 連接方式 鍵或轂、軸的材料 載荷性質 靜載荷 輕微載荷 沖擊 p????? 靜連接 剛 120～ 150 100～ 120 60～ 90 鑄鐵 70 ～ 80 50～ 60 30～ 45 410b??? 所以此鍵符合要求． 華北科技學院畢業設計 （論文） 第 47頁 共 45頁 5 過彎道能力和其他部件設計 彈簧的設計 根據我們的設計情況，我們應該選用圓柱螺旋壓縮彈簧。當此機器人在管道內行走時受到的最大壓力為 40KG，急彈簧的最大壓力為 =392N。其受力圖如圖 51 所示 圖 51 圓柱螺旋壓縮 彈簧受力圖 1．根據條件選擇材料，并確定其許用應力。 因彈簧在一般在和條件下工作，可以按第 3類彈簧來考慮，現選用碳素彈簧鋼絲 C級，我們設計導柱為 14mm間隙 c為 4mm，則彈簧中徑 D為 18mm。現估計取彈簧直徑為 3mm． 2．根據強度條件計算彈簧鋼絲直徑。 現選取旋繞比 6c? ，由《機械設計》 ： 4 1 0 .6 1 5 1 .2 541cK cc?? ? ?? （ 51） 根 據 《機械設計》 式 ()得 管道機器人的設計與運動仿真 第 48頁 共 45頁 ? ?2 3 9 2 1 . 2 5 639。 1 . 6 1 . 6 3 . 4 6628F K cd ? ??? ? ? 改取 mm? ， H? 不變，故 (? )不變，取 18D mm? ， 1 8 / 3 .2 5 .6 2 5c ??.計算得 1 .253K? ，于是 ? ?2 3 9 2 1 . 2 5 3 5 . 6 2 539。 1 . 6 1 . 6 3 . 1 8628F K cd ? ??? ? ? 上值與原來估計值相近，取彈簧鋼絲的標準直徑 d=，此時D=18mm，是標 準值，則： 2 1 8 21 .2D d m mD ? ? ? ? ? 3．根據剛度條件，計算彈簧圈數 n。據我們設計要求，可選彈簧圈數為 10圈。 4．驗算。 (1)彈簧初拉力 0 1 1FF F k ??? （ 52） 初應力 0? ：按 《機械設計》 式 ()得 00 3839。 K 9 5 .4 4FD M pad? ??? 當 C=，初應力 0? 的推薦值為 65～ 150Mpa，所以此初應力值合適。 (2)極限工作應力 lim? 取min B?? ? ，則 m in 0. 56 15 70 87 9. 2M pa M pa? ? ? ? 過彎道能力的設計 工作原理 本設計的管道清潔機器人屬于輪腿式自驅動的一種。機器人由相同結華北科技學院畢業設計 （論文） 第 49頁 共 45頁 構的兩節連接組成，每一節前后各有 3 組驅動輪，沿圓周方向兩兩間隔 120? 均勻分布。兩節共有 12 驅動電動機，能獨立工作，提高了機器人的穩定性。輪子與管道壓力由彈簧的彈力來提供。機器人所需要的動力及控制電路外置并通過電纜連接到管內機器人。管外 設有控制平臺，通過電纜與管內機器人連接，機器人頭部的清潔刷用來清潔管道內壁，自帶的攝像裝置可將管內圖像同步傳輸到管外的顯示器。 過彎道能力的幾何量設計 管道對機器人的幾何條件限制 目前大部分管道機器人可以輕松地通過水平直管及在傾斜度為 30176。 以內的上升管道內爬動。對于彎道、直管、異徑管等管道，機器人的設計必須滿足管道的幾何條件限制，否則不可能成功通過這些管道。曲率半徑是這些管道機器人能通過能力主要的限制 ，在一定的曲率半徑下，太細長或者太粗短的機器人都容易在管道內卡死，使之不能 通過管道。本管道機器人針對內徑 248。225mm 的 管 道進行設計，并考慮直角彎道的情況，因此應討論機器人在這類管道中所應滿足的幾何條件限制，驗證所設計的幾何量尺寸是否滿足機器人通過管道直角彎頭所要求的幾何 尺寸。因為機器人整體所具有的兩節機身幾何量相同，所以只需要考慮單節機身的幾個尺寸。 管道機器人的設計與運動仿真 第 50頁 共 45頁 圖 52 單節機身的簡化圖。 單節機身在管道中的兩種極限姿態位置 對于圓形截面管道的直角彎頭，機器人最有可能被卡死的位置是在機身中心軸線 GH與管道中心軸線成 45176。 夾角 的位置，根據機器人自身的姿態，又可分為兩種極限姿態位置，以下簡稱位置 1 和位置 2。與圓形管道軸線成45176。 夾角的傾斜截面是橢圓，由于機器人整體結構的對稱性，單節機身縱向視圖可簡化為橢圓的內接正三角形，于是可以通過計算橢圓內接正三角形的有關參數來設計合理的機器人結構尺寸。 在圖 53 和圖 54 中， GH 為單節機身的中心軸線，各已知的尺寸分別為 100d mm? , 2 141AP d mm?? , 141CQ AP mm?? , 240CD mm? , 240GH mm? 。 華北科技學院畢業設計 （論文） 第 51頁 共 45頁 圖 53 姿勢位置 1 圖 54姿勢位置 2 計算橢圓內接正三角形的有關參數 建立如圖 55所示的直角坐標系，設橢圓的長軸長為 2a ，短軸長為 2b 。由 2 14 1AB a mm?? ，得 70a mm? ；由 2 10 0CD b mm?? ，得 50b mm? 。所以橢圓方程為 22170 50xy? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? 圖 55 橢圓內接最大正三角形 設內接三角形 AEF的邊上為 2l ，則 EG=l ， AG= 3l 。將 yl? 代入橢圓方程管道機器人的設計與運動仿真 第 52頁 共 45頁 得 22170 50xy? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? 所以可得 227 0 1 , O G = 7 0 15 0 5 0llx ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?即 由 2O G =70 150l???????且 AG OG a?? ，得 23 7 0 1 7 050ll ??? ? ????? ，進而得 0l? 或49l? ? 取 49l? ，則 85AG mm? ， 98AE mm? 。 所以正三角形的內接圓 半徑 2833EG EFr m m? ? ? 取 28r mm? 驗算位置 1 和位置 2 的相關尺寸 （ 1） 驗算位置 1 的相關尺寸 2 2 2 22 2 5 1 2 0 1 9 0O E O C CE m m? ? ? ? ? 取 190OE mm? 。又 28CG r mm?? ， 240GH mm? ， 28EF CG mm?? ，85 28 57EF AH AG GH mm? ? ? ? ? ?， 3 8 5 2 8 5 7E F A H A G G H l r m m? ? ? ? ? ? ? ? 因為 OF 大于支座的等效半徑 20mm ，所以此位置下機身可以通過直角彎道。 （ 2） 驗算位置 2 的相關尺寸 ? ?2 552A B G HP Q A C m m?? ? ? 2 141PR d mm?? 141 55 86Q R PR PQ m m? ? ? ? ? 華北科技學院畢業設計 （論文） 第 53頁 共 45頁 2 122QG QR mm?? 86