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本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 題目 AGV車轉(zhuǎn)向總承設(shè)計 　　　　　　 學(xué)院名稱　 機械與汽車工程學(xué)院 　　　　　專業(yè)班級　 機械08-4　 　　　　　學(xué)生姓名　 　 　　　　　導(dǎo)師姓名　 2012年 6月 8日 AGV車轉(zhuǎn)向總承設(shè)計 作 者 姓 名 孫昌榮 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師姓名 范維華 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 高級實驗師 目 錄 摘 要 ……………………………………………………….5 第一章 緒論…………………………………………7 1.1概述…………………………………………………………7 1.2發(fā)展趨勢及發(fā)展前景………………………………………7 1.3AGV系統(tǒng)的構(gòu)成與AGV的結(jié)構(gòu)…………………………….8 1.3.1AGV系統(tǒng)的構(gòu)成………………………………………….8 1.3.2AGV的結(jié)構(gòu)……………………………………………….9 第二章 設(shè)計任務(wù)……………………………………11 2.1設(shè)計題目：AGV小車的轉(zhuǎn)向總承設(shè)計…………………….11 2.2設(shè)計背景：………………………………………………….11 2.2.1題目簡述………………………………………………….11 2.2.2使用狀況………………………………………………….11 2.2.3生產(chǎn)狀況………………………………………………….11 2.3設(shè)計參數(shù)..………………………………………………….11 2.4設(shè)計任務(wù)..………………………………………………….11 第三章 AGV機械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計………12 3.1AGV機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計..……………………………………….13 3.1.1車體尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………….13 3.1.2驅(qū)動方式選擇…………………………………………….13 3.2驅(qū)動系統(tǒng)部件的選擇與校核……………………………….14 3.2.1電機的選擇與聯(lián)軸器的選用…………………………….14 3.2.2AGV行駛阻力的計算………………………………………14 3.3主減速比的選擇…………………………………………….16 3.4蝸桿蝸輪的設(shè)計…………………………………………….17 3.5渦輪軸的設(shè)計……………………………………………….20 3.6后輪軸的設(shè)計……………………………………………….22 3.7蝸桿軸的設(shè)計……………………………………………….24 3.8車輪支架的設(shè)計…………………………………………….25 第四章 總結(jié)………………………………………….27 致謝……………………………………………………………….28 參考文獻………………………………………………………….29 摘要 AGV全稱自動導(dǎo)引小車（Automatic Guided Vehiele），它是在計算機的控制下，經(jīng)磁或激光等導(dǎo)向裝置引導(dǎo)并沿程序設(shè)定路徑運行完成作業(yè)的無人駕駛自動小車，伺服驅(qū)動。它為現(xiàn)代制造業(yè)、現(xiàn)代物流提供了一種高度柔性化和自動化的運輸方式。 目前AGV小車廣泛運用在制造業(yè)、物流倉儲業(yè)、汽車、造紙等行業(yè)。隨著AGV小車的發(fā)展，努力設(shè)計一個更為合理簡便的操作方式的AGV小車，來適用于更多的領(lǐng)域，AGV得到進一步的推廣。 AGV是以微控制器為控制核心、蓄電池為動力、裝有非接觸導(dǎo)引裝置的無人駕駛自動導(dǎo)引運載車，其自動作業(yè)的基本功能是導(dǎo)向行駛、認(rèn)址停準(zhǔn)和移交載荷。作為當(dāng)代物流處理自動化的有效手段和柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，AGV已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，對AGV的研究也具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實意義。 本文介紹了AGV在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計的課題要求，運用了最為簡單的構(gòu)造模式，前輪由伺服電機、蝸桿渦輪傳動，后輪則采用萬向輪轉(zhuǎn)動。本文主要進行小車的機械部分設(shè)計。 關(guān)鍵詞: AGV 連桿機構(gòu) 輪系結(jié)構(gòu) ABSTRACT AGV full automatic guided vehicle ( Automatic Guided Vehiele ), which is under the control of a computer, magnetic or laser guiding device guides and along the programmed path running finish homework unmanned automatic vehicle, servo drive. It is a modern manufacturing industry, modern logistics to provide a highly flexible and automated means of transport. The AGV dolly is widely used in manufacturing, logistics warehousing, automotive, paper and other industries. With the development of AGV dolly, an effort to design a more reasonable and simple operation of the AGV car, to apply in more fields, AGV further promotion. AGV is based on micro controller as control core, battery power, a non contact guidance device of unmanned automatic guided vehicle, the automatic operation is the basic function of guiding, recognizing the address to stop and over load. As the valid measure of contemporary logistics processingautomation and the key equipment of flexible manufacture system, AGV has got more and more extensive application, research on AGV has very important theory significance and the practical significance. This paper introduces the AGV in the domestic and foreign development status and application situation, on this foundation, combining the subject of graduation design requirements, using the most simple structure pattern by the servo motor, front wheel, rear wheel turbine worm driving, the universal wheel. The main car mechanical part design. 分享到 翻譯結(jié)果重試 抱歉，系統(tǒng)響應(yīng)超時，請稍后再試 · 支持中英、中日在線互譯 · 支持網(wǎng)頁翻譯，在輸入框輸入網(wǎng)頁地址即可 · 提供一鍵清空、復(fù)制功能、支持雙語對照查看，使您體驗更加流暢 Key words: AGV; Connecting rod mechanism; train structure 第一章 緒論 1.1 概述 AGV(Automatic Guided Vehicle)——自動導(dǎo)引車是上世紀(jì)50年代發(fā)展起來的智能搬運型機器人。AGV是現(xiàn)代工業(yè)自動化物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，它是以電池為動力，裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)航裝置，能夠獨立自動尋址，并通過計算機系統(tǒng)控制，完成無人駕駛及作業(yè)的設(shè)備。自從1913年美國福特汽車公司使用有軌底盤裝配車，1954年英國采用地下埋線電磁感應(yīng)導(dǎo)向車以來，到九十年代全世界擁有AGV(Automated Guided Vehicles)10萬臺以上。近年來，自動化技術(shù)呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢，國內(nèi)自動化立體倉庫和自動化柔性裝配線進入發(fā)展與普及階段。其中，在自動倉庫與生產(chǎn)車間之間，各工位之間，各段輸送線之間，AGV起了無可替代的重要作用，與傳統(tǒng)的傳送輥道或傳送帶相比，AGV輸送路線具有施工簡單、路徑靈活，不占用空間、較好的移動性、柔性等優(yōu)點。 1.2發(fā)展趨勢及發(fā)展前景 1913年，美國福特汽車公司使用有軌底盤裝配車。1953年，美國Barrett Electric制造了世界上第一臺采用埋線電磁感應(yīng)式的跟蹤路徑自動導(dǎo)向車，也被稱作“無人駕駛牽引車”。20世紀(jì)70年代中期，具有載貨功能的AGV在歐洲得到迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，并被引入美國用于自動化倉儲系統(tǒng)和柔性裝配系統(tǒng)的物料運輸。從80年代初開始，新的導(dǎo)向方式和技術(shù)得到更廣泛研究和開發(fā)。90年代以來，AGV從僅由大公司應(yīng)用，正向小公司單臺應(yīng)用轉(zhuǎn)變，而且其效率和效益更好。AGV按照引導(dǎo)方式不同分為：固定路徑導(dǎo)引、自由路徑導(dǎo)引等。按照移載方式不同分為：側(cè)叉式移載、叉車式移載、推挽式移載、輥道輸送機式移載、升降臺式移載、機械手式移載等. AGV是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫而產(chǎn)生并發(fā)展起來的。日本人認(rèn)為1981年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計算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?？斓摹?981年美國通用公司開始使用AGV，1985年AGV保有量500臺，1987年AGV保有量3000臺。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AGV在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。 目前國內(nèi)總體看AGV的應(yīng)用剛剛開始，相當(dāng)于國外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，它常用于工廠,汽車工業(yè)，飛機制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機械加工，倉庫，郵電部門,地下采礦廠中進行材料運輸,也用于海洋和太空探索等。這說明AGV有一個潛在的廣闊市場。 AGV從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國家線路向可調(diào)整線路；從簡單車載單元控制向復(fù)雜系統(tǒng)計算機控制；從原始的段點定期通訊到先進的實時通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場控制到先進的遠程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機械制造、加工、裝配生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動化生產(chǎn)，物料搬運，物品倉儲，商品配送等行業(yè)發(fā)展。自動導(dǎo)航車開發(fā)的一個主要領(lǐng)域是導(dǎo)航和控制,導(dǎo)航的本質(zhì)就是避免迷路和與障礙物相撞成功的到達目的地.所以,自動導(dǎo)引小車具有很大的發(fā)展前景. 1．3AGV系統(tǒng)的構(gòu)成與AGV的結(jié)構(gòu) 1.3.1 AGV系統(tǒng)的構(gòu)成 AGV一般采用輪式驅(qū)動，具有電動車的特征。AGV小車能在地面控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，自動搬運貨物，實現(xiàn)自動化的物料傳送。因其具有靈活性、智能化等特點，能夠方便地重組系統(tǒng)，達到生產(chǎn)過程中的柔性化運輸之目的。較之傳統(tǒng)的人工或半人工的物料輸送方式，AGV系統(tǒng)大大減輕了勞動強度和危險性，提高了工作效率，在機械、電子、紡織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)都可以發(fā)揮作用。國外的AGV系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)用水平都比較高，應(yīng)用范圍也很廣泛。國內(nèi)的應(yīng)用相對少一些，但是在各方面的共同努力下，國內(nèi)的AGV系統(tǒng)的設(shè)計水平和應(yīng)用水平正在接近或趕超國際先進水平。 AGV系統(tǒng)由控制臺、通訊系統(tǒng)、地面導(dǎo)航系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、AGV和地面移載設(shè)備組成，如圖1-1所示。 地面移 栽設(shè)備 待命站 充電系統(tǒng) 路徑 AGV 圖1-1 AGV系統(tǒng)示意圖 其中主控計算機負(fù)責(zé)AGV系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的聯(lián)系與管理，它根據(jù)現(xiàn)場的物料需求狀況向控制臺下達AGV的輸送任務(wù)。在AGV電池容量降到預(yù)定值后，充電系統(tǒng)給AGV自動充電。地面移載設(shè)備一般采用滾道輸送機、鏈?zhǔn)捷斔蜋C等將物料從自動化倉庫或工作現(xiàn)場自動移載到AGV上，反之也可以將物料從AGV上移載下來并輸送到目的地。AGV、充電系統(tǒng)、地面移載設(shè)備等都可以根據(jù)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。 1.3.2 AGV的結(jié)構(gòu) AGV由車載控制系統(tǒng)、車體系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、移載系統(tǒng)和安全與輔助系統(tǒng)組成。 （1）車載控制系統(tǒng) 車載控制系統(tǒng)是AGV的核心部分，一般由計算機控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、操作面板及電機驅(qū)動器構(gòu)成.計算機控制系統(tǒng)可采用PLC、單片機及工控機等。導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)航方式不同可分為電磁導(dǎo)航、磁條導(dǎo)航、激光導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航等不同形式.通過導(dǎo)航系統(tǒng)能使AGV確定其自身位置，并能沿正確的路徑行走。通訊系統(tǒng)是AGV和控制臺之間交換信息和命令的橋梁，由于無線電通訊具有不受障礙物阻擋的特點，一般在控制臺和AGV之間采用無線電通訊，而在AGV和移載設(shè)備之間為了定位精確采用光通訊.操作面板的功能主要是在AGV調(diào)試時輸入指令，并顯示有關(guān)信息，通過RS232接口和計算機相連接。AGV上的能源為蓄電池，所以AGV的動作執(zhí)行元件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、車架、殼體和控制器、蓄電池安裝架等，是AGV的軀體，具有電動車輛的結(jié)構(gòu)特征。 （3）行走系統(tǒng) 它一般由驅(qū)動輪、從動輪和轉(zhuǎn)向機構(gòu)組成.形式有三輪、四輪、六輪及多輪等，三輪結(jié)構(gòu)一般采用前輪轉(zhuǎn)向和驅(qū)動，四輪或六輪一般采用雙輪驅(qū)動、差速轉(zhuǎn)向或獨立轉(zhuǎn)向方式。 （4）移載系統(tǒng) 它是用來完成作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機構(gòu)，在不同的任務(wù)和場地環(huán)境下，可以選用不同的移載系統(tǒng)，常用的有滾道式、叉車式、機械手式等。 （5）安全與輔助系統(tǒng) 為了避免AGV在系統(tǒng)出故障或有人員經(jīng)過AGV工作路線時出現(xiàn)碰撞，AGV一般都帶有障礙物探測及避撞、警音、警視、緊急停止等裝置。另外，還有自動充電等輔助裝置。 （6）控制臺 控制臺可以采用普通的IBM-PC機，如條件惡劣時，也可采用工業(yè)控制計算機，控制臺通過計算機網(wǎng)絡(luò)接受主控計算機下達的AGV輸送任務(wù)，通過無線通訊系統(tǒng)實時采集各AGV的狀態(tài)信息。根據(jù)需求情況和當(dāng)前各AGV運行情況，將調(diào)度命令傳遞給選定的AGV。AGV完成一次運輸任務(wù)后在待命站等待下次任務(wù)。如何高效地、快速地進行多任務(wù)和多AGV的調(diào)度，以及復(fù)雜地形的避碰等一系列問題都需要軟件來完成。由于整個系統(tǒng)中各種智能設(shè)備都有各自的屬性，因此用面向?qū)ο笤O(shè)計的C++語言來編程是一個很好的選擇。在編程時要注意的是AGV系統(tǒng)的實時性較強，為了加快控制臺和AGV之間的無線通訊以及在此基礎(chǔ)上的AGV調(diào)度，編程中最好采用多線程的模式，使通訊和調(diào)度等各功能模塊互不影響，加快系統(tǒng)速度。 （7）通訊系統(tǒng) 通訊系統(tǒng)一方面接受監(jiān)控系統(tǒng)的命令，及時、準(zhǔn)確地傳送給其它各相應(yīng)的子系統(tǒng)，完成監(jiān)控系統(tǒng)所指定的動作:另一方面又接收各子系統(tǒng)的反饋信息，回送給監(jiān)控系統(tǒng)，作為監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)、管理、控制的依據(jù)。 由于AGV位置不固定，且整個系統(tǒng)中設(shè)備較多，控制臺和AGV間的通訊最適宜用無線通訊的方式?？刂婆_和各AGV就組成了一點對多點的無線局域網(wǎng)，在設(shè)計過程中要注意兩個問題: ①無線電的調(diào)制問題 無線電通訊中，信號調(diào)制可以用調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式。在系統(tǒng)的工作環(huán)境中，電磁干擾較嚴(yán)重，調(diào)幅方式的信號頻率范圍大，易受干擾，而調(diào)頻信號頻率范圍很窄，很難受干擾，所以應(yīng)優(yōu)先考慮調(diào)頻方式。而且調(diào)幅方式的波特率比較低，一般都小于3200Kbit/s，調(diào)頻的波特率可以達到9600K bit/s以上。 ②通訊協(xié)議問題 在通訊中，通訊的協(xié)議是一個重要問題。協(xié)議的制定要遵從既簡潔又可靠的原則。簡潔有效的協(xié)議可以減少控制器處理信號的時間，提高系統(tǒng)運行速度。 （8）導(dǎo)航系統(tǒng) 第二章 設(shè)計任務(wù) 2.1設(shè)計題目：AGV小車的轉(zhuǎn)向總承設(shè)計 2.2設(shè)計背景： 2.2.1題目簡述： 隨著工廠自動化程度的提高，AGV小車越來越受到人們的青睞，它本身的自動化集成度相當(dāng)高，只需要人們輸入相關(guān)的指令，小車便可按著預(yù)定的指令行走，并且電源的充電過程都可以自動的完成。 國內(nèi)外制作設(shè)計的AGV小車的類型有很多，可用于不同的場合，針對不同的場合，設(shè)計出不同的傳動機構(gòu)，本文所做的小車完全應(yīng)用于工廠車間的物料搬運，工作環(huán)境相對穩(wěn)定，所以設(shè)計用蝸桿渦輪進行傳動。由渦輪帶動前輪驅(qū)動，后輪是萬向輪，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向。 2.2.2使用狀況： 室內(nèi)工作；動力源為直流電90V伺服電機,電機雙向轉(zhuǎn)動，載荷較平穩(wěn)；使用期限為五年，每年工作200天，每天工作2小時；檢修期為三年大修。 2.2.3生產(chǎn)狀況： 專業(yè)機械廠制造。 2.3 設(shè)計參數(shù) AGV小車的長度：800mm AGV小車的寬度：500mm AGV小車的行駛速度：110mm/s。 2.4 設(shè)計任務(wù)： 設(shè)計轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，包括動力裝置、傳動裝置、執(zhí)行機構(gòu)，畫出總體機構(gòu)簡圖。 選取電機，計算電機所需功率。 設(shè)計總體傳動方案 設(shè)計主要傳動裝置，完成總體裝配圖（A0）。 設(shè)計主要零件，完成零件圖。 編寫設(shè)計說明書。 第三章 AGV機械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 AGV機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 AGV小車結(jié)構(gòu)示意圖3-1。小車采用兩前輪獨立驅(qū)動差速轉(zhuǎn)向，兩后輪為萬向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。伺服電機經(jīng)減速器后通過驅(qū)動輪提供驅(qū)動力，當(dāng)兩輪運動速度不同時就可以實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。 1-后輪，2-減速器，3-電瓶，4-光感應(yīng)器，5-前輪， 6-單片機，7-車架，8-伺服電機驅(qū)動器，9-伺服電機 圖3-1 AGV結(jié)構(gòu)示意圖 1、車架 車架是整個AGV小車的機體部分，主要用于安裝輪子、光感應(yīng)器、步進電機和減速器。車架上面安裝步進電機驅(qū)動器、PCD板和電瓶。對于車架的設(shè)計，要有足夠的強度和硬度要求，故車架材料選用鑄造鋁合金，牌號為6061。其中6061質(zhì)量比較輕，焊接性好。 2、車輪 車輪采用實心橡膠輪胎。車體前面兩主動輪為固定式驅(qū)動輪，與輪轂式電機相連。后面兩個隨動輪為旋轉(zhuǎn)式隨動輪，起支承和平衡小車的作用。 3、載荷傳送裝置 AGV的載荷傳送裝置為一平板，其作用為運輸箱體類零件到指定工位。主要用來裝載箱體類零件，運送物料等。 3.1.1 車體尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計 車體框架是裝配AGV其他零部件的主要支撐裝置，是運動中的主要部件之一，主要分為主框架和副框架兩個部分。主框架為立體型框架結(jié)構(gòu)，用于安裝各種控制和通訊設(shè)備。副框架則安裝輪子、各種傳感器和驅(qū)動電機，主框架和副框架用可拆卸聯(lián)接，便于安裝和拆卸，總的來說AGV車架相當(dāng)于汽車底盤，是AGV機械部分的關(guān)鍵。車架設(shè)計及工藝的合理性直接影響AGV的定位精度， 根據(jù)以上所述要求，并能更好地滿足實際任務(wù)的需要，AGV整體尺寸設(shè)計為0.8×0.5×0.6 m(長×寬×高)。除AGV車體以外的其他輔助系統(tǒng)的安裝直接影響著小車的驅(qū)動和轉(zhuǎn)向。AGV車體重心越低，越有利于抗傾翻。如圖3-4為車體實物外型。 　　　　　　　 圖3-4　小車車體實物外型 3.1.2 驅(qū)動方式的選擇 AGV驅(qū)動的方式大致可分成兩種，一種為兩臺電機各置于左、右兩邊，利用兩臺電機的動作與兩輪差速的方式達到左右轉(zhuǎn)，前進或停止，即差速型。另一種方式則類似汽車的轉(zhuǎn)向及傳動方式，即前輪為轉(zhuǎn)向輪，后輪為驅(qū)動輪，稱為舵輪型。前輪利用電機控制連接前輪的連桿，帶動前輪左、右轉(zhuǎn)向，而后輪直接利用步進電機與減速機構(gòu)帶動承載車前進 或停止。 圖3-5差速型轉(zhuǎn)間流程圖 這兩種傳動方式有不同的控制流程，第一種利用兩個左、右電機差速轉(zhuǎn)彎，因此控制流程圖如圖3-5所示。經(jīng)由傳感器感應(yīng)地面軌道回傳轉(zhuǎn)向訊號后，馬上經(jīng)由控制系統(tǒng)判斷轉(zhuǎn)向位置，當(dāng)位置正確時承載車則繼續(xù)前進，反之，電機即會繼續(xù)轉(zhuǎn)向直到傳感器與地面軌道子系統(tǒng)回傳直行訊號。此種傳動方式當(dāng)承載重量過大時，可能會因電機扭力不足無法動作。而第二種則類似汽車轉(zhuǎn)向及傳動方式，。本課題中我們所選的驅(qū)動移載機構(gòu)就為差速型，即小車的后面兩輪為萬向輪，而前面兩輪分別由兩個直流電機驅(qū)動和控制． 3. 2驅(qū)動系統(tǒng)部件的選擇與校核 AGV的驅(qū)動系統(tǒng)主要由驅(qū)動電源、直流電動機和減速器組成。電動機的性能參數(shù)及咸速器的規(guī)格型號的確定直接決定整車的動力性，即車輛的運動速度和驅(qū)動力直接決定整車的動力性，即車輛的運動速度和驅(qū)動力。 3.2.1電機的選擇及聯(lián)軸器的選用 伺服電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或直線運動的執(zhí)行機構(gòu)，由環(huán)形分配器、功率驅(qū)動裝置、步進電機構(gòu)成一個開環(huán)的定位運動系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)接受一個電脈沖信號時，伺服電機的轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過一定的角度或移動一定的直線距離，電脈沖輸入越多，電機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的角度或直線位移就越多;同時，輸入電脈沖的頻率越高，電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速或位移速度就越快。步進電機控制的最大特點是沒有積累誤差，常用于開環(huán)控制。步進電機系統(tǒng)由控制器、驅(qū)動器及步進電機構(gòu)成，它們?nèi)咧g是相互配套的。 自動引導(dǎo)車是電動車的一種，而電機是電動車的驅(qū)動源，出于直流電機本身具有控制系統(tǒng)簡單，調(diào)速方便，不需逆變裝置等優(yōu)點，并且本課題設(shè)計的AGV不需要工作在高速大功率之上，因此，在本文仍采用直流電機作為驅(qū)動系統(tǒng)的動力源 。 我們設(shè)計的AGV原理樣車載重總質(zhì)量為75kg，最高時速設(shè)定為1.11m/s，正常運行時速設(shè)定為0.28～0.83m/s 。 初步選擇電機的種類為直流伺服電機，型號為130SZD，相關(guān)的參數(shù)如表3-1所示。 表3-1電機相關(guān)參數(shù)表 參數(shù)名稱 相關(guān)數(shù)據(jù) 額定轉(zhuǎn)矩 3.3N?m 額定轉(zhuǎn)速 3000r/min 額定功率 l.lkw 額定電壓 90v 額定電流 15A 峰值轉(zhuǎn)矩 88N?m 機電時間常數(shù) 2.13ms 重量 14kg 電機的型號確定下來，緊接著選擇聯(lián)軸器，由于電機伸出端的最小軸的直徑為14mm，電機的轉(zhuǎn)矩相對來說不算太大，我們選擇套筒式聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小，能用于連接兩直徑相同的軸身，其尺寸與電機，與蝸桿軸的尺寸匹配。 圖3-2 3.2.2 AGV行駛阻力的計算 AGV在水平道路上等速行駛時必須克服來自地而的滾動阻力和來自空氣的空氣阻力。滾動阻力以符號Ff表示， AGV加速行駛需要克服的阻力稱為加速阻力，以符號Fj表示。因此車輛行駛的總阻力為: (1)AGV的滾動阻力的計算 式中: μ—滾動阻力系數(shù)， 考慮到AGV在工廠運行，路而一般為瀝青或混凝土路面，參考有關(guān)數(shù)據(jù) 可知，μ=0.018～0.020，實際取μ＝0.0196，設(shè)計其總質(zhì)量為m=75kg，代 入公式(3.2)得滾動阻力為: (2)加速阻力的計算 設(shè)AGV從原地起步經(jīng)過的位移S=lm時，其車速達到Vt＝1.Om/s 則AGV的加速度為: 　　 故加速阻力為: 　　 AGV總的運動阻力為: 3.3 主減速比的選擇 (1)滿足驅(qū)動能力時的主減速比計算 原理樣車采用了半徑為0.08m的驅(qū)動輪。總的運動阻力為 ΣF=51.9N． 則總的運動阻力矩為: 　 電機的轉(zhuǎn)矩為3.3Nm，原理樣車采用兩個電機驅(qū)動，驅(qū)動系統(tǒng)電機驅(qū)動 力矩即為: 為滿足AGV正常行駛，應(yīng)保證最小主減速比imin為: (2)考慮保證運動速度時的主減速比計算 車輪半徑R=0.125m，要求的最高運動速度為 Vmax=1.11m/s，則車輪的轉(zhuǎn) 速應(yīng)為: 已知電機的轉(zhuǎn)速為 n=3000r/min，最大主減速比為: 基于以上參數(shù)，確定主減速比的選擇范圍為: 　 　即： 根據(jù)此運算結(jié)果，本課題選用蝸桿渦輪減速器且is=50 (3)進行運動速度的校核 知道了主減速比后，我們就可以進行運動速度的校核，確保車輛有足夠 驅(qū)動力的同時也要有較高的工作速度。如前所述車輪半徑R=0.08m，電機轉(zhuǎn) 速n＝3000r/min，主減速比is=50，則: 雖然1.12m/s大于預(yù)期設(shè)定的速度值,但我們可以控制小車低速行駛，故可以選用該電機。 (4)進行驅(qū)動能力的校核 車輪半徑R=0.08m，扭矩MD=1.65Nm，主減速比 is=50，則車輪的驅(qū)動力矩為: 由于　，所以能保證車輛的正常起動，并有一定的驅(qū)動力儲備。 (5)啟動時加速度的校核 啟動時的驅(qū)動阻力為: Ff= 51.9N。電機到車輪所發(fā)出的驅(qū)動力為: 則加速度為: 高于最初預(yù)計的加速度，這說明設(shè)計完全能夠達到預(yù)期的加速能力。 經(jīng)過上述計算和校核，確定電機的型號為130SZD， is=50，車輪半徑為0.08m，從而可以構(gòu)建原理樣車的行車驅(qū)動系統(tǒng)。 3.4蝸桿蝸輪的設(shè)計 1.選擇蝸桿的傳動類型 根據(jù)GB/T 10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿(ZI)。 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HT200制造，采用金屬模鑄造。 3.蝸桿轉(zhuǎn)速為3000 r/min，取傳動比為50，則渦輪的轉(zhuǎn)速為60r/min 4.取Z=1，，則 5. 按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計 根據(jù)開式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計。蝸輪輪齒因彎曲強度不足而失效的情況，多數(shù)發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多或開式傳動中。 彎曲疲勞強度條件設(shè)計的公式為 蝸輪使用環(huán)境：平穩(wěn) 蝸輪載荷分布情況：平穩(wěn)載荷 蝸輪使用系數(shù)Ka：1 蝸輪動載系數(shù)Kv：1 蝸輪動載系數(shù)Kv：1 導(dǎo)程角系數(shù)Yβ：0.957 疲勞接觸強度最小安全系數(shù)SHmin；1.1 轉(zhuǎn)速系數(shù)Zn：0.765 壽命系數(shù)Zh；1.13 材料彈性系數(shù)Ze：147N^0.5/mm 蝸輪材料接觸疲勞極限應(yīng)力σHlim：425N/mm^2 蝸輪材料許用接觸應(yīng)力[σH]：334.235N/mm^2 蝸輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力σFlim：190N/mm^2 蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力[σF]：158.333N/mm^2 彎曲疲勞強度最小安全系數(shù)SFmin；1.2 6.渦輪材料強度計算 蝸輪軸轉(zhuǎn)矩T2:119.375N.m 蝸輪軸接觸強度要求:m^2d1≥115.407mm^3 模數(shù)m:2mm 蝸桿分度圓直徑d1:22.4mm 7.渦輪材料強度校核 蝸輪使用環(huán)境：平穩(wěn) 蝸輪載荷分布情況：平穩(wěn)載荷 蝸輪使用系數(shù)Ka：1 蝸輪動載系數(shù)Kv：1 蝸輪動載系數(shù)Kv：1 導(dǎo)程角系數(shù)Yβ：0.957 蝸輪齒面接觸強度σH:329.014N/mm^2，通過接觸強度驗算！ 蝸輪齒根彎曲強度σF:72.385N/mm^2，通過彎曲強度計算！ 8尺寸計算結(jié)果 實際中心距a：63mm 齒根高系數(shù)ha*:1 齒根高系數(shù)c*:0.2 蝸桿分度圓直徑d1：22.4mm 蝸桿齒頂圓直徑da1：26.4mm 蝸桿齒根圓直徑df1：17.6mm 蝸輪分度圓直徑d2：100mm 蝸輪變位系數(shù)x2：0.9 法面模數(shù)mn：1.992mm 蝸輪喉圓直徑da2：107.6mm 蝸輪齒根圓直徑df2：98.8mm 蝸輪齒頂圓弧半徑Ra2：9.2mm 蝸輪齒根圓弧半徑Rf2：13.6mm 蝸輪頂圓直徑de2：111.6mm 蝸桿導(dǎo)程角γ：5.102° 軸向齒形角αx：20.073° 法向齒形角αn：20° 蝸桿軸向齒厚sx1：3.142mm 蝸桿法向齒厚sn1：3.129mm 蝸桿分度圓齒厚s2：4.452mm 蝸桿螺紋長b1≥：28mm 蝸輪齒寬b2≤：19.8mm 齒面滑動速度vs：3.533m/s 渦輪畫法如下圖所示： 圖3-4渦輪零件圖 3.5蝸輪軸的設(shè)計 圖3-5渦輪軸零件圖 渦輪軸在工作中既承受彎矩又承受扭矩，故屬于轉(zhuǎn)軸。 1. 渦輪輪軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩為 取渦輪蝸桿傳動的機械效率為0.7 T2=119.375N.m 3.初步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。取=112，于是得 25.8mm 渦輪軸上的最小直徑是安裝后輪處的最小直徑，所以取最小直徑26mm， 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1)擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案是：蝸輪、套筒、深溝球軸承、軸用彈性擋圈依次從軸的左端向右安裝；右端安裝深溝球軸承、透蓋、內(nèi)輪輻、軸端擋圈從右端向左安裝。 2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 (1)初步選擇滾動軸承。取深溝球軸承6206，其尺寸為d×D×T=30mm×62mm×16mm，故。 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得6206型軸承的定位軸肩高度h=3mm,因此，取。 (2)軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。其尺寸為，故，。 (3)取安裝輪輻處的軸段Ⅵ的直徑。輪輻的寬度為27mm,為了使軸端擋圈可靠地壓緊輪輻，此軸段應(yīng)略短于輪輻的寬度，故取。 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度如圖2-10所示。 3)軸上零件的周向定位 蝸輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按由手冊查得平鍵截面b×h=8mm×7mm,鍵槽長為25mm。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。 5.求軸上的載荷 后輪軸上的受力分析2-11a)。 L1=L2=27.5mm L3=41mm 1)在水平面上后輪軸的受力簡圖為2-11b)。 由靜力平衡方程求出支座A、B的支反力 三個集中力作用的截面上的彎矩分別為 由此做出軸的強度，彎矩，扭矩圖如下： 3.6后輪軸的設(shè)計 圖3-6 1. 后輪軸采用45#鋼 2. 軸上的裝配方案：左右各用一個軸用彈性擋圈，螺母，套筒，腹板。 3. 根據(jù)軸向定位的要求確定各段的長度及直徑： 兩端初步確定軸承，選用6004深溝球軸承，其直徑為20mm，那么左右兩端與軸承配合處的軸頸為20mm，左端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位，查表知6004軸承的 定位軸肩為2.5mm，因此，右端軸頸為25mm. 取安裝輪轂處的軸頸為30mm，輪轂左端采用軸肩定位，這段軸的直徑可選為36mm，這段軸長定位5mm，右端采用圓螺母定位，軸的直徑選為24mm，與輪轂配合處的軸長定位32mm，與其能更好的壓緊輪。 4.軸的周向定位：左右輪輻與軸采用鍵進行定位，選擇平鍵b×h=8×7，長度大約定在28mm。 5.做出軸的彎矩及扭矩圖，并作強度校核： ，， 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面強度。最大負(fù)彎矩在截面C上，。 因此強度滿足。 3.7蝸桿軸的設(shè)計 左端與電機相連，所以，左端的軸的直徑選用與電機伸出端相匹配，定位14mm，長度定位26.73mm，由于，左端需要安裝聯(lián)軸器，所以右端采用軸肩定位，選用16.5mm的軸，蝸桿部分的設(shè)計，根據(jù)先前制定的渦輪，按照相關(guān)尺寸做出即可，蝸桿左右兩端的軸段是安裝軸承用的，選用6003號軸承，與其配套的軸的直徑選為17mm，其余各軸段的長度大體自定，另外對于該軸進行必要的熱處理。 3.8車輪支架的設(shè)計 圖3-8 車輪的支架是車輪與底板連接的重要部件，車架是整個AGV小車的機體部分，對于車架的設(shè)計，要有足夠的強度和硬度要求，故車架材料選用鑄造鋁合金，牌號為6061。其中6061質(zhì)量比較輕，焊接性好。 第四章 總結(jié) 本文對AGV小車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計進行了系統(tǒng)的論述。并結(jié)合機械部分的設(shè)計，自制了一輛兩前輪獨立驅(qū)動、差速轉(zhuǎn)向的小車，本文主要完成了以下幾方面的工作: (1)小車的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于設(shè)計的小車是前后輪相互獨立，前輪驅(qū)動，后輪轉(zhuǎn)向。再此基礎(chǔ)上，進行穩(wěn)定的運輸。外形結(jié)構(gòu)，采取了鋁合金材料，這樣既減輕的車身的重量，還能保證了運載貨物的重量。 (2) 自動引導(dǎo)小車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 小車采用前后輪獨立驅(qū)動的模式，前輪由電機帶動蝸桿傳動，給與合適的動力源，帶動動整輛車運動。 致謝 畢業(yè)設(shè)計終于結(jié)束了，我的感受是充實，十分的充實。本文的研究及設(shè)計是在指導(dǎo)老師曹傳劍的關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。在畢業(yè)設(shè)計的半年時間里，范老師在學(xué)習(xí)上給了我悉心的指導(dǎo)，使我在各方面能力都得到了很大提高。范老師嚴(yán)謹(jǐn)、求實的治學(xué)態(tài)度，深邃的洞察力，高度的責(zé)任心和敬業(yè)精神，平易近人的工作作風(fēng)，一直深深地影響和激勵著我，使我在學(xué)習(xí)和生活上受益匪淺。在畢業(yè)論文完成之時，謹(jǐn)向老師表示最衷心的感謝，并致以祟高的敬意。 同時，我對給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示忠心的感謝，他們給我寫作論文提供了許多優(yōu)秀的資料，并對一些問題進行了深入的探討，我的論文能夠順利完成，無不凝聚著他們的一份心血和汗水。 最后，要特別感謝我的家人在精神和物質(zhì)上的關(guān)心、支持和幫助，使我能夠安心致力于學(xué)業(yè)。 參考文獻 [1]濮良貴, 紀(jì)名剛主編. 機械設(shè)計[M]. 第八版. 北京：高等教育出版社. 1996 [2]周開勤主編. 機械零件手冊[M]. 北京：高等教育出版社. 1994 [3]吳宗澤主編. 機械設(shè)計實用手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 1999 [4]機械工程手冊編委會編. 機械工程手冊[M]. 第二版：傳動設(shè)計卷. 北京：機械工業(yè)出版社. 1997 [5]熊良山主編. 機械制造基礎(chǔ)[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社. 2007 [6]王先逵主編. 機械制造工藝學(xué)[M]. 北京：機械工業(yè)出版. 1995 [7]師忠秀，王繼榮主編. 機械原理課程設(shè)計[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社. 2000 [8]侯珍秀主編. 機械系統(tǒng)設(shè)計[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社. 2001 [9]吳宗澤主編. 機械設(shè)計師（上下冊）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社.2001 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