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It is applied widely in the flexible manufacturing system and the automated factory, and has the merits of high transportation efficiency, energy conservation, the operation reliable and the flexible transportation. It can enormously increase production automation levels and production efficiency. Based on analyzing present situation and development of feeding equipment at home and abroad, two wheels of independent drive are designed. The design process of the car includes: mechanical structure design according to the design requirements, choosing direct current motors based on the speed of the car, then making the worm drive design according to the speed of the motors and car, then to design the axis structure and choose the bearings based on the load and speed of the car, at last making the control system of the microprocessors design according to driving request of the car.This car can realize independence functions of forward recession and turning through the microprocessor controlling speed and steering of the direct current servo motors .It will drive along specific route.The advantages of design scheme: small in size, great load capacity, smooth driving, small errors of transmission, high maneuverability and convenient operation. Keyword: Automatic Feed Vehicle Worm drive Microprocessor徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )I目 錄1 緒論 ......................................................................11.1 全自動(dòng)送料小車簡(jiǎn)介 .....................................................11.2 全自動(dòng)送料小車的分類 ...................................................11.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ...............................................12 機(jī)械部分設(shè)計(jì) ...............................................................32.1 設(shè)計(jì)任務(wù) ...............................................................32.2 確定機(jī)械傳動(dòng)方案 .......................................................32.3 車體計(jì)算 ...............................................................42.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇 ...................................................42.4.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù) ............................................................42.4.2 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 .........................................................42.4.3 全自動(dòng)送料小車的受力分析 ...........................................52.4.4 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩 .........................................62.4.5 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷慣性 .........................................62.4.6 電機(jī)的選定 .........................................................62.4.7 電機(jī)的驗(yàn)算 .........................................................72.5 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) ...........................................................72.6 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) ...........................................................82.6.1 選擇蝸桿的傳動(dòng)類型 .................................................82.6.2 選擇材料 ...........................................................82.6.3 蝸桿傳動(dòng)的受力分析 .................................................82.6.4 初選 ...............................................................92.6.5 中心距計(jì)算 .........................................................92.6.6 傳動(dòng)基本尺寸 ......................................................102.6.7 齒面接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 ..............................................102.6.8 輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 ..............................................102.6.9 蝸桿軸撓度驗(yàn)算 ....................................................112.6.10.精度等級(jí)公差的確定 ...............................................112.6.11 熱平衡核算 .......................................................112.7 軸的設(shè)計(jì) ..............................................................112.7.1 前輪軸的設(shè)計(jì) ......................................................112.7.2 后輪軸的設(shè)計(jì) ......................................................142.8 滾動(dòng)軸承選擇計(jì)算 ......................................................18徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )II2.8.1 前輪軸上的軸承 ....................................................182.8.2 蝸桿軸上的軸承 ....................................................192.8.3 后輪上的軸承 ......................................................213 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ...........................................................233.1 控制系統(tǒng)總體概述 ......................................................233.2 鑒相 ..................................................................233.3 計(jì)數(shù)的擴(kuò)展 ............................................................243.4 中斷的擴(kuò)展 ............................................................253.5 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇 ......................................................263.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇 ......................................................283.7 控制軟件的設(shè)計(jì) ........................................................30結(jié)論 .......................................................................32致謝 .......................................................................33參考文獻(xiàn) ...................................................................34附錄 .......................................................................35附錄 1 ....................................................................35英文翻譯 ................................................................35中文翻譯 ................................................................42買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )III徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )11 緒論1.1 全自動(dòng)送料小車簡(jiǎn)介 全自動(dòng)送料車（即稱 AGV） ，是一種物料搬運(yùn)設(shè)備，是能在某一位置自動(dòng)進(jìn)行貨物的裝載，自動(dòng)行走到另一位置的全自動(dòng)運(yùn)輸裝置。它是以電池為動(dòng)力源的一種自動(dòng)操縱的工業(yè)車輛。裝卸搬運(yùn)是物流的功能要素之一，在物流系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，占據(jù)物流費(fèi)用的重要部分。因此，運(yùn)輸工具得到了很大的發(fā)展，其中 AGV 的使用場(chǎng)合最廣泛，發(fā)展十分迅速。1.2 全自動(dòng)送料小車的分類自動(dòng)送料小車分為有軌和無(wú)軌兩種。所謂有軌是指有地面或空間的機(jī)械式導(dǎo)向軌道。地面有軌小車結(jié)構(gòu)牢固，承載力大，造價(jià)低廉，技術(shù)成熟，可靠性好，定位精度高。地面有軌小車多采用直線或環(huán)線雙向運(yùn)行，廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的箱體類工件 FMS 中。高架有軌小車（空間導(dǎo)軌）相對(duì)于地面有軌小車，車間利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動(dòng)范圍分開(kāi)，安全性好，但承載力小。高架有軌小車較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介入的工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車由于需要機(jī)械式導(dǎo)軌，其系統(tǒng)的變更性、擴(kuò)展性和靈活性不夠理想。無(wú)軌小車是一種利用微機(jī)控制的，能按照一定的程序自動(dòng)沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛，并具有停車選擇裝置、安全保護(hù)裝置以及各種移載裝置的輸送小車。無(wú)軌小車按引導(dǎo)方式和控制方法分為有徑引導(dǎo)方式和無(wú)徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式。有徑引導(dǎo)方式是指在地面上鋪設(shè)導(dǎo)線、磁帶或反光帶指定小車的路徑，小車通過(guò)電磁信號(hào)或光信號(hào)檢測(cè)出自己的所在位置，通過(guò)自動(dòng)修正而保證沿指定路徑行駛。無(wú)徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是在無(wú)軌小車的計(jì)算機(jī)中預(yù)存距離表（地圖） ，通過(guò)與測(cè)距法所得的方位信息比較，小車自動(dòng)算出從某一參考點(diǎn)出發(fā)到目的點(diǎn)的行駛方向。這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)AGV 是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)而產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)的。日本人認(rèn)為柔性加工系統(tǒng)誕生于 1981 年，這樣計(jì)算 AGV 大規(guī)模應(yīng)用的歷史也只有 15 至 20 年。但是，其發(fā)展速度是非常快的。1981 年美國(guó)通用公司開(kāi)始使用 AGV，1985 年 AGV 保有量 500 臺(tái)，1987 年 AGV 保有量 3000 臺(tái)。資料表明歐洲 40%的AGV 用于汽車工業(yè)，日本 15%的 AGV 用于汽車工業(yè)，也就是說(shuō) AGV 在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用 。[1]目前國(guó)內(nèi)總體看 AGV 的應(yīng)用剛剛開(kāi)始，相當(dāng)于國(guó)外 80 年代初的水平。但從應(yīng)用的行業(yè)分析，分布面非常廣闊，有汽車工業(yè)，飛機(jī)制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機(jī)械徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )2加工，倉(cāng)庫(kù)，郵電部門等 [1]。這說(shuō)明 AGV 有一個(gè)潛在的廣闊市場(chǎng)。AGV 從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國(guó)家線路向可調(diào)整線路；從簡(jiǎn)單車載單元控制向復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制；從原始的定期通訊到先進(jìn)的實(shí)時(shí)通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場(chǎng)控制到先進(jìn)的遠(yuǎn)程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機(jī)械制造、加工、裝配生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)，物料搬運(yùn)，物品倉(cāng)儲(chǔ)，商品配送等行業(yè)發(fā)展。徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )32 機(jī)械部分設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)全自動(dòng)送料小車，可以在水平面上按照預(yù)先設(shè)定的軌跡行駛。本設(shè)計(jì)采用AT89C51 單片機(jī)作為控制系統(tǒng)來(lái)控制小車的行駛，從而實(shí)現(xiàn)小車的左、右轉(zhuǎn)彎，直走，倒退，停止功能。其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：全自動(dòng)送料小車的長(zhǎng)度： m150全自動(dòng)送料小車的載重： kg?全自動(dòng)送料小車的寬度：全自動(dòng)送料小車的高度：全自動(dòng)送料小車的行駛速度： hk/15?2.2 確定機(jī)械傳動(dòng)方案方案一：采用三輪布置結(jié)構(gòu)。直流伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器和差速器，通過(guò)兩半軸將動(dòng)力傳遞到兩后輪。全自動(dòng)送料小車的轉(zhuǎn)向由轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)前面的一個(gè)萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)向。傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 2-1 所示。圖 2-1 傳動(dòng)方案一方案二：采用四輪布置結(jié)構(gòu)。全自動(dòng)送料小車采用兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)差速轉(zhuǎn)向，兩前輪為萬(wàn)向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。直流伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器后直接驅(qū)動(dòng)后輪，當(dāng)兩輪運(yùn)動(dòng)速度不同時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 2-2 所示。徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )4圖 2-2 傳動(dòng)方案二四輪結(jié)構(gòu)與三輪結(jié)構(gòu)相比較有較大的負(fù)載能力和較好的平穩(wěn)性。方案一有差速器和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，故機(jī)械傳動(dòng)誤差大。方案二采用兩套蝸輪-蝸桿減速器及直流伺服電動(dòng)機(jī)，成本相對(duì)于方案一較高，但它的傳動(dòng)誤差小，并且轉(zhuǎn)向靈活。因此，采用方案二作為本課題的設(shè)計(jì)方案。2.3 車體計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)要求車體材料選用 Q235，因?yàn)檐圀w采用矩形狀，所以其抗彎截面系數(shù) [2]為：式（2.1）62bhW?車體厚度：式（2.2）mbMh 32185.906max ?????式中 ——表示 Q235 的屈服極限；max?——表示車體收受到的最大彎矩；M——表示小車寬度。b2.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇伺服電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)是功率(KW)。但是，選擇伺服電動(dòng)機(jī)并不按功率，而是根據(jù)下列指標(biāo)選擇。2.4.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)小車行走的速度為 3m/s，則車輪的轉(zhuǎn)速為：式（2.3）min/1450.310rdvn????式中 ——表示小車后輪直徑。d2.4.2 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 選擇蝸輪-蝸桿的減速比 i=10徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )5式（2.4）min/140rin???電2.4.3 全自動(dòng)送料小車的受力分析 OGPFBFCFAFD圖 2-3 車輪受力簡(jiǎn)圖小車車架自重為 P N 式32.6708.901.5.108.23????abhg?（2.5）小車的載荷為 G N 式4.9m（2.6）式中 ——表示小車長(zhǎng)度；a——表示貨物的質(zhì)量；m——表示小車材料密度。?取坐標(biāo)系 OXYZ 如圖 2-3 所示，列出平衡方程由于兩前輪及兩后輪關(guān)于 Y 軸對(duì)稱，則 ，ABF?CD， 式（2.7）0zF??20PG??， 式（2.8）xM9.)(45.0??解得 式（2.9）NDCBA58132兩驅(qū)動(dòng)后輪的受力情況如圖 2-4 所示：圖 2-4 后輪受力圖OFSN徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )6滾動(dòng)摩阻力偶矩 的大小介于零與最大值之間，即fM式（2.10max0fM?）M 式NdFN63.958.132.max ???（2.11）其中 δ 滾動(dòng)摩阻系數(shù)，查表 5-2 ，δ=40~60，取 δ=50mm [2]牽引力 F 為： 式（2.12）dF52.78.06392max??2.4.4 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩式108.92)(????iDWFTL??（2.13）mN???1.83108.9257..35.2取 =0.7, =1392.58 , =0.15?W?式中 ——表示摩擦系數(shù)；?F——表示牽引力；W——表示重物的重力；D——表示后輪直徑；——表示傳遞效率；?——表示傳動(dòng)裝置減速比。i2.4.5 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷慣性式（2.14）??21234LZJJ??????????220.490.76.013.064618??kgm式中 ——表示車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；1J——表示蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；2——表示蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；3——表示渦輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。4J2.4.6 電機(jī)的選定徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )7根據(jù)額定轉(zhuǎn)矩和慣量匹配條件，選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)。電機(jī)型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)表 2-1。表 2-1 電動(dòng)機(jī)參數(shù)型號(hào) 電刷材料額定功率轉(zhuǎn)子慣量 電機(jī)直徑 電機(jī)軸直徑電機(jī)長(zhǎng)度效率MAXONF2260 石墨 1KW 1290 2gcm320 20m200 70%2.4.7 電機(jī)的驗(yàn)算 2ax361.89LJgc?式（2.15）m0.25LMJ?即 36189.?????.0.2851?式中 ——表示電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量。MJ由以上計(jì)算可以看出所選的直流電動(dòng)機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。2.4.8 快移時(shí)的加速性能最大空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在全自動(dòng)送料小車沒(méi)有攜帶工件，從靜止以階躍指令加速到伺服電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 時(shí)。這個(gè)最大空載加速轉(zhuǎn)矩就是伺服電動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩 。maxn maxT式（2.16）max223.140165.89.91076nTJ Nt????????加速時(shí)間 式（2.17）msTM4式中 ——表示機(jī)械時(shí)間常數(shù)為 19 .Ms2.5 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)由于電動(dòng)機(jī)軸直徑為 Φ20mm，輸出軸銷平一部分后與聯(lián)軸器相連，聯(lián)軸器的直徑為Ф50mm，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 2-5 所示。徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )8電 機(jī) 軸蝸 桿 軸圖 2-5 聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)圖聯(lián)軸器采用安全聯(lián)軸器，銷釘直徑 d 可按剪切強(qiáng)度計(jì)算，即 [4]式（2.18）??8mKTDZ???式中 K—— 表示過(guò)載限制系數(shù)；T ——表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩；D ——表示聯(lián)軸器直徑；mZ——表示銷的個(gè)數(shù)。銷釘材料選用 45 鋼。查表 5-2 知：[5]表 2-2 45 鋼力學(xué)性能牌號(hào) 試樣毛坯尺寸 硬度 HBS b?s5??KA45 20?217~225 637 MPa353 17% 35% 0.39 2/mMJ銷釘?shù)脑S用切應(yīng)力為；式（2.19????0.7~80.75634.7BPa????）過(guò)載限制系數(shù) k 值由表 14-4 查 得 k=1.6 ]4[式md32.75.410.3??（2.20）由計(jì)算可知選用 d=5mm 的銷釘滿足剪切強(qiáng)度要求。2.6 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)2.6.1 選擇蝸桿的傳動(dòng)類型根據(jù) GB/T 10085-1988 的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿(ZI)。2.6.2 選擇材料蝸桿要求表面硬度和耐磨性較高，故材料選用 40Cr。蝸輪用灰鑄鐵 HT300 制造，采徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )9用金屬模鑄造。2.6.3 蝸桿傳動(dòng)的受力分析確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2：按 Z=2，由電機(jī)參數(shù)表 2-1 得 η=0.7,則 式mNinPnT ???????? 45.61037.105.9/105.9105.9 66262 ?（2.21）圖 2-6 蝸輪-蝸桿受力分析各力的大小計(jì)算為；F 式（2.22）NTat 41508324121 ???式（2.23）dt 29.76.62式（2.24）tr 0tan9.57an21 ??2.6.4 初選當(dāng)量摩擦系數(shù) 設(shè) =2m/s~5m/s，查表 13-6 取大值 sv]4[ 3.?s??72.1?v?選 值 在圖 13.11 的 i=10 線上選?。??ad/1 ]4[=0.40， （z =2） ， ??ad/1?23??17.01?2.6.5 中心距計(jì)算蝸輪轉(zhuǎn)距 式（2.25）161205.9?inPiT?=9.55 7.04?=46103.45 mN?徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )10使用系數(shù) 按題意查表 12.9 K]4[ 1.?A轉(zhuǎn)速系數(shù) Z =（ Z =0.7812)(???n81)05???n彈性系數(shù) 根據(jù)蝸輪材料查表 13.2 Z]4[ MPaE52壽命系數(shù) = Z =1.0965hhL61h接觸系數(shù) 由圖 13.12 查出 =2.7]4[ ?接觸疲勞極限 查表 13.2 =265MPa][ limH?接觸疲勞最小安全系數(shù) 自定 3.1?S中心距 3lim2)(HhnEAZSTKa???= =78.56)26509.173(45.6103.3 ??取 a10?2.6.6 傳動(dòng)基本尺寸蝸桿頭數(shù) =2.07 式(2.26)10/)4.27(/)4.27(1 ???uz取 =2。1z蝸輪齒數(shù) =20 式(2.27)02??iz模數(shù) =8 式(2.28)20/1)7.~4(/)7.~4(2?amm蝸桿分度圓直徑 = a=0.40 =40 式(2.29)1d??蝸輪分度圓直徑 式(2.30)z682?蝸桿導(dǎo)程角 式(2.31).//tan1?=21.8 ?蝸輪寬度 式(2.32))01845.0(2)5.0(21 ?????mdb=48蝸桿圓周速度 式(2.33)6/(.36/11 ??nv?s/相對(duì)滑動(dòng)速度 式(2.34)?8.21co0.cos/1??s sm/.3?當(dāng)量摩擦系數(shù) 由表 13.6 查得（與假設(shè)有出入，毋須作調(diào)整，以計(jì)算為準(zhǔn)）]4[， 0.v??20.1?v?徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )112.6.7 齒面接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算許用接觸應(yīng)力 [ ]= =0.7 =156MPa 式(2.35)H?limHhESZ3.126509.?最大接觸應(yīng)力 = =152 =92.4MPa 式(2.36)32aTKA? 34.7因?yàn)? mlV9?(3)軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號(hào)為 GB 894.1-85 50，其尺寸為 ,故d70, , 。mXI5.6?mlXI5.?mlI 5.2.??其余尺寸根據(jù)前輪軸上關(guān)于左右輪輻結(jié)合面基本對(duì)稱可任意確定尺寸，確定了軸上的各段直徑和長(zhǎng)度如圖 2-7 所示。3）軸上零件的軸向定位左右輪輻與軸的軸向定位采用平鍵聯(lián)接。按 由手冊(cè) 查得平鍵截面VId]5[b×h=25mm×14mm。(GB/T 1095-1979),鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 100mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn) GB/T 1096-1979),同時(shí)為了保證左右輪輻與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇左右輪輻與軸的配合為 H7/n6。滾動(dòng)軸承與軸的軸向定位是借過(guò)度配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 j7。4）確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角為 1×45°，各軸肩處的圓角半徑為 R1。2.7.1.3.求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖。McFF1 F2M圖 2-8 前輪軸的載荷分析圖式NF29.658.139221 ???（2.44）式mL0421（2.45）式MC ??????16.79.6徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )14（2.46）2.7.1.4.按彎曲應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面強(qiáng)度。最大負(fù)彎矩在截面 C 上，。mNMC???16.724對(duì)截面 C 進(jìn)行強(qiáng)度校核，由公式 []式??1caW???（2.47）由表 15-1 查得，45 號(hào)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后其許用彎曲應(yīng)力為 。 ]5[ ??160MPa???在 C 處的抗彎截面系數(shù)為：式3328.70md??（2.48） ][.128.70641?????MPaca因此該軸滿足強(qiáng)度要求。2.7.2 后輪軸的設(shè)計(jì)后輪軸在工作中既承受彎矩又承受扭矩，故屬于轉(zhuǎn)軸。圖 2-9 后輪軸結(jié)構(gòu)2.7.2.1 求后輪軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩2P2n2T取蝸輪-蝸桿傳動(dòng)的效率 =0.7,則?式KWP7.012????（2.49）min/142rn? mNT?45.632徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )152.7.2.2 作用在蝸輪上的力NFt29.5762?NFa4152?NFr75.209?2.7.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)擬定軸上零件的裝配方案裝配方案是：蝸輪、套筒、左端的深溝球軸承、軸用彈性擋圈依次從軸的左端向右安裝；右端的深溝球軸承、透蓋、輪輻、軸端蓋依次從軸右端向左安裝。2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度(1)初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列深溝球軸承。單列深溝球軸承 6218，其尺寸為 d×D×T=90mm×160mm×30mm，故。mdVII90?右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè) 上查得 6218 型軸承的定位軸肩高度]5[h=6mm,因此，取 。I12(2)軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號(hào)為 GB 894.1-86 50,其尺寸為 ，故md90?， 。dI5.86?LI7.?(3)取安裝輪輻處的軸段Ⅵ的直徑 。輪輻的寬度為 125mm,為了使軸端擋圈mdVI75?可靠地壓緊輪輻，此軸段應(yīng)略短于輪輻的寬度，故取 。mLVI12?其余尺寸根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)可任意選取。確定了軸上的各段直徑和長(zhǎng)度如圖 2-9 所示。3)軸上零件的軸向定位蝸輪與軸的軸向定位采用平鍵聯(lián)接。按 由手冊(cè) 查得平鍵截面 b×h=14mm×9mm,dⅢ ]5[鍵槽長(zhǎng)為 40mm。輪輻與軸的配合為 H8/h7。4)確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角為 1×45°，各軸肩處的圓角半徑為 R1。2.7.2.4 求軸上的載荷后輪軸上的受力分析如圖 2-10。圖中 L1=L2=61mm ；L3=106mm。1)在水平面上后輪軸的受力簡(jiǎn)圖為 2-11。由靜力平衡方程求出支座 A、B 的支反力式(2.5)NFFtNH1.289.576121 ???三個(gè)集中力作用的截面上的彎矩分別為： 式(2.51)LMD.4.1式(2.52)0HAB徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )16圖 2-10 后輪軸受力圖圖 2-11 水平受力和彎矩圖徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )17圖 2-12 垂直受力和彎矩圖圖 2-13 合成彎矩2)在垂直面上后輪軸的受力簡(jiǎn)圖如圖 2-12 所示。由靜力平衡方程求出支座 A、B 的支反力式NFaNV4152' ?（2.53）式mDMa ???3062（2.54）， 式(2.55)?0A )2(311212 ?????? LFLFNVar解得： 式][MarNV?（2.56） )]1062(58.139240675.209[61 ?????徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )18N9.26?， 式(2.57)0?yF0221???rNVFFrV（與假設(shè)方向相反）73.4099.658.?在 段中，將截面左邊外力向截面簡(jiǎn)化，得AD其中 式(2.58)111.XFMNVX? 610?X在 段中，同樣將截面左邊外力向截面簡(jiǎn)化，得B其中 式(2.59)arVX M???2212)6( 247.0698. 345973402?在 段中，同樣將截面右邊外力向截面簡(jiǎn)化，得C其中 式(2.60)333.12XFMX?? 1063?XVCAmNVD??5.8967.409左????47.260470右B ??.135.132計(jì)算 A、B、C 、D 截面的總彎矩 M 如圖 2-13 所示。AC式(2.61)mNMVDH ???? 2.869405.7.942221左式(2.62)D?? 73012右 NB?.63后輪軸上的轉(zhuǎn)矩 mT22.7.2.5 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 D）的強(qiáng)度。由式（15-5 ） 得[4]式(2.63)MPaWTMDca 5.370218)4.6.(4.263)( 22 ????????式中 ——表示折合系數(shù)為 0.6。?為軸 D 處的抗彎截面系數(shù)： 333294.md????選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 查得許用彎曲應(yīng)力[4]160MPa???????因?yàn)?，所以該軸滿足強(qiáng)度要求。1c?????<徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )192.8 滾動(dòng)軸承選擇計(jì)算2.8.1 前輪軸上的軸承要求壽命 ，轉(zhuǎn)速 ，軸承的徑向力hLh120? min/1450.310rdvn????，軸向力 。NFr9.6?aF由上述條件試選軸承。試選 6214 型軸承，查表 16-2 ]5[表 2-3 6214 軸承性能rCorClimnkN8.46kN.37（脂）/480r1） 按額定動(dòng)載荷計(jì)算由公式 []式(2.64)?610hnLPC?對(duì)深溝球軸承 =3 ，?[4]式(2.65)rParFfYXf?)(查表 13-6 全自動(dòng)送料小車 [4] .2P代入得 N548.39.6.1??C60210458.3??故 6214 型軸承能滿足要求。按額定靜載荷校合由公式 式[4] 0PS?（2.66）查表 13-8 ，選取 =2[4]0式(2.67)NFYXPrar 29.60?代入上式， 滿足要求。SNC5813.9237500 ????2.8.2 蝸桿軸上的軸承要求壽命 ，轉(zhuǎn)速 ，軸承的徑向載荷 ，作用hLh12?min/45rn NFr875.104?在軸上的軸向載荷 。Fa9.576?由上述條件試選軸承。選 2207 型軸承，查表 5-24 得 [5]表 2-4 2207 軸承性能COClimne徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )20kN8.16kN32.8（脂）min/850r38.0圖 2-11 蝸桿軸的軸承受力圖1） 按額定動(dòng)載荷計(jì)算式(2.68)NYFSr85.30712.4121??因?yàn)? 式(2.69)169.58.30Sa ??所以 ， 式(2.70)621?a.2?式(2.71))(rPFXf查表 15-12 ， [4].Pf， ， 式(2.72)38.079.58.1046???eFra 0.4?1.7Y?式(2.73)N6312)9571(2???， ， 式(2.74).4.75.32?era X0式FfYXFfPPar 85..04)(2 ???（2.75）由公式 ??15?[4]式?610hnLC?（2.76）對(duì)調(diào)心球軸承 3?[4]式(2.77)NnLPh 8396102453.21061061 ???式(2.78)Ch 485.106362?均小于 滿足要求。12、N8?2）按額定靜載荷校核由公式 ??510?[4]式0PSC?（2.79）徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )21查表 13-14 ，取 [4]01.8S?式5.01279.501 ???YFra（2.80）式NYXParo 73.6289.8.4.01 ????（2.81）式5.0129.02 ???YFr（2.82）PrO87.4?均小于 ，滿足要求。012P、 NCO8320?3）極限轉(zhuǎn)速校核由公式（15-11） [4]式(2.83)lim21axnf?， 由圖 15-5 得 06.184.2?C[4]1f， 由圖 15-6 得 79.51raF[] 5.02式(2.84)in/4281max rn???，由圖 15-5 得 23.480.67PC?[4]f， 由圖 15-6 得 2.9arF[]2式(2.85)min/850012max rn???因?yàn)?小于 和 所以該軸承滿足要求。nmax122.8.3 后輪上的軸承要求軸承的壽命 ，轉(zhuǎn)速 ，軸承 A 的徑向載荷hLh0?in/14r?式NFNVHr 14397.05.2822211 ????（2.86）軸承 B 的徑向載荷 式r 6..22221（2.87）軸向載荷為 。由于軸承 A 承受的載荷大于軸承 B 的載荷，故只需對(duì)軸承Fa45?A 進(jìn)行校核。由上述給定條件試選軸承試選 6218 型軸承，查表 15-19[5]表 2-5 6218 軸承性能CClimn徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )22kN8.73kN5.60（脂）min/380r1）按額定動(dòng)載荷計(jì)算由公式 式[4] ?610hnLPC?（2.88）對(duì)深溝球軸承 ，3??[4]式)(arPYFXf?（2.89）由 查表 15-19 ，068.541OaCF[4] 1,4.0?e56.0X由 式.95.273.1??Fra（2.90）查表 15-12 得 [4].Pf代入得： 式N3.59)4173.0956.(21????（2.91）式C780.23.596?（2.92）故 6218 型軸承能滿足要求。2）按額定靜載荷校核由公式 [4]式(2.93)0PSC?查表 15-14 ，選取 [4]01S?由 2.4raF查表 15-19 ， 時(shí)， [4]eFra?1,56.0?OYX得 式NP4.973149.???（2.94）代入上式， 滿足要求。SNCOO.5605?2）極限轉(zhuǎn)速校核式lim21axnf?（2.95）由 查圖 15-5 08.7359?CP[4] 1?f徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )23查圖 15-6 95.273.140?raF[4] 85.02?f代入 式min/380.1max rn?（2.96）滿足要求。maxin/4r??3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)總體概述本系統(tǒng)使用 AT89C51 單片機(jī)作為核心的控制運(yùn)算部分。連接在電機(jī)上的數(shù)字編碼器徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )24在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)自行設(shè)計(jì)和制作的脈沖鑒相電路，可以得到電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向；來(lái)自鑒相電路的正反方向的脈沖信號(hào)進(jìn)入到兩塊 8253 計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和位移；經(jīng)過(guò)在 AT89C51 單片機(jī)上運(yùn)行的各種控制程序的適當(dāng)運(yùn)算以后，輸出的控制量經(jīng)過(guò)兩塊 DAC1208 轉(zhuǎn)換器變成模擬量，輸出到兩塊 UC3637 直流電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制器，通過(guò) H 橋開(kāi)關(guān)放大器，作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度或者力矩給定，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使整個(gè)全自動(dòng)送料小車能夠完成所設(shè)計(jì)的控制任務(wù)。整個(gè)控制系統(tǒng)的組成框圖如下：圖 3-1 控制系統(tǒng)的組成框圖3.2 鑒相伺服電機(jī)根據(jù)控制要求能夠工作在四個(gè)不同的象限，作為系統(tǒng)的狀態(tài)檢測(cè)部分，必須能夠檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及分辨電機(jī)不同的旋轉(zhuǎn)方向。安裝在電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上的數(shù)字編碼器在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠產(chǎn)生相位相差 90 度的兩路脈沖信號(hào)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向可以由鑒相電路對(duì)此兩路脈沖進(jìn)行鑒相后獲得，其原理 [9]如圖 3-2 所示。圖 3-2 鑒相原理圖伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，A相脈沖超前于B相脈沖90度，在 cp十端輸出反向計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)，B 相脈沖超前于A相脈沖90度，在cp一端輸出正向計(jì)數(shù)脈沖，見(jiàn)圖3-3中的(b)和(c}徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )25所示，分辨出的脈沖進(jìn)入脈沖計(jì)數(shù)電路進(jìn)行計(jì)數(shù)，再由計(jì)算機(jī)讀入進(jìn)行處理。其電路圖見(jiàn)圖3-3 中的(a)所示。]8[圖 3-3 電機(jī)轉(zhuǎn)向分辨電路圖本次設(shè)計(jì)使用的數(shù)字編碼器為500P/ R ,即電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周輸出500個(gè)脈沖,電機(jī)到車輪的減速齒輪的減速比為10 : 1 ,因此車輪每前進(jìn)或者后退一周產(chǎn)生 500×10 即5000個(gè)脈沖,可見(jiàn)分辨率非常高。編碼器的脈沖輸出為差動(dòng)形式,鑒相電路接收差動(dòng)形式的脈沖信號(hào),鑒相后輸入到8253計(jì)數(shù)器。3.3 計(jì)數(shù)的擴(kuò)展為了得到驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)的速度、位移等,而數(shù)字編碼器的輸出經(jīng)過(guò)鑒相電路提供的是電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)脈沖,必須對(duì)這些脈沖分別進(jìn)行計(jì)數(shù)、運(yùn)算才能得到所要的速度、位移等狀態(tài)量。本系統(tǒng)中使用了兩塊8253計(jì)數(shù)器,每塊芯片具有三個(gè)16 位計(jì)數(shù)器。四個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器即1# 、2 # 、3 # 和4 # 分別用于兩臺(tái)電機(jī)的正/ 反轉(zhuǎn)脈沖的計(jì)數(shù)。8253可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器可由軟件設(shè)定定時(shí)與計(jì)數(shù)功能，設(shè)定后與CPU并行工作，不占用CPU時(shí)間，功能強(qiáng)，使用靈活。它具有3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道，每個(gè)計(jì)數(shù)器都可以按照二進(jìn)制或二十進(jìn)制計(jì)數(shù)，每個(gè)計(jì)數(shù)器都有6種工作方式，計(jì)數(shù)頻率可高達(dá)2MHz，芯片所有的輸入輸出都與TTL 兼容。8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 [8]如圖3-4所示；引腳 [8]如圖3-5 所示。徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )26圖3-4 8253內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖3-5 8253引腳圖U6芯片中計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1用于左輪電機(jī)正反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，并處于工作方式 3。U7 芯片中計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1用于右輪電機(jī)正反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，并處于工作方式3。在中斷服務(wù)程序中,這四個(gè)計(jì)數(shù)器分別對(duì)兩臺(tái)伺服電機(jī)的正/ 反脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù) ,所得到的計(jì)數(shù)值減掉上一次的計(jì)數(shù)值,就可以得到在這一時(shí)間周期內(nèi)的各路脈沖數(shù)。右輪反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)和左輪反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)的結(jié)果分別存于臨時(shí)變量temp 1、temp 2、temp 3 和temp 4 中,在主程序中通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行運(yùn)算就可以得到小車的狀態(tài)量了。3.4 中斷的擴(kuò)展AT89C51 單片機(jī)是使用兩個(gè)級(jí)聯(lián)的 8259A 中斷控制器來(lái)控制中斷的。主 8259A 芯片上的 IRQ2 擴(kuò)展成從片上的 IRQ8~IRQ15 使用。8259A 作為一種可編程中斷控制器，是一種集成芯片。它用來(lái)管理輸入到 CPU 的各種中斷申請(qǐng)，主要外圍設(shè)備，能提供中斷向量、屏蔽各種中斷輸入等功能。每一個(gè) 8259A 芯片都能直接管理 8 級(jí)中斷，最多可以徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )27用 9 片 8259A 芯片級(jí)連，由其構(gòu)成級(jí)連機(jī)構(gòu)可以管理 64 級(jí)中斷。8259A的外部引腳 [8]如圖3-6。圖3-6 8259A引腳圖：數(shù)據(jù)線，CPU通過(guò)數(shù)據(jù)線向8259A發(fā)送各種控制命令和讀取各種狀態(tài)信息。70?DINT：中斷請(qǐng)求，和 CPU的INTR引腳相連，用來(lái)向CPU提出中斷請(qǐng)求。：中斷響應(yīng)，接收CPU的中斷響應(yīng)信號(hào)。 INTA：讀信號(hào)，低電平有效，通知8259A將