AGV自動導引小車的設計

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XXXXXXX 畢 業(yè) 設 計 題 目 AGV 自動導引小車的設計 英文題目 the Design of AGV Automatic Guided Vehicles 院 系 專 業(yè) 姓 名 年 級 指導教師 二零一五 年 六 月 本科生畢業(yè)論文 設計 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的畢業(yè)論文 設計 是本人在導師指導下進行的研究工作及 取得的研究成果 除了文中特別加以標注和致謝的地方外 本論文中沒有抄襲 他人研究成果和偽造數(shù)據(jù)等行為 本科畢業(yè)設計答辯稿與學校提交的相似度檢 測文本完全一致 論文 設計 作者簽名 日期 指 導 教 師 簽 名 日期 本科生畢業(yè)論文 設計 使用授權聲明 九江學院有權保留并向國家有關部門或機構送交畢業(yè)論文 設計 的復印件 和磁盤 允許畢業(yè)論文 設計 被查閱和借閱 本人授權九江學院可以將本科畢 業(yè)論文 設計 的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索 可以采用影印 縮 印或其他復印手段保存 匯編畢業(yè)論文 設計 論文 設計 作者簽名 日期 指 導 教 師 簽 名 日期 摘 要 AGV 是自動導引小車 Automated Guided Vehicle 的英文縮寫 它是指 電磁或光學自動導引裝置的設備 能按照規(guī)定的行駛路徑 并具有安全保護功 能的作用 本次設計主要對自動導引小車的發(fā)展歷史 種類以及小車結構設計 和小車的技術參數(shù)進行說明 提出 AGV 導引小車設計的研究內容 然后說明自 動導引小車總體設計 對于傳感器的選用及規(guī)格參數(shù)也進行詳細的論述及說明 在自動導引小車的機械設計部分中對車輪軸和軸承的選取和校核進行了比較全 面的分析 這也是本次設計的主要部分 然后再從小車的結構出發(fā) 用 Pro E 對小車進行三維建模 詳細伺服驅動電動機的選取 齒輪的設計與選取 還有 驅動方式和車輪的選擇 最后說明傳感器的布置 接著對自動導引小車的驅動 系統(tǒng)和行駛過程也進行了比較全面的分析論述 分析小車在行駛過程中的驅動 力 行駛阻力 行駛的附著條件與附著率 以及主減速比的選擇和電源部分選 擇 這些都用來提高小車的性能 最后說明本次設計的結論和展望 在目前自 動化的物流系統(tǒng)當中 自動導引小車將能夠充分發(fā)揮其高效率 高靈活性以及 經(jīng)濟性比較好的一些優(yōu)點 關鍵詞 AGV 自動導引小車 行走策略 傳感器 電機驅動 I Abstract AGV is homing car Automated Guided Vehicle of English abbreviations It refers to the equipment of electromagnetic or optical automatic guiding device can drive path in accordance with the relevant provisions and have the function of the safety protection function This design mainly development history kinds of automatic guided vehicles and the car structure design and technical parameters of the car research content for the design of AGV guided the car Then explain overall design of automatic guided vehicles for the selection of sensors and the specification parameters are also discussed in detail and instructions In the mechanical design of the automatic guided vehicles parts and check the selection of car axle and bearing has carried on the comprehensive analysis it is also the main part of the design and then from the structure of the car car in Pro E 3 d modeling detailed selection of servo motor gear design and selection and drive mode and the choice of the wheel and pointed out the arrangement of sensors Then the drive system and the driving process of automatic guided vehicles is also carried on the comprehensive analysis this paper analysis the car in the driving force in the process of driving driving resistance adhesion conditions of road and adhesion rate as well as the selection of main reduction ratio and the power part these are used to improve the performance of the car Finally II the conclusion and outlook of the design are described In the current logistics system of automation automatic guided vehicles will be able to make full use of its high efficiency high flexibility and economy better some advantages Key words AGV automatic guided vehicle walking strategy sensor motor drive III 目 錄 前 言 1 第一章 緒論 2 1 1 關于 AGV 的說明及研究 2 1 2 AGV 的種類 2 1 3 國內外 AGV 發(fā)展歷史及趨勢 3 1 4 AGV 的結構 3 1 5 AGV 小車主要的技術參數(shù) 5 1 6 課題研究內容 6 第二章 AGV 總體設計 7 2 1 AGV 機構部分 7 2 2 AGV 電控部分 8 2 2 1 傳感器的選用 8 2 2 2 AGV 的控制部分 11 2 2 3 AGV 的執(zhí)行部分 12 2 3 本章小結 14 第三章 AGV 機械部分的設計 15 3 1 AGV 機械結構的設計 15 3 2 AGV 小車機械結構與建模 16 3 2 1 三輪布置的 AGV 小車結構與其建模 16 3 2 2 四輪布置的 AGV 小車結構與其建模 18 3 3 伺服驅動電動機的選取及其參數(shù) 21 3 4 減速器的使用范圍及選取 25 3 5 軸的設計及其參數(shù)的計算 26 3 5 1 軸的設計方法 26 3 5 2 驅動后輪軸的設計 27 3 5 3 車輪軸的受力分析和校核 28 3 5 4 車輪軸承的受力分析和校核 29 IV 3 6 齒輪的設計和選取 31 3 7 驅動方式的選擇和車輪的選擇 33 3 8 本章小節(jié) 34 第四章 AGV 驅動系統(tǒng)的設計 35 4 1 驅動系統(tǒng)的部件 35 4 2 AGV 行駛過程的分析 36 4 2 1 AGV 小車行駛阻力的計算 36 4 2 2 AGV 小車行駛驅動力的計算 38 4 3 AGV 行駛的附著條件與附著率分析 38 4 4 主減速比的選擇 40 4 5 電源的選擇 42 4 6 本章小節(jié) 43 第五章 結論 44 參考文獻 45 謝 辭 47 0 前 言 隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展 自動化的設備越來越得到人們的青睞 首先 自動 化的設備能使企業(yè)的生產(chǎn)操作更加人性化 更加的快捷方便 其次采用自動化 的設備可以把一些比較繁重的體力勞動交給自動化的設備來進行處理 這樣可 以極大地提高企業(yè)的勞動生產(chǎn)率 降低企業(yè)的生產(chǎn)成本 還有自動化設備有助 于提高社會生產(chǎn)力 系統(tǒng)推動工業(yè)飛速發(fā)展 提高生產(chǎn)能力 工作質量 使工 作地的安全性和可靠性都能得到顯著的提高 而且調整和維修方便 目前 在自動化設備的發(fā)展過程中 企業(yè)越來越看重自己的生產(chǎn)成本與生 產(chǎn)效率 自動導引小車就是結合企業(yè)在自動化生產(chǎn)中的這個需求得到了廣泛的 應用和發(fā)展 本次設計的課題是 AGV 自動導引小車設計 主要針對自動導 引小車的傳感器 車輪軸與軸承 伺服電動機 傳動齒輪進行了詳細的論述和 分析 對它們選取過程以及校核等進行了說明 其次重點針對自動導引小車行 駛過程中所受到的各種力以及小車行駛條件進行了詳細的說明 這也是本次設 計研究的重點問題 更多的細節(jié)問題將會在下面的章節(jié)中進行更為細致的討論 1 第一章 緒論 1 1 關于 AGV 的說明及研究 AGV Automatic Guided Vehicle 自動導引 AGV 小車 自動導引小車不僅 可以用于物料的輸送 而且具有裝載貨物的功能 還可以全自動移動到另一個 地方 把所載的貨物自行能夠卸下來的一個智能自動化的小車 自動導引小車 通常以電池作為其的動力的提供者 但現(xiàn)在有些制造商使用非接觸能量傳輸系 統(tǒng)作為 AGV 小車的動力源 自動導引小車運動特性跟其它車輛一樣采用的是輪 子 與其它不是以輪子運動為特性的 爬行或者是步行機器人 相比較 AGV 小車不管是在其速度上 工作效率上 還是在其結構上優(yōu)點都是比較突出 而 且控制性和操作性比較簡單 安全性方面也是特別可靠的 AGV 小車還有一個 比較好的優(yōu)點是如果在其使用的路徑上有其它的運輸設備 則這些設備不需要 另外鋪設軌道或者是其它的一些裝置 而且小車對場地的寬度 道路和空間的 使用相對來說都是比較低的 所以在現(xiàn)在企業(yè)比較自動化物流的一些系統(tǒng)中 自動導引小車的性能發(fā)揮的特別好 而且顯現(xiàn)出其無人操作的自動化的高水平 自動導引小車一些自動化的動作也就是命令 還有它工作過程中行走的路徑都 是由電腦來進行操作控制的 有的一些小車以電磁軌道作為它的行進路徑 在 現(xiàn)在自動化的運輸物流過程的系統(tǒng)中 搬運和裝卸是無非是一個比較關鍵的節(jié) 點 因為它在物流運輸過程中使用的次數(shù)是最多的 也是物流費用中占比比較 大的部分 正是因為自動導引小車的自動化程度比較高 不僅能夠充電 而且 外表精巧簡潔 所以可以將企業(yè)的側面形象提升到另一個層面 綜上 自動導 引小車是作為一種工具 在各種場合都可以配上它來使用 其發(fā)展勢頭非常好 所以 AGV 小車的發(fā)展的速度也非?？?1 2 AGV 的種類 自動導引小車的種類 無軌型和有軌型兩種 在地面上或者在一定的空間中具有機械式導向的軌道稱為是有軌型的自動 導引小車 有軌型的自動導引小車的結構比較牢靠 承載的能力也比較大 成 本不高 尤其是無軌型的技術方面相對來說比較成熟以及可靠性好 定位的準 2 確精度較高 在直線或環(huán)線的雙向物流系統(tǒng)中經(jīng)常用到 自動沿著電腦預先設 置好的路徑工作的小車稱為無軌型的自動導引小車 1 3 國內外 AGV 發(fā)展歷史及趨勢 自動導引小車首先在美國起源 然后在歐洲發(fā)展 接著在日本發(fā)展 最后 來到了中國 1913 該公司第一次使用美國福特汽車引導車跟蹤 這是 AGV 自 動導引車的早期發(fā)展 經(jīng)過美國福特汽車公司以后 AGV 小車在英國得到了很 快的提高 電磁導引的自動導引小車就是英國最先研發(fā)出來的 原先得 AGV 小 車需要鋪設軌道 而電磁導引使用使 AGV 小車擺脫這些缺點 因此 AGV 的運用 變得更加的簡單 到了 60 年代初期 自動導引小車在歐洲經(jīng)濟的推動下使其得 到了更好的推廣和應用 到了 80 年代 日本對這一方面進行了進一步的研究 這樣便推出了擁有磁導航技術的自動導引小車 使得自動導引小車的穩(wěn)定性大 大得到了提升 自動導引小車也大量運用在了汽車領域 而且隨著中日企業(yè)的 深入交流 我們國內的很多企業(yè)也感覺到自動導引小車不僅能為企業(yè)節(jié)省人力 而且還能節(jié)省不必要的成本 以及提高工作的效率具有非常好的效果 因此近 些年來自動導引小車在國內也得到了很快的發(fā)展 從自動導引小車各個技術層 面來看 其最為關鍵也最為重要的一項技術自動導引技術 磁感應導引現(xiàn)在得 到了非常廣泛的應用 現(xiàn)在一些企業(yè)采用的主要是激光導引 而視覺導引也引 起了人們的高度關注 現(xiàn)在慣性導引 超聲波導引和磁釘一陀螺導引也引起了 人們非常大的興趣和關注度 1 4 AGV 的結構 引導 AGV 小車的原理是通過電腦預先進行編程小車所要行走的路徑 小車 在行走的時候 當電壓由數(shù)字編碼器和預編程的軌跡的位置被檢測到偏差信號 時 控制器會根據(jù)檢測出的偏差信號對電動機的轉速進行調整 然后偏差將會 被糾正 這樣會讓 AGV 小車能根據(jù)預先設定的路徑運動 因此 小車在行駛過 程中 數(shù)字編碼器需要連續(xù)檢測來調整電機的速度 避免出現(xiàn)偏差以對整個系 統(tǒng)進行很好的控制 自動導引小車通過兩個固定式的后輪驅動使其能夠運動 轉向功能是通過 差速來保證的 萬向輪是兩個前輪 它的作用除了轉向外還有支撐跟平衡的作 3 用 這是四輪結構的形式 自動導引小車主要包括車體 車架 車輪 載荷傳 送裝置 驅動裝置以及動力系統(tǒng)六個大的部分 下面是每個部分的介紹 1 車體 由底盤 車架 殼體 控制室和相應的機械電氣結構構成了整個車體 是 AGV 的基礎部分 結構特征與一些電動車輛的相似 而且能夠自動作業(yè)沒有人 駕駛小車的一些要求 車架焊接一般用鋼構件而 如果小車的重心比較低 那 么小車的抗傾翻能力就比較高 2 車架 車架是整個自動導引小車的支架 輪子 光感應器 伺服電機和減速器等 都安裝在車架上 車架設計的基本要求是它的強度和硬度都要比較大 所以車 架材料一般選用鑄造鋁合金 以為鑄造鋁合金質量比較大 在焊接的時候性能 也比較好 3 車輪 一般用實心的橡膠輪胎作為自動導引小車的車輪 4 載荷傳送裝置 自動導引小車的載荷傳遞裝置是一種平板的結構 通過荷載傳遞裝置運輸 箱型的東西到指定位置 也可以運輸材料等 5 驅動裝置 驅動裝置是自動導引小車的驅動運行系統(tǒng) 能對小車的速度和制動進行控 制 驅動電機 減速器 電機 控制與驅動器都是驅動裝置所包含的 其一般 是閉環(huán)和開環(huán)兩種模式 以交流伺服電機為主的閉環(huán)模式 步進電機為主的是 開環(huán)模式 6 動力系統(tǒng) 現(xiàn)在蓄電池是自動導引小車動力系統(tǒng)驅動能量的來源 用蓄電池的電能轉 化為機械能驅動小車以及車上的附屬設備按照預先設定軌跡行進 根據(jù)車型的 不同 以及不同車型的運行和載荷量的不同會有不同功率的蓄電池組合體 一 般交流電壓有 12V 24V 48V 及 72V 4 1 5 AGV 小車主要的技術參數(shù) 圖 1 1 自動導引小車實物結構圖 1 AGV 小車的額定載重量 車體上總的物體的重量 2 AGV 小車自重 指 AGV 小車與其車上電池加起來的重量 3 AGV 小車的尺寸 是指小車的長度尺寸 寬度尺寸 外部的高度尺寸 這個尺寸應與 AGV 小車所放東西的尺寸以及小車所經(jīng)過的道路的寬窄相兼容 4 停位的精度 指 AGV 小車的停車的位置與預先設定好的位置的差值 5 AGV 小車最小轉彎半徑 在空載時的最低穩(wěn)定轉速轉向 瞬時轉向 中心到汽車縱向中心線的距離 最小轉彎半徑是由車輛曲線確定 半徑越小 顯示其良好的可操作性 6 運行速度 自動導引小車在汽車在額定負載下運動達到的最高速度就 是其運行速度 AGV 小車的工作周期多少和效率的好壞都是由運行速度來決定 的 7 工作時間 指自動導引小車完成工作周期所需的時間 8 運載類別 指自動導引小車所運輸?shù)奈锪系念愋?9 移載方式 指自動導引小車以其它裝置來進行行走和轉向功能的一種 運動形式 10 驅動形式 指自動導引小車以其它裝置為其提供驅動行駛和進行轉 向 5 1 6 課題研究內容 自動導引小車是智能化的汽車技術 作為目前一種較為重要的自動化設備 在當前企業(yè)物流系統(tǒng)中已被廣泛應用于各個方面 本次設計主要從 AGV 的機械 部分的設計出發(fā) 得出總體設計的一些指標 然后再對其驅動系統(tǒng)進行分析 得到驅動方式跟車輪的選擇以及驅動系統(tǒng)部件的選擇與校準 6 第二章 AGV 總體設計 2 1 AGV 機構部分 上一章講到載荷傳送裝置 車架 車體 驅動裝置 動力系統(tǒng)和車輪是 AGV 的主要組成部分 自動導引小車的基礎部分是車架和相應的機械部分和電 氣部分 也就是車體的部分 車架設計的基本要求是它的強度和硬度都要比較 大 一般用 1mm 3mm 鋼焊接鋼板或鋁合金板 可以減少汽車的重量 要防側翻 則取決于小車的重心 自動導引小車一般用 12V 24V 48V 及 72V 電池作為其能量以驅動小車 電池要確保其工作至少 8h 多 由于不同的工作和不同的工作環(huán)境的影響 其應 該滿足基本的要求 自動導引小車驅動命令由計算機發(fā)出 驅動的速度大小以 及方向都是由計算機來進行控制的 在工作的過程中可以用不同的方法來調整 速度 AGV 小車在不同的工作狀態(tài)下所要求的行駛速度是不一樣的 高速直線 轉停 接近站點時 sm 1sm 6 0 2 sm 1 0 一般由地面控制器發(fā)出的控制指令系統(tǒng) 它將通過通信系統(tǒng)返回地面控制 器 連續(xù)模式和分散模式是通信系統(tǒng)中兩種主要的模式 連續(xù)模式的通信系統(tǒng) 可以在任何位置以允許自動導引小車在任何時間相對地面控制器可以使用射頻 的方法 或在通信電纜導向路徑中發(fā)送和接收信息 如用紅外激光通信法 分 散模式的通信是系統(tǒng)在 AGV 小車計劃好的地方與地面控制器傳送 其一般通過 感應光或者是利用光學的方法來實現(xiàn) 當 AGV 小車與地面控制站得不到聯(lián)系的 時候說明兩者通信之間存在故障 之所以現(xiàn)在很多車用這個原因是由于分散模 式相對于連續(xù)模式價格比較便宜 對 AGV 自動 導引小車安全性來說 其安全 性首先關系到 AGV 小車本身的一些基本防護 最主要的是對人不會產(chǎn)生危險的 狀況 還有就是對一些地面設備和物品的保護到位 自動導引小車的導引方式可分為兩大類 一類是配備一個路徑的導引裝置到 小車上 而把引導傳感器放置在小車所要運行的路徑上 其中電磁導引的方式 就是這樣的 另一類是沒有固定方式的自由路徑進行導引 通過計算機的控制 AGV 小車自動調節(jié)方位 然后自主地決定所要行駛路徑 7 2 2 AGV 電控部分 2 2 1 傳感器的選用 1 紅外線傳感器的選用 1 下面是紅外傳感器導引路徑原理 由于地面的顏色和色帶的顏色是不一樣的 把地面顏色和色帶的顏色對比 黑 色帶選擇在光線明亮的地面 白色帶選擇在光線灰暗的地面 自動導引小車配 備的光源可以照亮色帶 根據(jù)下圖 2 1 可以形象的看出 小車上的光源經(jīng)過反 射后 通過光傳感器進行接收 然后由傳感器到達檢測回路進行檢測 當檢測 到小車行走的路徑有偏差時 再到運算回路進行偏差的計算 最后到達驅動回 路進行控制然后對小車的運行路徑的偏差馬上進行一個糾正回到原來的位置 因此 自動導引小車其可以始終沿著設定好的色帶的軌跡運行 固態(tài)紅外發(fā)光 二極管和固態(tài)光敏二極管 或光敏三極管 都屬于紅外線光電傳感器 圖2 1 光學導引原理圖 2 紅外線導引路徑的方法 方法一 發(fā)光利用的是發(fā)光二極管 接收利用的是光敏二極管 黑帶用來吸收可見光 所以發(fā)光二極管發(fā)出的光到黑帶將會被吸收 輸出 端的電平比較低的原因是光敏二極管檢測到的信號為高阻抗所導致的 光敏二 極管接收到反射的可見光信號后其為低阻抗 輸出端此時為高電平 這個可見 光是由發(fā)光二極管發(fā)出的 由于環(huán)境對可見光光敏二極管有一定的影響 所以 其電路的穩(wěn)定性不是很好 方法二 可見光用光敏電阻接收進行檢測 8 該電路采用T型網(wǎng)絡 可以避免比較大的反饋電阻 也可以提高其輸入的阻 抗 可見光信號由光敏電阻檢測 光敏電阻的檢測到黑帶輸出端的電平相對較 低 光是電路的輸出是比較高的 信號反饋給單片機 由點偏激控制小車的轉 向 由正負電源 加上環(huán)境對光敏電阻的影響 其電路的穩(wěn)定性也不是很好 方法三 紅外線發(fā)射用紅外發(fā)射管 接收用紅外線二極管進行 耦合發(fā)射和接收紅外線信號 外面的可見光紅外光敏三極管接收到的信號 和輻射源輸出隔離信號影響不大 變成電壓信號以后 通過LM399紅外信號接收 機進行比較 具有的高電平或者低電平最后回到了單片機 3 具體設計的要求 根據(jù)價格便宜 易于實現(xiàn) 可靠性好的這三個原則 因此通過方法三 AGV 小車的穩(wěn)定性能得到提升 當出現(xiàn)較低的電平說明紅外收發(fā)器遇到了黑帶 要 不然就是較高的電平 由程序控制AGV小車的方向是在中斷查詢的模式下進行的 不同的傳感器會有不同的應用程序 其檢測即感應的范圍從幾毫米到幾米 遠的范圍 通過合理的選擇 使用 反射式紅外線傳感器 因為這個FS359 傳感器相對于其它傳感器安裝比較簡單 并且為了滿足垂直距離 的檢測10cm 5 目的 通常來說一般的紅外線傳感器做到這一點是比較難的 在電流 發(fā)A4 射過程中使用 沒有強烈的陽光 房間里的熒光燈 距離可達8cm進行干擾檢測 完全可以滿足探測距離要求 2 超聲波傳感器的選用 1 超聲波感器避免碰撞的原理 超聲波發(fā)射后當遇到障礙物時 其波將會被反射回來 通過把超聲波發(fā)射 波和接收被反射回來波的總的時間 測得 則可求出距離 此距離就是t Ct 2 S 超聲波所測的距離 其中 為超聲波的波速 我們知道由于溫度的變化會影C 響超聲波的波速 所以在使用的時候 超聲波波速保持基本不變的前提溫度 變化的范圍比較小 否則就要加以糾正 一般用溫度補償?shù)姆椒ㄓ枰约m正溫度 下圖2 2是超聲波測距儀原理框圖 9 圖2 2 超聲波測儀原理圖 2 超聲波模塊功能介紹 1 根據(jù)三種不同的測距模式來選擇跳線 1J 短距 左右 中距 左右 可調距 其范圍由可調cm80 cm40 8 節(jié)參數(shù)來選擇 前兩種模式都由由被測物表面的材料來進行選擇 2 單模組和多模組的使用 單模組的使用 應用于測量與障礙物之間距離的實驗 它是單傳感器 多模組的使用 根據(jù)模組上提供的接口 由幾個模組串聯(lián)在一起組65J 成陣列式的傳感器組 它是陣列式的傳感器 3 應用方便 可用于小范圍內的距離的測量 機器人檢測 障礙物檢測 可用于驗證汽 車倒車雷達及家居安全系統(tǒng)驗證中的應用方案 3 規(guī)格參數(shù) 超聲波傳感器的諧振頻率 KHz40 模組傳感器中的工作電壓 V9 5 模組接口的電壓 尺寸 cm0748 6 如下圖 2 3 所示是自動導引小車導引系統(tǒng)傳感器的安裝位置 本次設計使 用五個紅外線傳感器 AGV 小車用于跟蹤白色導引線的紅外線傳感器下圖中間 的 2 號 3 號和 5 號 取黑色導引線寬為 100mm 那么灰度傳感器 2 號 3 號和 5 號之間的距離也為 100mm 這樣有利于更好的接收信息 當自動導引小車處于 垂直交叉路口或者在拐彎的地方時由左右兩邊的號和 4 號兩個紅外線傳感器檢 10 測來傳遞信息 圖 2 4 所示導引系統(tǒng)局部放大圖 右 前 輪左 前 輪 號 灰 度 傳 感 器黑 色 引 導 帶 圖 2 3 導引系統(tǒng)安裝位置圖 圖 2 4 導引系統(tǒng)局部放大圖 2 2 2 AGV 的控制部分 自動導引小車的控制過程分析 當紅外傳感器接收到反射信號將被立即傳 送給單片機 再由單片機判斷有無反射信號然后進行處理 與此同時超聲波傳 感器也將信號傳送給單片機 感應的時間通過單片機分析后進行處理 根據(jù)輸 出的控制信號路徑的綜合分析 然后 AGV 小車的動作通過控制電路對控制信號 進行一定的放大后輸入到電機后調整 整個控制過程無需光電編碼器 在電動 機狀態(tài)沒有反饋的狀態(tài)下 通過傳感器輸入整個信息 這個過程屬于開環(huán)控制 其電控系統(tǒng)示意圖如圖 2 5 所示 圖 2 5 電控系統(tǒng)示意圖 信息源的多少是由開環(huán)控制的 在這里信息源和單片機分析分數(shù)據(jù)都是不 11 怎么多的 通常把單片機作為控制器普遍使用 單一的信息源造成輸入的信息 是沒有糾錯能力是開環(huán)控制的主要的缺點 那么只有保證信息源的可靠性是開 環(huán)控制很好的一個方法 本次設計所使用的單片機是 AT89C51 其實物圖如圖 2 6 所示 AT89C51 單片機的優(yōu)點是指令簡單 外圍電路和 I O 輸入 輸出操 作也比較簡單 硬件設計方便 無方向寄存器 資源豐富 而且價格便宜 比 較容易購買 最后使整個自動導引小車完成所設計的控制任務 圖 2 6 AT89C51 單片機 由此確定自動導引小車的設計總體思路 通過紅外傳感器作為導航 單片機 為控制器 電機差動式實現(xiàn)轉向 根據(jù)預設路線 實現(xiàn) AGV 導航定位策略的方 式及用最簡單的設置 最少的器械部件 需要部件如下表 2 1 所示 表 2 1 名稱 數(shù)量 紅外傳感器 4 超聲波傳感器 1 車體 1 交流電動機 2 蓄電池 2 電源穩(wěn)壓模塊 1 控制電路 1 單片機 1 2 2 3 AGV 的執(zhí)行部分 車輪機構的運動是在車輪驅動速度知道的前提下 通過小車的運行速度和 車輪角速度運動的機制來分析的 由自動導引小車汽車底盤結構的形式我們可 以確定小車的導向和驅動兩個系統(tǒng)不能單獨分開工作 本次自動導引小車的設 12 計采用的底盤為四輪式的底盤 后面的兩個主動輪通過差速來進行小車的驅動 以及進行小車的導向 在這個過程中 車輪的轉速是通過控制兩個交流伺服電 機的電壓來控制的 而這兩個交流伺服電機是用來驅動兩個主動輪 即小車后 面的兩個輪子 轉向是通過兩個輪子的速度的不同來實現(xiàn)的 自動導引小車如 果需要停車時只需按下小車操作面板的緊急制動按鈕開關來對車輪進行制動 小車的轉向系統(tǒng)是通過使用紅外線導引技術來執(zhí)行的 以下分析自動導引小車 的轉彎運動 圖 2 7 是 AGV 小車在轉彎時的情況分析 假設 AGV 小車質量分布是均勻的 并且以速度 勻速進行轉彎 距離是 是 AGV 小車兩個主動輪的間距 AGV 小VD 車轉彎半徑 為轉彎圓心與兩主動輪中心的距離 車輪半徑為 為兩R r21N 輪的轉速 是車重 為小車與行駛路面的摩擦系數(shù) 可有 G RVDrNgR2 2 12 取 小車質量 約為 取摩擦系數(shù) 取smV 1 Gkg500196 通過后面章節(jié)選取 R0 圖 2 7 小車轉彎分析圖 下面是自動導引小車在行進過程中的動作 1 直線行進時 直線路徑一般是小車在比較長的直線通道上的快速行進 直線上的行走能 13 夠節(jié)省時間 當檢測到有彎道時將結束 2 特殊路徑的行進 用于特殊路徑的慢速前進 如在小車的行走中 由于導航白線折彎 前置 傳感器丟失了白線 小車減速行走 當中置傳感器檢測到白線后 根據(jù)時間的 長短來判定 使小車向探測到白線的哪一個中置傳感器方向轉彎 直到兩個前 置傳感器回到白線上 當前置傳感器檢測到白線將結束此過程 其特點是兩個 前置傳感器同時在線外的時候 小車自動旋轉尋回直線 3 左轉彎時 用于向左的轉彎 當小車在行進過程中需要左轉彎時 此時小車左邊的中 置傳感器探測到白線 會使小車向左轉彎 直到兩個前置傳感器回到白線上 前置傳感器檢測到白線將結束整個過程 4 右轉彎時 用于向右的轉彎 當小車在行進過程中需要右轉彎時 此時小車右邊的中 置傳感器探測到白線 會使小車向右轉彎 直到兩個前置傳感器回到白線上 前置傳感器檢測到白線將結束整個過程 5 停車時 用于停車 最后結束 2 3 本章小結 本章是自動導引小車總體設計 主要針對機構部分和電控部分作了詳細的 說明 電控分別對傳感器 控制部分和執(zhí)行部分進行了討論和分析 以及紅外 傳感器和超聲波傳感器的選擇以及確定詳細的規(guī)格進行了說明 還有傳感器的 布局參數(shù)分析 14 第三章 AGV 機械部分的設計 3 1 AGV 機械結構的設計 自動導引小車在機械設計的總體規(guī)劃根據(jù)不同的應用場合 它的外觀造型 是尤為重要 如果小車的造型完美大氣 那么在工作場合會給繁忙的人們一種 很好的親和力和一定的安全感 緩解人們緊張的心里狀況可能會有所幫助 所 以在小車機械結構設計中 需要注意它的外觀造型 自動導引小車的整車框架是用來裝配零件的主要的支撐支架 也是小車在 運行過程中比較重要的一個裝置 其主要分為兩部分 第一部分是主框架結構 是一個垂直的用于各種控制和通信設備的安裝框架 也就是立體型的框架結構 第二個部分是副框架結構 驅動電機和各種傳感器 還有小車的輪子就安裝 在副框架上 為了維修和拆卸的方便 主框架結構和副框架結構之間的聯(lián)結是 可拆卸的 自動導引小車的整車框架小車的主要部分 其對小車的整個車的精 度有非常大的影響 所以在設計過程 AGV 小車應保證 1 整個車的強度和剛度應該符合其加速和承載時的要求 2 確保小車強度和剛度的前提下來降低車身重量 這樣一來可以更多加大 小車的承載貨物的多少 3 為了使不發(fā)生側翻或者危險的側傾 盡量降低小車的重心 4 防止與其他物體發(fā)生碰撞 小車外面輪廓盡量不要出現(xiàn)突出的部分 所以為了更好地滿足實際任務的需要 自動導引小車設計參數(shù)及性能指標 設計為 外型尺寸 m306920 額定載重 kg5 承載高度 行走車速 最高時速設定為 s 1 正常運行時速設定為 sm 83 0 2 機械傳動方式 三輪布置結構和四輪布置結構 本次設計采用四輪布置結 構 15 充電方式 外置充電器 車輪直徑 mD250 自動導引小車體外部其它一些輔助系統(tǒng)安裝會對小車行駛和轉向造成一定 的影響 為了使不發(fā)生側翻或者危險的側傾 盡量降低小車的重心 圖 為1 3 車體實物外型 圖 3 1 小車車體實物外型 3 2 AGV 小車機械結構與建模 自動導引小車機械結構尤為重要的部分 也是其核心的部分是它的輪系結 構 小車的最大運行速度 最小轉彎半徑以及小車的運行在導引路徑的精度的 準確性等都受到了其輪系結構的直接影響 驅動輪 從動輪和轉向機構是 AGV 小車輪系結構的主要組成部分 現(xiàn)在的 AGV 小車的常見結構根據(jù) AGV 小車不同 的適用場合的不同以及性能的要求的不同現(xiàn)在比較常見的輪系結構有三輪布置 的結構和四輪布置的結構 利用前輪來進行轉向和驅動輪的小車其輪系結構是 三輪布置的結構 利用兩個驅動輪 差速轉向或者前面兩個輪子進行轉向的小 車其輪系結構是四輪布置的結構 3 2 1 三輪布置的 AGV 小車結構與其建模 三輪布置結構的自動導引小車的結構布局具有優(yōu)點是其機構的組成比較簡 單 只要考慮車體的重心位置的合理性就可以了 而且車輪與地面的是否可以 接觸不需要特殊的其它設備來保持 主要原因是三輪布置結構的小車前輪是一 個自由輪 兩個后輪差速進行驅動 如圖 3 2 所示 16 圖 3 2 三輪布置結構圖 用三維軟件 Pro E 對小車建模 1 打開 pro e 軟件 點擊 文件 新建 零件 實體 mmns part solid 確定 然后選擇 FRONT 作為草繪基準平面 通過拉伸 特征建立如圖 3 3 所示車架的實體結構 圖 3 3 2 選擇合適的基準平面 通過拉伸特征 鏡像特征建立如圖 3 4 所示的 車輪 支架 軸的實體結構 圖 3 4 3 選擇選擇合適的基準平面 通過拉伸特征 鏡像特征 旋轉特征 掃描 伸出項 特征建立如圖 3 5 所示的轉向輪電機 前輪 皮帶輪 主 動輪電機 梯形帶 軸承支架實體的結構 17 圖 3 5 三輪布置效果圖 三輪布置的結構的實體效果圖如圖 3 5 其一般用兩個后輪作為其定向輪 保持不變 前面的一個輪子不僅用來驅動 AGV 小車的行駛 而且還用來 AGV 小 車的轉向功能 可以 轉動的萬向輪 所配備的兩個電機 一個裝配在萬 180 向輪是用來驅動小車的交流減速電機 另一個裝配在車架上的是用來控制小車 方向的精度比較高的步進電機 所以三輪布置的前輪可以說是一個組合輪 由上我們可以得知三輪布置結構的小車的輪系結構機動性比較好 這種結 構通常用在路面不好的地方 其行走的方式以拖動型為主 三輪布置的優(yōu)點是 機械構造和控制系統(tǒng)都比較簡單 單價不怎么高 但是由于兩個從動輪不能夠 定向 通常把導向傳感器裝在整車的后邊 向前的行走通常是三輪布置結構 其次由于三輪布置的結構是由 3 個輪子來支撐整車 因而在載重的時候應把貨 物放在盡量放在小車的中心或者是后輪方向的地方 便能比較好的保持小車在 行進過程中的平衡性 但是三輪布置的缺點是如果 AGV 小車在運行的過程中速 度相對比較快 那么小車會受離心力的作用很容易發(fā)生側翻的危險 所以三輪 布置的結構應用于低速場合將比較合適 3 2 2 四輪布置的 AGV 小車結構與其建模 目前很多自動導引小車其輪系結構采用的是四輪布置的結構 其通常以從 動輪作為為轉向輪 驅動輪作為定向輪或者轉向輪為驅動輪兩種方式 跟三輪建模一樣 打開 pro e 軟件 點擊 文件 新建 零件 實體 mmns part solid 確定 選擇 FRONT 作為草繪基準平面 然后選 擇選擇合適的基準平面 通過拉伸特征 鏡像特征 旋轉特征 掃描 伸 出項 特征建立四輪布置結構的小車 第一種 從動輪為轉向輪 驅動輪為定向輪 如圖 3 6 所示 18 圖 3 6 四輪布置結構圖 1 從動輪作為為轉向輪 驅動輪作為定向輪這種布置的四輪輪系結構是現(xiàn)在 比較多的一種結構 圖 3 7 是這種輪系結構的效果圖 與普通汽車的車身結構 在圖中我們可以看出小車前面兩個輪子為萬向輪 它在這里作為轉向輪來使用 在這里小車的轉向角度通過步進電機來進行比較精確的控制 其轉向傳動可以 用傳動帶或者連桿 小車后面兩個輪子為兩個定向輪 在這里其作為驅動輪來 使用 這兩個定向輪的驅動可以用兩個電機分別進行 也可以在一個電機上安 裝差速器來實現(xiàn) 使用兩個電機的優(yōu)點是當小車在運行的過程中有一個主動輪 沒有接地空轉 那么另外的一個電機提供的驅動力可以使小車繼續(xù)正常工作 圖 3 7 四輪布置效果圖 1 由于小車的后面兩個輪子是驅動輪 那么兩個前輪轉向的角度不要過大 但在小車轉向角度要求不高時候可以用連桿傳動機構來進行轉向 采用這種四 輪布置結構的 AGV 小車的操作控制很簡單 機械結構也不怎么復雜 但它一般 用于單向的運行 再加上后端作為驅動輪 所以四輪布置結構的小車最小轉彎 半徑是比較大的 第二種 轉向輪為驅動輪 如圖 3 8 所示 19 圖 3 8 四輪布置結構圖 2 以轉向輪為驅動輪的輪系結構的自動導引小車現(xiàn)在企業(yè)使用的叉車的結構 是差不多的 所以這種輪系結構的小車也是市場比較常見的 其四輪布置效果 圖如圖 3 9 所示 在圖中我們可以看出 這種輪系結構的 AGV 小車前面兩個主 動輪即萬向輪的轉向角度用交流步進電機來進行控制 還可以在在兩個主動輪 分別裝備有驅動電機 這兩個驅動電機是用來驅動輪子以帶動小車運行 為了 保證兩個輪子的轉向的角同向且角度相同 可以用連桿傳動機構來進行轉向 當 AGV 小車的轉彎半徑要求不怎么大時可用轉向電機帶動同步帶傳動進行轉向 圖 3 9 四輪布置圖效果圖 2 由于此輪子結構的 AGV 小車的前輪不僅是驅動輪又是轉向輪 那么它的后 輪部分的機械結構相對前輪來說簡易了許多 為了增加小車的平穩(wěn)性 在其后 面裝備一個減震結構 減震結構如圖 3 10 所示 與車體骨架相連的是一個活動 臂 活動臂與小車的部分減震的阻尼彈簧向連接 當小車行走在路面不平的地 段時 通過活動臂與阻尼彈簧的共同作用 可以減輕小車的抖動 也可以避免 其上面貨物的滑落 還有為了減少小車的轉彎半徑 所以后面的兩個輪子即從 動輪不能同軸轉動 必須使內側和外側的車輪存在速度差可以解決這一問題 20 因而這種四輪布置的輪系結構小車在驅動和轉向控制上一般都是比較自如的 比較小的轉彎半徑都是能夠適應的 相對于第一種四輪布置的結構來說 第二 種必然增加了整車的小車機械部分的復雜性 所以這種結構的小車整車重量和 成本都是比較高的 圖 3 10 減震結構 車體外飾的設計也是一個比較重要的一個單元 考慮到小車維護和修理的 方便性 其結構形式和安裝方法應簡單 自動導引小車車體面板采用的是塑料 的 PVC 板 厚度為 2mm 之所以用 PVC 板的原因是它的加工和安裝都是比較簡 單的 而于固定硬件電路板都是很方便的 小車車身外部周圍應盡量不要有突 出的部分 這樣可以避免不必要的碰撞 小車車身顏色也是比較重要的 容易 出現(xiàn)危險的地方應該用比較鮮亮醒目的顏色 比如車架可以用紅色 其它地 方的顏色應盡量靠近所工作環(huán)境的效果 3 3 伺服驅動電動機的選取及其參數(shù) 自動導引小車動力來源是蓄電池 由蓄電池給電機提供能量來驅動小車的 運行 小車的驅動力是由伺服驅動電機是用來控制的 為整個小車提供動力 所以伺服電機的選取與小車的運動狀態(tài) 即小車的運行快慢 以及所產(chǎn)生的扭 矩和驅動力有很大的關系 交流電機的控制系統(tǒng)比較簡單 速度也比較方便調 節(jié) 不需要逆變器 由于自動導引小車在工作的時候所需的功率并不是特別的 大 所以本次設計采用的是交流伺服電機 本次設計的自動導引小車的載重量為 設正常運行的速度為kg250 速度最高時為 sms 83 0 2 sm 1 伺服電機的選取過程 1 選擇電機的容量 21 電動機所需要的功率 kwpPad 由式 Fv10 因此 kad 由電動機到AGV小車輪軸的總效率 42341 a 式中 是滾動軸承 是齒輪傳動 是聯(lián)軸器 是輪軸的傳動效率 1 2 4 取 不包括軸承效率 98 01 97 02 9 03 6 4 則 826 97 08 24 a 所以 kwFvPad 4 0 1 2 確定電動機的轉速 輪軸工作轉速為 min 84 25014 3 610rDvn 二級圓柱齒輪減速器傳動比為 那么總的傳動比合理范圍為 i 20 5 1 ai 所以電動機轉速的可選范圍為 min 8 169 5 0 84 20 5 1 rniad AGV小車車輪前進所需功率 wPkw 電動機到AGV小車輪軸的總效率 a AGV小車的運行阻力 即牽引力 由第四章計算的到為FN N304 AGV小車輪的線速度 vm s 22 AGV小車車輪直徑 Dm 綜上所述 本次自動導引小車的設計選擇額定功率 的交流伺服電機kw6 0 作為其驅動電機 所采用的交流伺服電機品牌是ADTECH 型號 ACH 13150A ACH 13150A伺服電機高速力矩 平穩(wěn)性好 低噪音 低震動 精度高 外觀精美而且易于安裝 下圖3 11是ACH 13150A交流伺服電機實物圖 圖3 11 ACH 13150A電機 下表3 1為ACH 13150A電機的參數(shù) 表3 1 ACH 13150A電機參數(shù) 型號 ACH 13150A 額定功率 KW 0 6 相數(shù) 線電壓 V 3 相 220V 額定轉速 rpm 1500rpm 最高轉速 rpm 1750rpm 最高機械轉速 rpm 2000rpm 額定轉矩 N m 5 8 最大轉矩 N m 17 額定線電流 A 3 轉子慣性 Kg c 2m12 而自動導引小車在轉向的時候所需要的動力不怎么大 轉向電機可以選用 功率相對小點的 所以直接選取 60JSF 系列伺服電機 即型號為 JSF 60 40 30 DF 1000 作為轉向電機 圖 3 12 為其轉向電機實物圖 JSF 60 40 30 DF 1000 電機的調速范圍寬 低噪音 高效率 運行平穩(wěn) 高性能釹硼磁鋼設 計能提供 3 倍以上峰值扭矩 23 圖3 12 轉向電機 下表3 2為JSF 60 40 30 DF 1000電機的參數(shù) 表3 2 JSF 60 40 30 DF 1000電機參數(shù) 電 機型 號 額定功率 W 電壓 VDC 電流 A 額定轉速 Rpm 額定扭矩 Nm 峰值扭矩 Nm JSF 60 40 30 DF 1000 400 72 9 3 3000 1 3 4 5 3 聯(lián)軸器和鍵的選擇通過電動機和減速器的結構尺寸來決定 取載荷系數(shù) 那么聯(lián)軸器的計算轉矩為3 1 AK749530 1950 nPTwAca 通過計算轉矩 最小軸徑 軸的轉速 查標準 或手冊 選用彈8 GB 性柱銷聯(lián)軸器 電動機和減速器之間的聯(lián)軸器型號為 減速器和輪2 YL 軸之間的聯(lián)軸器 執(zhí)行標準是 YL是凸緣聯(lián)軸器 如圖80 4 YL96 5843 3 13所示 圖3 13 凸緣聯(lián)軸器 電動機上的鍵 836 hlb 24 減速器輸入端的鍵 83 hlb 減速器輸出端的鍵 92 鍵的寬度 bm 鍵的長度 l 鍵的厚度 h 3 4 減速器的使用范圍及選取 1 適用范圍 ZDY ZLY ZSY外嚙合漸開線斜齒圓柱齒輪減速器 可用于冶金 礦山 起 重運輸 水泥 建筑 化工 紡織 輕工等行業(yè) 減速器高速軸轉速不大于1500r min 減速器齒輪傳動圓周速度不大于20m s 減速器工作環(huán)境溫度為 40 45 低于0 時 起動前潤滑油應預熱 ZDL為單級 ZLY為兩級 ZSY為三級 Y代表硬齒面 2 減速器的選取 輪軸的轉速 min 84 rn 電機的額定轉速 150d 減速器的傳動比 7 84 i 取減速器的傳動比為 i 實際輪軸的轉速 min 3 150rn 車輪的實際線速度 smDv 09 160254 86 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸 重量和減速器的傳動比 選擇的減速 器型號ZLY 112 20 1 ZBJ19004 88 圖3 14和表3 3為減速器實物圖和參數(shù) 14 25 圖 3 14 ZLY112 20 1減速器 下表3 3是ZLY112 20 1減速器的參數(shù) 表3 3 ZLY112 20 1減速器參數(shù) 品牌 型號 安裝形式 級數(shù) 齒面硬度 布局形式 泰興減速機 ZLY112 20 1 臥式 2級 硬齒面 同軸式 3 5 軸的設計及其參數(shù)的計算 3 5 1 軸的設計方法 一般情況下 通過給定的一些軸的定性要求以及一些物理方面和幾何方面 的的限制 結合形狀和尺寸來進行軸的設計 軸的設計必需要滿足所使用的強 度要求 使其具有良好的工藝性和合理的結構 根據(jù)剛度來進行軸的設計就是 要軸的靜剛度比較高 也就是在工作的過程中不能出現(xiàn)很大的變形 當所設計 的軸要在高速或者是在其載荷做周期變化的環(huán)境下工作 對于一些高轉速或負 載軸的周期性變化 這樣會很容易發(fā)生共振 那么就得根據(jù)臨界轉速的限制條 件進行軸的穩(wěn)定性計算來避免共振的發(fā)生 通常軸的設計方法根據(jù)所要設計的 具體情況的不同具有很多種 下面是軸設計的一般方法 1 軸的最小直徑通常根據(jù)扭轉強度約束條件來進行確定 2 軸的幾何尺寸根據(jù)軸上零件之間的定位和裝配以及軸的加工等幾何約束 然后通過軸的結構設計來進行確定 3 軸的物理約束通常由軸的結構尺寸和工作方面的要求來進行相應的選擇 最后根據(jù)所確定的參照物來測試是否滿足相應的物理限制的要求 然后進行相 對應的修改直到符合要求 由于軸的設計方法根據(jù)所要設計的具體情況的不同具有很多種 所以在設 26 計的時候必須對其結果進行一個綜合的分析后得出一個比較優(yōu)的設計思路 3 5 2 驅動后輪軸的設計 根據(jù)前面的計算 因為AGV小車由驅動電機來驅動其運行 所以可以得到 車輪軸轉速 min 84 rn 驅動電機的額定功率 kwP601 輪軸傳遞功率為 kw53 098 07 962231 受轉矩 的實心圓軸 其切應力 TmN 2 0 1936TTdnPW 軸的最小直徑 336 2 0159nCdT 軸的材料取45鋼 上兩式中 軸的抗扭截面系數(shù) TW3m 軸傳遞的功率 Pkw 軸的轉速 nin r 許用切應力 T Mpa 與軸的材料有關的系數(shù) 可由表3 4查得 C 表3 4 軸材料的選取 軸的材料 paT C20Q351521486035730253 27 453512Mno38Si0Cr2409806 軸最小直徑取 后輪車軸上鍵的規(guī)格 為 和 m5hlb 368 執(zhí)行標準 下圖3 15為驅動后輪軸尺寸圖 79 GB106 圖3 15 驅動后輪軸尺寸圖 前輪即轉向輪的結構比較簡單 所以不需要重復進行選取 依據(jù)最短軸直 徑也為 因此前車輪車軸選擇出軸上的鍵為 為 執(zhí)行標m35 hlb 638 準 圖3 16 為前車輪車軸尺寸圖 79 GB106 圖 3 16 前車輪車軸尺寸圖 3 5 3 車輪軸的受力分析和校核 假設 AGV 小車的前后車輪軸所受的力都是 的 下面通過后車輪軸來進均 勻 行說明 軸的材料選用 45 鋼調質 MpapaSB360 650 28 計算支撐反力 NFR9045 174 NFR9041 垂直面反力 82 852 合成彎矩 2XZYM 許用應力值 查得 Pab60 1 校核軸徑 軸徑 mdb2160 48 1 033 校核完畢 m52 下表 3 5 為選擇軸和心軸材料一覽表 表 3 5 轉軸和心軸的許用彎曲應力 Mpa合B 1b 0b 1b 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75合 1000 330 150 90 400 100 50 30 500 120 70 40 3 5 4 車輪軸承的受力分析和校核 疲勞點蝕是引起很多滾動軸承出現(xiàn)故障以致失效的主要因素 軸承的壽命 是指軸承在一定轉速下能工作多少小時 或者是在其任何一個部件出現(xiàn)故障前 所轉動的總的轉數(shù) 軸承的額定壽命是用來選擇軸承的基礎 軸承以此作為標準 基本額定壽 命選擇軸承時常用的標準 軸承的基本額定壽命是指 非?？煽?還有材料90 和加工質量以及運轉條件下的壽命 一般以 或 表示 1 r Lh 29 軸承基本額定動載荷 指的是將標準中規(guī)定基本額定壽命為 萬轉C10 時軸承所能承受的恒定載荷 可以說是軸承在基本額定動載荷作用下可合106r 以工作 100 萬轉而不出現(xiàn)點飾的失效現(xiàn)狀 并且軸承的可靠度是 9 當量動載荷 arYFXP 式中 徑向載荷 rFN 軸向載荷 a 徑向動載荷系數(shù) X 軸向動載荷系數(shù) Y 軸承由于振動和沖擊影響 其當量動載荷應按下式計算 ardYFXfP 由于不受軸向力 所以 6251 r 式中 沖擊載荷系數(shù) df 徑向力 取 rFN 表 3 6 沖擊載荷系數(shù) df 載荷性質 機器舉例 df 平穩(wěn)運轉或輕微沖擊 電機 水泵 通風機 汽輪機 1 0 1 2 中等沖擊 車輛 機床 起重機 內燃機 冶金設備 1 2 1 8 強大沖擊 破碎機 軋鋼機 振動篩 工程機械 石油鉆機 1 8 3 0 當軸承的當量動載荷為 時以轉速為的基本額定壽命 為 P10L10C PL10r6 式中 當量動載荷 N P 基本額定壽命 常以 為單位 當壽命為 萬轉時 10Lr1010 L 30 壽命指數(shù) 球軸承 3 基本額定動載荷 查表取 CN3102 4 若軸承工作轉速為 則基本額定壽命min r hPCLh 73610 1065 2 5 367 170 3 6 齒輪的設計和選取 本次設計中選擇錐齒輪來進行傳動 齒輪傳動相比較于其它的機械傳動與其它機械傳動相比 其傳動非常的穩(wěn) 定 更換周期長 傳動效率高 以及齒輪的瞬時傳動比恒定等優(yōu)點 再加上齒 輪的結構緊湊 所以它傳動能夠適用很多的的速度和功率 用齒輪作為傳動要 滿足來兩個條件 一是傳動要保持平穩(wěn) 瞬時傳動比要恒定 傳動過程中的沖擊 振動和噪 聲要要比較低 便能更好的提高齒輪傳動的穩(wěn)定性 二是承載能力要比較大 在保證齒輪輕量化和體積小的條件下 還要求齒 輪的高強度 強耐磨性以及不會在使用周期內出現(xiàn)齒輪齒斷裂的現(xiàn)象 在齒輪設計過程中 齒輪的齒形 齒輪強度 加工精度 加工方法和熱處 理工藝 都是以上面兩個基本要求來進行操作的 這也是為了達到設計精度的 尤為重要的要求 錐齒輪的標準模數(shù) 和基本齒廓的確定如表3 7和表 3 8 m 表 3 7 標 準 模 數(shù) m 錐 齒 輪 GB 12368 90 1 1 125 1 25 1 375 1 5 1 75 2 2 25 2 5 2 75 3 3 25 3 5 3 75 4 4 5 5 5 5 6 6 5 7 8 9