高壓線除冰機器人設(shè)計【電線除冰機械】【含CAD圖紙】

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另一部分傳至動壓輪，實現(xiàn)小車的行走。該設(shè)計的目的是提供一種體積小，運作靈活，運行穩(wěn)定的輸電線除冰機，也提供一種適于在條件艱苦的環(huán)境下工作的電線除冰機器。2 方案設(shè)計2.1 工作原理本設(shè)計采用四輪式結(jié)構(gòu)布局，具有小型輕質(zhì)，除冰效率高，安裝方便，適應環(huán)境能力強的特點。工作原理如圖21所示，輸電線除冰機工作時由行走電機推動機器行走，通過大齒輪帶動軸1轉(zhuǎn)動，再通過兩個減速齒輪組分別帶動軸2和軸3轉(zhuǎn)動，驅(qū)動行走輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)輸電線除冰機在電線上行走。工作電機通過一組減速齒輪使輪5轉(zhuǎn)動，驅(qū)動工作刀具做回轉(zhuǎn)運動。圖2-1 機構(gòu)運動簡圖輪式輸電線除冰機由電動機提供動力。行走機構(gòu)通過三級齒輪減速機構(gòu)實現(xiàn)減速，除冰機構(gòu)通過一級齒輪減速機構(gòu)實現(xiàn)減速。2.2 機構(gòu)的設(shè)計方案能夠?qū)崿F(xiàn)輪式輸電線除冰機功能的技術(shù)原理很多，但各有利有弊，具體分析如下：1.驅(qū)動方式選擇1）小型柴油機驅(qū)動 柴油機驅(qū)動的優(yōu)點是馬力大，適應環(huán)境能力強。但重量和所占空間過大，驅(qū)動時會產(chǎn)生較大振動，容易引起輸電線舞動，不適用于在輸電上行走使用，另外對環(huán)境會產(chǎn)生污染，不環(huán)保。2）電動機驅(qū)動 型號較多，選擇范圍廣。在質(zhì)量和振動方面有著不可替代的優(yōu)勢。對環(huán)境無污染，可以滿足環(huán)護要求。行走電機 減速機構(gòu) 行走輪 除冰電機 減速機構(gòu) 除冰刀具 圖2-2 輪式輸電線除冰車組成框圖及運動傳遞路線2減速方式選擇鏈傳動和帶傳動雖然適應環(huán)境的能力比較強，但是所需傳動空間比較大，不適用于在輪式輸電線除冰車上使用。蝸桿傳動效率低，易發(fā)熱，環(huán)境適應性差。因此，綜合考慮各方面因素，減速方式選擇通過齒輪傳動機構(gòu)來完成。3.行走方式選擇由于履帶式系統(tǒng)過于笨重，因此不適合在輸電線上行走；液壓系統(tǒng)過于復雜，也不適合用于輸電線除冰機上。因此輸電線除冰機的行走機構(gòu)采用輪式行走機構(gòu)。為了使輪式行走機構(gòu)在輸電線上行走更加平穩(wěn)，在行走輪中部開通一個直徑為30mm的凹槽。此行走輪的直徑為100mm，h為40mm。4.除冰方式選擇加熱方法耗能過多，輸電線除冰機不能攜帶過重的能源儲存裝置，因此加熱除冰法不適用?；瘜W法對環(huán)境污染大，對輸電線腐蝕比較大，不宜采用。振動除冰法容易使輸電線產(chǎn)生舞動，違背了清除覆冰的初衷。綜合來看，采用對滾銑削除冰法是最佳選擇。綜合考慮：本設(shè)計采用電機驅(qū)動，齒輪傳動減速機構(gòu)，輪式行走方式，對滾洗刀除冰方式。2.3 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計1.輸電線輪式除冰機上部輸電線輪式除冰機上部能把小車懸掛在輸電線上，提供向上的支撐力。同時，具有一定的越障能力，可以越過沒有清理完全的覆冰。前端是除冰機構(gòu)的一部分，能使其完成除冰工作。2.輸電線輪式除冰機下部輸電線輪式除冰機下部向小車提供向前的推力，推進小車向前行走。前端是除冰機構(gòu)的一部分，能使其完成除冰工作。同時，通過齒輪機構(gòu)與上部的除冰機構(gòu)和下面的電動機相連，實現(xiàn)動力傳輸。3.減速器輸電線輪式除冰機的減速器為三級展開式齒輪減速器。每級傳動比均是2。為了減輕減速器的重量，把減速器的外殼切除一部分。3 結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 傳動零件的設(shè)計3.1.1 齒輪機構(gòu)設(shè)計1 選定齒輪的類型，精度等級，材料以及齒數(shù)1） 因為齒輪受軸向力很小，故選用直齒圓柱齒輪傳動，制作比較簡單可以降低成本。2） 該輸電線輪式除冰機工作時的速度較低，所以選擇8級精度（GB10095-88）。3） 材料選擇。由輪齒的失效形式可知，設(shè)計齒輪時，應該使齒面具有較高的抗磨損、抗點蝕、抗膠合以及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對齒輪的材料性能基本要求為：齒面要硬、齒芯要韌。一般齒輪材料有鋼，鑄鐵，以及非金屬材料。根據(jù)齒輪材料選擇的原則以及常用材料的力學特性選擇大小齒輪的材料為ZG310-570，采用表面淬火。2 齒輪尺寸設(shè)計開式（半開式）齒輪傳動，由于輪齒主要為磨損失效，為使得輪齒不至于過小，故小齒輪不適宜選用過多的齒數(shù)，本設(shè)計中選擇小齒輪齒數(shù)z=15，大齒輪的齒數(shù)，取。設(shè)計傳動比。除冰機正常行走時的速度為大約0.08m/s。設(shè)計除冰機的前后輪直徑均為100mm。設(shè)想除冰機工作時處于理想狀況下即輪子只滾動不滑動。由此可得，后輪軸的轉(zhuǎn)速約為。查機械設(shè)計手冊得：橡膠輪對輸電線滾動摩擦力臂為1015/mm，為了把除冰機的質(zhì)量不大于20Kg，則車輪沿輸電線的最大滾動阻力矩為。設(shè)計輸電線除冰機機工作壽命為8年。3 軸1和軸2上齒輪1和齒輪2的設(shè)計基本參數(shù) 按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式進行計算，即= (3-1)1） 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)（2）小齒輪轉(zhuǎn)矩 注：由機械設(shè)計手冊查得：圓柱齒輪機械傳動7級精度的傳動效率為0.98-0.995（3）選取齒寬系數(shù)（4）材料的彈性影響系數(shù)（5）由齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限（6）計算應力循環(huán)次數(shù) (3-2) (3-3)（7）查得接觸疲勞壽命系數(shù); （8）計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得 (3-4) (3-5)2）計算（1）計算小齒輪分度圓直徑，代入接觸疲勞許用應力中的較小值= (3-6)（2）計算圓周速度與齒寬（3）計算齒寬與齒高之比模數(shù) (3-7)齒高 (3-8)（4） 計算載荷系數(shù)根據(jù)速度,7級精度，查得動載系數(shù);直齒輪，假設(shè)=查得;使用系數(shù);7級精度小齒輪對稱支撐布置，；由，得；故載荷系數(shù)2. 按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計彎曲疲勞強度的設(shè)計公式為= (3-9)1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（1）查得小齒輪的彎曲疲勞極限；齒輪的彎曲疲勞極限；（2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；;（3）計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得 (3-10) (3-11)（4）計算載荷系數(shù)（5）查取齒形系數(shù)；（6）查取應力校正系數(shù),;（7）計算大、小齒輪的并加以比較得： (3-12) (3-13)大齒輪的數(shù)值大。2） 設(shè)計計算= (3-14)由上可得，小齒輪的分度圓直徑大于42mm，模數(shù)大于2.8即可滿足齒輪強度要求?？紤]到加工難易以及軸的強度故取模數(shù)m=3，小齒輪分度圓直徑為45mm。3. 幾何尺寸計算1） 計算分度圓直徑 (3-15) (3-16)2） 計算中心距 (3-17)3） 計算齒輪寬度取 , .4） 計算齒頂圓直徑 (3-18) (3-19)5） 計算齒根圓直徑 (3-20) (3-21)齒輪結(jié)構(gòu)通常與其幾何尺寸，材料及制造工藝有關(guān)，一般多采用鑄造或者鍛造毛坯。 3.1.2 軸的設(shè)計1 軸的材料選擇根據(jù)軸的常用材料及其主要力學性能，結(jié)合此處的實際的情況，所受載荷小而且轉(zhuǎn)速低所以六個軸均選擇用45鋼（調(diào)質(zhì)）。2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。結(jié)合以上設(shè)計準則設(shè)計各個軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下：（1） 軸的設(shè)計1） 求作用在軸上齒輪1的力因為 ，故 (3-22) （） (3-23)由此可見，軸所承受的力很小。 (3-24)2） 初步確定軸的最小直徑根據(jù)機械設(shè)計手冊查得，取=112,于是得 (3-25)考慮到需要開鍵槽以及加工工藝，故取。顯然，軸的最小直徑是安裝車輪處，即。3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿足車輪的軸向定位要求，車輪外用M10的螺母定位；內(nèi)用套筒定位。初步選擇滾動軸承。因軸承同時承受的徑向和軸向力均很小，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，參照國家標準GB/T 276-1994,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0組基本游隙組、標準精度級的單列深溝球軸承6004，其尺寸為，由于不需要安裝擋油環(huán)，所以軸承內(nèi)用套筒定位，套筒用行走輪定位；外用軸承錐形套筒定位。軸承安裝在機箱內(nèi)，其周向定位是借助過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。由于軸上零件比較少。所以不需要軸肩。因此設(shè)計成長度為135mm的光軸，需要在指定位置開鍵槽。軸的兩端分別有10mm的螺紋。軸上零件的周向定位齒輪、車輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按由手冊查得平鍵截面（摘自GB/T 1095-2003），鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為5mm（摘自GB/T 1096-2003）。 同時為了保證齒輪與軸的配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣車輪與與軸的聯(lián)接，選用B型平鍵，車輪與軸的配合為H7/k6.由機械設(shè)計手冊得，M10螺紋倒角為245；M27螺紋倒角為145；各軸肩處的圓角半徑取R1。初步確定的軸的結(jié)構(gòu)如圖34所示。 圖34軸的結(jié)構(gòu)3 提高軸強度的措施(1) 合理布置軸上零件以減小軸的載荷；(2) 改進軸的結(jié)構(gòu)以減小應力集中的影響；軸通常是在變應力條件下工作的,軸的截面尺寸發(fā)生突變處要產(chǎn)生應力集中,軸的疲勞破壞往往在此發(fā)生。為了提高軸的疲勞強度，應盡量減少應力集中源和降低應力集中程度。為此軸肩處應采用較大的過渡圓角半徑r來降低應力集中。但對定位軸肩，還必須保證零件得到可靠的定位。當靠軸肩定位的零件的圓角半徑很小時，為了增大軸肩處的圓角半徑，可采用內(nèi)凹圓角或加裝隔離環(huán)。(3)改進軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷；(4)改進軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強度；軸的表面粗糙度和表面強化處理方法也會對軸的疲勞強度產(chǎn)生影響。軸的表面愈粗糙，疲勞強度也愈低。因此，應合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。表面強化處理的方法有：表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學熱處理；碾壓、噴丸等強化處理。通過碾壓、噴丸進行表面強化處理時可使軸的表層產(chǎn)生預壓應力，從而提高軸的抗疲勞能力。各個軸均采用淬火處理。3.1.3 軸承校核根據(jù)各個軸承的特點以及選用原則，可以肯定我們初步選定的型號6004深溝球軸承滿足要求。由于軸1所承載的載荷最大，且軸1的轉(zhuǎn)速最大，故軸1上的軸承最危險。若此軸承壽命滿足要求，則其它軸承亦可滿足要求。所選6004深溝球軸承的基本額定動載荷C為9.38kN假設(shè)鏈傳動的效率為0.9。 (3-26) (3-27)顯然，軸承壽命滿足要求。3.2 除冰機構(gòu)的設(shè)計3.2.1 除冰方式選擇對滾除冰的方式 對滾銑削式除冰工作裝置安裝在輸電線除冰機前端, 通過滾壓輪上的組合刀片, 依靠較高轉(zhuǎn)速把輸電線上的覆冰銑除。此方法工作效率高，清除效果好。 結(jié)合實際設(shè)計理念以及實際需求，我們選擇設(shè)計對滾方式除冰。刀片圖310 滾刀圖3-11 除冰機除冰機構(gòu)的傳動裝置圖311 刀架零件圖3.2.2刀架設(shè)計1剪切裝置剪切裝置由3片切削刀具組成。所有切削刀具固定在底刀架上 ,對滾除冰時軸線位置不動 ,刀刃為直線型。滾刀結(jié)構(gòu)如圖 310所示 ,滾刀的刀片形狀為傾斜平面 ,中部有一方便與輸電線接觸的弧度。刀刃為直線線 ,三片刀片均勻分布固定在刀架上。除冰時 ,滾刀對滾轉(zhuǎn)動 ,兩組滾刀逐片組成剪口 ,覆冰隨著滾刀刀片的旋轉(zhuǎn)被切成碎屑 ,并被清除。上下刀刃在除冰過程中始終沒有接觸。2 對滾刀具傳動裝置對滾刀具傳動裝置由兩對齒輪組成。當電動機帶動下車體上除冰機構(gòu)齒輪旋轉(zhuǎn)式，上車體除冰機構(gòu)的齒輪也跟著旋轉(zhuǎn)。通過齒輪機構(gòu)傳動，實現(xiàn)對滾齒輪同步對滾。為對滾刀具提供高效穩(wěn)定的動力輸出。4 功能及創(chuàng)新點本設(shè)計作品的主要功能及特點如下：1、該機采用對滾刀具的除冰原理，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，噪音小，無污染，使用靈活方便，適合在輸電線上除冰；2、，具有一定越障能力，使用安全可靠，便于維修；3、輸電線直徑可以在2040mm之間調(diào)整，覆冰直徑3080mm,外型尺寸（長寬高：330140400mm）；4、車輪帶有凹槽，具有良好的導向性，使得除冰機在輸電線上行走時不易倒轉(zhuǎn)；5、兩輪之間采用鏈傳動實現(xiàn)同步行走；6、外觀造型美觀，適合家庭用戶的審美要求；7、采用滾刀刀具，除冰效果理想，而且成本較低，是輸電線除冰機的首選產(chǎn)品。該設(shè)計作品的主要創(chuàng)新點如下：1、采用對滾刀具除冰，節(jié)省能源，無污染（噪音、廢氣），不易引起電線共振或舞動；2、采用齒輪機構(gòu)傳動（實現(xiàn)減速），提高整機的工作效率，解決了從電動機輸出轉(zhuǎn)速過高的問題；3、外觀造型新穎，后端為大倒角設(shè)計，可減輕重量，適合在輸電線上除冰使用?？偨Y(jié)畢業(yè)設(shè)計是對我大學四年學習成果的總結(jié)，是對我將來的學習、工作最為有力的一次鍛煉。它促進我將所學的理論知識與實踐有機的結(jié)合，并且深深的體會到了自己所學專業(yè)的博大精深。盡管在設(shè)計中遇到許多難題與不曾接觸過的東西，但在老師的幫助和我的刻苦努力下都一一克服，并學到了許多的實踐經(jīng)驗。盡管我所設(shè)計的東西可能還有許多欠缺，但是我確實在此次設(shè)計中學得了很多東西，它將對我以后的學習與工作產(chǎn)生很大的影響。我這次設(shè)計的題目是：輸電線除冰機械人設(shè)計，在整個設(shè)計過程中做了如下工作：1、查閱有關(guān)的文獻資料，了解當今國內(nèi)外輸電線除冰機，巡線機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，也看到了創(chuàng)新設(shè)計巨大發(fā)展?jié)摿Α?、根據(jù)輸電線除冰機的用途，對輸電線除冰機的傳動系統(tǒng)以及執(zhí)行機構(gòu)進行了充分的論證，最終確定了方案。3、對典型零件如直齒輪、軸進行了詳細的設(shè)計計算，并進行了校核。4、對所用軸承進行了強度校核和以及壽命計算。5、零件的圖紙以及裝配圖設(shè)計。6、進行了輸電線除冰機的二維設(shè)計及建模通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我具有了嚴謹、認真的工作作風，為自己今后學習更多的專業(yè)知識奠定了堅實的基礎(chǔ)，也為我將所學的知識應用到實際生產(chǎn)中提供了一次很好的鍛煉機會，必將對我的將來產(chǎn)生深遠的影響。參考文獻1 Sawada J，Kusumoto K，Munakata T. 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