毕业设计（论文）-高速过障超高压巡线除冰机器人设计（全套图纸）(28页).doc

《毕业设计（论文）-高速过障超高压巡线除冰机器人设计（全套图纸）(28页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-高速过障超高压巡线除冰机器人设计（全套图纸）(28页).doc（28页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、-毕业设计（论文）-高速过障超高压巡线除冰机器人设计（全套图纸）-第 21 页宁XX大学毕业设计(论文)超高压巡线除冰机器人所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文）超高压巡线除冰机器人均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日摘 要机械式输电线除冰技术是利用传统的工具通过机构运动方式达到输电线除冰的目的。由于机械式输电线除冰技术除冰效率高，操作简单，因此受到很多国家的重视，在国内也引起了极高的重视，尤其是各大院校和科研院所。本文从输电线覆冰原理

2、及其危害综合说明了输电线覆冰对人们生产生活的影响，提出了一种新的输电线除冰解决方案。研发一款新式输电线除冰机。本输电线除冰机主要由4部分组成，行走部分和除冰部分。行走部分主要通过齿轮传动机构实现，除冰部分通过对滚刀具实现除冰。关键词：输电线除冰 机械式 覆冰全套图纸，加153893706Abstract Mechanical transmission line de-icing technology is used tools by body movements in traditional means to achieve the purpose of transmission line i

3、cing. The mechanical transmission line de-icing deicing technology, high efficiency, easy operation. Therefore, the attention by many countries, high in the country also attracted attention, especially in the major universities and research institutes. The ice on the transmission line theory and the

4、 consolidated statement of the transmission line against ice impact on peoples production and life, to provide new transmission line de-icing solutions. Developing a new transmission line de-icing machine. The transmission line de-icing machine mainly consists of 4 parts, Chassis parts and de-icing.

5、 Walking through the gear transmission part, achieved by de-icing rolling tool to achieve some de-icing.Key words: Transmission line de-icing; Mechanical; Ice on the line目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 课题研究意义11.2 除冰机器人研究现状11.3除冰设备发展趋势31.4 课题要求4第2章 超高压巡线除冰机器人总体方案设计62.1 工作原理62.2驱动方式选择62.3 传动方式选择72.4

6、 行走方式选择72.5 除冰方式选择7第3章 绕线压紧传动机构设计93.1电机的选择93.2 蜗杆传动设计计算93.2.1 选择蜗杆、蜗轮材料93.2.2 确定蜗杆头数Z及蜗轮齿数Z103.2.3 确定蜗杆蜗轮中心距a103.2.4 蜗杆传动几何参数设计113.2.5 环面蜗轮蜗杆校核计算143.3 轴的设计153.3.1 轴的材料选择153.3.2 轴的结构设计163.3.3 轴承校核18第4章 机器人行走跨越障碍机构设计20第5章 其它机构设计244.1铣刀机构244.2机架机构25第6章 数控硬件电路设计266.1硬件电路设计276.1.1 数控系统的硬件结构276.1.2 数控系统硬件

7、电路的功能276.2关于各线路元件之间线路连接286.3关于电路原理图的一些说明29总结与展望32参考文献33第1章 绪论1.1 课题研究意义输电线路覆冰会经常造成线路跳闸、断线、倒杆、通信中断等线路事故，严重影响了电网系统的安全运行，对国家经济造成了巨大损失。因此，为保证电网安全运行，减少工人因线路除冰而带来的伤亡，设计一除冰机器人来解决这一问题就至关重要了。研制一种简单，实用的输电线除冰机器人。它是一种用于，在山地，荒野，河流，湖泊等地理环境的输电线路上清冰。它是适用于各种地貌，不会因为环境的改变而停止工作。它的前端是一滚刀和压轮，先利用铣刀在覆冰中间铣出一弧形面，而其后的压轮对覆冰进行挤

8、压达到除冰的目的。本论文主要完成了输电线除冰机的原理设计，方案选择，机构的实现，各部分零件的设计与整机的装配，并在此基础上采用三维制图软件建立实体模型并进行虚拟装配和运动仿真。本课题研究的目的在于根据输电线系统的除冰需要，研制一种简单，实用的输电线除冰机。轮式输电线除冰机是一种用于，在山地，荒野，河流，湖泊等地理环境，不适合人工除冰的输电线路上清冰。它是适用于各种地貌，不会因为环境的改变而停止工作。它的前端是一对用于除冰的对滚刀具，用于清除在电线结的冰。刀具的对滚通过齿轮传动机构完成。轮式除冰机主体部分是行走机构。该设计采用压轮推进方式, 机体上的两个固定压轮骑挂在输电线上保持机体的平衡, 机

9、体的重心位于输电线下方, 这样机体不会在行进过程中出现倒转。两个动压轮分别与两个固定压轮配合, 当推动动压轮时, 动压轮向上抬升, 与固定压轮配合从上下夹紧输电线, 依靠压轮与输电线的摩擦获得前进的动力。该设计的电力驱动分为两个分支: 一部分直接传至除冰机构, 供刀具除冰使用; 另一部分传至动压轮，实现小车的行走。1.2 除冰机器人研究现状山东大学针对110KV的线路特点，于2005年成功研制了一种巡线机器人。该机器人的主体结构主要由垂直伸缩臂，柔性水平臂，驱动制动装置，手掌开合装置，电源箱和控制箱6部分组成，能够方便的跨越防震锤，悬垂线夹这些较简单的障碍物，但机身重量很重。如图：中国科学院沈

10、阳自动化所于2006年成功研制了能在500KV的输电线路上实现巡检作业的机器人样机，该机器人也采用双臂悬挂机构，为了实现自动跨越障碍，该机器人还配备了摄像机来识别障碍物，定位机械手的位置。通过手臂的交替移动，能够跨越防震锤，悬垂线夹等这类比较简单的障碍物，如图山东电力研究院与加拿大魁北克水电研究院进行合作，对Linerover小车在能源动力。远程通讯与控制、防水性能等方面做出了技术改进完善了机构的性能，但不具备越障能力，如图湖南大学在国家科技支撑计划的资助下，联合国防科技大学、武汉大学、和山东大学等多家单位研制开发了单体除冰机器人、可跨越障碍除冰的两臂除冰机器人和三臂除冰机器人。分别如图198

11、8年东京电力公司研制了光纤复合架空地线（OPGW）巡检移动机器人。该机器人利用一对驱动轮和一对夹持轮沿地线爬行，能跨越地线上的防震锤、螺旋减震器等障碍物。遇到线塔时机器人采用仿人攀爬激励，县展开携带的弧形手臂，手臂两端勾住线塔两侧的地线，构成一个导轨，然后本体顺着导轨滑到线塔的另一侧；待机器人家齿轮抱紧线塔另一侧的地线后，将弧形手臂折叠收起，以备下次使用。机器人运动控制有粗略和精准定位两种模式，粗略控制是吧线塔和地线的资料数据预先的编制好程序输入机器人，剧此控制机器人的行走和越障；精确定位控制则根绝传感器反馈的信息进行控制。机器人携带的损伤探测但愿采用涡流分析的方法探测光纤复合架空地线（OPG

12、W）铠装层的损伤情况，并将损伤情况记录到磁带上。美国TRC公司1989年研制了一台悬臂自治巡线机器人原型。他能沿架空线长距离爬行、执行电晕损耗、绝缘子、结合点、压接头等视觉检查任务，对探测到的线路故障数据预处理后传送给地面人员。当机器人遇到杆塔时，利用手臂采用仿人攀援的方法从侧面越过杆塔，但结构庞大，不方便跨线和下限操作。1990年日本法政大学的Hideo Nakamura等人开发了电器列车馈电电缆巡检机器人。机器人采用多关节小车结构和“头部决策，尾部跟随”的放生控制体系，以10cm/秒的速度沿电缆平稳爬行，并跨越分支线，绝缘子等障碍物。泰国的S.Peungsungwal等人2001年设计了一

13、台能够自给电的巡线机器人样机，采用了电流互感器从电力线路上获取感应电流作为机器人的工作电源，并初步实现了根据摄像机图像判断电力线上的绝缘子等障碍物的视觉导航功能，不过该试验型巡线机器人仅能在两线塔间电力线上爬行，没有比跨障能力，遇到障碍物便自动停止前进。它能在地面位置，将获取的数据和图片资料储存在数据记录器中。地面工作人员可回放复查，进一步确定损伤情况。1.3除冰设备发展趋势目前国内和国外的除冰技术可归纳有3 0 余种，总体可分为：1.大电流融冰法:主要包括过电流融冰法、短路电流融冰法和直流电流融冰法。此类方法也是目前工程中普遍采用的方案,在实际运用过程中积累了许多宝贵经验。2.机械除冰法:滑

14、轮刮铲法是目前唯一可行的输电线路除冰的机械方法,其过程是由地面工作人员拉动可以在线路上行走的滑轮达到铲除覆冰的目的。但该方法并不适用于我国西部高海拔、地形复杂地区。3.被动法:被动法就是依靠风、地球引力、随机散射和温度变化等脱冰的被动方法无需附加能量。现已经在输电线路上得到应用的有平衡重量、线夹、除冰环、阻雪环、憎水憎冰涂料、风力锤等来减少输电线路的覆冰,安装防震锤等来减少导线的舞动。被动法有费用低的优点,但不能阻止覆冰的形成,而且仅适用于特定的地区。4.其他方法:除上述几种方法外,还有利用电磁脉冲、气动脉冲、电晕放电、电子冻结、碰撞前颗粒加热和冻结等防冰除冰方法,但很多还处于理想或试验阶段。

15、而最近国内外比较热门的机械除冰法主要通过除冰机器人来完成，目前国内外设计的除冰机器人通常包括3部分：1.爬行机构 2.越障机构 3.除冰机构。并且向着小型化，实用化，可越障，智能化的方向发展。1.4 课题要求原始数据及技术要求：1. 系统功能巡线出兵机器人具有在架空地线上自动过防震锤，压接管等线路障碍可携带可见光摄像机除冰方式：铣削+滚压 适合严寒地带除冰巡检机器人和地面控制器之间采用无线通讯方式，可接受，储存 及显示机器人发挥的数据及图像资料巡检机器人既能由地面遥控，又可自动巡线。对巡检及其线路实现了计算机管理 并配有后台软件2. 机构设计要求 不同型号的线路的适应性 不能造成线路损伤行走与

16、越障的能力 质量轻体积小 总机不大于20KG 环境适应性（电磁屏蔽）动力：油点供给控制方案采用远程遥控与局部自主相结合的控制系统设计工作要求机器人的总体设计方案，绘制总装图机器人行走，自动跨障机构设计，行走电机及油电电源系统的选型计算压紧机构自动张紧，松开 与安全控制设计传动件的强度计算或验算，整机质量控制传动系统动态分析计算机器人的运行模拟仿真应用PROE CAD进行设计第2章 超高压巡线除冰机器人总体方案设计2.1 工作原理本设计采用四轮式结构布局，具有小型轻质，除冰效率高，安装方便，适应环境能力强的特点。工作原理如图21所示，输电线除冰机工作时由行走电机推动机器行走，通过大齿轮带动轴1转

17、动，现输电线除冰机在电线上行走。工作电机通过轮转动，驱动工作刀具做回转运动。能够实现轮式输电线除冰机功能的技术原理很多，但各有利有弊，具体分析如下：2.2驱动方式选择1）小型柴油机驱动 柴油机驱动的优点是马力大，适应环境能力强。但重量和所占空间过大，驱动时会产生较大振动，容易引起输电线舞动，不适用于在输电上行走使用，另外对环境会产生污染，不环保。2）电动机驱动 型号较多，选择范围广。在质量和振动方面有着不可替代的优势。对环境无污染，可以满足环护要求。行走电机 减速机构 行走轮 除冰电机 减速机构 除冰刀具 图2-2输电线除冰组成框图及运动传递路线2.3 传动方式选择1）带传动 抗拉强度较大，耐

18、湿性好，廉价，可以传送较大功率。但所需空间比较大，不适用于受空间限制要求中心距小以及急速反向传动的场合。 2）链传动 链传动的制造与安装精度要求较低，链轮齿受力情况较好，承载能力较大；有一定的缓冲与减震性能；中心距可大而结构轻便。可以适应恶劣的工作环境。但是同样，所需空间较大，不适用于受空间限制要求中心距小以及急速反向传动的场合。3）齿轮传动 瞬时传动比恒定；传动比范围大，可用于减速或增速；速度和传递功率的范围大，可用于高速（v40m/s）、中速和低速（v25m/s）的传动；功率可从小于1W到105kW；传动效率高，一对高精度的渐开线圆柱齿轮，效率可达99%以上；结构紧凑，适用于近距离传动。4

19、）蜗杆传动 蜗杆传动用于交错轴间传递运动及动力。传动比大，工作较平稳，噪声低，结构紧凑，可以自锁；效率低，易发热，蜗轮制造需要贵重的减摩性有色金属。链传动和带传动虽然适应环境的能力比较强，但是所需传动空间比较大，不适用于在轮式输电线除冰车上使用。蜗杆传动效率低，易发热，环境适应性差。因此，综合考虑各方面因素，减速方式选择通过齿轮传动机构来完成。2.4 行走方式选择1）履带式 履带式行走机构广泛用于工程机械、拖拉机等野外作业车辆。行走条件相对恶劣，该行走机构具有足够的强度和刚度；具有良好的行进及转向功能。但是履带式行走机构特别笨重，不适于作为输电线除冰车的行走机构。2）轮式 轮式行走机构广泛于汽

20、车、火车、航空等各种交通工具，应用范围极广，可在大多数路况行走，适应能力较强。质量较轻，便于携带、装配、更换。3）液压缸式 在同等功率情况下，液压执行元件体积小、重量轻、结构紧凑。液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置。液压装置工作比较平稳，由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。液压元件实险了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。但是工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。由于履带式系统过于笨重，因此不适合在

21、输电线上行走；液压系统过于复杂，也不适合用于输电线除冰机上。因此输电线除冰机的行走机构采用轮式行走机构。为了使轮式行走机构在输电线上行走更加平稳，在行走轮中部开通一个直径为30mm的凹槽。2.5 除冰方式选择1)加热除冰 通过电阻加热或喷火加热，使覆冰融化，达到清除覆冰的目的。加热除冰方法对环境没有任何污染，清除效率高。但是这个方法耗能过多，不节能。2)化学法除冰 依靠撒布化学药剂固体颗粒或液体使冰雪融化为化学融冰, 其特点是除净率高, 但这种方法成本高, 且容易对环境造成污染, 尤其是钠盐融雪剂对钢筋混凝土结构有破坏作用, 易造成混凝土路面的表层脱落, 使电线质量受损而缩短其使用寿命, 对植

22、被的损害也较严重。3）振动除冰 振动式除冰法, 通过马达带动一具有一定重量的除冰锤上下往复的敲击动作,当敲击到覆冰上时，覆冰由于受到震动，与输电线脱离。达到除冰的目的。此方法除冰效果明显，效率较高，能耗少。但是由于震动会引起电线的舞动，有违除冰的本意。4）对滚铣削除冰 对滚铣削式除冰工作装置安装在输电线除冰机前端, 通过滚压轮上的组合刀片, 依靠较高转速把输电线上的覆冰铣除。此方法工作效率高，清除效果好。加热方法耗能过多，输电线除冰机不能携带过重的能源储存装置，因此加热除冰法不适用。化学法对环境污染大，对输电线腐蚀比较大，不宜采用。振动除冰法容易使输电线产生舞动，违背了清除覆冰的初衷。综合来看

23、，采用对滚铣削除冰法是最佳选择。5.行走轮同步行走方法与减震方法行走轮是推动输电线除冰机行走的主要零件,上端行走轮倒挂在电线上,主要目的是给除冰机提供一个拉力,使除冰机能挂在电线上。下端行走轮通过齿轮与电动机相连，负责推进除冰机行进。为了使输电线除冰机推进更加平稳，将下端两行走轮通过链传动连接在一起，实现下端两行走轮同步。具体结构如图2-3所示。此外，通过对滚刀具除冰机构的电线上可能依然会有小块的覆冰。因此，行走轮还应该具有一定的越障能力。不会让小块覆冰成为行走轮推进除冰机行走的障碍。我们为此设计了一个减震机构。通过减震机构，行走轮可以轻易地越过小块覆冰。具体结构如图2-4。综合考虑：本设计采

24、用电机驱动，齿轮传动机构，轮式行走方式，对滚洗刀除冰方式。第3章 绕线压紧传动机构设计3.1电机的选择由于步进电机具有控制较容易，维修也较方便，而且控制为全数字化的优点。根据设计要求及实际情况我们选择步进电机，选择参数为:额定电压、输出扭矩和电机转速等。拟采用的57系列两相混和式步进电机使用24V电压，本系统提供的24V直流电源可以满足步进电机的工作需要。输出扭矩与传送带和支撑板的摩擦力有关，主要由板料的重量和传送带的摩擦系数来确定，此外，还与传送带与滚轮之间的滑动摩擦力的作用有关，但由于滑动摩擦系数很小，虽然传送带与滚轮之间的张紧力很大，因此而带来的滑动摩擦力却很小，故忽略不计。计算过程如下

25、:则由曲线可得:当n=30r/min时，f=100HZ。根据计算结果我们选择电机型号为：57BYJ250C3.2 蜗杆传动设计计算3.2.1 选择蜗杆、蜗轮材料1.选择蜗杆传动的类型采用准平行环面蜗杆传动.2.选择蜗杆、蜗轮材料，确定许用应力考虑蜗杆传动中，传递的功率不大，速度只是中等，根据机械零件课程设计表52，蜗杆选用40Cr，因希望效率高些，耐磨性好故蜗杆螺旋齿面要求：调质HB265285.蜗轮选用铸锡磷青铜ZQSn10-1，金属模铸造，为了节约贵重有色金属，仅齿圈用锡磷青铜制造，轮芯用灰铸铁HT100制造由机械零件课程设计表53查得蜗轮材料的许用接触应力 =190 由机械零件课程设计表

26、55查得蜗轮材料的许用弯曲应力=44 3.2.2 确定蜗杆头数Z及蜗轮齿数Z由机械零件课程设计表56，选取Z1 则ZZi15050故取Z50 3.2.3 确定蜗杆蜗轮中心距a 1.确定蜗杆的计算功率 式中 K使用场合系数，每天工作一小时,轻度震动由机械工程手册查得：K0.7；K制造精度系数，取7级精度，查得：K0.9；K材料配对系数，齿面滑动速度 10由机械工程手册查得：K0.85。代入数据得 KW 以等于或略大于蜗杆计算功率所对应的中心距作为合理的选取值根据机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2522a，选取蜗杆的中心距：a100mm.a100mm由于准平行二次包络环面蜗杆为新型得蜗杆,它的

27、优点是:接触面大,导程角,它的值稳定且一定,则润滑好,接.触面大应直接根据“原始型”传动蜗杆设计参数。3.2.4 蜗杆传动几何参数设计准平行二次包络环面蜗杆的几何参数和尺寸计算表1.中心距：由机械工程手册/传动设计卷（第二版）标准选取a=100mm2.齿数比：u503.蜗轮齿数：由机械工程手册/传动设计卷（第二版）选取4.蜗杆头数：由机械工程手册/传动设计卷（第二版）选取 5.蜗杆齿顶圆直径：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516选取 =45mm6.蜗轮轮缘宽度：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516选取b=28mm7.蜗轮齿距角：8.蜗杆包容蜗轮齿数：K=5 9.蜗轮齿宽包角

28、之半：0.5（K0.45）=10.蜗杆齿宽：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516选取 =53mm11.蜗杆螺纹部分长度：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516，选取=59mm12.蜗杆齿顶圆弧半径：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516，选取R=82mm13.成形圆半径：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516选取=65mm14.蜗杆齿顶圆最大直径：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516，选取=53.8mm15.蜗轮端面模数：m=mm16.径向间隙：=0.5104mm17.齿顶高：h=0.75 m=2.233mm18.齿根高：h= h+ C=2.7434

29、mm19.全齿高：h= h+ h=4.9764mm20.蜗杆分度圆直径：（0.624）a 40.534mm21.蜗轮分度圆直径：2a159.466mm22.蜗轮齿根圆直径：d2 h=153.9792mm23.蜗杆齿根圆直径：d2 h=35.05，判断：因为=28.12mm,满足要求24.蜗轮喉圆直径：d2 h=163.932mm25.蜗轮齿根圆弧半径：=82.475mm26.蜗杆螺纹包角之半：27.蜗轮喉母圆半径：=25.88mm28.蜗轮外缘直径：由作图可得=164.95mm29.蜗杆分度圆导程角：30.蜗杆平均导程角：31.分度圆压力角：=32.蜗杆外径处肩带宽度： 取3mm33.蜗杆螺纹

30、两端连接处直径：=35mm34.蜗轮分度圆齿厚：数据带入公式得 5.508mm35.齿侧隙：查表4-2-6得36.蜗杆分度圆齿厚：=4.298437.蜗杆分度圆法向齿厚：=4.28538.蜗轮分度圆法向齿厚：=5.4939.蜗轮齿冠圆弧半径：=19.277540.蜗杆测量齿顶高： =2.203541.蜗杆测量齿顶高：=2。1853.2.5 环面蜗轮蜗杆校核计算环面蜗杆传动承载能力主要受蜗杆齿面胶合和蜗轮齿根剪切强度的限制。因而若许用传动功率确定中心距，则然后校核蜗轮齿根剪切强度。由于轴承变形增加了蜗杆轴向位移，使蜗轮承受的载荷集中在23个齿上。而且，由于蜗轮轮齿的变形，造成卸载，引起载荷沿齿高

31、方向分布不均，使合力作用点向齿根方向偏移。 因而，蜗轮断齿主要由于齿根剪切强度不足造成的校核：其中 作用于蜗轮齿面上的及摩擦力影响的载荷; 蜗轮包容齿数 蜗杆与蜗轮啮合齿间载荷分配系数; 蜗轮齿根受剪面积;公式中各参数的计算1.的计算作用在蜗轮轮齿上的圆周力， 蜗杆喉部螺旋升角 ，4.5 当量齿厚，滑动速度 =2.01m/s根据滑动速度查机械设计手册339得将数据带入公式得 =N 2.计算得 = 53.蜗轮齿根受剪面积 蜗轮齿根圆齿厚；由上可知 蜗轮端面周节； 蜗轮理论半包角； 蜗轮分度圆齿厚所对中心角。数据带入公式得 =7.03mm由上可得对于锡青铜齿圈 取查手册取铸锡磷青铜，砂模铸造，抗拉

32、强度=225MPa， 则 3.3 轴的设计3.3.1 轴的材料选择根据轴的常用材料及其主要力学性能，结合此处的实际的情况，所受载荷小而且转速低所以三个轴均选择用45钢（调质）。轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。3.3.2 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。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置以及形式；轴上零件的类型，尺寸，数量以及和轴联接的方法；载荷的性质，大小，方向以及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构因素较多，而且结构形式又要随着具体情况的不同而不同，所以轴没有标准的结构形式。设计时必须针对不同情况进

33、行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应该满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来保证的。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类，利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。另外，轴肩过多时也不利于加工。因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需开槽钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之间的定位。如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的质量

34、及材料用量。因套筒与轴的配合较松，如轴的转速较高时，也不宜采用套筒定位。圆螺母定位可承受大的轴向力，但轴上螺纹处有较大的应力集中，会降低轴的疲劳强度，故一般用于固定轴端的零件，有双圆螺母和圆螺母与止动垫片两种型式。当轴上两零件间距离较大不宜使用套筒定位时，也常采用圆螺母定位。轴承端盖用螺钉或榫槽与箱体联接而使滚动轴承的外圈得到轴向定位。在一般情况下，整个轴的轴向定位也常利用轴承端盖来实现。轴上零件的周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位零件有键花键、销紧定螺钉以及过盈配合等，其中紧定螺钉只用在传力不大之处有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件（如滚动轴承、联轴器

35、、密封圈等）部位的轴径，应取为相应的标准值及所选配合的公差。为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径。为了使与轴作过盈配合的零件易于装配，相配轴段的压入端应制出锥度；或在同一轴段的两个部位上采用不同的尺寸公差。确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短23mm。结合以上设计准则设计各个轴的结构尺寸如下：（1） 轴的设计1） 求作用在轴上齿轮1的力因

36、为 ，故 (3-22) （） (3-23)由此可见，轴所承受的力很小。 (3-24)2） 初步确定轴的最小直径根据机械设计手册查得，取=112,于是得 (3-25)考虑到需要开键槽以及加工工艺，故取。显然，轴的最小直径是安装车轮处，即。3）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足车轮的轴向定位要求，车轮外用M10的螺母定位；内用套筒定位。初步选择滚动轴承。因轴承同时承受的径向和轴向力均很小，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据，参照国家标准GB/T 276-1994,由轴承产品目录中初步选取0组基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6004，其尺寸为，由于不需要安装挡油环，所以轴承内用

37、套筒定位，套筒用行走轮定位；外用轴承锥形套筒定位。轴承安装在下车体外壳上，其周向定位是借助过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。由于轴上零件比较少。所以不需要轴肩。因此设计成长度为130mm的光轴，需要在指定位置开键槽。轴的两端分别有10mm的螺纹。轴上零件的周向定位齿轮、车轮与轴的周向定位均采用平键联接。按由手册查得平键截面（摘自GB/T 1095-2003），键槽用键槽铣刀加工，长为5mm（摘自GB/T 1096-2003）。 同时为了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；同样车轮与与轴的联接，选用B型平键，车轮与轴的配合为H7/k6.由机械设计

38、手册得，M10螺纹倒角为245；M27螺纹倒角为145；各轴肩处的圆角半径取R1。3 提高轴强度的措施(1) 合理布置轴上零件以减小轴的载荷；(2) 改进轴的结构以减小应力集中的影响；轴通常是在变应力条件下工作的,轴的截面尺寸发生突变处要产生应力集中,轴的疲劳破坏往往在此发生。为了提高轴的疲劳强度，应尽量减少应力集中源和降低应力集中程度。为此轴肩处应采用较大的过渡圆角半径r来降低应力集中。但对定位轴肩，还必须保证零件得到可靠的定位。当靠轴肩定位的零件的圆角半径很小时，为了增大轴肩处的圆角半径，可采用内凹圆角或加装隔离环。(3)改进轴上零件的结构以减小轴的载荷；(4)改进轴的表面质量以提高轴的疲

39、劳强度；轴的表面粗糙度和表面强化处理方法也会对轴的疲劳强度产生影响。轴的表面愈粗糙，疲劳强度也愈低。因此，应合理减小轴的表面及圆角处的加工粗糙度值。表面强化处理的方法有：表面高频淬火等热处理；表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理；碾压、喷丸等强化处理。通过碾压、喷丸进行表面强化处理时可使轴的表层产生预压应力，从而提高轴的抗疲劳能力。各个轴均采用淬火处理。4 轴的结构工艺性 轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上零件，并且生产率高，成本低。一般地说,轴的结构越简单,工艺性越好。因此,在满足使用要求的前提下,轴的结构形式应尽量简化。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角；需要磨削

40、加工的轴段，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。它们的尺寸可参看标准或手册。为减少加工了减少装夹工件的时间，在同一轴上，不同轴段的键槽应布置（或投影）在轴的同一母线上。为了刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。3.3.3 轴承校核滚动轴承的构成：包括：内圈、外圈、滚动体、保持架,内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座孔装配。通常是内圈随轴颈回转，外圈固定，但也可以用于外圈回转而内圈不动，或是内、外圈同时回转的场合。当内、外圈相对转动时，滚动体即在内、外圈的滚道内滚动。保持架的作用主要是均匀地隔开滚动体。选

41、择轴承的主要考虑因素是极限转速、要求的确良寿命和载荷能力，其它的因素则有助于确定轴承类型、结构、尺寸及公差等级和游隙工求的最终方案。类型选择，各类滚动轴承具有不同的特性，适用于各种机械的不同使用情况。选择轴承类型时，通常应考虑下列因素。一般情况下：对承受推力载荷时选用推力轴承、角接触轴承，对高速应用场合通常使用球轴承，承受重的径向载荷时，则选用滚子轴承。总之，选用人员应从不同生产厂家、众多的轴承产品中，选用合适的类型。轴承所占机械的空间和位置在机械设计中，一般先确定轴的尺寸，然后，根据轴的尺寸选择滚动轴承。通常是小轴选用球轴承，大轴选用滚子轴承。但是，当轴承在机器的直径方向受到限制时，则选用滚

42、针轴承、特轻和超轻系列的球或滚子轴承；当轴承在机器的轴向位置受到限制时，可选用窄的或特窄系列的球或滚子轴承。轴承所受载荷的大小、方向和性质载荷是选用轴承的最主要因素。滚子轴承用于承受较重的载荷，球轴承用于承受较轻的或中等载荷，渗碳钢制造或贝氏体淬火的轴承，可承受冲击与振动载荷。在载荷的作用方向方面，承受纯径向载荷时，可选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。承受较小的纯轴向载荷时，可选用推力球轴承；承受较大的纯轴向载荷时，可选用推力滚子轴承。当轴承承受径向和轴向联合载荷时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。对于悬臂支撑结构，常采用圆锥滚子轴承或角接触球轴承，且成对使用。滚动轴承类型选择应注意

43、的问题: 1、考虑轴承的承受载荷情况方向：受径向力时，用向心轴承；受轴向力时，用推力轴承；径向力和周向力联合作用时，用向心推力轴承；大小：受到较大载荷时，可用滚子轴承，或尺寸系列较大的轴承；受到较小载荷时，可用球轴承，或尺寸系列较小的轴承2、考虑对轴承尺寸的限制当对轴承的径向尺寸严格限制时，可选用滚针轴承； 3、考虑轴承的转速一般来讲，球轴承比滚子轴承能适应更高的转速，轻系列的轴承比重系列的轴承能适应更高的转速；此外，各类推力轴承的极限转速很低，不易用于高转速的情况。4、考虑对轴承的调心性要求调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求（即：轴心线与轴承座孔心线可适当偏转），而圆柱滚子轴承、

44、圆锥滚子轴承、滚针轴承满足调心要求的能力几乎为零根据各个轴承的特点以及选用原则，可以肯定我们初步选定的型号6004深沟球轴承满足要求。由于轴1所承载的载荷最大，且轴1的转速最大，故轴1上的轴承最危险。若此轴承寿命满足要求，则其它轴承亦可满足要求。所选6004深沟球轴承的基本额定动载荷C为9.38kN假设链传动的效率为0.9。 (3-26) (3-27)显然，轴承寿命满足要求。第4章 机器人行走跨越障碍机构设计前面两个侧向小轮为主动轮，后面侧向小轮利用弹簧产生一定柔性，实现快速越障。辆绿色小轮为支撑轮，支撑轮下部设有防坠落安全装置，前端的小轮同时辗压导线上的冰，达到二次除冰。弹簧力可调节，实现自

45、动越障支撑轮越障情况，合理设计小轮现状侧向轮越障情况第5章 其它机构设计4.1铣刀机构铣冰刀前方有金属检测接近开关，当检测到防震锤时，电磁铁动作，带动特殊契形块驱动铣刀轴上台契形块 电磁铁铣冰刀由于步进电机具有控制较容易，维修也较方便，而且控制为全数字化的优点。根据设计要求及实际情况我们选择步进电机，选择参数为:额定电压、输出扭矩和电机转速等。拟采用的57系列两相混和式步进电机使用24V电压，本系统提供的24V直流电源可以满足步进电机的工作需要。输出扭矩与传送带和支撑板的摩擦力有关，主要由板料的重量和传送带的摩擦系数来确定，此外，还与传送带与滚轮之间的滑动摩擦力的作用有关，但由于滑动摩擦系数很小，虽然传送带与滚轮之间的张紧力很大，因此而带来的滑动摩擦力却很小，故忽略不计。计算过程如下:则由曲线可得:当n=30r/min时，f=100HZ。根据计算结果我们选择电机型号为：57BYJ250C第6章 数控硬件电路设