毕业设计(自动送料小车设计)[管理资料]

1 绪论全自动送料小车简介全自动送料车（即称AGV），是一种物料搬运设备，是能在某一位置自动进行货物的装载，自动行走到另一位置的全自动运输装置。

它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，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。

全自动送料小车的分类自动送料小车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。

地面有轨小车结构牢固，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，广泛应用于中小规模的箱体类工件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范围分开，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，以及有人工介入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、扩展性和灵活性不够理想。

无轨小车是一种利用微机控制的，能按照一定的程序自动沿规定的引导路径行驶，并具有停车选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送小车。

无轨小车按引导方式和控制方法分为有径引导方式和无径引导自主导向方式。

有径引导方式是指在地面上铺设导线、磁带或反光带指定小车的路径，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。

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来的。

日本人认为柔性加工系统诞生于1981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[1]。

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[1]。

这说明AGV有一个潜在的广阔市场。

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。

本次设计主要完成了以下工作：1）车体设计；2）直流电动机的选用；3）蜗杆传动设计；4）小车轴的设计；5）轴承的选用。

2机械部分设计设计任务设计一台全自动送料小车，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：全自动送料小车的长度：mm1500全自动送料小车的载重：kg5001000全自动送料小车的宽度：mm全自动送料小车的高度：mm1500全自动送料小车的行驶速度：h km /15≤确定机械传动方案采用四轮布置结构。

全自动送料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。

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。

图 1传动方案四轮结构有较大的负载能力和较好的平稳性。

采用两套蜗轮-蜗杆减速器及直流伺服电动机，它的传动误差小，并且转向灵活。

因此，作为本课题的设计方案。

车体计算根据设计要求车体材料选用Q235（普通碳素结构钢），因为车体采用矩形状，所以其抗弯截面系数[2]为：62bh W = 式（）车体厚度：mm bM bWh 3211858.913001666maxmax≈⨯⨯⨯===σ 式（） 式中 max σ——表示Q235的屈服极限； max M ——表示车体收受到的最大弯矩； b ——表示小车宽度。

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，而是根据下列指标选择。

小车行走的速度为3m/s ，则车轮的转速为：min /11450014.3310001000r d v n ≈⨯⨯==π 式（） 式中 d ——表示小车后轮直径。

电机的转速选择蜗轮-蜗杆的减速比 i=10min /114011410r in n =⨯==电式（）全自动送料小车的受力分析图2-3 车轮受力简图小车车架自重为P 32.6708.9016.015.11085.23=⨯⨯⨯⨯⨯==abhg P ρN式（）小车的载荷为G 49008.9500=⨯==mg G N式（）式中 a ——表示小车长度； m ——表示货物的质量； ρ——表示小车材料密度。

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 = 0zF=∑， 220A C F F P G +--= 式（）0xM=∑， 09.02)(45.0=⨯++-C F P G 式（）解得 N F F F F D C B A 58.1392==== 式（） 两驱动后轮的受力情况如图2-4所示：图2-4 后轮受力图滚动摩阻力偶矩f M 的大小介于零与最大值之间，即max 0f M M ≤≤式（）M N dF N 63.6958.139205.0max =⨯==式（）其中δ滚动摩阻系数，查表5-2[2]，δ=40~60，取δ=50mm 牵引力F 为：N d M F 52.27825.063.692max ===式（）求换算到电机轴上的负荷力矩10008.92)(⨯⋅⋅+=i D W F T L ημ式（）mN ⋅=⨯⨯⨯⨯+=1.8310008.910125007.058.139215.052.278取η=, W =N , μ=式中 μ——表示摩擦系数；F ——表示牵引力； W ——表示重物的重力； D ——表示后轮直径；η——表示传递效率； i ——表示传动装置减速比。

求换算到电机轴上的负荷惯性()2121342L Z J J J J J Z ⎛⎫=+++ ⎪⎝⎭式（）()2210.00003490.0047660.0001310.0000604620.000036189⎛⎫=+++ ⎪⎝⎭=⋅kg m 式中 1J ——表示车轮的转动惯量；2J ——表示蜗杆的转动惯量；3J ——表示蜗轮的转动惯量； 4J ——表示涡轮轴的转动惯量。

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。

电机型号及参数见表2-1。

电机的验算2max 361.89L L J J gcm ==max0.251L MJ J << 式（）即 361.890.251<<1290⇒0.250.28051<< 式中 M J ——表示电机转子惯量。

由以上计算可以看出所选的直流电动机满足设计要求。

最大空载加速转矩发生在全自动送料小车没有携带工件，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 3.1440001651.890.9160600.076a n T J JN m t πθ⨯⨯===⨯=⋅⨯ 式（）加速时间 ms T T M a 761944=⨯==式（）式中 M T ——表示机械时间常数为19ms .联轴器的设计由于电动机轴直径为Φ20mm ，输出轴销平一部分后与联轴器相连，联轴器的直径为Ф50mm ，其结构设计如图2-5所示。

图2-5 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 =式（）式中 K —— 表示过载限制系数； T ——表示电机转矩； D m ——表示联轴器直径； Z ——表示销的个数。

销钉材料选用45钢。

查表5-2[5]知：表2-2 45钢力学性能销钉的许用切应力为；[]()0.7~0.80.75637477.75B MPa τσ==⨯=式（）过载限制系数k 值由表14-4]4[查 得k=mm d 32.375.47715014.3831006.18≈⨯⨯⨯⨯⨯=式（）由计算可知选用d=5mm 的销钉满足剪切强度要求。

蜗杆传动设计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)。

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HT300制造，采用金属模铸造。

蜗杆传动的受力分析确定作用在蜗轮上的转矩T2：按Z=2，由电机参数表2-1得η=,则 mm N i n P n P T ⋅=⨯⨯=⨯=⨯=45.461031147.011055.9/1055.91055.96162262η 式（）图2-6 蜗轮-蜗杆受力分析各力的大小计算为； F N T F a t 415540831002402121=⨯=== 式（） N d T F F t a 29.57616045.46103222221=⨯=== 式（） N F F F t r r 75.20920tan 29.57620tan 221=⨯=== 式（）初选当量摩擦系数 设s v =2m/s~5m/s ，查表13-6]4[取大值 03.0=s μ72.1=v ρ选[]a d /1值]4[=10线上选取：[]a d /1=， 23=γ（z 1=2），7.01=η中心距计算蜗轮转距 11161121055.9ηηi n P i T T ⨯== 式（）=10⨯7.010145016⨯⨯⨯=mm N ⋅使用系数]4[ K 1.1=A转速系数 Z 812)18(-+=n n =（81)18101450-+⨯ Z n = 弹性系数]4[ Z MPa E 152=寿命系数 625000hh L Z ==61500025000 Z h = 接触系数]4[ ρZ =接触疲劳极限 ]4[ lim H σ=265MPa 接触疲劳最小安全系数自定3.1lim =H S中心距 3limlim 2)(H h n H E A Z Z S Z Z T K a σρ==)26509.17.03.17.2152(45.461031.13⨯⨯⨯⨯⨯⨯=mm取mm a 100=传动基本尺寸蜗杆头数 10/)1004.27(/)1004.27(1+=+=u z = 式()取1z =2。