机械高压线除冰机器人设计

图2.4 主动齿轮接触应力分布图

从齿轮副接触应力图中可以看出，从动齿轮的应力分布方式与主动齿轮基本相似。从动齿轮的齿根圆处的应力值在 274MPa 到 366MPa 之间的范围，齿形表面的应力分布逐渐加大，附近的应力其值为 457～549MPa，而齿形表面及齿根表面的应力分布，其应力值逐渐降低到91～183MPa 左右，与主动齿轮的应力分布相似，齿形啮合处附近接近齿顶轮廓处的应力较大，从动齿轮该处为最大应力点，而从动齿轮上该位置的应力最大值约为 824MPa。

图2.5齿轮副接触应力分布图

根据以上分析可以得到结论：齿轮运动副中的危险应力集中位置，我们在实际的齿轮生产加工工艺中可以作为技术依照，为了后面使用过程中增加齿轮的耐久性和稳定性，需要

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在齿轮制造生产和热处理工艺加工的过程中做特殊的表面热处理。 2.3.1.4链传动组件的设计计算

链传动是一种绕性传动，通常由链条和链轮组成，通过链轮的轮齿和链条的链节之间的啮合传递动力。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低，成本也较低。特别在长距离传动时，结构比齿轮传动更加有优势。链条按用途不同又可以分为传动链、输送链和起重链。输送链和起重链通常用于重型运输机械和起重机械中。本设计中我们选用的是常用的传动链。传动链又可以分为滚子链和齿形链等类型，本设计中采用的是常规的滚子链，通常用于低速的传动系统中，且最大传动比i=8。

滚子链在传递较大功率时，可采用双排链或者多排链。多排链的承载能力和排数成正比，但受到装配精度的制约，多排链承受的载荷不容易分布均匀，因此链条的排数也不宜过多。 （1） 链轮设计与计算

小链轮的齿数少一点可以减小链轮的外廓尺寸，但齿数过少时也会增加动力传递过程中的不均匀性和动态载荷；链条和链轮在啮合时链节间的相对转角增大使得链传动的圆周力增大，导致链传动整体的磨损。因此小链轮的齿数Z1也不宜过小，通常情况下链轮的最少齿数Zmin=9。一般Z1≥16，对于高速传动或是承受较大冲击载荷的链传动Z1不少于25。同样小链轮的齿数Z1也不宜取得过大，在传动比一定时，Z1大，Z2也相应增大，会导致传动结构的总体尺寸增大，并且容易导致链条跳链和脱链的情况发生，也会影响链条的使用寿命。本设计中小链轮的转速不高，因此选定小链轮的齿数Z1=20，根据以上计算得到链传动组件的传动比为0.95，可得到：

Z2=Z1×i=20×0.95=19

链轮的节距P越大，承载能力也越高，但是P越大也意味着链轮的总体尺寸越大，反而振动、冲击和噪声也会越严重。为了使整个链传动结构紧凑，当速度高，功率大时，应尽量选用小节距的多排链，本设计中采用单排链的链轮传动。 （2） 链传动的计算

根据链传动的工作环境，小链轮齿数和链条排数，将链传动所传递的功率修正为当量的单排链的计算功率

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式中：

——工况系数，查《机械设计手册》表9-6工况系数取1.0；

——小链轮齿数系数，查《机械设计手册》图9-13小链轮齿数系数取1.65； ——排链系数，单排链时取P——传递的功率，KW。

计算得到

=1.0，双排链时取

=1.75，三排链时取

=2.5；

根据计算得到的排链的计算功率和小链轮的转速n1=250r/min由《机械设计手册》图

9-11得到链条型号为35B，链轮的型号为35B，再根据《机械设计手册》表9-1确定链条的节距P=9.525mm。链条具体尺寸见图2.6；

图2.6 链条具体尺寸图

链条的链速V决定了链传动的润滑方式，链条平均链速

查《机械设计手册》图9-14选择定期人工润滑的方式。 （3） 链传动的张紧

链传动张紧的目的在于，为了避免在链条的松边垂度过大时产生链传动啮合不良和链条

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的振动现象，同时也增加链条和链轮的啮合包角。张紧的方式有很多，当小链轮与大链轮之间的中心距可调时，可以通过调节中心距来控制链条的张紧程度。但是当中心距不可调时，我们只有通过增加张紧轮的方式实现链条的张紧。本设计中由于在行走电机固定板上开有长条孔，因此可以通过调整行走电机的位置来调节小链轮与大链轮之间的中心距，最终实现整个链条的张紧。 2.3.1.5辅助机构的设计选型

辅助机构主要由行走轮、蓄电池和PBS防撞传感器组成。 （1）行走轮的设计选型

根据GB/T 2900.50-2008，高压输送线通常指输送10KV（含10KV）以上电压的输电线路。 中国国内高压输电线路的电压等级一般分为：35KV、110KV、220KV、330KV、500KV、750KV等。其中110KV、330KV多用于北方地区。一般称220千伏以下的输电电压叫做高压输电，330到750千伏的输电电压叫做超高压输电，1000千伏以上的输电电压叫做特高压输电。 高压输电在城市一般采用带绝缘层的电缆地下传输，在野外常采用铁塔承载的架空线方式传输。

高压输送线以线本体内的铝芯的横截面面积来分类，常见的有120mm2，240mm2，300mm2三种。本设计中选240mm2的作为高压输送线的铝芯的横截面面积，通过计算得到铝芯的直径为17.48mm，再考虑到高压线体外面包裹的绝缘层，因此本设计中选定架在高空的高压输送线体的直径为20mm。

行走轮材质： 主体铝合金，轮面聚氨脂，聚氨酯表面做滚花槽 行走轮直径：55MM 轮宽：32MM

（2）蓄电池的设计选型

蓄电池的型号为DC48V 75AH，品牌为霍克，蓄电池的外形尺寸为L350×W210×H210（mm）(长×宽×高)，蓄电池安装固定在电气控制柜的内部。 （3） 障碍物传感器的设计选型

防撞传感器选用的是PBS防撞传感器，型号为PBS-03JN-CE，通过专用软件向计算机内部导入数据，这些数据决定了防撞传感器的整个检测范围。障碍物传感器参数如下表：

供电电压 供电电

24VDC（18-30VDC） <250mA (<100mA, 照明关闭），除I/O端子电流和冲流（500mA） 17