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全自动送料小车设计

转速全自动送料小车的受力分析求换算到电机轴上的负荷力矩求换算到电机轴上的负荷惯性电机的选定电机的验算.联轴器的设计.蜗杆传动设计选择蜗杆的传动类型选择材料蜗杆传动的受力分析初选中心距计算传动基本尺寸齿面接触疲劳强度验算轮齿弯曲疲劳强度验算蜗杆轴挠度验算.精度等级公差的确定热平衡核算.轴的设计前轮轴的设计后轮轴的设计.滚动轴承选择计算前轮轴上的轴承蜗杆轴上的轴承后轮上的轴承控制系统的设计.控制系统总体概述.鉴相.计数的扩展.中断的扩展.数摸转换器的选择.电机驱动芯片选择.控制软件的设计结论致谢参考文献附录附录英文翻译中文翻译绪论.全自动送料小车简介全自动送料车即称，是种物料搬运设备，是能在位置自动进行货物的装载，自动行走到另位置的全自动运输装置。它是以电池为动力源的种自动操纵的工业车辆。装卸搬运是物流的功能要素之，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。无轨小车是种利用微机控制的，能按照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年，这样计算大规模应用的历史也只有至年。但是，其发展速度是非常快的。年美国通用公司开始使用，年保有量台，年保有量台。资料表明欧洲的用于汽车工业，日本的用于汽车工业，也就是说在其他行业也有广泛的应用。目前国内总体看的应用刚刚开始，相当于国外年代初的水平。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。这说明有个潜在的广阔市场。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。机械部分设计.设计任务设计台全自动送料小车，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全自动送料小车的载重全自动送料小车的宽度全自动送料小车的高度全自动送料小车的行驶速度.确定机械传动方案方案采用三轮布置结构。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。全自动送料小车的转向由转向机构驱动前面的个万向轮转向。传动系统如图所示。图传动方案方案二采用四轮布置结构。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。传动系统如图所示。图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。方案有差速器和转向机构，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。.车体计算根据设计要求车体材料选用，因为车体采用矩形状，所以其抗弯截面系数为式.车体厚度式.式中表示的屈服极限表示车体收受到的最大弯矩表示小车宽度。.直流伺服电动机的选择伺服电动机的主要参数是功率。但是，选择伺服电动机并不按功率，而是根据下列指标选择。运动参数小车行走的速度为，则车轮的转速为式.式中表示小车后轮直径。电机的转速选择蜗轮蜗杆的减速比式.全自动送料小车的受力分析图车轮受力简图小车车架自重为式.小车的载荷为式.式中表示小车长度表示货物的质量表示小车材料密度。取坐标系如图所示，列出平衡方程由于两前轮及两后轮关于轴对称，则式.，式.解得式.两驱动后轮的受力情况如图所示图后轮受力图滚动摩阻力偶矩的大小介于零与最大值之间，即式.式.其中滚动摩阻系数，查表取牵引力为式.求换算到电机轴上的负荷力矩式.取.,.,.式中表示摩擦系数表示牵引力表示重物的重力表示后轮直径表示传递效率表示传动装置减速比。求换算到电机轴上的负荷惯性式.式中表示车轮的转动惯量表示蜗杆的转动惯量表示蜗轮的转动惯量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。表电动机参数型号电刷材料额定功率转子惯量电机直径电机轴直径电机长度效率石墨电机的验算式.即式中表示电机转子惯量。由以上计算可以看出所选的直流电动机满足设计要求。快移时的加速性能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。式.加速时间式.式中表示机械时间常数为联轴器的设计由于电动机轴直径为，输出轴销平部分后与联轴器相连，联轴器的直径为，其结构设计如图所示。图联轴器机构图联轴器采用安全联轴器，销钉直径可按剪切强度计算，即式.式中表示过载限制系数表示电机转矩表示联轴器直径表示销的个数。销钉材料选用钢。查表知表钢力学性能牌号试样毛坯尺寸硬度.销钉的许用切应力为式.过载限制系数值由表查得.式.由计算可知选用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的推荐，采用渐开线蜗杆。选择材料蜗杆要求表面硬度和耐磨性较高，故材料选用。蜗轮用灰铸铁制造，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按，由电机参数表得η.,则式.图蜗轮蜗杆受力分析各力的大小计算为式.式.式.初选当量摩擦系数设，查表取大值选值在图.的线上选取.中心距计算蜗轮转距式.使用系数按题意查表.转速系数.弹性系数根据蜗轮材料查表.寿命系数.接触系数由图.查出.接触疲劳极限查表.接触疲劳最小安全系数自定中心距.取传动基本尺寸蜗杆头数.式.取。蜗轮齿数式.模数式.蜗杆分度圆直径.式.蜗轮分度圆直径式.蜗杆导程角式蜗轮宽度式.蜗杆圆周速度式.相对滑动速度式.当量摩擦系数由表.查得与假设有出入，毋须作调整，以计算为准，齿面接触疲劳强度验算许用接触应力.式.最大接触应力.式.因为所以按齿面接触疲劳强度验算该蜗杆合格。轮齿弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳强度极限由表.查得弯曲疲劳最小安全系数自定许用弯曲疲劳应力式.轮齿最大弯曲应力式.由轮齿弯曲疲劳强度验算可知该蜗杆满足要求。蜗杆轴挠度验算轴惯性距式.允许蜗杆挠度.式.蜗杆轴挠度式通过对蜗杆的挠度验算此蜗杆合格。.精度等级公差的确定考虑到所设计的全自动送料小车属于精密传动，从圆柱蜗杆蜗轮精度中选择级精度。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。.轴的设计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。图前轮轴结构.求作用在轴上的力全自动送料小车的前轮受力，受力如图所示。由式.得式.式轴的结构设计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。这样就对各轴段的顺序作了初步安排。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度初步选择滚动轴承。全自动送料小车前轮轴只受弯矩的作用，主要承受径向力而轴向力较小，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，其尺寸为,故。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得型轴承的定位轴肩高度.，因此取。取安装左右轮辐处的轴段Ⅵ的直径轮辐的左端采用轴肩定位，右端用螺母夹紧轮辐。已知轮辐的宽度为，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，取，则轴环处的直径。轴环宽度.，取。轴用弹性挡圈为标准件。选用型号为.，其尺寸为,故。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所示。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。按由手册查得平键截面。,键槽用键槽铣刀加工，长为标准键长见,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。滚动轴承与轴的轴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。确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径为。求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。图前轮轴的载荷分析图式.式.式.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。最大负弯矩在截面上，。对截面进行强度校核，由公式式.由表查得，号钢经调质处理后其许用弯曲应力为。在处的抗弯截面系数为式.因此该轴满足强度要求。后轮轴的设计后轮轴在工作中既承受弯矩又承受扭矩，故属于转轴。图后轮轴结构.求后轮轴上的功率转速和转矩取蜗轮蜗杆传动的效率.,则式作用在蜗轮上的力.轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案装配方案是蜗轮套筒左端的深沟球轴承轴用弹性挡圈依次从轴的左端向右安装右端的深沟球轴承透盖轮辐轴端盖依次从轴右端向左安装。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度初步选择滚动轴承。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