全向移動AGV機械結(jié)構(gòu)設(shè)計含SW三維圖

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It not only uses sound, light, and electricity, but also uses advanced computer technology and comprehensively uses advanced application technology. It has been widely used in flexible manufacturing systems and in some automated factories. Its advantages include: good reliability at work, energy saving, and high transportation efficiency, while also achieving flexibility Transportation, etc., to a certain extent, greatly improves production efficiency, and at the same time greatly improves the degree of production automation. This paper first analyzes and studies the domestic and foreign situations of the automatic guided vehicle, and also introduces the development situation. Based on these foundations, a deceleration steering with four wheels for independent driving is designed. The DC servo motor first After the reducer components, the tires are directly driven. If the movement speeds of the four wheels are not the same, the omni-directional moving AGV car with differential steering can be carried out. The main research contents introduced in this design include: The mechanical transmission mechanism of the trolley is designed to determine the type of DC servo motor. The car designed this time can run autonomously, and can also realize the control of the motion trajectory, etc., so that it can drive along the set route. Keywords: automatic guided vehicle; differential steering; omnidirectional movement; mechanical transmission; 目錄 摘 要 1 Abstract 2 第一章 緒論 5 1.1 AGV自動導引小車簡介 5 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 5 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 6 第二章 總體結(jié)構(gòu)方案 7 2.1總體布局 7 2.1.1方案一 7 2.1.2方案二 8 2.1.3方案三 9 2.2移動技術(shù) 10 2.3懸架減震 11 2.4旋轉(zhuǎn)升降移載裝置 13 2.4.1潛入式AGV小車升降牽引機構(gòu) 13 2.4.2AGV升降牽引機構(gòu) 14 2.4.3旋轉(zhuǎn)升降裝置 15 2.5初步方案 19 第三章 機械部分設(shè)計 23 3.1直流伺服電動機的選擇 23 3.2聯(lián)軸器的設(shè)計 26 3.3蝸桿傳動設(shè)計 27 3.4軸的設(shè)計 30 3.4.1前輪軸的設(shè)計 30 3.4.2后輪軸的設(shè)計 32 3.5軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 33 3.6整體結(jié)構(gòu)的三維模型 38 總結(jié) 39 參考文獻 40 致謝 41 第一章 緒論 1.1 AGV自動導引小車簡介 AGV,也就是常被稱作的自動導引車，它的主要作用就是搬運物料，在對物料進行搬運工作的時候，先設(shè)置好運行的位置，小車可以在這個位置上，自動地對要搬運的貨物進行裝載，這個過程中不需要人工參與，接下來就是自動行走，把貨物接著運到先設(shè)定的指定的位置上，并且可以自動將貨物卸載，它是全自動的運輸機械。它的動力源用的是電池，可以進行自動的操縱，是屬于工業(yè)車輛。在物流的功能中，不可缺少的一個部分就是裝卸搬運，并且所發(fā)生的頻率很高，并且所需要的費用占了很大的部分。所以，所使用的運輸工具有了很大的發(fā)展空間，并且在這些工具中最廣泛地被應用的是AGV，其發(fā)展非常的快。 自動導引車它是一款簡易的移動機器人，它不但運用了聲、光、電技術(shù)，還運用了先進的計算機技術(shù)。它的結(jié)構(gòu)組成同有人駕駛車差不多，但不同的就是它不用人控制，而是由車載微電腦控制。常用于自動化立體倉庫、柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)，還有一些行業(yè)中，主要當作搬運設(shè)備。 在各個領(lǐng)域中，最先出現(xiàn)在自動搬運車，出現(xiàn)于一九一三年，福特汽車公司運用的一款自動搬運車，它的作用就是裝配汽車的底盤，采用這款搬運車，使裝配所用的時間大大地減短。到了一九五六年的時候，在英國出現(xiàn)了電磁感應導向的簡易AGVS，并于六十年代的時候傳到了美國。到了一九五九年，在日本也開始引進了AGVS技術(shù)。六十年代的時候，AGVS已不但在自動化倉庫中運用，開始在柔性加工系統(tǒng)中開始運用。到了七十年代的時候，AGV技術(shù)開始運用于生產(chǎn)系統(tǒng)，因此推動著AGV的快速發(fā)展。尤其后來廣泛地運用在汽車制造業(yè)當中。 而在我國，在一九七六年，第一臺型是由起重機械研究所研制成功，到了一九九一年，又研制成功了和，這兩個類型的AGV開始投入運行；在一九九三年的四月，中科院沈陽自動化研究所研制成功的一款型載重公斤的自主導引小車，并且這款小車已在沈陽工作開始試用；一九九二年的時候 ，由天津理工學院研制成功了一款運用了電纜光導的AGV。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 伴隨著柔性加工系統(tǒng)、、計算機集成制造系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、自動化立體倉庫的出現(xiàn)，而產(chǎn)生了AGV，并且隨之發(fā)展。在日本，它們把一九八一年認定為是柔性加工系統(tǒng)元年，如果以這樣的時間來對AGV的應用時間進行計算，已經(jīng)有了15至20年的應用歷史。雖然如此，但是它的發(fā)展速度非常的快，美國在一九八一年，開始在通用公司運用AGV，并且到了一九八五年其保有量已經(jīng)達到了500臺，到了一九八七年，其保有量已經(jīng)達到了3000臺。根據(jù)查閱的資料，在歐洲，在汽車工業(yè)AGV的運用量已經(jīng)達到了40%，而在日本的汽車工業(yè)中，AGV的運用量已經(jīng)達到了15%，因此在各個行業(yè)中，AGV已經(jīng)開始在廣泛的運用。 而在我國，目前AGV的應用才開始起步，跟國外相比較，同國外的八十年代初的水平差不多。從目前所分布的行業(yè)來看，分布面還是非常的廣，已經(jīng)運用于汽車工業(yè)，家用電器行業(yè)，倉庫等。也就是說AGV的未來將有一個非常好的市場前景。 從AGV的技術(shù)發(fā)展來看，控制方式已從簡單的車載單元方式，開始走向了復雜的計算機系統(tǒng)方式；通訊方式已從原來的段點定期方式，開始運用了先進的實時通訊；從剛開始的現(xiàn)場控制方式，開始運用了遠程圖形監(jiān)控的方式；從AGV的所運用的領(lǐng)域來看，剛開始只運用于機械制造、加工、裝配生產(chǎn)線上面，到后來慢慢地開始在各行業(yè)中廣泛的運用，在行業(yè)中對物料進行搬運，物品倉儲，還有配送等工作。 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 這次的論文首先對自動導引小車的國內(nèi)外的情況進行了分析研究，另外還介紹了發(fā)展情況，在這些基礎(chǔ)上面，設(shè)計出了用四輪來進行獨立驅(qū)動的減速轉(zhuǎn)向，直流伺服電動機先經(jīng)過減速器部件，再對輪胎進行了直接驅(qū)動，如果四輪的運動速度不一樣的時候，就能進行差速轉(zhuǎn)向的全向移動AGV小車，這次設(shè)計中主要所介紹的研究內(nèi)容包括：對小車的機械傳動機構(gòu)進行設(shè)計，確定直流伺服電機的類型。這次所設(shè)計的小車它可以進行自主運行，還可以實現(xiàn)了運動軌跡的控制等，這樣就可以實現(xiàn)了沿著設(shè)定的路線進行行駛。 第二章 總體結(jié)構(gòu)方案 2.1總體布局 2.1.1方案一 圖2.1.1 AGV小車方案一 （1） 車體：它的組成部件包括車架，還有機械裝置，它是小車的基礎(chǔ)部件，主要作用用于安裝其他總成部件。 （2） 蓄電和充電裝置：目前在小車上面，它的動力源常用的是和直流蓄電池。另外還要求，所用的蓄電池要能夠不間斷的工作到八個小時以上。 （3） 驅(qū)動裝置：它的組成部件包括車輪、驅(qū)動電機、減速器、制動器以及速度控制器等，它的主要作用就是對小車的運行進行控制。小車在工作中所發(fā)出的指令，是用的是計算機，也可能是由人工控制齊發(fā)。在工作的過程中，小車的運行方向，還有運行的速度的大小，都是由計算機來進行控制，并且實現(xiàn)對制動的調(diào)節(jié)。同時考慮到安全問題，在斷電的情況下，還可以由機械來進行制動。 （4） 轉(zhuǎn)向裝置：主要的作用就是當接受到導引系統(tǒng)的方向信息之后，則由其來進行轉(zhuǎn)向動作。 （5） 車上控制器：這個部件的主要作用就是接受控制中心所發(fā)出的指令，并且按照這些指令執(zhí)行，同時還要把自己的狀態(tài)反應給控制中心。 （6） 安全保護裝置：不但實現(xiàn)對AGV實現(xiàn)保護，另外還可實現(xiàn)對人或者對其他設(shè)備起到保護的作用。 （7） 移載裝置：它是同將要搬運的貨物進行直接接觸，并且對貨物進行轉(zhuǎn)載裝置。 2.1.2方案二 圖2.1.2 AGV小車方案二 1- 車體；11-行走機構(gòu)；3-升降旋轉(zhuǎn)裝置；61-連接部件 這款的倉儲AGV小車的主要結(jié)構(gòu)組成部分包括：結(jié)構(gòu)圖中的標識1車體，還有與車體可以進行分離式的貨架部件。小車的結(jié)構(gòu)中車體的頂部和貨架底部的連接采用的是可分離式結(jié)構(gòu)，在貨架的底部有一個抵接部，而車體的頂部上面，如結(jié)構(gòu)圖上的所示，有一個如標注的61連接部件，當它和貨架底部的抵接部連接的時候，小車則就可以帶著貨架發(fā)生位移的動作。 車體的自由的移動，則是由各自個麥克納姆輪的方向和速度來實現(xiàn)，在輪的邊緣的斜向上面，有很多的小滾子。所以輪子在工作的時候可以進行橫向的滑移。小滾子的母線比較特別，輪子繞著固定的輪心軸轉(zhuǎn)動的時候，它們的包絡(luò)線則呈現(xiàn)出圓柱面，使輪子才可以不斷地向前滾動。它是一款全方位輪，它的結(jié)構(gòu)緊湊，運動的時候也很靈活。 2.1.3方案三 圖2.1.3 AGV小車方案三 AGV的輸送裝置的結(jié)構(gòu)部分有支撐框架，并且在它的上面安裝了主傳動軸，左右兩邊安裝了主動鏈輪，被動鏈輪，在它們的上面有安裝輸送鏈條，鏈條導軌，搭接支撐板安裝在支撐框架的前邊，在進行轉(zhuǎn)動的過程中，可以呈豎立的狀態(tài)，這樣就可以避開AGV本體上的避障傳感器的避讓工位，在支撐框架上面還安裝了驅(qū)動裝置，它的主要作用就是用來驅(qū)動搭接支撐板轉(zhuǎn)動。當搭接支撐板在避讓工位的時候，那么就不會對AGV的激光避障以及防撞避障功能有任何的影響，這樣可以保證小車的安全性，如果在搭接工位的時候，那么這時候它就像是一個橋梁一樣，即使這時候小車的輸送裝置和立體庫高不一樣，同樣也可以使托盤轉(zhuǎn)運，使托盤不會發(fā)生打滑的現(xiàn)象。 2.2移動技術(shù) 圖2.2.1 麥克納姆輪 （1）麥克納姆輪：輪是當前用得最多的全方位輪，并且它的技術(shù)也是目前最成熟的，它的結(jié)構(gòu)組成部分包括輪轂和一組鼓形混子，其中鼓形混子安裝在輪轂的外邊緣上面。并且在結(jié)構(gòu)中它的輻子和車輪軸線形成了一定的角度，輻子不但可以繞著車輪的軸線做旋轉(zhuǎn)運動，同時還可以繞著自身的軸線轉(zhuǎn)動。另外輪子的側(cè)視圖呈圓形，這樣能更好地保證運動具有更好的平滑性。三個以上的輪就可以通過轉(zhuǎn)向還有轉(zhuǎn)速來進行相互的配合，以進行全方位的運動?？墒枪髯娱g是有一定的間隙，所以在轉(zhuǎn)動的過程中，它們和地面的接觸點是變化的，因此當轉(zhuǎn)動的時候，車體就會發(fā)生振動還有打滑的現(xiàn)象，對機器人的運動精度帶來了一定的影響。 圖2.2.2 舵輪 （2） 舵輪:它的結(jié)構(gòu)組成部分有驅(qū)動和轉(zhuǎn)向，它們的驅(qū)動則是由驅(qū)動和轉(zhuǎn)向電機來實現(xiàn)，帶動著舵輪做二自由度運動，在優(yōu)化萬向輪和麥輪輪來產(chǎn)生，舵輪不但具備了它們的優(yōu)點，同時已經(jīng)克服了麥輪所存在的承載能力弱、易出現(xiàn)打滑等現(xiàn)象，現(xiàn)在這款舵輪已經(jīng)廣泛地運用搬運機器人等上面。 2.3懸架減震 （1）下圖中結(jié)構(gòu)中的的減震裝置，包括驅(qū)動輪上面的驅(qū)動輪安裝板，它的特點就是在它的正上方位置上面安裝了支撐板和伸縮桿，并且在支撐板上面，順著縱向設(shè)計了通孔，在伸縮桿的下端就是經(jīng)過通孔，再和驅(qū)動輪固定板固定連接在一起，在伸縮桿的中下部沿著周向，設(shè)計了環(huán)形凸塊，它的外緣直徑和通孔直徑相比較，要大些，而在伸縮桿外部的凸塊上方套上面，設(shè)計了壓縮彈簧，而在它的上方套上面還設(shè)計了壓縮螺柱。而在凸塊、壓縮彈簧、壓縮螺柱的外部套設(shè)計了同壓縮螺柱相配合的固定螺母，并且和支撐板采用了固定連接的方式，在螺母的上端設(shè)計了有和壓縮螺柱互相配合的背緊螺母。可以對減震間隙進行準確的控制，可以對彈簧預緊量進行均勻的調(diào)節(jié)，還可以預防脫磁等現(xiàn)象。 圖2.3.1 利用支撐板和伸縮桿的減震裝置 （2）下圖結(jié)構(gòu)簡意圖的減震機構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)組成部分有彈簧壓板、導柱，還有一二級減震彈簧，彈簧壓板在結(jié)構(gòu)中是固定在小車底板的上方，結(jié)構(gòu)中的一級減震彈簧則是通過小車底板，它的一端和彈簧壓板相抵，而另一端則是和電機相抵，在電機的設(shè)備上面固定的是導柱的底部，頂端伸出彈簧壓板，并且還設(shè)計了一人彈簧的固定機構(gòu)，在它和彈簧壓板的上表面之間的位置上面，設(shè)計了二級減震彈簧。結(jié)構(gòu)中的一維減震彈簧的作用就是對小車所工作的地面不同而實現(xiàn)減震作用，進行了初期減震，又因為每次減震的作用下，都會使車體出現(xiàn)共振的作用，所以在這里就設(shè)計了二級減震彈簧，它的主要作用就是對這些共振的顛簸和影響起到了抵消的作用。 圖2.3.2 利用一、二級彈簧的減震裝置 2.4旋轉(zhuǎn)升降移載裝置 2.4.1潛入式AGV小車升降牽引機構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的升降桿是安裝在小車的頂部位置上面，它的一側(cè)上面有動力裝置固定板，并且將動力裝置安裝在上面，而控制器則是和動力裝置連接在一起，其中結(jié)構(gòu)中的齒輪和動力裝置輸出軸連接，在升降桿下端有齒條，它是同齒輪互相配合；在支架上面固定了限位開關(guān)支架，并且在它的上面安裝了光電開關(guān)，控制器部件在結(jié)構(gòu)中同光電開關(guān)連接在一起。這種結(jié)構(gòu)的小車升降桿結(jié)構(gòu)相比較而言，不復雜，并且成本也不高，在工作時進行升降的時候，具有靈活性，同時也方便拖掛貨架。 圖2.4.1 潛入式AGV小車升降牽引機構(gòu) 2.4.2AGV升降牽引機構(gòu) 機構(gòu)中有定位組件、驅(qū)動組件、升降組件和感應組件，其中在定位組件上面安裝了另外的三個組件，升降和驅(qū)動組件互相配合，升降組件由驅(qū)動組件來執(zhí)行，在定位組件中，它的部件有安裝支架，它的中部安裝升降組件，升降組件兩側(cè)安裝的是驅(qū)動和感應組件；升降組件中有牽引桿部件，并且這個部件則是安裝在升降導向套里面，導向套固定于安裝支架，牽引桿穿過了整個的導向套，并且它還有限位環(huán)；驅(qū)動組件中的部件轉(zhuǎn)軸同驅(qū)動電機的動力軸是連接，并且在它的邊緣上面還設(shè)計了凸輪軸承，其中凸輪軸承的位置處在限位環(huán)的上方，并且它把限位環(huán)和牽引桿向下面擠壓，在牽引桿部件和安裝支架之間的位置上面，設(shè)計了頂升裝置，使限位環(huán)和牽引桿向上方頂升。 圖2.4.2 AGV小車升降牽引機構(gòu) 2.4.3旋轉(zhuǎn)升降裝置 圖2.4.3 升降旋轉(zhuǎn)裝置展示圖 圖2.4.4 升降旋轉(zhuǎn)裝置爆炸視圖 圖2.4.5 回轉(zhuǎn)支承俯視圖及其截面圖 31-安裝座；311-圓環(huán)；4-回轉(zhuǎn)支承；41-第一功能圈；42-第二功能圈；43-安裝圈；5-升降組件；51-絲杠；52-絲杠套；6-轉(zhuǎn)盤、61-連接部件；7-第一制動組件；8-第二制動組件。 結(jié)構(gòu)中的第一制動組件，它的驅(qū)動是和第一功能圈連接在一起； 結(jié)構(gòu)中的第二制動組件，它的主要作用就是使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動； 結(jié)構(gòu)中的升降旋轉(zhuǎn)裝置，在實現(xiàn)升降動作的過程中，則是由結(jié)構(gòu)中的標識的41號第一功能圈，還有結(jié)構(gòu)圖中所標識的7第一制動組件，以及升降裝置一起來實現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)工作原理為：減速電機在工作中驅(qū)動著圖中所標識的41第一功能圈轉(zhuǎn)動，由其帶動著結(jié)構(gòu)圖中的絲杠、齒輪以及傳動齒輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)動動作。三組絲杠一起轉(zhuǎn)動，帶動著圖中所標識的安裝座實現(xiàn)升降的動作。 另外在安裝座的部件還有一個可以活動的圓環(huán)部件，它的主要作用就是使轉(zhuǎn)盤在進行旋轉(zhuǎn)的過程中，有更好的穩(wěn)定性。另外在它的內(nèi)壁還有凸齒，并且呈連續(xù)狀，也就是齒圈。結(jié)構(gòu)中的圓環(huán)和結(jié)構(gòu)圖中所標識的回轉(zhuǎn)支承同軸心，設(shè)計在安裝座的頂部，并且圓環(huán)和圖中所標識的第二功能圈，它們的安裝高度一樣。結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)盤部件和圓環(huán)以及第二功能圈，是連接在一起。結(jié)構(gòu)中的圓備就是一扁平的圓環(huán)金屬板，它同圓環(huán)和第二功能圈以剛性連接。 結(jié)構(gòu)圖中的第二制動組件，它的組成部件包括傳動齒輪和伺服電機組。而后者則是由傳動齒輪和減速電機組成。其中結(jié)構(gòu)中的減速電機安裝在安裝座的里面，并且它的輸出軸則是將安裝機的頂部和傳動齒輪貫穿連接在一起。在進行工作的時候，傳動齒輪和圓環(huán)進行嚙合傳動。 這次結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)動作則是由圓環(huán)、第二功能圈，還有轉(zhuǎn)盤部件一起來實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)圖上抽轉(zhuǎn)盤部件上面還可以安裝其他承載部件。在工作中減速電機起著驅(qū)動作用，帶動著圓環(huán)轉(zhuǎn)動，并且轉(zhuǎn)盤和圓環(huán)部件一起帶動著第二功能圈一起做轉(zhuǎn)動工作，由此帶動著轉(zhuǎn)盤部件上面安裝的承載部件發(fā)生轉(zhuǎn)動運行。 另外結(jié)構(gòu)中的回轉(zhuǎn)支撐部件，第二功能圈，還有結(jié)構(gòu)中的圓環(huán)，它們采用了組合設(shè)計的方法，這樣能更好使所設(shè)計的升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)具，具有更好的性能。結(jié)構(gòu)中的圓環(huán)和第二功能圈，能夠由它們提高轉(zhuǎn)動和剛性支撐性能。結(jié)構(gòu)中的圓環(huán)和雙回轉(zhuǎn)支承部件，由它們來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，使第一功能圈和絲杠部件可以進行同步旋轉(zhuǎn)。相比較而言，這種結(jié)構(gòu)相對來說簡單，結(jié)構(gòu)也很緊湊，并且采用的是多齒咬口的形式，結(jié)構(gòu)的扭矩大，并且齒輪的剛性相對來說也較大，另外它所能承受的扭矩大，并且工作旋轉(zhuǎn)時具有很好的可靠性。 2.5初步方案 圖3.1 AGV立體結(jié)構(gòu)示意圖 車架：這次設(shè)計中用的是四輪布置。自動引導小車用的是四輪獨立的驅(qū)動，并且利用它們之間的差速來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的功能，結(jié)構(gòu)中的直流伺服電機動機在工作的時候，先是通過減速器部件，再直接驅(qū)動著輪胎，當輪子的速度不一樣的時候，就實現(xiàn)了差速轉(zhuǎn)向的作用。 圖3.2 AGV車架示意圖 另外考慮了小車要進行全向的移動，所以在這里的車輪用的是麥克納姆輪。 懸梁： 圖3.3 AGV二級懸架減震裝置 這個結(jié)構(gòu)中組件包括彈簧壓板、導柱，還有一二級的減震彈簧，其中小車的行駛平穩(wěn)性則是由彈簧減震來實現(xiàn)。 旋轉(zhuǎn)及升降裝置： 圖3.4 AGV升降旋轉(zhuǎn)裝置 圖3.5 回轉(zhuǎn)支承俯視圖及其截面圖 如何提高機械的轉(zhuǎn)動性生，還有機械的支撐的性能，在這里主要依靠的部件是結(jié)構(gòu)圖中所標識的311標號的圓環(huán)部件，還有就是結(jié)構(gòu)圖中所標識的42標號的第二功能圈。實現(xiàn)機械的旋轉(zhuǎn)功能主要依靠的是圓環(huán)，還有結(jié)構(gòu)圖中所標識的4標號的雙回轉(zhuǎn)支承，由它們組合起來實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)圖中所標識的41標號的第一功能圈，由它來保證絲杠的同步旋轉(zhuǎn)的動作。相比較而言，這種結(jié)構(gòu)相對來說簡單，結(jié)構(gòu)也很緊湊，并且采用的是多齒咬口的形式，結(jié)構(gòu)的扭矩大，并且齒輪的剛性相對來說也較大，另外它所能承受的扭矩大，并且工作旋轉(zhuǎn)時具有很好的可靠性。 將三輪的結(jié)構(gòu)和四輪結(jié)構(gòu)進行比較，就可以知道，相對來說，三輪的負載能力比較大，另外它的平穩(wěn)性也很好。在四輪結(jié)構(gòu)方案中，運用的是蝸輪-蝸桿減速器及直流伺服電動機，相比較而說，這種結(jié)構(gòu)成本很高，但是相對來說，傳動誤差比較小，并且在運行過程中，轉(zhuǎn)向也很靈活。綜合考慮，這次設(shè)計用的是這個方案。 第三章 機械部分設(shè)計 3.1直流伺服電動機的選擇 對于伺服電動機來說，它的主要參數(shù)是功率參數(shù)，單位是(KW)，可是在確定伺服電動機的型號的時候，并不是看功率參數(shù)，而是看下面所介紹的參數(shù)指標。 運動參數(shù)： 在這里AGV小車的行走的速度參數(shù)取100mm/s，所以，根據(jù)下面的公式，可以計算出車輪的轉(zhuǎn)速： （2-1） 電機的轉(zhuǎn)速 在這里蝸輪-蝸桿的減速比參數(shù)取 （2-2） 下面的圖是自動導引小車的受力情況圖： 圖2-3 車輪受力簡圖 根據(jù)下面的公式，可以計算出小車車架自重P ： （2-3） 根據(jù)下面的公式，可以計算出小車的載荷G： （2-4） 如上面的圖所示取坐標系OXYZ，列出平衡方程 因為小車的兩前輪，還有小車的兩后輪關(guān)于Y軸對稱，所以 ， ， （2-5） ， （2-6） 計算得 如下圖2-4所示是兩驅(qū)動后輪的受力情況分析圖： 滾動摩阻力偶矩的大小介于零與最大值之間，即 （2-7） （2-8） 在上面的公式中： δ表示的是滾動摩阻系數(shù)，查閱相關(guān)的資料知取δ=6mm 根據(jù)下面的公式，計算出牽引力F： （2-9） 圖2-4 后輪受力 圖2-5 摩擦系數(shù) μ 牽引力 F N 重物的重力 W N 滾子直徑 D mm 傳遞效率 ? 傳動裝置減速比 1/G 1） 電機軸上的負荷力矩（） （2-10） 在這里分別取=0.7, =157.66, =0.15 2） 電機軸上的負荷慣性（） （2-11） 在上面的公式中： 表示的是車輪的轉(zhuǎn)動慣量； 表示的是蝸桿的轉(zhuǎn)動慣量； 表示的是蝸輪的轉(zhuǎn)動慣量； 表示的是蝸輪軸的轉(zhuǎn)動慣量。 3） 選擇電機 在這里依據(jù)額定轉(zhuǎn)矩和慣量所要達到的匹配要求，綜合考慮在這里用的是直流伺服電動機。 電機型號及參數(shù)： 石墨電刷 80W 所要達到的匹配條件如下： （2-12） 即 根據(jù)下面的公式，計算出慣量 ： （2-13） 在上面的公式中：表示的是伺服電動機轉(zhuǎn)子慣量 所以說所選的電機符合設(shè)計要求。 4） 快移時的加速性能 最大空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在自動導引小車攜帶工件，從靜止以階躍指令加速到伺服電機最高轉(zhuǎn)速時。這個最大空載加速轉(zhuǎn)矩就是伺服電動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩。 （2-14） 根據(jù)下面的公式，可以計算出加速時間 ： （2-15） 上面的公式中： 機械時間常數(shù) 3.2聯(lián)軸器的設(shè)計 因為電動機軸直徑參數(shù)在這里取8mm，另外它的輸出軸還要削平一些，同蝸桿軸聯(lián)接來的軸徑參數(shù)取12mm，所以如下圖2-6所示則是結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2-6 聯(lián)軸器機構(gòu)圖 在設(shè)計中的聯(lián)軸器用有是安全聯(lián)軸器，下面的公式是計算銷釘直徑d的公式。是通過剪切強度來進行計算。 （2-16） 在這次設(shè)計中，加工銷釘選用的材料用的是45鋼。查閱相關(guān)的資料可知參數(shù)分別為 45 調(diào)質(zhì) ≤200mm =637MPa =353MPa =17% Ψ=35% 硬度217～255HBS 根據(jù)下面的公式，可以計算出銷釘?shù)脑S用切應力： （2-17） 在這里，查閱相關(guān)的資料可知過載限制系數(shù)k=1.6 T=0.321N?m 因此在這里選用d=5mm，滿足這次設(shè)計中的剪切強度要求。 3.3蝸桿傳動設(shè)計 1.選擇蝸桿的傳動類型 在這次設(shè)計中，綜合考慮用的是漸開線蝸桿。 2.材料的確定 在這次設(shè)計中要求蝸桿，它具有很高的耐磨性，并且它的表面硬度要求也很高，所以，在這里材料用的是40Cr。蝸輪的制作材料選用的是灰鑄鐵HT200，制造方式用的是金屬模鑄造。 3.分析蝸桿傳動的受力情況 作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2的確定 在這里取Z=1，估取效率η=0.7,所以根據(jù)下面的公式，計算得 （2-18） 圖2-7 蝸輪-蝸桿受力分析 根據(jù)下面的公式，計算出各力的大?。? （2-19） （2-20） （2-21） 4.按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計 在這次設(shè)計中根據(jù)齒根彎曲疲勞強度來進行。下面的公式就是彎曲疲勞強度條件設(shè)計公式： （2-22） 載荷系數(shù)K的確定 因為工作載荷相對來說很穩(wěn)定，所以載荷分布不均系數(shù)，使用系數(shù)。因為轉(zhuǎn)速相對低，沖擊小，所以動載系數(shù)取,計算得 （2-23） 查閱相關(guān)的資料可知，蝸輪的基本許用彎曲應力 如果 3°10'48"，根據(jù)下面的公式，可以計算出蝸輪的當量齒數(shù)： （2-24） 因為，，查閱相關(guān)的資料可知齒形系數(shù) 根據(jù)下面的公式，可以計算出螺旋角系數(shù)： （2-25） 查閱相關(guān)的資料可知： 中心距參數(shù)取a=50mm 模數(shù)參數(shù)取m=1.25mm 分度圓直徑參數(shù)取 蝸桿頭數(shù)參數(shù)取 直徑系數(shù)參數(shù)取17.92 分度圓導程角參數(shù)取γ=3°11′38″ 蝸輪齒數(shù)參數(shù)取 變位系數(shù)參數(shù)取 5.蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 1）蝸桿 根據(jù)下面的公式，可以計算出軸向齒距： （2-26） 根據(jù)下面的公式，可以計算出齒頂圓直徑 ： （2-27） 根據(jù)下面的公式，可以計算出齒根圓直徑 ： （2-28） 根據(jù)下面的公式，可以計算出蝸桿軸向齒厚： （2-29） 2）蝸輪 根據(jù)下面的公式，可以計算出傳動比： （2-30） 根據(jù)下面的公式，可以計算出蝸輪分度圓直徑 ： （2-31） 根據(jù)下面的公式，可以計算出蝸輪喉圓直徑 ： （2-32） 根據(jù)下面的公式，可以計算出蝸輪齒根圓直徑： （2-33） 根據(jù)下面的公式，可以計算出蝸輪咽喉母圓半徑 ： （2-34） 6.精度等級公差和表面粗糙度的確定 因為這次設(shè)計的自動導引小車，它是一款精密傳動，因此在設(shè)計制造圓柱蝸桿、蝸輪的時候，它的精度等級選擇的是6級。 7.熱平衡核算 因為這次設(shè)計中的蝸輪-蝸桿傳動，屬于開式傳動，在運行的過程中所產(chǎn)生的熱量都是傳遞到空氣中，所以在這里不用進行熱平衡計算。 3.4軸的設(shè)計 3.4.1前輪軸的設(shè)計 在這次設(shè)計中的前輪軸，在工作中只用承受彎矩，不承受扭矩的作用，因此在這里是心軸。 圖2-8 前輪軸結(jié)構(gòu) 1.計算出作用在軸上的力 下面的圖2-9是小車的前輪受力情況圖。 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）擬定軸上零件的裝配方案 這次設(shè)計的軸的左邊裝配的零件為滾動軸承和軸用彈性擋圈，而軸的右邊的零件：最后邊的零件裝的是左輪輻板部件，接著裝的是右輪輻板，接下來裝配的零件分別是螺母、套筒。因此這對各軸段的粗細就有了一個最初步的確定。 2）確定軸的各段直徑和長度 (1)初步確定滾動軸承。這次設(shè)計的自動導引小車，它的前輪軸在工作的過程中只受彎矩的作用，在整個過程中主要受到的是徑向力，對于所受的軸向力來說，相對來說很小，所以在這里的軸承結(jié)構(gòu)用的是單列深溝球軸承。，查閱相關(guān)的資料，初步所選的型號是6004，其尺寸d×D×T,所以得。 右端滾動軸承部件的軸向定位的方式用的是軸肩。查閱相關(guān)的資料可知6004型軸承的定位軸肩高度參數(shù)在這里取h=2.5mm，所以這里取。 (2)軸上面用于安裝左右輪輻，這段的軸段Ⅵ的直徑參數(shù)在這里?。话惭b輪輻的時候，它的左端的定位方式用的是軸肩，而它的右端在安裝的時候用的是螺母夾緊輪輻的方式。在這里輪輻寬度參數(shù)取34mm，因為考慮到安裝的時候能夠保證螺母端面能夠更好的壓緊在兩個輪輻上面，因此安裝輪輻的軸段要比輪輻寬度要短一點，所以在這里取。兩個輪輻在安裝的時候，它的左端的定位方位用的也是軸肩，因為軸肩高度，所以在這里取h=3mm，因此軸環(huán)處的直徑參數(shù)取。又因為軸環(huán)寬度參數(shù)b≥1.4h，因此這里取。 (3)軸上用的彈性擋圈，選用的是標準件。在這里型號確定為GB 894.1-86 20，它的尺寸參數(shù),所以 , ,。 其他的尺寸大小，只要能夠保證兩個輪輻結(jié)合面，基本上保持對稱就可以，如圖上2-8所示，軸上各段直徑和長度的尺寸大小。 3）軸上零件的周向定位 在這次設(shè)計中兩個輪輻和軸的周向定位的方式，用的是平鍵聯(lián)接。依據(jù)dⅥ參數(shù)的大小，查閱相關(guān)的資料知平鍵截面尺寸為(GB/T 1095-1979),在對鍵槽進行加工的時候，用的是鍵槽銑刀，其長度取28mm。另外在這里考慮到使兩個輪輻和軸之間的配合，具有更好的對中性，因此在設(shè)計中它們的配合選擇的是H7/n6。滾動軸承和軸的周向定位依靠的是過度配合，在這里軸的直徑參數(shù)公差取的是j7。 4）確定軸上圓角和倒角尺寸 在這次設(shè)計中軸端倒角參數(shù)的大小取的是1×45°，另外設(shè)計中各軸肩處的圓角半徑取的是R1。 3.求軸上的載荷 先同軸的結(jié)構(gòu)圖，把軸的計算簡圖繪制出來。接著再繪制出軸的彎矩圖。 圖2-9 前輪軸的載荷分析圖 4.按彎曲應力校核軸的強度 在校核計算的時候，只需要對軸上面承受最大彎矩作用的截面，進行強度校核，如上圖上面的截面C就是最大的負彎矩截面，。 下面的公式就是截面C的強度校核公式： （2-35） 查閱相關(guān)的資料可知，設(shè)計中用的45鋼調(diào)質(zhì)，所以 查閱相關(guān)資料可得， （2-36） 所以這次設(shè)計的軸滿足強度要求，因此具有安全性。 3.4.2后輪軸的設(shè)計 在工作的過程中，小車的后輪軸不但受到了彎矩的作用，又受到了扭矩的作用，因此它是屬于轉(zhuǎn)軸。 圖2-10 后輪軸結(jié)構(gòu) 1.計算后輪軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 在這里取蝸輪-蝸桿傳動的效率=0.7,所以公式計算得： （2-37） 2.作用在蝸輪上的力 3.初步確定軸的最小直徑 在這次設(shè)計中，后輪軸的制造材料用的是45鋼，并且加工時要調(diào)質(zhì)處理。查閱相關(guān)的資料在這里取=115，所以 （2-38） 后輪軸的最小直徑是安裝輪輻處軸的直徑。因為這次設(shè)計中的輪輻和軸用的是鍵聯(lián)結(jié)，所以。 3.5軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1)擬定軸上零件的裝配方案 這次設(shè)計的軸的左邊裝配的零件，先裝的是蝸輪，接著是套筒，再是深溝球軸承零件，然后是軸用彈性擋圈，而軸的右邊的零件：最右端的是深溝球軸承，依次往左，接下來是透蓋零件，內(nèi)輪輻零件，然后是軸端擋圈零件。 2）確定軸的各段直徑和長度 (1)初步確定滾動軸承。這次設(shè)計的自動導引小車，它的軸承在工作中不但受到了徑向力，在工作中還受到了軸向力，所以在這里設(shè)計是用的是單列深溝球軸承，型號是6206.尺寸為，所以。 右端滾動軸承部件的軸向定位的方式用的是軸肩。查閱相關(guān)的資料可知6206型軸承的定位軸肩高度參數(shù)在這里取h=3mm，所以這里取。 (2)軸上用的彈性擋圈，選用的是標準件。在這里型號確定為GB 894.1-86 30,它的尺寸參數(shù),所以，。 (3)軸上面用于安裝左右輪輻，這段的軸段Ⅵ的直徑參數(shù)在這里??；在這里輪輻寬度參數(shù)取27mm，因為考慮到安裝的時候能夠保證軸端擋圈能夠更好的壓緊在兩個輪輻上面，因此安裝輪輻的軸段要比輪輻寬度要短一點，所以在這里取。 其他的尺寸大小，是按照零件的結(jié)構(gòu)來確定，如圖上2-10所示，軸上各段直徑和長度的尺寸大小。 3)軸上零件的周向定位 在這次設(shè)計中蝸輪和軸的周向定位的方式，用的是平鍵聯(lián)接。依據(jù)參數(shù)的大小，查閱相關(guān)的資料知平鍵截面尺寸為,鍵槽長度取28mm。另外在這里考慮到使兩個輪輻和軸之間的配合，具有更好的對中性，因此在設(shè)計中它們的配合選擇的是H8/h7。 4)確定軸上圓角和倒角尺寸 在這次設(shè)計中軸端倒角參數(shù)的大小取的是1×45°，另外設(shè)計中各軸肩處的圓角半徑取的是R1。 5.計算軸上的載荷 如下圖2-11a后輪軸上的受力分析簡意圖。 1)在水平面上，2-11b為其后輪軸的受力簡圖。 根據(jù)靜力平衡方程，可以計算出支座A、B的支反力 三個集中力作用的截面上的彎矩分別為 圖2-11 后輪軸的載荷分析圖 2)在垂直面上后輪軸的受力簡圖2-11c)。 根據(jù)靜力平衡方程，計算出支座A、B的支反力 （2-39） ， (2-40) ， (2-41) 在段中，將截面左邊外力向截面簡化，得 (2-42) 在段中，同樣將截面左邊外力向截面簡化，得 (2-43) 在段中，同樣將截面右邊外力向截面簡化，得 (2-44) 根據(jù)下面的公式計算四個截面的總彎矩M (2-45) (2-46) 后輪軸上的轉(zhuǎn)矩參數(shù)得 6.按彎扭合成應力校核軸的強度 校核軸的強度，只要對軸上面受到的最大的彎矩和扭矩的危險截面D進行校核計算。 由下面的公式計算得 (2-47) 在上面的公式中： 表示的是折合系數(shù)，在這里取=0.6 表示的是軸的抗彎截面系數(shù)，查閱相關(guān)的資料得 在這里的軸的制造材料用的是45鋼，并且在加工時要進行調(diào)質(zhì)處理，查閱相關(guān)的資料可知 經(jīng)比較可知，所以具有安全性。 3.6整體結(jié)構(gòu)的三維模型 整體結(jié)構(gòu)的三維模型 總結(jié) 這次設(shè)計的是自動導引小車（簡稱AGV），它的主要作用就是搬運物料，在對物料進行搬運工作的時候，先設(shè)置好運行的位置，小車可以在這個位置上，自動地對要搬運的貨物進行裝載，這個過程中不需要人工參與，接下來就是自動行走，把貨物接著運到先設(shè)定的指定的位置上，并且可以自動將貨物卸載，它是全自動的運輸機械。它的結(jié)構(gòu)組成部分包括機機械裝置、控制裝置、傳感器組，另外還有就是信息處理裝置。這次設(shè)計的小車可以按照先設(shè)計的軌跡運行，在柔性系統(tǒng)里，能夠自動完成運送工件的工作。 這次設(shè)計的AGV，它的車架采用的是四輪驅(qū)動，另外它的減震裝置用的是二級彈簧結(jié)構(gòu)，并且移載裝置結(jié)構(gòu)用的是旋轉(zhuǎn)升降的結(jié)構(gòu)，所設(shè)計的小車的特點包括以下的幾個方面： 1、可以進行全向的移動，這樣的方式可以使小車搬運時更加的流暢。 2、可以實現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)升降，所以對于復雜的工況都可以適用。 3、小車行駛的時候可以按照規(guī)定的導引路徑運行，并且有安全保護功能，可以實現(xiàn)各種移載。 這次的設(shè)計可以很好的將理論和實際相結(jié)合，大大地提高了機械綜合素質(zhì)。另外通過這次的設(shè)計，使自已的理論知識，還有設(shè)計水平都有所提高。 參考文獻 [1]孔令中．現(xiàn)代物流設(shè)備設(shè)計與選用[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2015.10． [2]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室．理論力學[M]．（Ⅰ）第六版．北京：高等教育出版社，2014.1． [3]戴曙．金屬切削機床[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2010.5． [4]濮良貴，紀名剛．機械設(shè)計[M]．第七版．北京：高等教育出版社，2014． [5]唐金松．簡明機械設(shè)計手冊[M]．第二版．上海：上?？茖W技術(shù)出版社，2010.10． [6]譚建成．電機控制專用集成電路[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2019． [7]朱曉春．數(shù)控技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2011.5． 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