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沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 摘 要 本次設計主要是針對圖書館AGV小車起升機構進行設計。其中包括齒形帶、豎直上下帶輪、電機座、機架等總成的結構設計及個總成中主要零件的結構設計，以及驅動電機、皮帶、帶輪、軸承等主要零部件的選型和有關零件的強度計算。 在計算部分，首先，進行有關參數(shù)的選取確定，包括帶速、載重、安全系數(shù)的確定，帶的單位質量的計算，輸送帶張力的計算以及驅動電機的功率計算。然后進行各個主要零部件的選型和設計計算。 在設計過程中，參考了多部文獻以及工程實踐人員的經驗心得，對各部分機構進行了認真比對，選取通用結構，以便于輸送機的修理與維護。波狀擋邊帶式輸送機的應用已經日趨成熟，通過對各個部件的優(yōu)化及選擇更合理的結構，將更大的提高其應用效率。 本文介紹了AGV在國內外的發(fā)展現(xiàn)狀和應用情況，在此基礎上，結合畢業(yè)設計的課題要求，設計了圖書館AGV小車起升機構。其研究內容主要包括以下幾個方面: 論述了圖書館AGV小車起升機構的組成及原理，結合課題要求，選擇電動機起升機構作為該機構的運作方式。 介紹了圖書館AGV小車起升機構機械結構的設計，并根據小車起升機構的驅動方式和工作要求，對皮帶、電機、帶輪、軸等進行了設計和選型。 根據圖書館AGV小車起升機構的結構和工藝要求，確定了總體框架結構。硬件方面，選擇合適的皮帶、電機、帶輪，對軸進行了設計。 在總結全文的基礎上，對AGV小車的設計和研究提出了展望。 關鍵詞：起升機構；電機；皮帶；帶輪 I Abstract With the growing of Factory Automation, Computer Integrated Manufacture System and extensive application of Flexible Manufacture System、Automatic Warehouse, the application field and technical level of AGV which contact and adjust the discrete logistics system, make the mission continuous, has greatly enlarged and improved. AGV is the unmanned driver automatic guided vehicle which has its untouched guided equipment, its control center is the microcontroller and storage battery is driving power, its basic function of automatic action is guided driving, recognizing the address to stop precisely and remove the load. As the valid measure of contemporary logistics processing automation and the key equipment of flexible manufacture system, the AGV has already got more and more extensive application, so that the research on AGV has very important theory meaning and realistic meaning. The main work in this dissertation was arranged as follows: The constitution of AGV system, the path guided means and their principles were discussed. According to the requests of the topic, infrared rays guided method was used in the AGV system. According to the control and the craftwork requests of the AGVS, the total frame structure of control system was designed. About hardware, the right sensor, MCU and motor controller had been chosen, the sensing circuits and MCU controlling hard circuits was designed, about software, to achieve many system functions, and to realize serial communication between the MCU and motor controller, blocking programming method was employed. On the base of summarizing the dissertation, the development prospect of AGV research was put forward. Key word:hoisting mechanism；motor；belts；belt pulley III 沈陽理工大學畢業(yè)論文 III 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 目 錄 摘要 I Abstract II 目錄 III 緒論 1 1 AGV發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.1 AGV發(fā)展環(huán)境 2 1.1.1國外研究狀況 2 1.1.2 國內發(fā)展情況 2 1.1.3AGV的結構 3 1.2圖書館AGV小車發(fā)展現(xiàn)狀研究 4 1.2.1圖書館AGV小車的構成 4 1.2.2本課題主要工作 4 2 圖書館AGV小車起升機構設計與原理分析 6 2.1小車起升機構設計與工作原理分析 6 2.2小車起升機構零件選型 7 2.2.1電機的選型 7 2.2.2皮帶的選型 11 2.2.3帶輪的選型 12 3 圖書館AGV小車起升機構設計計算 15 3.1起升機構載重分析 15 3.1.1計算載荷P的確定 16 3.1.2安全系數(shù)n的確定 16 3.3.3計算最大正應力 17 3.1.4強度驗算 17 3.2 電機扭矩轉速分析 17 3.2.1進給驅動伺服電機的選擇 17 3.2.2負載轉矩的計算 17 3.2.3電機轉速分析 18 IV 3.3 同步帶傳動計算 20 3.3.1同步帶受力情況的分析 20 4 工程圖設計 22 4.1 裝配圖設計 23 4.1.1一般裝配圖技術要求: 23 4.1.2總圖中的技術要求 24 4.2零件圖設計 24 4.2.1一般零件圖技術要求: 25 4.2.2零件圖的技術要求 26 結 論 27 致 謝 28 參考文獻 29 V 緒 論 隨著自動化和計算機的集成制造系統(tǒng)技術逐步發(fā)展還有柔性制造系統(tǒng)和自動化立體倉庫應用越來越多，AGV(Automatic Guided Vehicle)自動導引車當作聯(lián)系、調節(jié)離散型物流系統(tǒng)使它的作業(yè)連續(xù)化的必要的自動化的搬運和裝卸手段，它的使用范圍和技術水平得到了很快的發(fā)展，再這樣的大背景下圖書館AGV小車的設計發(fā)展也勢在必行。AGV(Automatic Guided Vehicle)——自動化導引車是上世紀50年代發(fā)展起來的智能裝卸型機器人。智能小車是現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)中的重要設備之一,它是把蓄電池作為主動力,并且安裝有電磁和光學自動導航設備等,可以獨立自主引導,并且可以通過核心系統(tǒng)控制,完成無人駕駛及工作的設備。九十年代全世界擁有智能小車(Automated Guided Vehicles)十萬臺以上。這幾年,自動化技術展現(xiàn)出加快發(fā)展的趨勢,國內自動化立體倉庫和自動化慢性裝配線到了發(fā)展與普及階段。在自動倉庫與生產車間中,各工位中,各段輸送線中,智能小車替代了傳統(tǒng)的機械設備,和傳統(tǒng)的傳送道或傳送帶相比較,智能小車輸送方式具有操作簡單、工作方式靈活,不占據很多空間、有良好的轉動性、慢性等眾多優(yōu)點。 窗體底端 2 1 AGV發(fā)展現(xiàn)狀 1.1 AGV發(fā)展環(huán)境 1.1.1 國外研究狀況 1913年,美國汽車制造公司使用有軌底盤小車。1953年,世界上第一臺采用埋線電磁感應式的跟蹤軌跡自動導引小車在國外制造出來,國外也稱為"無人駕駛牽引車"。20世紀末,具有裝卸功能的智能小車在歐洲得到發(fā)展和應用,引入國外用于自動化系統(tǒng)和柔性系統(tǒng)的材料運輸。大約過了好幾年,新的導引方式和技術得到更加大規(guī)模研究和設計。智能小車以前不景氣的情況下發(fā)展到其效率和效益非常好。智能小車按照引導傳感器不同分為:電磁導引、紅外導引等。智能小車是根據慢性加工系統(tǒng)、慢性裝配系統(tǒng)、電腦制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫發(fā)展起來的。然而,其發(fā)展速度是非?？斓?。1981年通用公司開始使用,1985年智能小車確保數(shù)量是500臺,1987年智能小車確保數(shù)量是3000臺。大量資料顯示歐洲國家40%的智能小車用在汽車制造業(yè),日本15%的智能小車用于汽車工業(yè),也就是說智能小車在其他行業(yè)也有廣泛的實際使用 窗體底端 1.1.2 國內發(fā)展情況 國內自主研發(fā)方面：六十年代初開始研究。1976年，北京起重和運輸機械研究所研制的ZDB-1型自動搬運車是中國最開始的實用型AGV。1988年，原郵電部北京郵政科學技術研究所等單位研制了郵政樞紐AGV。1991年，中科院沈陽分院自動化所與新松機器人自動化股份有限公司為沈陽金杯總裝線上設計了九臺自動裝配的系統(tǒng)，并于1996年獲得國家科學技術進步三等獎，是當時國內較先進的使用型AGV。1992年，天津理工學院研制了核電站用光學導引AGV。1998年昆明船舶設備公司在紅河卷煙廠研究多模式激光導引無人自動車22輛，紅河項目于2002年獲國家科學技術進步二等獎。 在引進國外技術與產品方面：1980年，上海石化總廠為滌綸長絲作業(yè)從日本大福公司引進國內第一套AGV。九十年代初，華寶空調裝配線上使用了日本進口的電磁導引AGV。 1996年，玉溪卷煙廠首家在煙草行業(yè)引進三星的52臺AGV，這是國內企業(yè)中使用數(shù)量最多的AGV系統(tǒng)。河北承德輸送機械廠合資引進美國WEBB公司AGV技術。天津理工學院研制的TIT-1全方位視覺引導自動車，屬國家863高科技項目，已通過鑒定，達到八十年代末國際先進水平。九十年代中期，昆船公司在引進國外最先進AGV技術的基礎上，先后承擔了數(shù)十個AGV系統(tǒng)的設計、安裝；其水平代表了目前國內的最高水平。昆明船舶設備公司研制的各種導引形式的AGV系統(tǒng)已經廣泛應用于煙草行業(yè)，汽車行業(yè)等。 窗體頂端 從國內總體智能小車發(fā)展來看也就剛剛起步狀態(tài),相當于國外19世紀初的水平。經過各行業(yè)的大量數(shù)據分析,分布范圍規(guī)模非常廣,經常用于工廠,汽車業(yè),飛機業(yè),家用電器業(yè),煙草業(yè),機械生產加工,倉庫,郵電部門,地下的采礦廠中進行材料運輸,也可以用 在海洋和太空探索等，這說明智能小車具有非常廣闊的市場和使用價值。 1.1.3AGV的結構 (1)車載控制系統(tǒng)：車載控制系統(tǒng)是核心控制部分,導航系統(tǒng)根據導航傳感器方式不同可分為電磁傳感器導航、磁條傳感器導航等不同形式。通訊系統(tǒng)是小車和控制裝置之間互換信息和命令的通道,由于無線電通訊具有不受障礙物隔擋的特點,一般在控制裝置和小車之間采用無線電通訊,通過接口和電腦相互連接。小車上的電源為蓄電池,所以小車的驅動裝置一般采用直流電動機、步進電動機和直流伺服電機等。 (2)車體系統(tǒng)：它包括底盤、車體框架、殼體和控制裝置、蓄電池安裝架等,是小車的主體,具有電動車輛的構成特點。 (3)行走系統(tǒng) (4)移載系統(tǒng)：它是用來完成工作目標的執(zhí)行機構,在不同的目標和外部環(huán)境下,可以選擇不一樣的移載系統(tǒng)來控制。 (5)安全與輔助系統(tǒng)：為了避免智能小車在系統(tǒng)出故障或有人員經過小車工作路線時出現(xiàn)碰撞,小車一般都會有探測障礙物的裝置和防撞、警音、警視、緊急停止等裝置。除此之外，還有可以自動充電的輔助裝置。 (6)控制裝置：控制裝置可以采用普通的單片機,如條件艱苦時,也可采用工業(yè)控制電腦,控制裝置通過計算機網絡接受主控電腦下達的小車輸送任務,通過無線通訊系統(tǒng)有效的采集各小車的狀態(tài)信息。根據需求情況和當前各小車運行情況,將調整命令傳遞給選好的小車。小車能夠快速地進行多任務和準確的操縱小車,還有復雜地面的碰撞等眾多問題都需要軟件來解決。 (7)通訊系統(tǒng)：通訊系統(tǒng)一方面受命與監(jiān)控系統(tǒng)的指令,及時、準確地傳送給其它各相對應的輔助系統(tǒng),來完成監(jiān)控操作下所指定的動作命令:另一方面又接受各個輔助系統(tǒng)的反饋信息,回傳給監(jiān)控系統(tǒng),可以成為監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)接、管理、控制的跟據。由于智能小車位置變化,且整個系統(tǒng)中裝置較多,控制裝置和智能小車間的通訊最合適用無線通訊的方式?？刂蒲b置和各智能小車就合成無線局域網。無線電存在一些弊端,最好將調節(jié)在小車使用范圍之內。使本次設計小車系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)達到設計的要求,不斷的研究和設計,調制數(shù)值范圍必須要在小車控制系統(tǒng)使小車處于其設計目的和要求,智能小車在工業(yè)進程中起到非常重要的地位,所以將此問題具體解決到小車規(guī)定下的范圍,不同的小車有不同的調制方法。 1.2 圖書館AGV小車發(fā)展現(xiàn)狀研究 1.2.1 圖書館AGV小車的構成 圖書館AGV小車一般采用萬向輪驅動,具有電動車的特點。小車可以在地面上由控制系統(tǒng)的統(tǒng)一控制下,自動裝卸貨物,實現(xiàn)自動化的貨物輸送，有電動車的一切特征。AGV小車可以在地面的控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調度下，自動搬運一些貨物，能夠實現(xiàn)自動的物料傳送。因為具有靈活性和智能化等特點，可以方便的重組一些系統(tǒng)，從而達到生產過程中所需要的柔性化運輸?shù)哪康?。相比較傳統(tǒng)的人工和半人工的物料輸送方式，圖書館AGV小車極大得減輕了勞動的強度和其危險性，大大的提高了工作效率，而國外的一些AGV系統(tǒng)設計，其應用水平都非常高，應用范圍也十分廣泛。國內的應用就相對少了一些，可是在各方面的共同努力下，國內的圖書館AGV小車的設計水平和應用水平正在接近或趕超國際先進水平。 圖書館AGV小車由驅動機構、起升機構、取物動力機構、取物增速機構、棄療機構控制系統(tǒng)、驅動機構控制系統(tǒng)組成，其中主控計算機負責AGV系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的聯(lián)系與管理，它可以根據所需物料的狀況向控制臺下達輸送任務。 在AGV的電池容量下降到預先的規(guī)定值后，充電系統(tǒng)會給AGV電池自動進行充電。地面移載設備一般會采取軌道輸送機等將物料從自動化的倉庫和工作現(xiàn)場自動移載到AGV小車上，反之也可以將物料從AGV小車上移載下來并輸送到目的地。AGV、充電系統(tǒng)、地面移載設備等都可以根據實際需要及工作場地任意布置，這也體現(xiàn)了AGV在自動化物流中的柔性特點。 1.2.2 本課題主要工作 AGV是智能化的移動機器人，是現(xiàn)代工業(yè)自動化物流系統(tǒng)的主要設備，也是機器人比賽的主要項目之一，是許多大學、科研機構重點研究的項目之一。本研究課題的主要工作是設計出簡單易行的圖書館AGV小車起升機構，對AGV的國內外現(xiàn)狀作了敘述和分析，介紹了AGV系統(tǒng)的組成，對于其核心部分導引單元予以重點介紹，本章還提出了本課題的研究背景和研究目標。 2 圖書館AGV小車起升機構設計與原理分析 2.1 小車起升機構設計與工作原理分析 圖2.1圖書館AGV小車 圖2.2圖書館AGV小車起升機構 根據圖2.1與圖2.2所示起升機構采用豎直導軌滑塊方式實現(xiàn)，通過電機提供驅動力，由同步齒形帶傳動。齒形帶傳動的方式具有緩沖量大，運動平穩(wěn)，簡單高效，承重大，安裝和維護便捷等優(yōu)點。電機前端配有失電制動器，在斷電時自動抱緊電機輸出軸，保證小車在停機或失電時豎直方向無法移動。在小車立柱的相應位置安裝有接近傳感器，當起升機構運動的指定位置時，反饋信號，保證在豎直方向的定位。 2.2 小車起升機構零件選型 2.2.1 電機的選型 電機軸上的負載有兩種，分別為轉矩負載和慣量負載。在選用電機時，必須準確計算這些負載，以滿足如下條件：? ? 當機床處于非切削工作狀態(tài)時，在所有速度范圍內負載轉矩必須小于電機連續(xù)額定轉矩。如果以非常低的速度運行時，因為摩擦系數(shù)的增大，使得負載轉矩變大并且超過電機額定轉矩，電機也有可能出現(xiàn)過熱的情況。而另一方面，在高速運轉時，如果受粘滯性影響，使轉矩變大并且超過額定轉矩，因為不能獲得足夠的加速轉矩，所以加速時間常數(shù)會大大增加。最大切削轉矩所占時間（負載百分比即“ON”時間）滿足所期望的值。以希望的時間常數(shù)進行加速。一般來說，負載轉矩有助于減速，如果加速不成問題，以同一時間常數(shù)進行減速亦無問題。加速檢查按以下步驟進行。? 圖2.3速度轉矩關系圖 根據圖2.3所示進行以下計算： 計算齒輪減速比 根據所需求的脈沖當量，齒輪的減速比i計算如下: i=(φ.S)/(360.Δ)………………………………………2.1 式中φ ---步進電機的步距角（o/脈沖） S ---絲桿的螺距（mm)……………………………2.2 Δ---(mm/脈沖） 計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機軸上的慣量Jt。 Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2]……………………2.3 式中Jt ---折算至電機軸上的慣量(Kg.cm.s2) J1、J2 ---齒輪的慣量(Kg.cm.s2) Js ----絲桿的慣量(Kg.cm.s2) W---工作臺的重量（N） S ---絲桿的螺距（cm） 計算電機輸出的總力矩M M=Ma+Mf+Mt………………………2.4 Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2………………2.5 式中Ma ---電機啟動的加速力矩（N.m) Jm、Jt---電機自身的慣量與負載的慣量(Kg.cm.s2) n---電機所需達到的轉速（r/min） T---電機升速的時間（s） Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2…………………2.6 Mf---導軌摩擦折算至電機的轉矩（N.m) u---摩擦系數(shù) η---傳遞效率 Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2………………2.7 Mt---切削力折算至電機力矩（N.m) Pt---最大切削力（N） 其估算公式為 fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml）÷(1+Jt/Jm)] 1/2 式中fq---帶載起動的頻率（Hz） fq0---空載起動的頻率 Ml---起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩（N.m) 若負載參數(shù)沒有辦法精確的確定,則可按fq=1/2fq0進行估算。運行中的最高頻率與升速時間的計算。因為電機的輸出力矩會隨著頻率的升高而下降，所以在最高頻率時，由矩頻特性的輸出力矩應能驅動負載，并留有足夠的余量。 根據以上的計算分析選擇東方馬達BLH系列DC24V輸入的調速電動機（如圖2.4,圖2.5)，因應節(jié)省空間的需求為薄型高功率是DC24V基板型驅動器與薄型大功率無刷直流電動機的組合產品，最適用于需要節(jié)省空間的裝置。速度控制范圍為100～3000r/min。備有適用于各種用途種類豐富的15W～100W產品可供選擇。 圖2.4東方馬達 圖2.5東方馬達 此電機有以下幾個優(yōu)點： 小巧的基板型驅動器：15W～50W型產品是比名片尺寸更小的基板型驅動器?？蓾M足機器的小型化需求。 卓越的速度穩(wěn)定性：對負載速度變動率為±0.5%以下，實現(xiàn)卓越的速度穩(wěn)定性。即使負載變動時也幾乎不會出現(xiàn)如變頻器因負載變化等而產生速度變動的情形。 豐富的驅動器功能：體積小巧，功能完善，有瞬時停止、旋鈕速度控制、直電壓速 度控制、加速時間/減速時間設定、警報輸出等功能。 2.2.2 皮帶的選型 電機功率計算公式：? 電機功率=（0.85*0.9*圓周驅動力*帶速）/1000?2、圓周驅動力計算公式：? 公式一：圓周驅動力=2*主要阻力+附加阻力+特種主要阻力+特種附加阻力+傾斜阻力? （該公式適用于輸送機小于80m的條件下） 公式二：圓周驅動力=系數(shù)*主要阻力+附加阻力+特種主要阻力+特種附加阻力+傾斜阻力 主要阻力=0.03*輸送機長度（即頭尾滾筒中心距）*9.81*[上托輥質量/上托輥間距+下托輥質量/下托輥間距+2*每米長度輸送帶質量+皮帶小時輸送料量/（3.6*帶速）]。 附加阻力計算公式：? 附加阻力=1.15*（皮帶小時輸送料量*帶速）? 主要特種阻力計算公式：? 主要特種阻力=0.4*槽型系數(shù)*輸送機長度*[每米長度輸送帶質量+皮帶小時輸送料量/（3.6*帶速）]*9.81*0.026? 其中：槽型系數(shù)的選取，30°槽角時取0.4；35°槽角時取0.43；?40°槽角時為0.5。? 附加特種阻力計算公式：? 附加特種阻力=1470*清掃器個數(shù)+帶寬（米）*1500?6、傾斜阻力計算公式：? 傾斜阻力=9.81*物料提升高度（米）*皮帶小時輸送料量/（3.6*帶速）? 根據上述分析皮帶選擇蓋茨3048_8GT_20同步帶（如圖2.6),蓋茨3048_8GT_20同步帶為適應高性能的傳動而開發(fā)。同步傳動，無速度損失，且傳動比恒定。皮帶齒形極大的降低了運行噪音。與帶輪齒的完美嚙合，以最小的摩擦進入帶輪齒。 圖2.63048_8GT_20同步帶 2.2.3 帶輪的選型 同步帶傳動是利用帶齒與帶輪齒嚙合來傳遞動力的一種新型傳動方式，具有準確的同步傳動功能，不需要潤滑、無滑差、無污染、噪音少；傳動效率達0.98，速比范圍可達1：10，允許線速可達50m/s，傳動率從幾百瓦到數(shù)百千瓦，適宜多軸傳動。? 廣泛應用于紡織、汽車、化纖、卷煙、造紙、印刷、化工等機械設備；近年來，采礦冶金、鋼鐵機械、醫(yī)療設備需求量日漸增加。?? 同步帶輪選型需注意的參數(shù)：? (1)齒形?????? ? 同步帶輪齒形可以分為英制（普通扭矩）MXL、XL、L、H以及公制（高扭矩）S2M、S3M、S4M、S5M、S8M和（普通扭矩)T5、T10 圖2.7帶輪齒形分類圖 (2)齒數(shù)??????? 齒數(shù)是同步帶輪重要參數(shù)，同步帶輪節(jié)圓直徑＝齒數(shù)×齒距/π?? (3)材質及表面處理? 同步帶輪常用材質為鋁合金及45＃鋼，表面處理分別為? 鋁輪：本色氧化黑色氧化；鋼輪：四氧化三鐵保護膜、無電解鍍鎳 (4)帶輪形狀 圖2.8?梯形齒同步帶、輪選型圈 圖2.9 T形齒同步帶、輪選型圖 圖2.10 HTD型（圓弧形齒）同步帶、輪選型圖 確定計算功率Pc P0=F×V=14500×1.55=22.475kw………………………2.8 P=P0/ ?＝22.475÷0.9=24.98kw≈25kw…………………2.9 得KA=1.2 Pc=KA×P=1.2×25=30kw…………………………2.10 確定帶輪的基準直徑Dd1,Dd2 主動帶輪的最小基準直徑Dd1=125mm,在從表中帶輪的基準直徑系列中，取Dd1=140mm 得Dd2=i×Dd1=2.5×140=350mm 得大輪直徑為355mm 根據上述的分析與計算選擇帶輪選擇蓋茨P22_8MGT_20(如圖2.7-11)，此帶輪有一下幾個優(yōu)點：能緩和載荷沖擊；運動平穩(wěn)，無噪聲；制造和安裝不像嚙合傳動那樣嚴格；過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可以防止其他零件的損害；可增加帶長一適應中心距較大的工作條件。 圖2.11蓋茨帶輪 3 圖書館AGV小車起升機構設計計算 3.1 起升機構載重分析 載重主要取決于起重量Q、載荷中心距c，根據選題，已知起重量Q=40KG，按ISO/DIS1214-79標準規(guī)定，載荷中心距離為c=500mm,再由ISO/DIS2326-81和ISO2382-77標準，水平段受彎矩和剪力, 垂直段受彎矩和拉力, 危險截面支座A以下垂直段的最大正應力為: 式中 P——起升架的計算載荷，N； C——標準載荷中心距，mm； a——起升架厚度；mm； b——起升架截面寬度，mm。 3.1.1 計算載荷P的確定 式中 Q——起重量，Q=1.8t=17640N K1——動載荷系數(shù)，取K1=1.2； K2——偏載荷系數(shù)，取K2=1.3. 由此得出 ……………………3.1 3.1.2 安全系數(shù)n的確定 安全系數(shù)的選取, 與貨叉的計算載荷大小、動載荷系數(shù)和偏載荷系數(shù)的選取密切相關。如果計算載荷比較準確, 安全系數(shù)可以取較小數(shù)值。否則，安全系數(shù)應取較大數(shù)值。 強度計算時，安全系數(shù)應滿足以下條件 其中 n——強度安全系數(shù)； ——材料屈服極限； ——危險截面處應力（即最大正應力）； 注：與單位相同。 此次設計選擇安全系數(shù)為n=3。 3.3.3 計算最大正應力 ………………3.2 3.1.4 強度驗算 把數(shù)據代入式3-1, 得出 ……………………3.3 因為,所以滿足強度條件。 3.2 電機扭矩轉速分析 伺服電機有直流、交流之分，一般來說選擇合適的伺服電機要根據機器的負載大小和速度來選。 3.2.1 進給驅動伺服電機的選擇 在原則上選擇伺服電機應該由負載條件來決定。電機軸上的負載有兩種，一種是阻尼轉矩，另一種是慣量負載。這兩種負載都需要正確地計算。 伺服電機可以控制速度，位置和精度十分準確，它能把電壓信號轉化成為轉矩和轉速從而驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并且可以快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，可以當作執(zhí)行元件，并且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等優(yōu)點，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現(xiàn)象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。 3.2.2 負載轉矩的計算 因為每種機械的算法不同，所以此計算需要加到伺服電機軸的轉矩計算公式中。但是不管是哪種機械，都應計算出折算到電機軸上的負載轉矩。一般折算到伺服電機軸上的負載轉矩可由下列公式計算:? Tl=(F*L/2πμ)+T0……………………3.4 式中: 由角加速度公式： ………………………………3.5 式中： ——角加速度； ——角速度； ——加速時間。 …………………………3.6 ………………………3.7 ………………………3.8 式中： ——慣性力矩； C0——不平衡力矩。 根據電機與中心軸的傳動比1:N，可以估算出電機扭矩： ……………………………3.9 3.2.3 電機轉速分析 極數(shù)反映出電動機的同步轉速，二極同步轉速是3000r/min，四極同步轉速是1500r/min，六極同步轉速是1000r/min,八極同步轉速是750r/min。 　　繞組的一來一去才能組成回路，也就是磁極對數(shù)，是成對出現(xiàn)的，極就是磁極的意思，這些繞組當通過電流時會產生磁場，相應的就會有磁極。 　　三相交流電機每組線圈都會產生N、S磁極，每個電機每相含有的磁極個數(shù)就是極數(shù)。由于磁極是成對出現(xiàn)的，所以電機有二、四、六、八……極之分。 　　若三相交流電的頻率為50Hz,則合成磁場的同步轉速為50r/s,即3000r/min.如果電動機的旋轉磁場不止是一對磁極,進一步分析還可以得到同步轉速n與磁場磁極對數(shù)p的關系:n=60f/p.f為頻率,單位為Hz.n的單位為r/min. ns與所接交流電的頻率 (f)、電機的磁極對數(shù)(P)之間有嚴格的關系 　　ns＝f/P在中國，電源頻率為50赫，所以二極電機的同步轉速為2000轉/分，四極電機的同步轉速為1000轉/分，以此類推。異步電機轉子的轉速總是低于或高于其旋轉磁場的轉速，異步之名由此而來。異步電機轉子轉速與旋轉磁場轉速之差（稱為轉差）通常在10％以內。由此可知，交流電機（不管是同步還是異步）的 　　同步電動機的轉速=50*頻率/ 極對數(shù)（我國工頻為40Hz),異步電動機轉速=（50*頻率/ 極對數(shù)）×轉差率，另外，同等功率的電動機，轉速越大，輸出扭距越小。 同步電機的極數(shù) 大容量的同步電機均為轉極式，即轉子為磁極，由勵磁繞組通以直流電產生，而同步機的極對數(shù)就是轉子磁極的對數(shù)。八極電機就是轉子有八個磁極，2P=8,即此電機有四對磁極。一般汽輪發(fā)電機多為隱極式電機，極對數(shù)很少，一般為1、2對，而n=60f/p,所以他的轉速很高，最高可達三千轉（工頻），而水輪發(fā)電機的極數(shù)相當多，轉子結構為凸極式，工藝比較復雜，由于他的極數(shù)很多，所以它的轉速很低，可能只有每秒幾轉！ 電機轉速與頻率的公式： n=60f/p………………………3.10 上式中 n——電機的轉速（轉/分）； 60——每分鐘（秒）； f——電源頻率（赫芝）； p——電機旋轉磁場的極對數(shù)。 我國規(guī)定標準電源頻率為f=50周/秒，所以旋轉磁場的轉速的大小只與磁極對數(shù)有關。磁極對數(shù)多，旋轉磁場的轉速成就低。 極對數(shù)P=1時，轉速n=3000； 極對數(shù)P=2時，轉速n=1500； 極對數(shù)P=3時，轉速n=1000； 極對數(shù)P=4時，轉速n=750； 極對數(shù)P=5時，轉速n=600 在變頻調速系統(tǒng)中，根據公式n=60f/p可知： 改變頻率f就可改變轉速 降低頻率↓f，轉速就變?。杭?60 f↓ / p = n↓ 增加頻率↑f，轉速就加大： 即 60 f↑ / p = n↑ 電機功率，轉矩，轉速的關系?功率=力*速度?P=F*V---公式1? 轉矩(T)=扭力(F)*作用半徑(R)????????? 推出 F=T/R……………………3.11 線速度(V)=2πR*每秒轉速(n秒)=2πR*每分轉速(n分)/60=πR*n分/30---公式3? 將公式2、3代入公式1得：? P=F*V=T/R*πR*n分/30=π/30*T*n分-----P=功率單位W，T=轉矩單位Nm，n分=每分鐘轉速單位轉/分鐘?如果將P的單位換成KW，那么就是如下公式：? P*1000=π/30*T*n30000/π*P=T*n30000/3.1415926*P=T*n9549.297*P?=?T?*?n 電機轉速：n=60f/p，p為電機極對數(shù)，例如四級電機的p=2；? 注：當頻率達到50Hz時，當電機達到額定功率時，再增加頻率，它的功率時也不會再增加了，而是會保持在額定功率。?? 當電機轉矩在50Hz以下時，此時是與頻率以正比進行變化；頻率達到50Hz時，電機為最大輸出功率，即額定功率；如頻率在50Hz的基礎上再繼續(xù)增加，此時輸出轉矩與頻率會成反比變化，因為它的輸出功率已經到達最大了，如果你還要繼續(xù)增加頻率，那么套入上面的計算式分析，轉矩則會明顯會減小。 3.3 同步帶傳動計算 3.3.1 同步帶受力情況的分析 ? 張緊力:傳動帶是將原動機的電機或發(fā)動機旋轉產生的動力，通過帶輪由膠帶傳導到機械設備上，故又稱之為動力帶。傳動帶通過摩擦來傳遞動力，因此傳動帶要調整張緊力以獲得合適的摩擦力。通過調整傳動帶的張緊度可以調整傳動帶和皮帶輪之間的摩擦力，傳動帶的張緊度是靠張緊輪進行調整的（沒張緊輪裝置就直接調整輪距）。皮帶過緊會使皮帶磨損嚴重，過松則易產生打滑現(xiàn)象，使皮帶嚴重磨損甚至燒壞。一般兩輪距離1米左右時，用手指按壓三角帶中部，應垂直下降10-20毫米。皮帶使用中應檢查皮帶的張緊度，并隨時進行調整。故控制同步帶傳動合宜的張緊力是保證同步帶傳動正常工作的重要條件。? 設0F為同步帶傳動時帶的張緊力，1F、2F、F分別為帶傳動工作時帶的緊邊拉力、松邊拉力、和有效拉力。為了保證同步帶在帶輪上齒合可靠、不跳齒，同步帶運轉時緊邊帶的彈性伸長量與松邊帶的彈性收縮量應保持近似相等。因此，緊邊拉力的增加量應等于松邊拉力的減少量，即? 1F-0F=0F-2F或????1F+2F=20F、0F=0.5（1F+2F） 壓軸力:壓軸力即為同步帶作用在軸上的力，是緊邊拉力與松邊拉力的矢量和，如圖3.1所示： 圖3.1同步帶的壓軸力、緊邊拉力、松邊拉力 式中：V為帶速，/ms；dP為設計功率，dAPKP=，KW；AK為工況系數(shù)，P為需傳遞的名義功率（KW）。所以壓軸力為：? ???????????? 1500FAKKPQVN?????????? 對于頻繁正反裝、嚴重沖擊、緊急停機等非正常傳動，需視具體情況修正工況系數(shù)。另外步進電機在工作時其工作過程是“加速-勻速-減速”的過程。在勻速時，電機所受負載為工件與導軌的滑動負載；電機加速時主要考慮慣性負載；如電機直接啟動，即轉速直接從0跳到所規(guī)定的轉速時，電機的滑動負載和慣性負載均要考慮。一般情況下電機傳遞的負載約為滑動負載的2~3倍。所以對于頻繁正反轉、嚴重沖擊的傳動機構，設計計算時：同步帶需傳遞的名義功率應是同步帶正常傳動需傳遞的功率的2-3倍。設計時根據所設計的傳動系統(tǒng)即可計算出作用在步進電機軸上的壓軸力，再根據所涉及的步進電機由上圖表中查出電機軸的容許負載，兩相比較，只要壓軸力小于電機軸的容許懸掛負載即可。? 且從式:1500FAKKPQVN?????????????????????? 式中可看出作用在電機軸上的壓軸力受所需傳遞的功率、速度以及實際傳動情況的影響。? 在應用中減少壓軸力的方法有：減少同步帶小帶輪的包角，即采用小帶輪帶大帶輪的形式，這樣可以減少FK值（FK<1）；在滿足設計要求的情況下減少同步帶的寬度，并安裝時使同步帶離步進電機軸的端面更遠，這樣可增加電機所容許的懸掛負載。 4 工程圖設計 4.1 裝配圖設計 圖4.1齒形帶裝配圖 4.1.1 一般裝配圖技術要求: (1)各密封件裝配前必須浸透油。? (2)裝配滾動軸承允許采用機油加熱進行熱裝，油的溫度不得超過100℃。? (3)齒輪箱裝配后應設計和工藝規(guī)定進行空載試驗。試驗時不應有沖擊、噪聲，溫升和(滲漏不得超過有關標準規(guī)定。? (4)齒輪裝配后，齒面的接觸斑點和側隙應符合GB10095和GB11365的規(guī)定。?5.裝配液壓系統(tǒng)時允許使用密封填料或密封膠，但應防止進入系統(tǒng)中。?6.進入裝配的零件及部件（包括外購件、外協(xié)件），均必須具有檢驗部門的合格證方能進行裝配。? (10)螺釘、螺栓和螺母緊固時，嚴禁打擊或使用不合適的旋具和扳手。緊固后螺釘槽、螺母和螺釘、螺栓頭部不得損壞。? (11)規(guī)定擰緊力矩要求的緊固件，必須采用力矩扳手，并按規(guī)定的擰緊力矩緊固。? (12)同一零件用多件螺釘（螺栓）緊固時，各螺釘（螺栓）需交叉、對稱、逐步、均勻擰緊。? (13)圓錐銷裝配時應與孔應進行涂色檢查，其接觸率不應小于配合長度的60%，并應均勻分布。 (14)平鍵與軸上鍵槽兩側面應均勻接觸，其配合面不得有間隙。? (15)花鍵裝配同時接觸的齒面數(shù)不少于2/3，接觸率在鍵齒的長度和高度方向不得低于50%。? (16)滑動配合的平鍵（或花鍵）裝配后，相配件移動自如，不得有松緊不均現(xiàn)象。?17.粘接后應清除流出的多余粘接劑。? (18)軸承外圈與開式軸承座及軸承蓋的半圓孔不準有卡住現(xiàn)象。? (19)軸承外圈與開式軸承座及軸承蓋的半圓孔應接觸良好，用涂色檢查時，與軸承座在對稱于中心線120°、與軸承蓋在對稱于中心線90°的范圍??內應均勻接觸。在上述范圍內用塞尺檢查時，0.03mm的塞尺不得塞入外??圈寬度的1/3。? (20)軸承外圈裝配后與定位端軸承蓋端面應接觸均勻。?21.滾動軸承裝好后用手轉動應靈活、平穩(wěn)。? (22)上下軸瓦的結合面要緊密貼和，用0.05mm塞尺檢查不入。? (23)用定位銷固定軸瓦時，應在保證瓦口面和端面與相關軸承孔的開合面和端面包持平齊狀態(tài)下鉆鉸、配銷。銷打入后不得松動。? (24)球面軸承的軸承體與軸承座應均勻接觸，用涂色法檢查，其接觸不應小于70%。? (25)合金軸承襯表面成黃色時不準使用，在規(guī)定的接觸角內不準有離核現(xiàn)象?，在接觸角外的離核面積不得大于非接觸區(qū)總面積的10%。? (26)齒輪（蝸輪）基準端面與軸肩（或定位套端面）應貼合，用0.05mm塞尺檢查不入。并應保證齒輪基準端面與軸線的垂直度要求。?27.齒輪箱與蓋的結合面應接觸良好。? (28)組裝前嚴格檢查并清除零件加工時殘留的銳角、毛刺和異物。保證密封件裝入時不被擦傷。 4.1.2 總圖中的技術要求 (1)一般說明設計機器的使用場合及機器的功能。? (2)機器的出廠要求的總體檢驗、試車要求。壓力容器執(zhí)行的檢驗標準、起重機械執(zhí)行的檢驗標準等。? (3)機器的外觀顏色、特殊標志。? (4)機器的運輸、包裝要求。? (5)使用、維護的主要要點要求。? (6)機器的主要參數(shù)。? 裝配圖中的技術要求? 裝配圖中的技術要求主要為說明機器或部件在裝配、檢驗、使用時應達到的技術性能、質量要求及運輸、包裝要求等。主要從以下幾方面考慮：? (1)裝配要求：裝配時要注意的事項及裝配后應達到的指標等。例如，特殊的裝配方法、安裝順序、是否在配套零件上打裝配標記、裝配間隙、精度要求、需要在裝配時應滿足的加工要求、密封要求等。? (2)檢驗要求：裝配后對機器或部件進行驗收時所要求的檢驗方法、操作要求和達到標準條件。例如氣壓試驗、水壓試驗、常壓撿漏、形位公差要求等。? (3)使用要求：對機器在試車、使用、保養(yǎng)、維修時提出的要求。例如試車時間、限速要求、限溫要求、絕緣要求及等。 4.2 零件圖設計 4.2.1 一般零件圖技術要求: (1)一般技術要求：零件去除氧化皮。零件加工表面上，不應有劃痕、擦傷等損傷零件表面的缺陷。去除毛刺飛邊。 (2)熱處理要求：經調質處理，HRC50～55。零件進行高頻淬火，350～370℃回火，HRC40～45。滲碳深度0.3mm。進行高溫時效處理。? (3)公差要求：? 未注形狀公差應符合GB1184-80的要求。? 未注長度尺寸允許偏差±0.5mm。? 鑄件公差帶對稱于毛坯鑄件基本尺寸配置。? (4)零件棱角：? 未注圓角半徑R5。? 未注倒角均為2×45°,銳角倒鈍。? (5)裝配要求：? 各密封件裝配前必須浸透油,裝配滾動軸承允許采用機油加熱進行熱裝，油的溫度不得超過100℃。齒輪箱裝配后應設計和工藝規(guī)定進行空載試驗。試驗時不應有沖擊、噪聲，溫升和滲漏不得超過有關標準規(guī)定。齒輪裝配后，齒面的接觸斑點和側隙應符合GB10095和GB11365的規(guī)定。裝配液壓系統(tǒng)時允許使用密封填料或密封膠，但應防止進入系統(tǒng)中。進入裝配的零件及部件（包括外購件、外協(xié)件），均必須具有檢驗部門的合格證方能進行裝配。螺釘、螺栓和螺母緊固時，嚴禁打擊或使用不合適的旋具和扳手。緊固后螺釘槽、螺母和螺釘、螺栓頭部不得損壞。規(guī)定擰緊力矩要求的緊固件，必須采用力矩扳手，并按規(guī)定的擰緊力矩緊固。同一零件用多件螺釘（螺栓）緊固時，各螺釘（螺栓）需交叉、對稱、逐步、均勻擰緊。圓錐銷裝配時應與孔應進行涂色檢查，其接觸率不應小于配合長度的60%，并應均勻分布。平鍵與軸上鍵槽兩側面應均勻接觸，其配合面不得有間隙?；ㄦI裝配同時接觸的齒面數(shù)不少于2/3，接觸率在鍵齒的長度和高度方向不得低于50%?；瑒优浜系钠芥I（或花鍵）裝配后，相配件移動自如，不得有松緊不均現(xiàn)象。粘接后應清除流出的多余粘接劑。軸承外圈與開式軸承座及軸承蓋的半圓孔不準有卡住現(xiàn)象。?軸承外圈與開式軸承座及軸承蓋的半圓孔應接觸良好，用涂色檢查時，與軸承座在對稱于中心線120°、與軸承蓋在對稱于中心線90°的范圍內應均勻接觸。在上述范圍內用塞尺檢查時，0.03mm的塞尺不得塞入外圈寬度的1/3。 補焊件要求：? 補焊前必須將缺陷徹底清除，坡口面應修的平整圓滑，不得有尖角存在。根據鑄鋼件缺陷情況，對補焊區(qū)缺陷可采用鏟挖、磨削，炭弧氣刨、氣割或機械加工等方法清除。補焊區(qū)及坡口周圍20mm以內的粘砂、油、水、銹等臟物必須徹底清理。在補焊的全過程中，鑄鋼件預熱區(qū)的溫度不得低于350°C。在條件允許的情況下，盡可能在水平位置施焊。補焊時，焊條不應做過大的橫向擺動。鑄鋼件表面堆焊接時，焊道間的重疊量不得小于焊道寬度的1/3。? 鍛件要求：? 每個鋼錠的水口、冒口應有足夠的切除量，一以保證鍛件無縮孔和嚴重的偏折。鍛件應在有足夠能力的鍛壓機上鍛造成形，以保證鍛件內部充分鍛透。鍛件不允許有肉眼可見的裂紋、折疊和其他影響使用的外觀缺陷。局部缺陷可以清除，但清理深度不得超過加工余量的75%，鍛件非加工表面上的缺陷應清理干凈并圓滑過渡。鍛件不允許存在白點、內部裂紋和殘余縮孔。? 切削加工要求：? 零件應按工序檢查、驗收，在前道工序檢查合格后，方可轉入下道工序。?加工后的零件不允許有毛刺。精加工后的零件擺放時不得直接放在地面上，應采取必要的支撐、保護措施。加工面不允許有銹蛀和影響性能、壽命或外觀的磕碰、劃傷等缺陷。滾壓精加工的表面，滾壓后不得有脫皮現(xiàn)象。最終工序熱處理后的零件，表面不應有氧化皮。經過精加工的配合面、齒面不應有退火、發(fā)藍、變色的現(xiàn)象。加工的螺紋表面不允許有黑皮、磕碰、亂扣和毛刺等缺陷。 4.2.2 零件圖的技術要求 零件圖中的技術要求比較多，總結一般圖中應共有的要求如下:? (1)未注尺寸公差要求。? (2)未注形位公差要求。? (3)不便再圖上用圖形或符號表達，但在制造或檢驗時又必須保證要求。它的內容隨不同零件、不同要求及不同加工方法而異。主要應注明：? (1）對材料的要求。如熱處理方法（正火、調質、淬火）及熱處理后表面應達到的硬度；? (2）表面處理要求（滲碳、氰化、淡化、噴丸等）、表面涂層或鍍層（油漆、發(fā)蘭、鍍鉻、鍍鎳等）以及表面修飾（去毛刺、清砂）等；?? (3）對加工的要求。如是否需要在裝配時加工、是否與其他零件一起配合加工（如有的孔要求配鉆、配鉸）等；? (4）指出圖中未注明的尺寸。如圓角、倒角等；? (5）鑄造零件圖中，不允許出現(xiàn)的鑄造缺陷；焊接零件圖中特殊要求，焊條要求等；?? (6）其他特殊要求。如允許不平衡的力矩以及檢驗、包裝、打印等要求。 結論 對圖書館AGV小車起升機構的設計以及相關的研究，是我對大學所學的知識進行整合和總結，運用的一個嘗試，這不僅提高了我的獨立思考，動手實踐，研究嘗新的能力，還培養(yǎng)了團結協(xié)作，大膽嘗試等良好的習慣。 一臺機器的完整設計是要涉及到各個方面的知識的，在大學最后這段有限的時間，迅速積累。充分準備是很難的。我們只有不懈的努力，盡力的改正不足，使其盡可能完善，在許許多多的零件中，即使是最小的，哪怕是一個小小的螺釘，焊縫之類的，如果因為強度不夠，材料選取不當，壽命比較短，結構工藝性方面有缺陷，配合不能滿足要求。未考慮拆卸，修整問題……最終都會使機器工作性能下降，出現(xiàn)故障甚至報廢.所以，在這方面我做的工作還是很不夠的。 另外，一臺機器真正推廣使用，還要對其成本，也即經濟性，可行性進行分析。還有外觀。對環(huán)境的污染，對工作環(huán)境的要求，維修的技術難度，方便程度等等，所以，我的設計只能是理論上的一個嘗試。 在具體的工作中，我除了需要借助最新的信息工具-----網絡外，還需要查閱圖書，親身實踐，但最主要的，還是老師的指導。不僅僅是具體內容上,還有思路上的，認識問題角度等各個方面,我都收益匪淺。4年的大學生活最終以畢業(yè)設計的結束而告終。所以，我一定要加倍努力，畫一個圓滿的句號，力求在畢業(yè)設計的成果上更上一層樓。 致謝 我終于在兩個月的時間里完成了這篇論文，在這段難忘的記憶里，給我的學生生涯帶來了無限的激情和收獲。在論文的寫作過程中遇到了許多的困難和障礙，但是在同學和老師的幫助下順利度過了難關。在查找資料期間，指導老師給我提供了很多方面的支持與幫助，尤其要強烈感謝我的論文指導老師—化春雷老師，如果沒有他對我進行了的指導和幫助，無私的幫我修改論文，就沒有我這篇論文的最終順利完成。在此，我向指導和幫助過我的老師表示最衷心的感謝！? 同時，我也十分感謝本論文所引用的專著的學者，如果沒有這些他們的研究成果的啟發(fā)和幫助，我將無法順利完成本篇論文的最終寫作。在這里，我也十分感謝我的朋友和同學們，他們在我寫論文的過程中幫助了我許多，也在論文的最終排版過程中提供了十分多的幫助！? 金無足赤，人無完人。由于我的知識儲備有限，所寫論文難免有許多不足之處，懇請各位老師和同學批評和指正！ 參考文獻 [1]孫桓，陳作模主編，機械原理，北京：高等教育出版社?2000 ? 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