機械創新設計大賽

成員：邢江寬、李昂、羅學立、朱文鋒、劉豪指導教師：

王德國王文明基于回轉凸輪機構的海洋立管爬行器示教裝置背景描述

在石油天然氣行業中，管道運輸是一種便捷、高效的運輸方式。但是管道長期運行會出現污染物沉積、有害物質腐蝕等問題，為獲取管道運行資料、檢測管道存在的隱患、提高管道的使用壽命，就必須對管道進行有效的定期檢測與維護。對管道的檢測與維護，國外已經有了可以投入使用的系列產品，國內的很多研究機構和公司也已經有了比較成熟的研究。

背景描述

本團隊正是對現今普遍的爬行器研究工作作一個簡化以及創新，作為作為一個教學模型。

本作品真實地模擬了一個工程設備的運行，可以在機械原理和機械設計等一系列機械類課堂上，協助教師更好地講解多種運動機構的運動特點，如往復絲杠與螺母配合的運動特性和以摩擦力為起因的自鎖現象等。這種真實形象的演示展現了機構在工程上的實際用途，可以幫助學生對機構有更清晰更深入的理解。作品簡介

本作品為一項教學模具，用以模擬爬行器的工作原理。整個作品的關鍵零部件包括后置卡瓦、前置卡瓦、分瓣式爬行筒、螺母座、傳動螺母和往復絲杠等。作品名稱：基于往復凸輪機構的外管道爬行器示教裝置設計原理詳細說明

把前置卡瓦、螺母座以及傳動螺母等零部件看成一個運動總成A（下文簡稱A），除A之外的所有零部件組成運動總成B（下文簡稱B）。假設A處于往復絲杠的最后端，A在往復絲杠上向前運動，按正常情況，B應該往后運動，但因為后置卡瓦的齒形作用，使管壁與后置卡瓦之間產生巨大的摩擦力，阻礙了B的相對運動趨勢，這時B傳遞給A一個作用力，A在此力的作用下向前運動（后置卡瓦的齒形是向后傾斜的，當A向前運動時，后置卡瓦與管壁不會形成大的摩擦力阻礙A向前運動）。

當A爬行到往復絲杠最前端時，往復絲杠前段有一導向槽，A在其作用下進入反向螺母，這時按理說A應該往后運動，但由于A上前置卡瓦的作用，A同樣不能運動，而此時B會在螺紋傳動的作用下向前爬行，當B中的往復絲杠向前運動到傳動螺母達到往復絲杠最后端時，完成一個運動周期。如此反復，爬行器爬行到預定位置。A作品重要構件往復絲杠傳動螺母螺母座卡瓦爬行器外筒成果展示CAD繪圖卡瓦成果展示CAD繪圖螺母蓋成果展示CAD繪圖爬行筒成果展示CAD繪圖往復絲杠成果展示CAD繪圖總裝配圖作品演示作品效果圖作品演示作品核心機構的三維解除爆炸圖創新點1、本教具形象的將石油裝備中的管道爬行裝置簡化，并且能夠展示凸輪機構還有自鎖現象等機械原理知識；1、以往的爬行器設計都是在管道內部爬行，本作品爬行方式為沿管道外壁爬行，適應性更強；2、增設圓弧形固定裝置，與爬行筒頂端螺孔通過螺栓連接，可以根據具體工作條件調整爬行器工作直徑，實現變徑，可以給課堂帶來更多的創新氛圍；3、設計采用兩軸聯動，保證了爬行器爬行的穩定性。推廣應用意義

本作品在做到構成簡潔的同時，也保證了其包含的運動機構的數量。而且在設計過程中，在不影響功能正常發揮的條件下，本小組對各零部件進行了簡化，從而使整個模具的尺寸更加合理，更加符合教學要求，同時加工難度大大降低，制作成本也得到控制。因此，本作品不僅在加強課堂教學效果以及加深教育意義上能有出色的表現，而且其相對簡單的構造以及合理的造價使其在推廣，特別是各高校機械院系的推廣上有很大的潛力。

謝謝！