全自动送料小车设计和实现 机械制造专业

摘要291411绪论 1303641.1全自动送料小车简介 1280661.2AGV小车的主要分类 119691.3AGV小车设计意义 1201101.4AGV现状和未来趋势 2172872小车结构设计 3117392.1主要参数 3249192.2传动方案的分析 3176472.3总体结构计算 4244973如何选择电动机型号 4163133.1电动机参数 4194323.2转速的确定 4109983.3分析小车的受力情况 4106683.4负荷力矩的计算 696843.6确定电机 6311143.7联轴器的选择 7174954蜗杆传动设计 838094.1类型的选择 8229444.2材料的分析 8145244.3分析受力情况 8251014.4基本参数 8174384.5设计中心距 8117894.6选择基本的传动尺寸 93324.7验证齿面接触疲劳强度 10205084.9验证蜗杆轴挠度 10222574.10.选定精度等级公差的确定 10168544.11热平衡核算 11141915轴的设计 11221375.1前轮轴的设计 11209395.2后轮轴的设计 1237635.3滚动轴承选择计算 16252955.4前轮轴上的轴承 16163065.5蜗杆轴上的轴承 17287555.6后轮上的轴承 19204236AGV小车注意事项 20183887AGV小车日常保养方法 2074598结束语 2188979致谢 211909参考文献 22摘要随着科学技术不断的发展，全自动送料小车已经成为当今自动化发展的必不可少的产物之一。它代表了新一代科学领域的骄人成果。全自动送料小车的诞生促进了工业生产与运输，是自动化工厂的基本工具之一。它极大的提高了原本传统工业的运输效率和安全性。现今全自动小车的技术也越来越成熟，所使用的领域也越加广泛，人们对它的使用要求也越来越高，这使得全自动送料小车必须适应当今经济发展潮流不断的创新和突破，给全新的工业领域注入一份活力。通过分析国内外的自动小车发展现状，对比国内外小车的使用功能，本文根据小车的设计要求进行了送料小车的机械结构部分设计。优点主要有：运输效率高、安全性能高、适应性强。关键词：全自动送料小车；机械结构；AbstractWiththecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology.Fullyautomaticfeedingcarhasbecomeoneoftheessentialproductsoftoday'sautomationdevelopment.ItrepresentsagreatachievementinthenewgenerationofScienceItgreatlyimprovestheefficiencyoftransportationandsafetyoftraditionalindustry.Nowadays,thetechnologyofautomaticcarisbecomingmoreandmoremature,andthefieldismoreandmorewidelyused,andthedemandforitsuseisbecominghigherandhigher.Thismakestheautomaticfeedingcaradapttotheinnovationandbreakthroughofthecurrenteconomicdevelopmenttrend,andinjectavitalityintothenewindustrialfield.Byanalyzingthedevelopmentstatusofautomaticcarathomeandabroadandcomparingtheusefunctionofdomesticandforeigntrolley,thispaperdesignsthemechanicalstructurepartofthefeedingtrolleyaccordingtothedesignrequirementsofthetrolley.Theadvantagesofthisdesignare:hightransportefficiency,highsafetyperformanceandstrongadaptability.Keyword:AutomaticFeedVehicleWormdrive1绪论1.1全自动送料小车简介全自动送料车就是一种自动化的货物运输设备，相比之前传统的送料机操作功能更强大并且操作难度小，运用的领域也越发广泛，是目前工业自动化发展不可或缺的产物之一。随着工业对小车的要求越来越高，一些工人的高危作业或者达不到准确控制要求的生产领域，依靠机器的自动化可以完成工人无法完成的工作。而装卸和搬运是物流行业的基本步骤，在当今整个物流系统中的使用频率也越来越高。因此，在生产和运输行业中起到了巨大的推动作用，也是未来工业往自动化发展的趋势之一。1.2AGV小车的主要分类有轨小车又称为（RGV），它可用于各种高密度，大规模储存方式的仓库，而且这种小车的轨道可以设计任意长，可以提高整个仓库的存储量，而且在使用时无需叉车驶入小道，在拥挤的仓库中起到了安全作用。利用无需叉车在复杂的巷道中穿梭，有效的配合小车在巷道间的运行，可以大大地提高仓库的运行效率。RGV小车的特点有：1）行走路线不易被改变，灵活度高。2）因为导轨的固定，运行平稳，走停的位置比较准确。3）加减速比较快，适合运输多种工件。4）噪声较大，容易影响工人自身安全以及身体状况。无轨小车则可以承载货品快速的到达指定位置，一般运用于工厂、物流等运输业。它可以配备无轨导航并支持二次扩展的移动智能机器人平台。AGV能够自动识别仓库，房间，楼梯等复杂环境的位置，不管环境如何变化都能够自动分析制定合理的运输路径。在行进过程中还能区分障碍物或行人的属性进行避让。无轨小车的优点主要有：1）运行路线多样化，智能化。2）适应性好，稳定性高。3）安全性能高，高效性。1.3AGV小车设计意义全自动送料小车通常适用于某些工人作业的危险工作区域以及人工搬运难度较大的大型场所区域，在效率和安全性上甚至超过工人。为此，全自动送料小车在工厂搬运产品或者其他材料时，为工人的安全提供了保障，对于产品的生产也增添了一份可靠性，为工厂的生产搬运带来了很大的便利和利润，在一定程度上提高了工厂的总生产值。因为送料小车拥有其很多方面的优势，它在我国工业初期就得到了很好的使用，不断的获得业内人士的认可，也渐渐的融入我国工业的自动化生产中，推动了国家工业的发展，也为企业带来了很大的经济效益。其实，全自动送料小车不仅仅在工厂有着较好的发展，在港口、航空、建筑和物流等其他领域也充当着重要的角色，不断的涉及其他领域，与多个领域形成互通，无论大小工程和变化莫测的环境都能够得到稳定应用，摆脱了地理环境和高生产要求的约束，给每一份产业都带来了一定的保障。因此，大力推动全自动送料小车的创新和发展，在促进我国生产发展等诸多方面有着很深刻的意义。1.4AGV现状和未来趋势我国多数比较著名的大学，研究院和国有企业等对全自动送料小车的设计制造方面都落后于外国的研究并且开始时间较晚，从而导致全自动送料小车的发展在前期较为艰难。但经过几代科学家的努力，中国在七十年代就研发成功了第一台自动送料小车，使用的是电磁导向和定点连线。到了八十年代，我国把更加便利的无线通信应用到了送料小车上，北京邮政科学研究规划院完成了此项跨越式的项目。之后，我国自动送料小车的发展步伐就进一步加快、水平也有很大程度的提高。清华大学自行研发的“自由路径自动导向送料小车”，这种小车的导向方式是自由轨迹，是送料小车高水平的标志。之后，不断的有企业和学校研发出更为先进的送料小车，为我国送料小车的快速发展锦上添花。自动送料小车在控制方式和通信有着很大的变化。电磁、无线通信和光信号等新兴技术很快的就应用到了AGV上，瞬间得到发展。到了90年代，通过计算机技术的不断发展，使得应用在自动送料小车上的控制技术得到了完善和充分应用。加上计算机控制系统的作用，AGV在生产运输的稳定准确性和安全可靠性得到了进一步的保障。同时，许多研究全自动送料小车的研发企业也开始了单台应用的生产转型，进一步的促进了AGV的发展。纵观国外在发展全自动送料小车发展模式的特点，在中国AGV发展模式的角度进行分析。欧洲模式的主要特点有：用户需要的系统和生产厂商所需的设计制造，技术资源都是由厂家自己完成的。这种模式是存在一定的缺陷的，因为AGV系统集成的成本过高，发展周期较长，在国内的低价市场并不适用。日本模式的特点是AGV厂家一向追求高品质的产品，有专门的工程方案公司进行设计用户所需的AGV系统。这种模式在中国也同样适用，但是各个行业对于工业的产品标准不统一，技术水平也不一致，这样使得最终的设计方案的可行性和可靠性比较低。而反观美国则是厂商一般不生产普通型的产品，多是由各个工程方案公司进行大规模的采购，下一步进行产品的二次研发和设计，制定配套的服务设备，最终完成产品的设计与生产。而这种模式看起来是很有参考价值的，但是在中国以技术为核心的大国来说，集成商首先想到的是自己生产线的高大上，但是又不想承担前期研发高成本所带来的高风险，很多企业也就是持观望试试看的态度，本不想投入过高的成本进行研发。正因为这样使得许多数据信息不能实现互通，流程管理等等。在目前的中国短期内不能起到太大作用。2小车结构设计2.1主要参数设计一台全自动送料小车，要求按照指定的轨迹运行。其设计参数主要有：小车长度：宽度：高度：载重：行驶速度：2.2传动方案的分析方案一：采用三轮布置结构。全自动小车的转弯是通过转向机构进行的，后轮的动力是通过两半轴传递而来的。该方案结构简单，制作难度较小，成本也较低。方案一方案二：四轮分布结构。后轮使用差速转向的原理，万向轮则为两个前轮。要想驱动后轮则伺服电机必须经过减速器，实现转向的原理则是利用两轮的速度不同。此方案使小车转向灵活，传动方式较合理。具体如下图。图2-2传动方案二方案三：四轮独立导向式。利用万向轮为两前轮的形式，而后轮采用独立的驱动转向。该方法转向较为灵活，结构也相对紧凑。分析比较；方案一会造成较大的传动误差，其主要原因是具有差速器和特定的转向机构。方案二的传动误差相比方案一较为小，但是由于设计成本过高，并不符合本次的设计要求。方案三的总体结构紧凑，适应性强，控制灵活，也是最为适合本次的毕业设计。2.3总体结构计算查阅文献并根据本次毕业设计要求，选用Q235作为小车整体结构材料。可得车体抗弯截面系数如下：总体厚度：式中（屈服极限）,b(宽度）表示最大弯矩3如何选择电动机型号3.1电动机参数设小车初始速度为3米/秒，由公式算得转速：3.2转速的确定取大小为i=10作为减速比：3.3分析小车的受力情况（牛）取大小为670.32N为自重载荷为G（牛）式中代表小车长度（mm）；代表质量(g)；代表密度(g/cm3)如坐标图所示，平衡方程可得：，，，后轮受力图：M取大小为69.63N作为摩阻力偶矩取大小为278.52N作为牵引力3.4负荷力矩的计算取大小为83.1Nm作为负荷力矩，取大小为0.7为小车的传动效率，取大小为1393N为重物重力（W），取大小为0.15N为摩擦系数，3.5负荷惯性大小的选择取值为0.004766用来表示车轮的转动惯量取值为0.000349用来表示蜗杆的转动惯量；取值为0.000131用来表示蜗轮的转动惯量；取值为0.0000604用来表示涡轮轴的转动惯量。3.6确定电机根据设计参数要求，查表得知：3.6.1核算电机参数取0.2805用来表示电机转子惯量。所以型号为MAXONF2260电机符合要求。3.6.2加速性能根据公式计算得出转矩输出取73牛每米，用作符号表示时间常数取19米每秒，用作符号表示加速时间取76米每秒，用作符号Ta表示计算如下：加速时间3.7联轴器的选择用字母d表示销钉直径可得：上表为45号钢的具体参数由下式计算得出许用切应力的大小为477.75兆帕；取大小为477.75兆帕作为许用切应力，取长度为5毫米的销钉直径就满足要求。4蜗杆传动设计4.1类型的选择选用渐开线型号的蜗杆；4.2材料的分析型号为灰铸铁作为蜗轮材料。4.3分析受力情况取大小0.7作为传递效率：受力分析；代入公式；F4.4基本参数取大小范围在2米每秒和5米每秒之间的摩擦系数，用符号来表示。取0.04作为的值，，4.5设计中心距=9.45=45123.45Z=（Z=0.8根据蜗轮材料查表13.1Z=Z=1.10=2.6=263MPa≈79蜗轮转矩的大小取45123.45，转速系数的大小取值为0.8，弹性系数的取值大小为，寿命系数的大小取值为1.1，接触系数的大小取值为2.6，接触疲劳极限的取值大小为263兆帕；中心距的大小取值为79mm。4.6选择基本的传动尺寸=2.08所以=2。=20=8=a=0.40=40=22=48，蜗杆头数的个数应取2，蜗轮齿数个数取为20，模数大小取值为8毫米，蜗杆的分度圆直径取值为160mm，蜗杆导程角设为22度，蜗轮的宽度取为48mm，圆周速度大小选择为3.03米每秒，先对的滑动速度取值大小为3.2米每秒，最后当量摩擦系数取值为0.021。4.7验证齿面接触疲劳强度[]==0.7=155.53MPa==152=92.42MPa许用和最大接触应力分别为155.5兆帕，92.43兆帕。许用应力小于最大应力所以满足验算。4.8验证轮齿弯曲疲劳强度=82MPa[]齿根的弯曲疲劳强度极限值取115MPa；弯曲疲劳安全系数的最小值取1.4；计算出齿轮弯曲应力的最大值小于许用弯曲疲劳应力的82MPa就满足该蜗杆的要求。4.9验证蜗杆轴挠度[=0.032mm==0.001轴惯性距的大小应取值为，允许的蜗杆挠度的大小取值为0.032mm,蜗杆轴的挠度大小取为0.001，就满足挠度的验算。4.10.选定精度等级公差的确定在GB/T10089-1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择6级精度，是充分考虑了本次小车设计的类型属于精密传动。4.11热平衡核算蜗轮-蜗杆的传动方式是属于开式传动，不用计算。5轴的设计5.1前轮轴的设计前轮轴结构图如下：5.1.1求作用在轴上的力5.1.2轴的结构设计1）方案的选择从左到右的顺序，分别安装左右轮辐板、再拧上螺母和套筒之后再安装轴承，最后完成弹性挡圈的安装。(1)初步选择滚动轴承。初步选定型号为6214的单列的深沟球轴承。轴向定位的方法用右端的滚动轴承的轴肩。(2)取大小为90mm直径的轴段为5的左右轮辐进行安装；定位的方式采用左端的轴肩，夹紧右端的轮辐要用螺母进行锁紧。125mm宽度大小的轮辐，左右端的轮辐要为了压紧可以靠着地面，则取。(3)由于左右轮辐结合面基本对称可任意选择尺寸，选择的各段直径和长度如图。B894.1-8550，其尺寸为,故,,。3）轴上零件的轴向定位左右轮辐与轴的轴向定位采用平键联接。对中性的保证需要轴与轮辐的相互作用，选用H7/n6来配合轴与左右轮辐。取大小为j7轴径作为尺寸。4）圆角，倒角的尺寸选择取角度为1×45°作为轴端倒角，取大小R1为半径的轴肩。5.1.3.求轴上的载荷算出载荷的大小并且作出简图，如下：载荷分析图5.1.4.按弯曲应力校核轴的强度由于承受的弯矩强度最大：。式（2.47）在C处的抗弯截面系数为：截面C具有最大负弯矩，取大小为1.03MPa作为抗弯截面的系数，就满足强度的要求。5.2后轮轴的设计转轴是后轮轴作用出的类型。如图：5.2.1求后轮轴上的功率、转速和转矩取大小为0.7作为蜗轮传动效率5.2.2作用在蜗轮上的力5.2.3轴的结构设计1)方案的选用选用从左到右的顺序，开始从蜗轮，套筒再到深沟球轴承，最后安装弹性挡圈。再选用从右到左的顺序进行右轴承，轴盖，右端的轴辐，最后安装右轴端盖。2)各轴的长度直径需要采用轴向定位的方法确定。(1根据作用在轴承上的轴向力，径向力的大小选择轴承型号为单列的深沟球轴承。轴向定位时选择右端轴肩。(2)选标准件型号GB894.1-8650的弹性挡圈。(3)取直径为75mm的轴段Ⅵ进行安装。取大小为125mm作为轮辐宽度。取大小为122mm是为了轴端和轮辐能够压紧。结构特征作为选择其他尺寸的衡量标准。4)取角度为1×45°的轴端倒角，取半径大小为R1作为轴肩圆角。5.2.4求轴上的载荷1)取大小为288.1牛的A,B支反力三个集中力作用的截面上的弯矩分别为：弯矩受到三个力的作用分别为17574.1N，0,0。2)列出平衡方程：，，简化段中左边的截面外力：其中简化段中左边的截面外力：其中简化段中右边的截面外力：其中总弯矩M作用在截面ABCD上的大小为：5.2.5按弯扭合成应力校核轴的强度扭矩和弯矩在截面上的强度校核，取大小为0.6的折合系数取大小60MPa为弯曲应力，取大小为70128立方毫米作为截面系数，型号45号钢为轴材料，又因为弯曲应力大于扭矩应力就符合要求。5.3滚动轴承选择计算5.4前轮轴上的轴承取大小为696.29N作为径向力，取大小为0的轴向力；再取大小为114转每分钟的转速，取值大于12000h的寿命。型号为6214作为轴承。（1）大小为3631.2N动载荷且小于型号为6214轴承，就满足条件。（2）用大小为696.29N的静载荷大于C0,也满足条件。5.5蜗杆轴上的轴承要求寿命，转速，轴承的径向载荷，作用在轴上的轴向载荷。取大小为576.29N作为轴向载荷，取大小为104.875作为径向载荷；取大小为1450转每分钟的转速，取值大于12000h的寿命。型号为2207作为轴承。受力图如下：，，，取大小为1021.643N作为动载荷，，大小为8396N的C1和1034N的C2小于C，就满足要求。2）取大小为104.875N的静载荷小于C0，也就满足条件3），，，，取大小4250转每分钟作为的转速，大小8500转每分钟作为的转速两者的转速皆大于n，就满足要求。5.6后轮上的轴承型号6218作为后轮轴承：1），取大小为25785.5N的动载荷，且大于型号6218轴承的动载荷，就满足条件。2）