AGV自动导引小车结构系统全设计
第二章 机械部分设计
2.1设计任务
设计一台自动导引小车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：
自动导引小车的长度：500mm 自动导引小车的宽度：300mm 自动导引小车的行驶速度：100mm/s
2.2确定机械传动方案 2.3直流伺服电动机的选择
伺服电动机的主要参数是功率(KW)。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100mm/s ，则车轮的转速为
πd 100010006
22.75min 3.14140
v n r ?==
≈? （2-1） 电机的转速
选择蜗轮-蜗杆的减速比 i=62
6222.751410.5min n in r ==?=电 （2-2）
自动导引小车的受力分析：
图2-3 车轮受力简图
小车车架自重为P 3ρ 2.85100.50.30.0329.8134P abhg N ==?????≈ （2-3）
小车的载荷为G 359.8343G m g N ==?=
（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 A B F F =，C D F F =
0z
F
=∑， 220A C F F P G +--= （2-5）
0x
M
=∑， 0.0750.1720.30C G P F --+??= （2-6）
解得 157.66A B F F N == 80.84C D F F N == 两驱动后轮的受力情况如图2-4所示：
滚动摩阻力偶矩f M 的大小介于零与最大值之间，即
m a x 0f M M ≤≤ （2-7）
max δ0.006157.660.946==?=?N M F N m （2-8）
其中δ滚动摩阻系数，查表5-2[2]，δ=2～10，取δ=6mm 牵引力F 为 max 0.946
13.50.072
M F N d =
== （2-9）
图2-4 后轮受力 图2-5
摩擦系数 μ 牵引力 F N 重物的重力 W N 滚子直径 D mm 传递效率 ? 传动装置减速比 1/G
1） 求换算到电机轴上的负荷力矩（L T ）
()19.8
??21000
L F W D T G μη
+=
?
（2-10）
13.50.15157.6614019.8
0.726210000.587N m
+?=
???
=?
取η=0.7, W =157.66N , μ=0.15
2） 求换算到电机轴上的负荷惯性（L J ）
()2
121342L Z J J J J J Z ??
=+++ ???
（2-11）
()
2
2
10.00003490.0047660.0001310.0000604620.000036189??
=+++ ???
=?kg m 其中 1J 为车轮的转动惯量；2J 为蜗杆的转动惯量；
3J 为蜗轮的转动惯量；4J 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 ?60mm 石墨电刷 80W
21290M J gcm =
匹配条件为[3] 2max 361.89L L J J gcm ==
max
0.251L M
J J <
< （2-12） 即 361.89
0.251<
<1290
?0.250.28051<<
惯量J 21290361.891651.89M L J J J gcm =+=+= （2-13） 其中M J 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max n 时。这个最大空载加速转矩就是伺服电动机的最大输出转矩max T 。
max max 22 3.144000
1651.890.9160600.076
a n T J J N m t πθ
??===?=?? （2-14） 加速时间 440.0190.0
7a M T T s ==?= （2-15） 其中 机械时间常数19M T ms =
2.4联轴器的设计
由于电动机轴直径为Φ8mm ，并且输出轴削平了一部分与蜗杆轴联接部分轴
径为Ф12mm ，故其结构设计如图2-6所示。
图2-6
联轴器机构图
联轴器采用安全联轴器，销钉直径d 可按剪切强度计算，即[4]
d =
（2-16）
销钉材料选用45钢。查表5-2[5] 优质碳素结构钢（GB 699-88）
45 调质 ≤200mm b σ=637MPa s σ=353MPa s δ=17%
Ψ=35% 20.39k MJ m α= 硬度217～255HBS
销钉的许用切应力为
[]()0.7~0.80.75637477.75B MPa τσ==?= （2-17）
过载限制系数k 值 查表14-4[4]
取k=1.6
T=0.321N?m
0.646d mm =
≈
选用d=5mm 满足剪切强度要求。
2.5蜗杆传动设计
1.选择蜗杆的传动类型
根据GB/T 10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆(ZI)。 2.选择材料
蜗杆要求表面硬度和耐磨性较高，故材料选用40Cr 。蜗轮用灰铸铁HT200制造，采用金属模铸造。
3.蜗杆传动的受力分析 确定作用在蜗轮上的转矩T2
按Z=1，估取效率[4]η=0.7,则
6
662221120.080.7
9.55109.55109.55102350822.75
P P T N mm n n i η?=?=??=??=? （2-18）
图2-7 蜗轮-蜗杆受力分析
各力的大小计算为