仿生魚機器人設(shè)計-單關(guān)節(jié)魚（含CAD圖紙）

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The whole design process is divided into mechanical structure design, hardware and software design.According to the designed structure, this paper USES Solidworks software to realize structural modeling, and the process of automatic control should be carried out according to the required movement mode. After many experiments and optimization, the caudal fin with high propulsive efficiency was developed, and the maximum sailing speed, turning radius and maximum snorkeling speed of the robot merman with high propulsive caudal fin were tested. At the same time, select appropriate remote control technology, to achieve a certain depth of the robot mermaid free remote control. In addition, shell fish do beautification and other items test indicators, such as immersion seal test, life time test.After testing, all functions and performance meet the design requirements. Key words: robot fish; Ornamental type; Mechanical structure modeling: caudal fin propulsion  目錄 1 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 1 Abstract 1 第一章 緒論 1 1.1選題目的和意義 1 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3本文主要工作 2 第二章 仿生魚機器人的總體方案分析 3 2.1魚類推進機理分析 3 2.2驅(qū)動器的選擇 3 2.3驅(qū)動機構(gòu)的選擇 4 2.4電機的選型 5 第三章 仿生魚機器人的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 3.1尾鰭驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計 8 3.2潛水驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計 8 3.3機器魚的外殼設(shè)計 9 3.3.1外形設(shè)計 9 3.3.2殼內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 3.4尾鰭設(shè)計 12 第四章 關(guān)鍵零部件分析計算 14 4. 1 齒輪的設(shè)計與校核 14 4.2 軸的設(shè)計與校核 17 第五章 總結(jié) 19 參考文獻 20 謝辭 20 第1章 緒論 本部分的主要內(nèi)容是闡述畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和研究現(xiàn)狀，并制定工作計劃。 1.1選題目的和意義 當今社會的能源已經(jīng)不在充裕，甚至出現(xiàn)了缺少的現(xiàn)象。所以全世界個大部分國家都在進行著能夠?qū)崿F(xiàn)能源更加合理利用的方法。在造船行業(yè)，今天的螺旋槳是前進的最常見的方式，但是當螺旋槳旋轉(zhuǎn)時在水中時，雙方會產(chǎn)生一個旋渦，增加了功率消耗，減少游泳速度。另外，螺旋槳通常通過改變舵角來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，導致轉(zhuǎn)彎半徑大，操縱性差。水下螺旋槳探測器也低推進效率，流動性差，隱蔽性差等缺陷同樣的問題，并圍繞螺旋槳藻類等水生植物容易纏繞，導致對葉片損壞，螺旋槳甚至不能工作。 魚類是自然界最早的脊椎動物，在幾百萬年的自然選擇之后，進化出了在水中移動的非凡能力。具有手動水或水下機器人，具有魚游動的推進效率，良好的隱蔽性，流動性等[1,2]進行比較。 隨著科技的不斷進步，不僅是機器人方面的技術(shù)在不斷地發(fā)展，仿生學也隨著不斷地深入研究發(fā)展的越來越好，目前對于放生機器魚的研究已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，并且也有著能夠?qū)崿F(xiàn)放生機器魚研究的條件。所以仿生機器鱷魚也可以是一個重要的研究方向供我們金鄉(xiāng)不斷地探索研究。仿生機器魚的有點狠明顯，具有良好的移動性、節(jié)能性和隱蔽性，具有重要的研究價值和應(yīng)用前景。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機器魚的研究在國內(nèi)外有著悠久的歷史，但從仿生學的角度設(shè)計機器魚實體始于上世紀90年代。目前世界在電子方面的發(fā)展以及材料科學的迅速發(fā)展，所以對于機器魚的研究也是不斷深入。本文對小型機器人魚的研究現(xiàn)狀進行了簡要的綜述。 2000年，日本在進行機器魚的研究過程中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)機器魚的轉(zhuǎn)彎過程，成功的發(fā)明出了PF-300。該機器魚魚長約0.34m，并且身體中有兩個伺服電機分別進行方向以及前進的控制。朝向后部另一伺服電機。由木材制成的浮動天線的水面上的可以在無線通信中實現(xiàn)與外界， 北京大學工學院也成功實現(xiàn)了機器魚的開發(fā)，并且征途的魚的結(jié)構(gòu)有四個關(guān)節(jié)串聯(lián)而成，這樣就能夠更好地實現(xiàn)魚在水中的運動方式，前鰭控制機器人的上升和下降。 魚體上裝有攝像頭和壓力傳感器，便于控制和收集信息。 。 1.3本文主要工作 研究項目充分體現(xiàn)了機械設(shè)計特點，即給定的參數(shù)下，主要參數(shù)的粗略計算后，開始設(shè)計，然后檢查到原來的設(shè)計，修改和改進，在設(shè)計 - 修改 - 再設(shè)計 - 修改周期，不斷完善設(shè)計，最終設(shè)計達到了預期目的。 本文主要從以下幾個方面進行研究： 一。機器魚的機械結(jié)構(gòu)，主要包括傳動機構(gòu)和防水結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 2。機器魚的外形，包括頭、體、鰭的外形設(shè)計，達到了要求的流線曲線，降低了導航阻力，具有逼真美觀的效果。 3、硬件電路的建設(shè)和編程。在現(xiàn)有的開發(fā)板、驅(qū)動板模塊的幫助下，構(gòu)建合理的硬件電路，編寫控制程序。 。 第二章 仿生魚機器人的總體方案分析 2.1魚類推進機理分析 在魚類進行水中運動的過程，對我們進行仿生機器魚的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有很重要的參考意義。本章首先簡要分析了魚類的推進機理。 就推進機構(gòu)而言，根據(jù)魚類游動的位置，可分為兩類[6]： （1）其中一部分水里游動的魚能夠前進的過程是將他們的身體扭動，并且也要搖擺他們的尾鰭，從而推動水產(chǎn)生向前的運動的力，這個過程可以叫做BCF（Body and Caudal Fin）運動模式； （2）但也有不同的游動方式，另一種方式是將中間鰭和對鰭的之間產(chǎn)生相對運動的方式來實現(xiàn)向前的推進力的，這個過程可以叫做此為MPF（Middle and Pectoral fins）運動模式。其中，所述中間體具有背部和肛門鰭。 只有搖擺推進模式才能使整個身體靜止不動，只能通過剛性尾鰭的鐘狀擺動產(chǎn)生推力。 受到振蕩推進模式仿生機制的啟發(fā)，機器魚由一個關(guān)節(jié)尾鰭驅(qū)動，整個身體保持靜止，只有尾鰭運動產(chǎn)生前進和轉(zhuǎn)動的力量?？梢钥闯鰴C器魚是不能向后移動的。 2.2驅(qū)動器的選擇 上述仿生抽象和簡化機構(gòu)，其實，本機僅需要兩個驅(qū)動器。尾翼提供了主要動力，因此其驅(qū)動力的選擇是本節(jié)的重點。為了能夠選擇正確的驅(qū)動程序，首先需要比較每個驅(qū)動程序的優(yōu)缺點，如表2.1所示。 功能材料體積一般較小，驅(qū)動力，重量相對較大，可用于小型機器魚的設(shè)計，魚體的長度可減少到幾厘米。但對于功能材料還處于比較初級的階段。另外，新型功能材料驅(qū)動的機器魚具有速度慢、成本高等特點。 在傳統(tǒng)的三種驅(qū)動方式中，電機驅(qū)動與液壓 、氣壓驅(qū)動相比具有精度高、響應(yīng)速度快、易于小型化等優(yōu)點，因此電機驅(qū)動適用于該機器人。 。 表0.1 傳統(tǒng)驅(qū)動方式比較 驅(qū)動方式 優(yōu)點 缺點 電機驅(qū)動 技術(shù)成熟、精度較高、成本低 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為尾鰭擺動有些難度 液壓驅(qū)動 輸出力矩/重量比大、反應(yīng)靈敏、承載能力大 需要恒壓泵，移動件容易漏油，污染環(huán)境 氣壓驅(qū)動 實現(xiàn)高速直線運動，空氣可壓縮性容易實現(xiàn)力與緩沖控制 高精度位置與速度控制都困難，剛性較差；排氣噪音較大，產(chǎn)生大量氣泡 表2.2歸納了新功能材料驅(qū)動方式的優(yōu)劣。 表0.2 新功能材料驅(qū)動方式比較 驅(qū)動方式 優(yōu)點 缺點 形狀記憶合金 驅(qū)動力/重量比大、變形量大、結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動電壓低 重復多次記憶效應(yīng)會退化、對該材料的研究尚屬初步、材料難獲取、價格貴 壓電陶瓷 變形精度、響應(yīng)極快 形變增大，輸出力矩變小、對外界干擾力敏感、變形量小于千分之一、驅(qū)動電壓超過100V 人造肌肉 能耗低、無噪聲、變形量大 輸出力矩小、頻率低 該機器魚系統(tǒng)，交流電源是很難獲得，只能選擇直流電動機。直流電動機可分為有刷電動機和無刷電動機，無刷電動機不需要電刷結(jié)構(gòu)，使用壽命長，輸出轉(zhuǎn)矩大。但需要特殊的驅(qū)動電路，而且體積大。 根據(jù)上面的表格以及一系列的分析，最終本次課題選擇使用的電機結(jié)構(gòu)是直流電刷電機驅(qū)動尾翼。 。 2.3驅(qū)動機構(gòu)的選擇 因為電機的最終選型是直流電刷電機，并且電機在進行運動過程中，一定是首先會傳遞出旋轉(zhuǎn)的運動，但是魚在進行前進過程中需要的是來來回回的往復運動。所以對于與身體結(jié)構(gòu)的改造就十分的必要。并且有兩種不同的結(jié)構(gòu)能夠時效內(nèi)我們想要的運動，其中一種就是曲柄搖桿機構(gòu)，曲柄作為原運動部件，由電機驅(qū)動，搖桿與尾翼固定連接，使尾翼作擺動運動；還有一種能夠?qū)崿F(xiàn)的方法就是通過電氣控制方式，即，通過控制電機的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了尾翼的擺動。 下面的圖2.1、圖2.2就表示了上面文章中所介紹的兩種運動簡圖。 圖0.1 曲柄搖桿機構(gòu)運動簡圖 在圖2.1中，電機通過減速器減速后帶動曲柄a轉(zhuǎn)動，進而搖桿c（即尾鰭）實現(xiàn)兩個極限位置1與2之間的往復擺動。 圖0.2 電機直驅(qū)機構(gòu)運動簡圖 在圖2.2中，電機通過一級減速器減速后直接帶動尾鰭的實現(xiàn)位置1與位置2之間的往復擺動。 2.4電機的選型 首先根據(jù)之前已知的一系列運動和最基本的參數(shù)，選擇潛水電動機的型號是Y系列的直流電刷電機，所選的電動機與其他的類型的電動機相比較，結(jié)構(gòu)相對簡單，利于維修，并且重量也是輕型。成本不高但是能夠有比較高的工作效率。能夠滿足大部分的實際工業(yè)中應(yīng)用。并且，還增加了一個附加的功能，能夠防止雜物進入到電機的內(nèi)部。 有關(guān)于電動機額定功率的確定，應(yīng)當使得電動機的額定工具要比所需要的實際的功率大才行。即 式中 ——電動機額定功率，KW; ——工作所需電動機功率，KW; 工作所需電動機功率按以下計算 式中 ——工作所需有效功率，KW; ——從電動機到工作機的總傳動效率; 機器的計算如下 式中 ——電機輸出軸所受阻力; N ——輸出軸轉(zhuǎn)速，m/s。 輸出軸的速度為120r/min， ， 取傳動中各部件的效率如下： 鏈傳動效率： 軸承效率： 齒輪效率： 則 有根據(jù)傳動中所涉及到的摩擦力產(chǎn)生的阻力，所以載荷力就要再大一些以克服摩擦阻力。所及就可以計算電動機要提升的功率多少： 最后根據(jù)之前所計算選擇出來的數(shù)據(jù)，查表選擇潛水電動機型號為Y802-4，額定功率P=0.75kw，額定轉(zhuǎn)速為n=1390r/min,頻率：50HZ,電壓：380V。 舵機的選型 仿生機器魚魚尾的擺動時通過一舵機來實現(xiàn)的，舵機魚尾的連接桿是通過一U型架裝配在一起的，舵機的作用是使得機器魚魚尾產(chǎn)生一定的力矩，使得魚尾在一定范圍內(nèi)擺動，從而使得魚身產(chǎn)生一定的前行動力。因此，我們是根據(jù)仿生機器魚魚身的設(shè)計尺寸選擇合適大小的舵機。本設(shè)計我們選用ES08A銀燕舵機，其參數(shù)如表2.1所示。 表0.1 ES08A銀燕舵機參數(shù)表《機械設(shè)計手冊》 型號 工作電壓/V 扭矩/Kg·cm 速度 尺寸/mm 重量/g ES08A 4.8-6.0 1.5/1.8（4.8V/6V） 0.12/0.10sec/60° 32×11.5×24 8.5 ?其中，ES08A的輸出扭矩為1.5/1.8Kg.cm，足以承受水流擾動產(chǎn)生的扭矩。可以給魚尾提供動力，產(chǎn)生一定扭矩，魚尾在這一扭矩范圍內(nèi)擺動，實現(xiàn)了魚身在水中的向前游動的功能。  第三章 仿生魚機器人的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1尾鰭驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計 轉(zhuǎn)軸和電機座和骨架不能夠通過軸承來實現(xiàn)他們的運動。所以就要使用銅套代替軸承，也就是說，使用滑動配合代替滾動配合。銅套和以過盈配合的電動機固定板框架的外徑，這是間隙配合在軸的內(nèi)直徑，以便于軸的旋轉(zhuǎn)。 顯然，如果尾翼能夠自由擺動，轉(zhuǎn)軸首先必須能夠自由轉(zhuǎn)動，這就要求上下銅套同心度更好。根據(jù)加工工藝知識，若兩個孔采用一次或同一定位基準加工，同心度高。如果在一次通過加工用的兩個孔是必需的，馬達固定板整體骨架結(jié)構(gòu)，即，通過長孔的第一處理，然后研磨掉多余材料。但是，如果電機的固定板和機架是一體的，那么銅套和軸就很難安裝。 因此，采用固定板與骨架分離結(jié)構(gòu)，便于組裝，節(jié)省材料。但對于骨架和電機固定板的兩部分，安裝了兩個銅套孔位置尺寸精度要求高。 3.2潛水驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計 當仿生機器魚向下潛水時，驅(qū)動電機提供動力，將動力傳送給齒輪和螺桿，齒輪和螺桿材料都是45#鋼，齒輪和螺桿轉(zhuǎn)動推動活塞（橡膠）向前移動，活塞一端體積變大，需要說明的是，此體積與外界想連，此時，水就進入蓄水體積內(nèi)，從而導致仿生魚整體重量增加，使其潛入水中；同理，當蓄水體積變小時，仿生自動上浮。 圖0.1 潛水機構(gòu)示意圖 3.3魚尾驅(qū)動舵機設(shè)計 舵機和驅(qū)動電機固定在機器魚的框架（Q235）上。機械結(jié)構(gòu)的布置，機器魚的內(nèi)部部件，甚至硬件電路，都固定在同一個框架上，然后將框架和外殼組裝固定。因此，在進行魚的結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，使用骨架結(jié)構(gòu)的方式不僅在裝配過程中變得簡單，并且也能夠更好地實現(xiàn)魚的尾鰭擺動的過程。也能夠大大的提高魚運動的精度。 仿生機器魚在水中向前移動是由魚尾的擺動來實現(xiàn)的，魚尾的擺動有是由一安裝在主結(jié)構(gòu)架上面的尾部驅(qū)動舵機來完成的，魚尾和魚尾驅(qū)動舵機之間用一剛性材料45鋼的連接桿相連，驅(qū)動舵機和連接桿都是安裝在魚身（樹脂材料）里面的，這個鏈接魚尾和驅(qū)動舵機的連桿通過一U型支架（Q235）與驅(qū)動舵機相連接，U型支架與驅(qū)動舵機之間通過法蘭盤（Q235）、螺絲、銷釘相連，U型支架可以在驅(qū)動舵機上按一定的角度范圍內(nèi)擺動，這樣就可以使得魚尾擺動，使得整個仿生機器魚在水中向前移動。 根據(jù)以上設(shè)計分析，機器魚機械結(jié)構(gòu)裝配圖如圖2.9所示。 圖0.2 仿生魚機械結(jié)構(gòu)裝配圖 3.3機器魚的外殼設(shè)計 3.3.1外形設(shè)計 外殼的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則: （1）外殼設(shè)計完成之后，一定要能夠?qū)崿F(xiàn)讓機器魚浮起來，也就是說要讓整個魚的體積比重量大，然后通過增加重量將其調(diào)整到相同的重力和浮力； （2）外殼需要能夠保證足夠好看，并且也要實現(xiàn)減小阻力的作用； （3）外殼必須滿足防水要求； （4）滿足通信、充電需求。 在機器魚進行運行工作的時候，為了能夠?qū)崿F(xiàn)機器魚在運動過程中阻力的減少，就要結(jié)交真正的魚的流線型的外形，并且具體的結(jié)構(gòu)尺寸也是可以根據(jù)真實的魚類的尺寸進行擬定的。并且要根據(jù)真是的魚的比例進行相應(yīng)的比例設(shè)計，最終，擬定的機器魚的外形以及尺寸結(jié)構(gòu)，就可以從下面的圖中看出。 （a） 魚身流線外形主視圖 （b） 魚身流線外形俯視圖 圖0.3 魚身流線外形輪廓 沿X方向垂直于x軸的截面在主俯視視圖中通過四條流線曲線交接四個點，這四個點通過花鍵連接作為魚體的橫截面。在不同的x坐標下制作多個截面，然后通過放樣將這些截面連接到機器人魚的殼表面。 本次課題所設(shè)計的機器魚，在整體的外部形狀方面，并不是和真是的魚類一樣的形狀，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，稍微減少了機器魚的整體長度，并且也要比真實的魚更加的寬，能夠有更多的空間進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安放。這樣就能夠?qū)C械結(jié)構(gòu)完整的安裝到整個機器魚的內(nèi)部。并且假如將機器魚進行分解觀看，同時也能夠?qū)C器魚根據(jù)結(jié)構(gòu)分成魚頭和魚身兩個部分。而整個機器魚進行制造過程中所選擇的材料需要具有耐腐蝕，重量輕，具有良好的耐磨損性，防水性，透明性和可觀察到的內(nèi)部泄漏等。 選擇與X軸垂直的截面為分型面的原因是分型面的形狀近似為圓形，使用O形環(huán)密封或橡膠密封更為常規(guī)和方便。如果選擇與 y 軸或 z 軸垂直的截面作為分型面，則密封輪廓不規(guī)則，密封困難。 魚頭設(shè)計符合美觀和減阻的要求。魚頭和魚體的接縫表面設(shè)有溝槽，用于放置O形環(huán)或放置密封劑。魚頭模型如下圖所示： 圖0.4 魚頭結(jié)構(gòu)說明圖 魚眼和頭部一體地形成，魚眼內(nèi)部三色LED燈，作為一個速度指示器。 3.3.2殼內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計 魚體壁厚3mm，采用樹脂材料。為了使殼體具有較高的強度，在殼體中沿魚體的長度方向和圓周方向增加了加強筋。外殼由樹脂材料制成，密度高，強度高，樹脂材料（與金屬材料相比）對電磁波信號的傳輸幾乎沒有影響。 魚體內(nèi)設(shè)有安裝槽，用于定位框架，以確保軸心線在框架上的相對位置和殼體上的孔。 因為殼體的復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且因此不適合于移除材料加工，所以使用的選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，材料選擇，感光樹脂材料，從而形成整個殼體時處理。 3.4尾鰭設(shè)計 單聯(lián)機魚的正向功率均由尾鰭提供，尾鰭的推力大小可與形狀、大小、材料等的特性緊密相關(guān)，在機器魚樣機中設(shè)計尾鰭。而且所有的尾鰭都有相應(yīng)的槽和螺孔，只要與尾鰭框架配對就可以了，方便多組尾鰭試驗，如圖2.18所示。 圖0.5 尾鰭模型 圖0.6 機器魚三維模型裝配圖 第四章 關(guān)鍵零部件分析計算 4. 1 齒輪的設(shè)計與校核 (1) 齒輪分結(jié)構(gòu)選擇。在齒輪所連接的軸上，運動時候所需要的轉(zhuǎn)速不是很高的，結(jié)合實際情況最終選擇7級精度的直齒圓柱齒輪。 (2) 根據(jù)上文選擇的齒輪型號，查表可得齒輪的傳動效率為96% 則可得 齒輪傳遞的功率 P =F*v*0.96= (3) 材料的選擇 根據(jù)表格選擇小齒輪的型號，材料等信息，最后結(jié)合情況選擇出來的齒輪型號是20CrMnTi (調(diào)質(zhì))并且該型號的硬度為300HBS。大齒輪也是哦你姑姑同樣的方式確定，型號：20CrMnTi (調(diào)質(zhì)) 該型號的大齒輪硬度為280HBS (4) 首先初步確定小齒輪和大齒輪的齒數(shù)，分別是， 齒輪 (5) 按齒面的接觸強度計算 由設(shè)計計算公式10-9a進行試算 (4.19) 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 (1) 試選載荷系數(shù) =1.3 (2) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 (3) 由表4-1選取齒寬系數(shù) 表4-1齒輪齒寬系數(shù)表 (4) 由下表查得材料的彈性影響系數(shù) (4.20) (5) 由圖4-1 按齒面的硬度查得小齒輪的接觸極限 圖4-1 齒輪接觸疲勞極限 大齒面的接觸疲勞極限 (6)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (4.21) (7)由表4-2 取接觸疲勞壽命系數(shù) 表4-2接觸疲勞強度系數(shù)表 (8) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效為了1%，則安全系數(shù) s=1 (4.22) 計算 (1) 計算小齒輪的分度圓直徑。代入較小的值 (2) 計算圓速度 (3) 計算齒寬B (4) 計算齒寬與齒高之比 計算載荷系數(shù) 根據(jù) V=1.49 m/s 7級精度。查得動載系數(shù) 直齒輪 查得使用系數(shù) 由插值法查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱的布置的，則有 由和查得 故載荷系數(shù) (6) 按實際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑 (4.23) (7) 計算模數(shù) 4.4 按齒根彎曲強度設(shè)計 (1) 由圖4-1 查得的小齒輪的彎曲疲勞強度極限 大齒輪的彎曲強度極限 (2) 由表4-2查得彎曲疲勞壽命系數(shù) (3) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 得 (4) 計算載荷系數(shù) (4.24) (5) 查取齒形系數(shù) 由表4-3查得 (6) 查得應(yīng)力校正系數(shù) 由表4-3查得 表4-3齒形系數(shù)表 (7) 計算大，小齒輪的，并加以比較 (4.25) 由此可得大齒輪的值大 設(shè)計計算 對比計算結(jié)果，并進行分析能夠得到齒輪的齒面接觸疲勞強度的模數(shù)比齒根處的要大。并如果想知道這些數(shù)值的模數(shù)大小，只要是根據(jù)彎曲強度受到的承載能力來確定的。另一方面，整個結(jié)構(gòu)的承載能里的多少，是可以根據(jù)之前計算分析得到的疲勞強度能夠決定的，并且僅僅通過齒輪的直徑也能夠進行分析得到可彎曲強度算得的模數(shù)5.73，并就近圓整為標準值M=6按接觸強度算得的分度圓直徑D=175.05 算出小齒輪的齒數(shù) 大齒輪的齒數(shù) 本發(fā)明能夠滿足齒輪的接觸疲勞強度，實現(xiàn)齒輪齒根的彎曲疲勞強度，達到結(jié)構(gòu)緊湊的目的。 4.2 軸的設(shè)計與校核 （1）根據(jù)上面的電機選型，已知電機的功率為P=40KW，轉(zhuǎn)速N=1470（r/min） 根據(jù)以上的電動機的數(shù)據(jù)，最后確定齒輪材料為30CrMnTi。 根據(jù)表15-3，取A=120 則有 (5.1) (n.mm) 。根據(jù)軸的最小直徑選用直徑為20mm， 花鍵連接的工作長度為25 mm。 （2）選擇軸的材料 由于之前計算出的小弧齒分度圓d=80的直徑小于=90，為方便使用，軸應(yīng)與弧齒放在軸上形成齒輪軸，因此軸的材質(zhì)和齒輪的材質(zhì)與30crmnti相同 （3）強度較核 軸上的載荷是由與軸相連的部件傳遞的，不僅是齒輪，還有箱體等物體。當計算時，這些不均勻、分散的力通常集中在一個作用力點上，然后再計算。作用轉(zhuǎn)矩軸通常從傳輸構(gòu)件的輪轂的寬度的中心計算的應(yīng)力被簡化成為力學模型，和用于分析和計算能力。 因為彎矩的方向不僅在一個方向上，而且在水平面或垂直面上?？梢酝ㄟ^公式進行計算，然后可以根據(jù)計算得到的數(shù)據(jù)進行繪圖、分析，最終找到臨界點。 計算齒輪上的受力 圓周力 畫垂直面得彎矩圖： 圖4-2 軸的彎矩和扭矩圖 故可知道，它是安全的。 第五章 總結(jié) 本文在研究真實魚的尾鰭擺動方式的基礎(chǔ)上，按照功能仿生與形態(tài)仿生相結(jié)合的思想，完成了機器魚的設(shè)計與制造。實驗表明，機器魚運動靈活，游動穩(wěn)定，浮潛自由，密封可靠，體現(xiàn)了尾鰭推進方式的特點，驗證了設(shè)計的合理性，總結(jié)了本文的工作成果： 1．根據(jù)項目要求，通過分析和計算，機器程序魚的一些合理的機械結(jié)構(gòu)，和某些細節(jié)，例如可移動的密封件設(shè)計中，電池的布局設(shè)計中，魚的特性，以適應(yīng)小的局部條件機進行改進設(shè)計創(chuàng)新和驗證設(shè)計的合理性在實驗的后期。 2．許多實驗，所獲得的尾鰭材料，運動和推進的定性參數(shù)之間的幾何關(guān)系，這種關(guān)系可歸納如下：在一定范圍內(nèi)，打火機尾部的質(zhì)量翅片，面積越大，則擺動的頻率越高，所產(chǎn)生的更大的推進力。 3． 根據(jù)2中的定性關(guān)系，設(shè)計了以聚氯乙烯為原料，模仿鯉魚尾鰭形狀的高推進效率尾鰭。該尾鰭在功率為1.88W的直流電機的驅(qū)動下可推進質(zhì)量為700g的機器魚實現(xiàn)0.27m/s的最大前進速度。 參考文獻 [1] C.Nicholson,R.Ryan. 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