AGV自动导引小车结构系统全设计

1、某理工职业学院毕业设计（论文）设计（论文）题目：AGV自动导引小车某:夏杰学号:029409300156院部：工程技术学院专业:机电一体化年级：09级指导教师：摘要AGV 即自动导引小车， 它集声、 光、 电、 计算机技术于一体， 综合了当今科技领域先 进 的理论和应用技术。 广泛应用在柔性制造系统和自动化工厂中， 具有运输效率高、 节能、 工 作可靠、 能实现柔性运输等许多优点， 极大的提高生产自动化程度和生产效率。 属于移 动式 机器人的一个分支。它最早是在美国发展起来的，在国外己经有几十年的历史了。因 止匕， AGV 被广泛应用在仓储业、邮局、图书馆、港口码头、机场以及危险场所和特种作业

2、 的场 合。 AGV 是一种非常有发展前途的物流输送设备，尤其在柔性制造系统（ FMS ）中被认 为 是最有效的物料运输设备。本文在分析研究国内外AGV 现状与发展的基础上， 设计了两后轮独立驱动的自动导 引小车，其主要工作内容包括：小车机械传动设计、直流伺服电机的选择、 AT89C51 单片 机 控制系统硬件电路、 运动学分析、 控制系统软件设计及圆弧插补程序。 所设计的小车能 够实 现自主运行、 运动轨迹 （圆弧、 直线） 的控制等功能， 达到了沿着设定的路线行驶。 关键词： 自动导引小车，单片机控制，设计， PWM 技术II / 49AbstractThe AGV namely Auto

3、matic Guided Vehicle, it collect sound, the light, the electucity, the puter teclmologv in a body, and synthesizes the teclmical domain advanced tlieoiy and the application teclmology. It widespread applied in the flexible manufactuimg system and the factory automation, and has the merits ofliigliti

4、anspoftation efficiency, the energy conseivation. the work reliable, the flexible transpoitation. It enonnously eiilianced pioduction automaticitv and pioduction efficiency.Based on the analysis of the domestic and foreign AGV piesent situation and its development foundation, AGV with two wheel inde

5、pendent drive is designed. The content of the paper includes: design of mechamcal stmctuie and diive of the cai; the choice of direct cunent servo motor, the hardware electiic circuit of AT89C51 contiol system, the kuiematic analysis, the software design of control system and the proceduie of mteipo

6、lation the cucular arc. The designed cai can realize the fimctions of mdependent movement, the path (circular arc, straight line) control and so on, and has achieved to travel along the hypothesis route.Keyword: Automatic Guided Vehicle, singlechip putei contiob Design , PWM3 / 49第一章绪论11.1 AGV 自动导引小

7、车简介11.2 AGV 自动导引小车的分类21.3 AGV 系统组成 31.4 自动引导小车结构设计41.5 国内外研究现状及发展趋势5第二章机械部分设计2. 1 设计任务 73. 2 确定机械传动方案 74. 3 直流伺服电动机的选择 85. 4 联轴器的设计106. 5 蜗杆传动设计117. 6 轴的设计 148. 6. 1 前轮轴的设计149. 6. 2 后轮轴的设计166 / 492. 7. 1 前轮轴上的轴承202.7.2 蜗杆轴上的轴承212. 7. 3 后轮轴上的轴承23第三章控制系统的设计252.1 控制系统总体方案 252.2 鉴向 252.3 计数的扩展262.4 中断的扩

8、展272.5 数摸转换器的选择 293. 6 电机驱动芯片选择 303. 7 运动学分析 343. 7. 1 运动学方程343. 7. 2 转弯半径 343.8 控制软件的设计35结论与展望 41致谢 437 / 49参考文献 ( REFERENCES) 428 / 49第一章绪论1.1 AGV 自动导引小车简介AGV (Automatic Guided Vehicle), 即自动导引车, 是一种物料搬运设备, 是 能在一位置自动进行货物的装载，自动行走到另一位置，自动完成货物的卸载的 全 自动运输装置。 AGV 是以电池为动力源的一种自动操纵的工业车辆。 装卸搬运 是 物流的功能要素之一，

9、在物流系统中发生的频率很高， 占据物流费用的重要部 分。 因此，运输工具得到了很大的发展，其中 AGV 的使用场合最广泛，发展十分迅速。自动导引车( automatic guided vehicle, AGV), 是一种集声、光、电、计 算机为一体的简易移动机器人。在结构上有类似于有人驾驶车，只不过它的行驶是在车载微电脑的控制下完成的。主要应用于柔性加工系统、柔性装配系统 ( 以 AGV 作 为活动装配平台 ) 、自动化立体仓库以及其他一些行业作为搬运设备。最早的自动搬运车是1913年福特汽车公司用在底盘装配上，代替了原来的输送机，使原装配时的 12 小时 28 分缩短了 1 小时 33 分。

10、 1956年英国人组成了以电 磁 感应导向的简易 AGVS, 从此 60 年代传到了美国。 1959年日本也从这时开始引进 AGVS 技术。 60 年代 AGVS 从自动化仓库进入到柔性加工系统 (FMS)。 70 年代 AGV 作为 生产组成部分而进入了生产系统，从而使 AGV 得到了迅速发展。特别 在汽车制造业得到广泛应用。我国是从 1976 年起重机械研究所研制出第一台 ADB 型 AGV ；邮电部邮政科学 技术研究所为某新火车站邮政枢纽、 某军区仓库研究试制的 WZC 及 WZC 1 两种 AGV, 1991 年也投入了运行；中科院某自动化研究所1993年 4月在新技术展览会上 介绍了

11、自行研制的 SIA7-AGV 一 1 型载重 300公斤的自主导引小车，在 某某厂试用； 1992 年某理工学院研制的带电缆光导 AGV 。我国某省曾委托 ADLITTLE 咨询公司编 制 “ 2000年新兴工业规划”，把开发研制AGVS 列为第一类出口导向型优先发展的 自动化产业。 2000 年世界自动化产业需求量为 700 亿美 元，某达到 36 亿美元。最早期的 AGV 是铺轨式的， 车体在预设的铁轨上行驶， 利用通信设备控制它的行驶或停止， 并没有涉及到传感器。 随着传感器技术的飞速发展， 各种各样的 传 感器被使用在AGV 中， AGV 利用传感器感知周围事物的信息，控制机车的运动

12、,9 / 49从而实现真正意义上的自动导引。1.2 AGV自动导引小车的分类自动导弓I小与分为有轨和无轨两种 所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。地面有轨小结构牢固，承载力大，造价低廉，技术成熟，可靠性好，定位精度高。地面有轨小车多采用直 线 或环线双向运行,广泛应用于中小规/II的箱体类工件FMS中。高架有轨小车（空间导轨）相对于地面有轨小车，车间利用率高，结构紧凑，速度高，有利于把人 和 输送装置的活动X围分开，安全性好，但承载力小。高架有轨小车较多地用于回转体工件或刀具的输送，以及有人工介人的工件安装和产品装配的输送系统中。有轨小车由于需要机械式导轨，其系统的变更性、扩展性和灵活性

13、不够理想。有轨小如图所示。无轨小是一种利用微机控制的，能按照一定的程序自动沿规定的弓I导路径行驶，并具有停选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送小有轨 小如图所示。式。有径引导方式是指在地面上铺设导线、磁带或反光带制定小车的路径，小车通过电磁信号或光信号检测出自己的所在位置，通过自动修正而保证沿指定路 径行驶,无径引导自主导向方式中，地图导向方式是在无轨小车的计算机中预存距离表(地图)，通过与测距法所得的方位信息比较，小车自动算出从某一参考点出发到目的点的行驶方向。这种引导方式非常灵活，但精度低。1.3 AGV系统组成现今的AGV基本上由导向模块、行走模块、导向传感器、微处理器、通讯装

14、置、移载装置和蓄电池等构成，如图1所示。其中，微处理器是车的控制核心部 分， 它把车的各个部分有机地联系在一起，它不仅控制整个车的运行，而且，还 通过通 讯系统接收地面管理站传来的各种指令，并不断地把车的所处位置、运行状况等信息返回给地面站。通讯装置根据车的通讯方式不同可以是：红外通讯、感应通讯、无线电通讯等。移载方式有手动和自动 2种，根据需要可以配置货义、升降平台、规子输送机、外伸形货义、机械手等设备。一定数量的AGV在地面设 施的支持下，按工序完成一定的物料输送任务就构成AGV系统。目前各大高校教学演示、自动化车间及物流配送业的用户对我们的AGV产品反应良好！该产品也广泛应用的行业还包括

15、烟草、汽车制造、家电、金融系统等多个领域。AGV的上市，标志着科技突飞猛进的大中华，让现代化工业城市乂向前迈 进了一大步，也将是现代化工业企业自动化发展的必然趋势(1)较高的柔性只要改变一下导向程序，就可以很容易地改变、修正和扩充 AGV的移动 路线。如果改变固定的传送带运输线或有轨小车的轨道，相比之下改造的工作量 要 大得多。(2)实时监视和控制由于控制计算机实时地对 AGV进行监视，如果FMS控制系统根据某种需 要，要求改变进度表或作业计划，则可很方便地重新安排小车路线。此外，还可 以 为紧急需要服务，向计算机报告负载的失效、零件错放等事故。如果采用的是无线电控制，可以实现 AGV和计算机

16、之间的双向通讯。不管小车在何处或处于何种状态，运动或者静止，计算机都可以用调频法通过它的发送器向任一特定的小车发出命令，且只有响应的那一台小车才能读到这个命令，并根据命令完成某一地点到另一地点的移动、停车装料、卸料、再充电等一系列的动作。另一方面小车向能向计算机发出信号，报告小车的状态、小车故障、蓄电池状态等(3)安全可靠。AGV能以低速运行，一般在 10? 70 m / minXffl内操作。通常AGV有微处理器 控 制，能同本区的控制器通讯，可以防止相互之间的碰撞。有的 AGV上面还安装了定位精度传感器或定中心装置，可保证定位精度达到曲0 mm,精确定位的AGV其 定位精度可达到曲0 mm

17、,从而避免了在装卸站或在运动过程中小车与小车之 间发生 碰撞，以及工件卡死的现象。装卸搬运是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高，占据物流费 用的重要部分。AGV的显著特点是无人驾驶，AGV上装备有自动导向系统，可以 保障系统在不需要人工引航的情况下就能够沿预定的路线自动行驶，将货物或物 料自动从起始点运送到目的地。AGV的另一个特点是柔性好，自动化程度高和智能化水平高，AGV的行驶路径可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵 活改变，并且运行路径改变的费用与传统的输送带和刚性的传送线相比非常低廉。AGV一般配备有装卸机构，可以与其他物流设备自动接口，实现货物和物料 装卸 与搬运

18、全过程自动化。此外，AGV还具有清洁生产的特点，AGV依靠自带的蓄 电 池提供动力，运行过程中无噪声、无污染，可以应用在许多要求工作环境清洁 的场 所。表3-1 AGV的类型和应用AGV的类型AGV的应用1.电磁感应弓1导式AGV1.仓储业2.激光弓I导式AGV2.制诰业3.视觉弓1导式AGV3.邮局、图书馆、港口码头4.铁磁陀螺惯性引导式AGV4.烟草、医药、食品、化工5.光学弓1导式AGV5.危险场所和特种行业4自动引导小车结构设计AGV自动导引小车的引导原理是根据自动导引小车行走的轨迹进行编程， 数 字编码器检测出的电压信号判断其与预先编程的轨迹的位置偏差，控制器根据 位 置偏差调整电机

19、转速对偏差进行纠正，从而使自动导引小午沿预先编程的轨迹 行 走。因此AGV自动导引小车行走过程中，需不断地根据输入的位置偏差信号 调整 电机转速，对系统进行实时控制。小车采用两后轮独立驱动差速转向，两前轮为万向轮的四轮结构形式。步进 电机经减速器后通过驱动轮提供驱动力，当两轮运动速度不同时就可以实现差 速 转向。(1)车体包括底盘、车架、壳体和控制室和相应的机械电气结构如减速箱、电机、 车轮等所组成，是AGV的基础部分。具有电动车辆的结构特征和无人驾驶自动作 业的特殊要求。车架常用钢构件焊接而成，重心越低越有利于抗倾翻。板上常安 置移载装置、电控系统、按键、显示屏等。(2)车架车架是整个AGV

20、小车的机体部分，主要用于安装轮子、光感应器、伺服电机和减速器。车架上面安装伺服电机驱动器、PCD板和电瓶。对于车架的设 计，要有足够的强度和硬度要求，故车架材料选用铸造铝合金，牌号为 6061。其中 6061质量比较轻，焊接性好。(3)车轮车轮采用实心橡胶轮胎。车体后面两主动轮为固定式驱动轮， 与轮毂式电机相 连， 前面两个随动轮为旋转式随动轮，起支承和平衡小车的作用。(4)载荷传送装置AGV的载荷传送装置为一平板，其作用为运输箱体类零件到指定工位 要用来装载箱体类零件，运送物料等.(5)驱动装置驱动AGV运行并具有速度控制和制动能力的子系统。主要包括电机、减速器、 驱动器、控制与驱动电路等。

21、驱动系统一般为闭环方式与开环方式，前者以伺服 直 流电机为主，后者以步进电机为主。（ 6 ） 动 力系统蓄电池是目前AGV使用的唯一电源。用来驱动车体、车上附属装置，如控 制、 通讯、安全等。AGV 周边设施使用一般工业电力， 根据用途而有不同要求。 如充电间频率发 生 器、自动门、计算机室、通讯装置以及工作环境所需装置的动力等。根据车型、 运 行及载荷量而采用不同功率的蓄电他， 一般都是蓄电池组合体。常用直流电压 为12 伏、 24伏、 48伏及 72伏。1 ? 5 国内外研究现状及发展趋势AGV 是伴随着柔性加工系统、 柔性装配系统、 计算机集成制造系统、 自动化 立 体仓库而产生并发展起

22、来的。日本人认为1981年是柔性加工系统元年，这样计算AGV 大规模应用的历史也只有 15 至 20 年。但是，其发展速度是非常快的。 1981 年美国通用公司开始使用 AGV, 1985 年 AGV 保有量 500 台， 1987年 AGV 保 有量 3000 台。资料表明欧洲 40%的 AGV 用于汽车工业，日本15%的 AGV 用于汽车 工业，也就是说AGV 在其他行业也有广泛的应用。目前国内总体看AGV 的应用刚刚开始，相当于国外80 年代初的水平。但从应用的行业分析，分布面非常广阔，有汽车工业，飞机制造业，家用电器行业，烟草行业，机械加工，仓库，邮电部门等。这说明AGV有一个潜在的广

23、阔市场。AGV 从技术的发展看， 主要是从国家线路向可调整线路； 从简单车载单元控 制向复杂系统计算机控制；从原始的段点定期通讯到先进的实时通讯等方向发 展；从落后的现场控制到先进的远程图形监控；从领域的发展看，主要是从较为 集中的机械制造、加工、装配生产线向广泛的各行业自动化生产，物料搬运，物 品仓储，商 品配送等行业发展。第二章机械部分设计10 / 492 . 1设计任务设计一台自动导弓I小 AGV,可以在水平面上按照预先设定的轨迹行驶。本设计采用AT89C51单片机作为控制系统来控制小车的行驶，从而实现小车的 左、 右转弯，直走，倒退，停止功能。其设计参数如下：自动导弓I小的长度：500

24、nmi自动导引小车的宽度：300mm自动导弓I小车的行驶速度：lOOmm/s3 . 2确定机械传动方案方案一：采用三轮布置结构。直流伺服电动机经过减速器和差速器，通过两 半轴将动力传递到两后轮。自动导引小车的转向由转向机构驱动前面的一个万向 轮转向。传动系统如图2-1所示。12 / 49图2-1传动方案一方案二：采用四轮布置结构。自动导弓I小采用两后轮独立驱动差速转向 两前轮为万向轮的四轮结构形式。直流伺服电动机经过减速器后直接驱动后轮当两轮运动速度不同时，就可以实现差速转向传动系统如图2-2所示 不图2-2传动方案二 四轮结构与三轮结构相比较有较大的负载能力和较好的平稳性。方案一有差速器和转

25、向机构，故机械传动误差大。方案二采用两套蜗轮-蜗杆减速器及直流伺服电动机，成本相对于方案一较高，但它的传动误差小，并且转向灵活。因 此，采用方案二作为本课题的设计方案。4 .3直流伺服电动机的选择伺服电动机的主要参数是功率(KW)o但是，选择伺服电动机并不按功率,而 是更根据下列三个指标选择。运动参数：AGV行走的速度为 OOnmi/s,则轮的转速为lOOOv =1000x6 ? 22.75 mm (2-1)”一浦3.14x140电机的转速选择蜗轮-蜗杆的减速比1=62n 电=加=62*22.75 = 1410.5 min (2-2)自动导弓I小冬的受力分析:图2-3乍轮受力简图小乍车架自重为

26、 P P = pabhg = 2.85x 105x0.5x03x0.032x9.81342V (2-3)小的载荷为 G G = 35x9.8 = 343N (2-4)取坐标系OXYZ如图2-3所示，列出平衡方程由于两前轮及两后轮关于Y轴对称，则Fa= Fb, Fc = Ft工心=0,2Fa + 2Fc-P-G = 0(2-5)X M x = 0,0.075G 0.17P + 2 x 0.3 x 件=0 (2-6)解得 Fa = Fp = 157.66N Fc = F d = 80.84W两驱动后轮的受力情况如图2-4所示：滚动摩阻力偶矩M,的大小介于零与最大值之间，即(2-7)口勺分=bF =

27、 0.006x157.66 = 0.946N? m (2-8)其中6滚动摩阻系数，查表 5-2，6=2? 10,取o=6mm牵弓I力F为警八需七5N (2-9)22-4后轮受力图2? 5摩擦系数口牵引力F N滚子直径D nun传递效率ij1)求换算到电机轴上的负荷力矩(7;)重物的重力W N传动装置减速比1/GL /(W2 A 竺2 G 1000(2-10)13.5 + 0.15x157.66 14019.8= XXX -0.7262 1000=0.58777-取 =0?7, W =157.66 N , =0.152)求换算到电机轴上的负荷惯性(人)/(2-11)JL=+2+3 寸(人 + J

28、 3+I Z人)=0.0000349 + (右(0.004766+0.000131 + 0.0000604)=0.000036189八 m2其中人为车轮的转动惯量；A为蜗杆的转动惯量；人为蜗轮的转动惯量；儿为蜗轮轴的转动惯量。3)电机的选定根据额定转矩和惯量匹配条件，选择直流伺服电动机。电机型号及参数：MAXON F2260 060nmi石墨电刷80W 几=1290 如匹配条件为兀=361.八gcm20.25A 季 vl (2-12)36 2Q 即 0.25 0.25 0.2805 11290惯量 J J = Jm + Jl = 1290 + 361.89 = 1651.89八C/K2 (2-

29、13)其中儿 为伺服电动机转子惯量故电机满足要求。4)快移时的加速性能最大空载加速转矩发生在自动导引小车携带工件，从静止以阶跃指令加速到伺服电机最高转速心ax时。这个最大空载加速转矩就是伺服电动机的最大输出转=刀=/必2 = 1651.89x 2x3,14x4000 =0.91N(2-14)6060x0.076加速时间 Ta = 4TM =4X0.019 = 0.0765(245)其中机械时间常数TM=19ms2? 4联轴器的设计由于电动机轴直径为8mm,并且输出轴削平了一部分与蜗杆轴联接部分轴 径为12mm,故其结构设计如图2-6所示。d =8KT皿Z7(2-16)销钉材料选用45钢。查表5

30、-2优质碳素结构钢(GB 699-88)= 17%45调质200nun 1.53xl? 265x23508x 23 x 0.9773 = 34.37W62x48由表11-2 M得中心距 a=50nim 模数 m=1.25nun 分度圆直径 / = 22.4/w/n nfd = 35 ？/ 沪蜗杆头数勺=1直径系数17.92分度圆导程角y=3o1138蜗轮齿数$ = 62变位系数兀=+0.045 ?蜗杆与蜗轮的主要参数与儿何尺寸1）蜗杆轴向齿距PaR=3.14x1.25 = 3? 925 升（2-26） 齿顶圆直径 九二/ + 2ham = 22.4 + 2x1x1.25 = 249 讪(2-2

31、7)齿根圆直径c/八二 - 2 (hcftn + c) = 22.4-2x(1x1.254- 0.25 xl.25) = l 9.275/wn(2-28)蜗杆轴向齿厚=；Z7Z7 = X 3? 14 X1? 25 = 1? 9625 力口 (2-29) 2 22)蜗轮传动比f =八-=62 (2-30)? 1蜗轮分度圆直径心 =mz2 =1.25x62 = 77.5/w/w(2-31)蜗轮喉圆直径da2 = d2 4- ImAha +x2) = 77.5 + 2x1.25x(1+0.04) = 80.lmm(2-32)蜗轮齿根圆直径df2 =d2-2m(ha -x2+?) = 77.5-2x1

32、.25x(1-0.04 + 0.25)= 74.475 m (2-33)蜗轮咽喉母圆半径 =a -1= 50 - - x 80.1 = 9.95/wz? (2-34)26 .精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的自动导弓I小属于精密传动，从 GB/T 10089-1988圆柱蜗杆、 蜗轮精度中选择6级精度，侧隙种类为7 .热平衡核算由于该蜗轮蜗杆传动是开式传动，蜗轮蜗杆产生的热传递到空气中，故无须 热平衡计算。2. 6轴的设计3. 6. 1前轮轴的设计前轮轴只承受弯矩而不承受扭矩,故属于心轴o图2-8前轮轴结构1 .求作用在轴上的力自动导弓I小的前轮受力，受力如图2-9a）所示。F =

33、F c5=尸二，巧.= x 80.84 = 40.42c 2。22 .轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案装配方案是：左轮辐板、右轮辐板、螺母、套筒、滚动轴承、轴用弹性挡圈 依次从轴的右端向左安装，左端只安装滚动轴承和轴用弹性挡圈。这样就对各轴 段的粗细顺序作了初步安排。2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）初步选择滚动轴承。自动导弓I小前轮轴只受弯矩的作用，主要承受径同力而轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。由轴承产品目录中初步选取单列深沟球轴承 6004，其尺寸为 dxDxT=20nunx42iniiix 12111m，故 J, = dw = Jix = 20/nw?。右端滚动

34、轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6004型轴承的定位轴 肩高度11=2.5imn,因此取 = 25nun。(2)取安装左、右轮辐处的轴段 VI的直径血=30；轮辐的左端采用轴肩定 位，右端用螺母夹紧轮辐。己知轮辐的宽度为34mm,为了使螺母端面可靠地压紧左右轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取。左右轮辐的左段采用轴肩定位，轴肩高度 A0.076/,取h=3mm,则轴环处的直径dv=36mm。轴环宽度b1.4h,取/ 丫 =5 o(3)轴用弹性挡圈为标准件。选用型号为GB 894.1-86 20,其尺寸为dQ =20mm ,故dn = dy, h = J = 1.1mm ,/ 川=13 1

35、.1 = 119 ”？。其余尺寸根据前轮轴上关于左右轮辐结合面基本对称可任意确定尺寸，确定了 轴上的各段直径和长度如图 2-8所示。3)轴上零件的周向定位左右轮辐与轴的周向定位采用平键联接。按dVI由手册查得平键截面bxh=8mmx 7nun(GB/T 1095-1979)，键槽用键槽铳刀加工，长为 28mm(标准键长见 GB/T 1096- 1979),同时为了保证左右轮辐与轴配合有良好的对中性，故选择左右轮辐与轴的 配合为H7/n6o滚动轴承与轴的周向定位是借过度配合来保证的，此处选轴的直径 尺寸公差为J7。4)确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为1x45,各轴肩处的圆角半径为R1o3 .求

36、轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。根据轴的计算简图作出轴的弯矩 图。kfJLI_LMc = 一坊 A =40.42 x 39 = 1576.38N ? mm4?按弯曲应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的截面强度。最大负弯矩在截面C 上，Mc =-1576.38N力口对截面c进行强度校核，由公式CT , = 一 (T J(2-35)“Y LT由表15-1得，45钢调质b_J = 60MR/由表15H得,=228&84 WF (2-36)册_ 3.14x30, 8x4)30-4)2322d-322x3029 /491576.38 2 =O?2288.84689MPa

37、0_J因此该轴满足强度要求，故安全2. 6.2后轮轴的设计后轮轴在工作中既承受弯矩乂承受扭矩，故属于转图2-10后轮轴结构1?求后轮轴上的功率巴、转速公和转矩 7;取蜗轮-蜗杆传动的效率=0.7,则P2 = P/ = 0.08 x 0.7 = 0.056KW(2-37)n2 = n = 22.75 /-/nun T2 = 23508N ?imn2 .作用在蜗轮上的力Ftl = 1263.8N Fa2 = 65.222V Frl = 4607V3 .初步确定轴的最小直径45钢，调质处理先按式(15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为根据表15-3，4= 4=115,于是得(2-38)后轮轴的

38、最小直径是安装轮辐处轴的直径血。由于轮辐与轴采用键联结血=26mm。4 .轴的结构设计1)拟定轴上零件的装配方案装配方案是：蜗轮、套筒、深沟球轴承、轴用弹性挡圈依次从轴的左端向右 安装；右端安装深沟球轴承、透盖、内轮辐、轴端挡圈从右端向左安装。2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(1) 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单 列深沟球轴承。单列深沟球轴承6206，其尺寸为dxDxT=30mmx62mmxl6mm,故 d、= dm = = 30mm 。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6206型轴承的定位轴肩高度h=3mm,因此,取如=36mm。 轴用

39、弹性挡圈为标准件。选用型号为GB 894.1-86 30,其尺寸为d0 = 30mm ,故 du = 28.6/ww , =1.1 mm。(3)取安装轮辐处的轴段 VI的直径亿=26叽 轮辐的宽度为27nmi，为了使轴端挡圈可靠地压紧轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取 5 = 2&叽其余尺寸根据零件的结构可任意选取。确定了轴上的各段直径和长度如图2-10所示。3)轴上零件的周向定位蜗轮与轴的周向定位采用平键联接。按血由手册查得平键截面bxh=8nunx7mm,键槽长为25mim轮辐与轴的配合为H8/117。4)确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为1x45。，各轴肩处的圆角半径为 R1。5 .求

40、轴上的载荷后轮轴上的受力分析2-lla)oL1 =L2=2 7 ? 5nun L3=41 mill1)在水平面上后轮轴的受力简图为2-llb)oMr.2D图2? 11后轮轴的载荷分析图2)在垂直面上后轮轴的受力简图2-llc)o由静力平衡方程求出支座A、B的支反力由静力平衡方程求出支座 A、B的支反力T20 /49三个集中力作用的截面上的弯矩分别为Mhd = Fv/i ? L1 = 631.9x27.5 = 17377.257V ? mm7严卷厂扣严1263.8 = 631.9N:nrniTp 口 TirTrcn ,尸=F = 65. 22N Ma =空=&X = 2527. 275N ? M

41、m 2 2工/ = 0,-匚？ 4 - Ma + Fg ? 2 A + F ? (24 + 4) = 0(2-40)(2-39)34 /49b =址一？化+4)=x460 x 27. 5 + 2527. 275 - 157. 66 x(2 x 27. 5 +2 x 27. 5 1-41)=0. 726; V工？ = 0,尸加+尸听+尸-匚=0(2-41)=460 - 157. 66 - 0. 762=301. 578Ar在五段中，将截面左边外力向截面简化，得M (xj =尸？X、= 301. 578 耳 0V属27. 5(2-42)在亦段中，同样将截面左边外力向截面简化，得M (毛尸 Fg(2

42、7. 5 + 也)Fr2x2 + 八0X227. 5 (2-43)=301. 578 x 27. 5 + 301. 578 血-460 兀 + 2527. 275= 10820. 67 - 158. 422/ 在反段中，同样将截面右边外力向截面简化，得M (八)=F ? x? = 157. 66 死 0VA*3 2500/?,转速力=型出=-%1/1V11A 车=28. 96 r/min，轴7td 3. I4 x II0承的径向力耳=40.42N,轴向力巧=0。1 .由上述条件试选轴承试选6004型轴承,查表16-2： 1Cr = 9. 38 尢 V CQr = 5. 02 上 V 力缶=15

43、000 r/min2 .按额定动载荷计算由式Q = F#窖(2-48)对球轴承0=3,P = fp(XF+YF) =切耳(2-49)查表13-6自动导弓|小车耳=1.2代入得 p = 1. 2 X 40. 42 = 48. 504.VC = 48. 504 x 360 x 28. 96 x 250016=79. 14N S/ = 2 x 40. 42 = 80. 84;V 满足要求。2. 7. 2蜗杆轴上的轴承要求寿命 2500力，转速刀=1410. 5 r/min，轴承的径向载荷F讥=110. 4Ar,作用在轴上的轴向载荷巧 =606.66。1.由上述条件试选轴承选30203型轴承，查表5-

44、24： 5：C = 19. SAV CQ = 13, 2A1V 门心=9000 r/min脂润滑)e = 0. 35图2-12蜗杆轴上的轴承受力2.按额定动载荷计算=32. 47Ar(2-52)? + F = 32. 47 + 606. 66 = 639. 13Ar q行=5? + 打=639. 13Ar9=S2 = 32. 47N查表 15-1215 弓=1.2639,13 = 5. 789 e = o. 35, x = 0. 4 , Y = 1.7110.4 =1? 2 x （O. 4 x 110. 4 + 1. 7 x 606. 66） = 1290. 58;VF 3? 47q=一 =0

45、. 294x 110.4 = 132. 48/V10Tx 学叵x 1410. 5 x 2500 = 6 们站106x 1410. 5 x 2500 =6602VIO6_L w1.8垃.=5. 78972打供XqFh += 0. 5 x 110. 4 + 1 x 606. 66 =661. 86: V仝=0. 294 2500/z，转速力=22. 75 r/min，轴承A的径向载荷 F注力 尸二 十 尸二=/631. 9按额定动载荷计算 + 301. 5782 = 700;V ;轴承 B 的径向载荷 7 = J磴 2 + F M =A631. 92 + 0. 7622 = 631. 9.V:轴向载荷为巧=65. 22N。由于轴承A承受的载荷大 于轴承B的载荷，故只需对轴承 A进行校核。1 .由上述给定条件试选轴承试选6206型轴承,查表15-19玄C = 14. 91AV C = 10. O1AV n. = 9500 r/min (脂润滑) 0Um*对球轴承 = 3, P = fAXFr+YFa)t160nL由式C =尸：V io6由空=色兰=0 0065 查表 15_19 e = 0. 19, K = 2. 3 Cq 10010由二60八22 = 0 093 V & = 0. 19 查表 15-19 P = F Fr 700查表15-12自动导弓I小