全自動送料小車設(shè)計和實現(xiàn) 機械制造專業(yè)

摘要291411緒論 1303641.1全自動送料小車簡介 1280661.2AGV小車的主要分類 119691.3AGV小車設(shè)計意義 1201101.4AGV現(xiàn)狀和未來趨勢 2172872小車結(jié)構(gòu)設(shè)計 3117392.1主要參數(shù) 3249192.2傳動方案的分析 3176472.3總體結(jié)構(gòu)計算 4244973如何選擇電動機型號 4163133.1電動機參數(shù) 4194323.2轉(zhuǎn)速的確定 4109983.3分析小車的受力情況 4106683.4負(fù)荷力矩的計算 696843.6確定電機 6311143.7聯(lián)軸器的選擇 7174954蝸桿傳動設(shè)計 838094.1類型的選擇 8229444.2材料的分析 8145244.3分析受力情況 8251014.4基本參數(shù) 8174384.5設(shè)計中心距 8117894.6選擇基本的傳動尺寸 93324.7驗證齒面接觸疲勞強度 10205084.9驗證蝸桿軸撓度 10222574.10.選定精度等級公差的確定 10168544.11熱平衡核算 11141915軸的設(shè)計 11221375.1前輪軸的設(shè)計 11209395.2后輪軸的設(shè)計 1237635.3滾動軸承選擇計算 16252955.4前輪軸上的軸承 16163065.5蝸桿軸上的軸承 17287555.6后輪上的軸承 19204236AGV小車注意事項 20183887AGV小車日常保養(yǎng)方法 2074598結(jié)束語 2188979致謝 211909參考文獻(xiàn) 22摘要隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，全自動送料小車已經(jīng)成為當(dāng)今自動化發(fā)展的必不可少的產(chǎn)物之一。它代表了新一代科學(xué)領(lǐng)域的驕人成果。全自動送料小車的誕生促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)與運輸，是自動化工廠的基本工具之一。它極大的提高了原本傳統(tǒng)工業(yè)的運輸效率和安全性?，F(xiàn)今全自動小車的技術(shù)也越來越成熟，所使用的領(lǐng)域也越加廣泛，人們對它的使用要求也越來越高，這使得全自動送料小車必須適應(yīng)當(dāng)今經(jīng)濟發(fā)展潮流不斷的創(chuàng)新和突破，給全新的工業(yè)領(lǐng)域注入一份活力。通過分析國內(nèi)外的自動小車發(fā)展現(xiàn)狀，對比國內(nèi)外小車的使用功能，本文根據(jù)小車的設(shè)計要求進(jìn)行了送料小車的機械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計。優(yōu)點主要有：運輸效率高、安全性能高、適應(yīng)性強。關(guān)鍵詞：全自動送料小車；機械結(jié)構(gòu)；AbstractWiththecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology.Fullyautomaticfeedingcarhasbecomeoneoftheessentialproductsoftoday'sautomationdevelopment.ItrepresentsagreatachievementinthenewgenerationofScienceItgreatlyimprovestheefficiencyoftransportationandsafetyoftraditionalindustry.Nowadays,thetechnologyofautomaticcarisbecomingmoreandmoremature,andthefieldismoreandmorewidelyused,andthedemandforitsuseisbecominghigherandhigher.Thismakestheautomaticfeedingcaradapttotheinnovationandbreakthroughofthecurrenteconomicdevelopmenttrend,andinjectavitalityintothenewindustrialfield.Byanalyzingthedevelopmentstatusofautomaticcarathomeandabroadandcomparingtheusefunctionofdomesticandforeigntrolley,thispaperdesignsthemechanicalstructurepartofthefeedingtrolleyaccordingtothedesignrequirementsofthetrolley.Theadvantagesofthisdesignare:hightransportefficiency,highsafetyperformanceandstrongadaptability.Keyword:AutomaticFeedVehicleWormdrive1緒論1.1全自動送料小車簡介全自動送料車就是一種自動化的貨物運輸設(shè)備，相比之前傳統(tǒng)的送料機操作功能更強大并且操作難度小，運用的領(lǐng)域也越發(fā)廣泛，是目前工業(yè)自動化發(fā)展不可或缺的產(chǎn)物之一。隨著工業(yè)對小車的要求越來越高，一些工人的高危作業(yè)或者達(dá)不到準(zhǔn)確控制要求的生產(chǎn)領(lǐng)域，依靠機器的自動化可以完成工人無法完成的工作。而裝卸和搬運是物流行業(yè)的基本步驟，在當(dāng)今整個物流系統(tǒng)中的使用頻率也越來越高。因此，在生產(chǎn)和運輸行業(yè)中起到了巨大的推動作用，也是未來工業(yè)往自動化發(fā)展的趨勢之一。1.2AGV小車的主要分類有軌小車又稱為（RGV），它可用于各種高密度，大規(guī)模儲存方式的倉庫，而且這種小車的軌道可以設(shè)計任意長，可以提高整個倉庫的存儲量，而且在使用時無需叉車駛?cè)胄〉?，在擁擠的倉庫中起到了安全作用。利用無需叉車在復(fù)雜的巷道中穿梭，有效的配合小車在巷道間的運行，可以大大地提高倉庫的運行效率。RGV小車的特點有：1）行走路線不易被改變，靈活度高。2）因為導(dǎo)軌的固定，運行平穩(wěn)，走停的位置比較準(zhǔn)確。3）加減速比較快，適合運輸多種工件。4）噪聲較大，容易影響工人自身安全以及身體狀況。無軌小車則可以承載貨品快速的到達(dá)指定位置，一般運用于工廠、物流等運輸業(yè)。它可以配備無軌導(dǎo)航并支持二次擴展的移動智能機器人平臺。AGV能夠自動識別倉庫，房間，樓梯等復(fù)雜環(huán)境的位置，不管環(huán)境如何變化都能夠自動分析制定合理的運輸路徑。在行進(jìn)過程中還能區(qū)分障礙物或行人的屬性進(jìn)行避讓。無軌小車的優(yōu)點主要有：1）運行路線多樣化，智能化。2）適應(yīng)性好，穩(wěn)定性高。3）安全性能高，高效性。1.3AGV小車設(shè)計意義全自動送料小車通常適用于某些工人作業(yè)的危險工作區(qū)域以及人工搬運難度較大的大型場所區(qū)域，在效率和安全性上甚至超過工人。為此，全自動送料小車在工廠搬運產(chǎn)品或者其他材料時，為工人的安全提供了保障，對于產(chǎn)品的生產(chǎn)也增添了一份可靠性，為工廠的生產(chǎn)搬運帶來了很大的便利和利潤，在一定程度上提高了工廠的總生產(chǎn)值。因為送料小車擁有其很多方面的優(yōu)勢，它在我國工業(yè)初期就得到了很好的使用，不斷的獲得業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可，也漸漸的融入我國工業(yè)的自動化生產(chǎn)中，推動了國家工業(yè)的發(fā)展，也為企業(yè)帶來了很大的經(jīng)濟效益。其實，全自動送料小車不僅僅在工廠有著較好的發(fā)展，在港口、航空、建筑和物流等其他領(lǐng)域也充當(dāng)著重要的角色，不斷的涉及其他領(lǐng)域，與多個領(lǐng)域形成互通，無論大小工程和變化莫測的環(huán)境都能夠得到穩(wěn)定應(yīng)用，擺脫了地理環(huán)境和高生產(chǎn)要求的約束，給每一份產(chǎn)業(yè)都帶來了一定的保障。因此，大力推動全自動送料小車的創(chuàng)新和發(fā)展，在促進(jìn)我國生產(chǎn)發(fā)展等諸多方面有著很深刻的意義。1.4AGV現(xiàn)狀和未來趨勢我國多數(shù)比較著名的大學(xué)，研究院和國有企業(yè)等對全自動送料小車的設(shè)計制造方面都落后于外國的研究并且開始時間較晚，從而導(dǎo)致全自動送料小車的發(fā)展在前期較為艱難。但經(jīng)過幾代科學(xué)家的努力，中國在七十年代就研發(fā)成功了第一臺自動送料小車，使用的是電磁導(dǎo)向和定點連線。到了八十年代，我國把更加便利的無線通信應(yīng)用到了送料小車上，北京郵政科學(xué)研究規(guī)劃院完成了此項跨越式的項目。之后，我國自動送料小車的發(fā)展步伐就進(jìn)一步加快、水平也有很大程度的提高。清華大學(xué)自行研發(fā)的“自由路徑自動導(dǎo)向送料小車”，這種小車的導(dǎo)向方式是自由軌跡，是送料小車高水平的標(biāo)志。之后，不斷的有企業(yè)和學(xué)校研發(fā)出更為先進(jìn)的送料小車，為我國送料小車的快速發(fā)展錦上添花。自動送料小車在控制方式和通信有著很大的變化。電磁、無線通信和光信號等新興技術(shù)很快的就應(yīng)用到了AGV上，瞬間得到發(fā)展。到了90年代，通過計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，使得應(yīng)用在自動送料小車上的控制技術(shù)得到了完善和充分應(yīng)用。加上計算機控制系統(tǒng)的作用，AGV在生產(chǎn)運輸?shù)姆€(wěn)定準(zhǔn)確性和安全可靠性得到了進(jìn)一步的保障。同時，許多研究全自動送料小車的研發(fā)企業(yè)也開始了單臺應(yīng)用的生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，進(jìn)一步的促進(jìn)了AGV的發(fā)展?？v觀國外在發(fā)展全自動送料小車發(fā)展模式的特點，在中國AGV發(fā)展模式的角度進(jìn)行分析。歐洲模式的主要特點有：用戶需要的系統(tǒng)和生產(chǎn)廠商所需的設(shè)計制造，技術(shù)資源都是由廠家自己完成的。這種模式是存在一定的缺陷的，因為AGV系統(tǒng)集成的成本過高，發(fā)展周期較長，在國內(nèi)的低價市場并不適用。日本模式的特點是AGV廠家一向追求高品質(zhì)的產(chǎn)品，有專門的工程方案公司進(jìn)行設(shè)計用戶所需的AGV系統(tǒng)。這種模式在中國也同樣適用，但是各個行業(yè)對于工業(yè)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，技術(shù)水平也不一致，這樣使得最終的設(shè)計方案的可行性和可靠性比較低。而反觀美國則是廠商一般不生產(chǎn)普通型的產(chǎn)品，多是由各個工程方案公司進(jìn)行大規(guī)模的采購，下一步進(jìn)行產(chǎn)品的二次研發(fā)和設(shè)計，制定配套的服務(wù)設(shè)備，最終完成產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)。而這種模式看起來是很有參考價值的，但是在中國以技術(shù)為核心的大國來說，集成商首先想到的是自己生產(chǎn)線的高大上，但是又不想承擔(dān)前期研發(fā)高成本所帶來的高風(fēng)險，很多企業(yè)也就是持觀望試試看的態(tài)度，本不想投入過高的成本進(jìn)行研發(fā)。正因為這樣使得許多數(shù)據(jù)信息不能實現(xiàn)互通，流程管理等等。在目前的中國短期內(nèi)不能起到太大作用。2小車結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1主要參數(shù)設(shè)計一臺全自動送料小車，要求按照指定的軌跡運行。其設(shè)計參數(shù)主要有：小車長度：寬度：高度：載重：行駛速度：2.2傳動方案的分析方案一：采用三輪布置結(jié)構(gòu)。全自動小車的轉(zhuǎn)彎是通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)進(jìn)行的，后輪的動力是通過兩半軸傳遞而來的。該方案結(jié)構(gòu)簡單，制作難度較小，成本也較低。方案一方案二：四輪分布結(jié)構(gòu)。后輪使用差速轉(zhuǎn)向的原理，萬向輪則為兩個前輪。要想驅(qū)動后輪則伺服電機必須經(jīng)過減速器，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的原理則是利用兩輪的速度不同。此方案使小車轉(zhuǎn)向靈活，傳動方式較合理。具體如下圖。圖2-2傳動方案二方案三：四輪獨立導(dǎo)向式。利用萬向輪為兩前輪的形式，而后輪采用獨立的驅(qū)動轉(zhuǎn)向。該方法轉(zhuǎn)向較為靈活，結(jié)構(gòu)也相對緊湊。分析比較；方案一會造成較大的傳動誤差，其主要原因是具有差速器和特定的轉(zhuǎn)向機構(gòu)。方案二的傳動誤差相比方案一較為小，但是由于設(shè)計成本過高，并不符合本次的設(shè)計要求。方案三的總體結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)性強，控制靈活，也是最為適合本次的畢業(yè)設(shè)計。2.3總體結(jié)構(gòu)計算查閱文獻(xiàn)并根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計要求，選用Q235作為小車整體結(jié)構(gòu)材料?？傻密圀w抗彎截面系數(shù)如下：總體厚度：式中（屈服極限）,b(寬度）表示最大彎矩3如何選擇電動機型號3.1電動機參數(shù)設(shè)小車初始速度為3米/秒，由公式算得轉(zhuǎn)速：3.2轉(zhuǎn)速的確定取大小為i=10作為減速比：3.3分析小車的受力情況（牛）取大小為670.32N為自重載荷為G（牛）式中代表小車長度（mm）；代表質(zhì)量(g)；代表密度(g/cm3)如坐標(biāo)圖所示，平衡方程可得：，，，后輪受力圖：M取大小為69.63N作為摩阻力偶矩取大小為278.52N作為牽引力3.4負(fù)荷力矩的計算取大小為83.1Nm作為負(fù)荷力矩，取大小為0.7為小車的傳動效率，取大小為1393N為重物重力（W），取大小為0.15N為摩擦系數(shù)，3.5負(fù)荷慣性大小的選擇取值為0.004766用來表示車輪的轉(zhuǎn)動慣量取值為0.000349用來表示蝸桿的轉(zhuǎn)動慣量；取值為0.000131用來表示蝸輪的轉(zhuǎn)動慣量；取值為0.0000604用來表示渦輪軸的轉(zhuǎn)動慣量。3.6確定電機根據(jù)設(shè)計參數(shù)要求，查表得知：3.6.1核算電機參數(shù)取0.2805用來表示電機轉(zhuǎn)子慣量。所以型號為MAXONF2260電機符合要求。3.6.2加速性能根據(jù)公式計算得出轉(zhuǎn)矩輸出取73牛每米，用作符號表示時間常數(shù)取19米每秒，用作符號表示加速時間取76米每秒，用作符號Ta表示計算如下：加速時間3.7聯(lián)軸器的選擇用字母d表示銷釘直徑可得：上表為45號鋼的具體參數(shù)由下式計算得出許用切應(yīng)力的大小為477.75兆帕；取大小為477.75兆帕作為許用切應(yīng)力，取長度為5毫米的銷釘直徑就滿足要求。4蝸桿傳動設(shè)計4.1類型的選擇選用漸開線型號的蝸桿；4.2材料的分析型號為灰鑄鐵作為蝸輪材料。4.3分析受力情況取大小0.7作為傳遞效率：受力分析；代入公式；F4.4基本參數(shù)取大小范圍在2米每秒和5米每秒之間的摩擦系數(shù)，用符號來表示。取0.04作為的值，，4.5設(shè)計中心距=9.45=45123.45Z=（Z=0.8根據(jù)蝸輪材料查表13.1Z=Z=1.10=2.6=263MPa≈79蝸輪轉(zhuǎn)矩的大小取45123.45，轉(zhuǎn)速系數(shù)的大小取值為0.8，彈性系數(shù)的取值大小為，壽命系數(shù)的大小取值為1.1，接觸系數(shù)的大小取值為2.6，接觸疲勞極限的取值大小為263兆帕；中心距的大小取值為79mm。4.6選擇基本的傳動尺寸=2.08所以=2。=20=8=a=0.40=40=22=48，蝸桿頭數(shù)的個數(shù)應(yīng)取2，蝸輪齒數(shù)個數(shù)取為20，模數(shù)大小取值為8毫米，蝸桿的分度圓直徑取值為160mm，蝸桿導(dǎo)程角設(shè)為22度，蝸輪的寬度取為48mm，圓周速度大小選擇為3.03米每秒，先對的滑動速度取值大小為3.2米每秒，最后當(dāng)量摩擦系數(shù)取值為0.021。4.7驗證齒面接觸疲勞強度[]==0.7=155.53MPa==152=92.42MPa許用和最大接觸應(yīng)力分別為155.5兆帕，92.43兆帕。許用應(yīng)力小于最大應(yīng)力所以滿足驗算。4.8驗證輪齒彎曲疲勞強度=82MPa[]齒根的彎曲疲勞強度極限值取115MPa；彎曲疲勞安全系數(shù)的最小值取1.4；計算出齒輪彎曲應(yīng)力的最大值小于許用彎曲疲勞應(yīng)力的82MPa就滿足該蝸桿的要求。4.9驗證蝸桿軸撓度[=0.032mm==0.001軸慣性距的大小應(yīng)取值為，允許的蝸桿撓度的大小取值為0.032mm,蝸桿軸的撓度大小取為0.001，就滿足撓度的驗算。4.10.選定精度等級公差的確定在GB/T10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇6級精度，是充分考慮了本次小車設(shè)計的類型屬于精密傳動。4.11熱平衡核算蝸輪-蝸桿的傳動方式是屬于開式傳動，不用計算。5軸的設(shè)計5.1前輪軸的設(shè)計前輪軸結(jié)構(gòu)圖如下：5.1.1求作用在軸上的力5.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1）方案的選擇從左到右的順序，分別安裝左右輪輻板、再擰上螺母和套筒之后再安裝軸承，最后完成彈性擋圈的安裝。(1)初步選擇滾動軸承。初步選定型號為6214的單列的深溝球軸承。軸向定位的方法用右端的滾動軸承的軸肩。(2)取大小為90mm直徑的軸段為5的左右輪輻進(jìn)行安裝；定位的方式采用左端的軸肩，夾緊右端的輪輻要用螺母進(jìn)行鎖緊。125mm寬度大小的輪輻，左右端的輪輻要為了壓緊可以靠著地面，則取。(3)由于左右輪輻結(jié)合面基本對稱可任意選擇尺寸，選擇的各段直徑和長度如圖。B894.1-8550，其尺寸為,故,,。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。對中性的保證需要軸與輪輻的相互作用，選用H7/n6來配合軸與左右輪輻。取大小為j7軸徑作為尺寸。4）圓角，倒角的尺寸選擇取角度為1×45°作為軸端倒角，取大小R1為半徑的軸肩。5.1.3.求軸上的載荷算出載荷的大小并且作出簡圖，如下：載荷分析圖5.1.4.按彎曲應(yīng)力校核軸的強度由于承受的彎矩強度最大：。式（2.47）在C處的抗彎截面系數(shù)為：截面C具有最大負(fù)彎矩，取大小為1.03MPa作為抗彎截面的系數(shù)，就滿足強度的要求。5.2后輪軸的設(shè)計轉(zhuǎn)軸是后輪軸作用出的類型。如圖：5.2.1求后輪軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩取大小為0.7作為蝸輪傳動效率5.2.2作用在蝸輪上的力5.2.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1)方案的選用選用從左到右的順序，開始從蝸輪，套筒再到深溝球軸承，最后安裝彈性擋圈。再選用從右到左的順序進(jìn)行右軸承，軸蓋，右端的軸輻，最后安裝右軸端蓋。2)各軸的長度直徑需要采用軸向定位的方法確定。(1根據(jù)作用在軸承上的軸向力，徑向力的大小選擇軸承型號為單列的深溝球軸承。軸向定位時選擇右端軸肩。(2)選標(biāo)準(zhǔn)件型號GB894.1-8650的彈性擋圈。(3)取直徑為75mm的軸段Ⅵ進(jìn)行安裝。取大小為125mm作為輪輻寬度。取大小為122mm是為了軸端和輪輻能夠壓緊。結(jié)構(gòu)特征作為選擇其他尺寸的衡量標(biāo)準(zhǔn)。4)取角度為1×45°的軸端倒角，取半徑大小為R1作為軸肩圓角。5.2.4求軸上的載荷1)取大小為288.1牛的A,B支反力三個集中力作用的截面上的彎矩分別為：彎矩受到三個力的作用分別為17574.1N，0,0。2)列出平衡方程：，，簡化段中左邊的截面外力：其中簡化段中左邊的截面外力：其中簡化段中右邊的截面外力：其中總彎矩M作用在截面ABCD上的大小為：5.2.5按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度扭矩和彎矩在截面上的強度校核，取大小為0.6的折合系數(shù)取大小60MPa為彎曲應(yīng)力，取大小為70128立方毫米作為截面系數(shù)，型號45號鋼為軸材料，又因為彎曲應(yīng)力大于扭矩應(yīng)力就符合要求。5.3滾動軸承選擇計算5.4前輪軸上的軸承取大小為696.29N作為徑向力，取大小為0的軸向力；再取大小為114轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速，取值大于12000h的壽命。型號為6214作為軸承。（1）大小為3631.2N動載荷且小于型號為6214軸承，就滿足條件。（2）用大小為696.29N的靜載荷大于C0,也滿足條件。5.5蝸桿軸上的軸承要求壽命，轉(zhuǎn)速，軸承的徑向載荷，作用在軸上的軸向載荷。取大小為576.29N作為軸向載荷，取大小為104.875作為徑向載荷；取大小為1450轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速，取值大于12000h的壽命。型號為2207作為軸承。受力圖如下：，，，取大小為1021.643N作為動載荷，，大小為8396N的C1和1034N的C2小于C，就滿足要求。2）取大小為104.875N的靜載荷小于C0，也就滿足條件3），，，，取大小4250轉(zhuǎn)每分鐘作為的轉(zhuǎn)速，大小8500轉(zhuǎn)每分鐘作為的轉(zhuǎn)速兩者的轉(zhuǎn)速皆大于n，就滿足要求。5.6后輪上的軸承型號6218作為后輪軸承：1），取大小為25785.5N的動載荷，且大于型號6218軸承的動載荷，就滿足條件。2）