無(wú)人物流小車(chē)設(shè)計(jì)

無(wú)人物流小車(chē)設(shè)計(jì),無(wú)人,物流,小車(chē),設(shè)計(jì) 無(wú)人物流小車(chē)設(shè)計(jì) 系 （部） 專(zhuān) 業(yè) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 提交日期 I 摘要 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，加快了工業(yè)化的進(jìn)程。傳統(tǒng)的人工搬運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)效率低下， 已經(jīng)跟不上生產(chǎn)的速度，再加上人工成本的上升等都成了亟待解決的問(wèn)題。而計(jì)算機(jī) 對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行管理以及對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，在一定程度上可以解決上面效率低下的問(wèn) 題，因此越來(lái)越受到人們的關(guān)注。而無(wú)人物流小車(chē)能把外形構(gòu)造、內(nèi)部設(shè)計(jì)和控制系 統(tǒng)融為一體，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，能大大提高生產(chǎn)線的效率，被廣泛的應(yīng)用 在生產(chǎn)制造車(chē)間，大大節(jié)約生產(chǎn)商的加工成本，受到國(guó)內(nèi)外廣大制造商的一致好評(píng)， 極大的加速無(wú)人物流小車(chē)的發(fā)展。 本課題設(shè)計(jì)了基于 PLC 控制的無(wú)人物流小車(chē)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)，對(duì)小車(chē)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了 分析計(jì)算，并且校核了驅(qū)動(dòng)部分零件。實(shí)現(xiàn)了小車(chē)單步、單周期、連續(xù)右行、左行動(dòng) 作。 關(guān)鍵詞：無(wú)人物流小車(chē)，PLC，控制系統(tǒng) II ABSTRACT With the rapid growth of Chinas economy, the process of the industrialization is promoted. Traditional manual handling with low transport efficiency has completely failed to keep pace with the speed of production, coupled with rising labor costs and so on it has become a problem to be solved. The computer to manage the production and to control the production process, to a certain extent, can solve above problem with low efficiency, so more and more get the attention of people. And unmanned logistics car can take shape and structure, the internal design and control system integrated. It is of simple structure, convenient operation, can greatly improve the efficiency of the production line, is widely used in the production of manufacturing workshop, greatly save the processing cost of the manufacturer, by the praise of the vast number of manufacturers at home and abroad, greatly accelerate the unmanned car for logistics development This topic design is based on the PLC control of the unmanned logistics car structure and control system, the structure of the car is analyzed and calculated, and check the drive part of the parts. Achieved a single step, single cycle, continuous right and left. Keywords:Automatic transfer vehicle,PLC,Controlling system III 目 錄 摘要 .I 1 緒論 .1 1.1 引言 .1 1.2 課題背景 .1 1.3 無(wú)人物流小車(chē)劃分 .2 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) .4 2 整體結(jié)構(gòu) .6 2.1 車(chē)載控制部分 .6 2.2 車(chē)體結(jié)構(gòu) .6 2.3 運(yùn)動(dòng)部分 .7 2.4 傳送系統(tǒng) .7 2.5 安全輔助系統(tǒng) .7 2.6 驅(qū)動(dòng)裝置 .7 3 機(jī)械設(shè)計(jì) .8 3.1 設(shè)計(jì)要求 .8 3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)方案 .8 3.3 電機(jī)的選擇 .9 3.4 聯(lián)軸器與軸間配合 .11 3.5 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu) .13 3.5.1 蝸桿的傳動(dòng)類(lèi)型 .13 3.5.2 選擇材料 .13 3.5.3 蝸桿傳動(dòng)受力分析 .13 3.5.4 蝸輪輪齒根疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) .14 3.5.5 蝸桿與蝸輪參數(shù)與幾何尺寸 .15 3.5.6 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 .16 3.5.7 熱平衡核算 .16 IV 3.6 軸的設(shè)計(jì) .16 3.6.1 軸的分類(lèi) .16 3.6.2 前輪軸的設(shè)計(jì)過(guò)程 .16 3.6.3 后輪軸的設(shè)計(jì)過(guò)程 .19 3.7 滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì) .23 3.8 無(wú)人物流小車(chē)維護(hù)與保養(yǎng) .27 4 控制系統(tǒng) .28 4.1 系統(tǒng)描述 .28 4.2 控制要求 .28 4.3 系統(tǒng)主回路與控制回路的設(shè)計(jì) .29 4.4 控制系統(tǒng)原理 .29 4.5 控制系統(tǒng)的梯形圖 .30 結(jié)束語(yǔ) .33 致 謝 .34 參 考 文 獻(xiàn) .35 1 1 緒論 1.1 引言 隨著工廠自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)、現(xiàn)代物流、自動(dòng)化立 體倉(cāng)庫(kù)等系統(tǒng)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，在一定程度上大幅度的解決一些生產(chǎn)上的難 題，無(wú)人物流小車(chē)作為這些系統(tǒng)的輔助設(shè)備，其應(yīng)用范圍和技術(shù)水平得到快速的發(fā) 展和提高。無(wú)人物流小車(chē)的好處是不需要大量的人力投入、在車(chē)間用不到太多地方， 對(duì)生產(chǎn)制造來(lái)說(shuō)非常適用。物流系統(tǒng)是指無(wú)人物流小車(chē)配備了自動(dòng)制導(dǎo)系統(tǒng)，根據(jù) 事先設(shè)定的路線自動(dòng)運(yùn)行把貨物運(yùn)送到指定地方，避免貨物人工搬運(yùn)的過(guò)程中，可 以和其他物流設(shè)備自動(dòng)接口，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，自動(dòng)化的設(shè)備遍布在整個(gè)生產(chǎn)車(chē) 間，逐漸成為了物流系統(tǒng)的重要一環(huán)，無(wú)人物流小車(chē)的使用在生產(chǎn)車(chē)間是非常高的， 它為生產(chǎn)制造商節(jié)約了大量的生產(chǎn)成本。因此，越來(lái)越多的無(wú)人物流小車(chē)在生產(chǎn)制 造車(chē)間使用，在大大小小的自動(dòng)流水線上遍布可見(jiàn)，發(fā)展速度巨快。 1.2 課題背景 剛開(kāi)始的無(wú)人物流小車(chē)控制系統(tǒng)大部分是“繼電器一接觸器”系統(tǒng)，這類(lèi)系統(tǒng) 面對(duì)生產(chǎn)線并沒(méi)有較好的應(yīng)變能力，周期長(zhǎng)，體積大，性能不穩(wěn)定等。生產(chǎn)廠商對(duì) 于這類(lèi)系統(tǒng)并不太滿意，對(duì)于更簡(jiǎn)便的系統(tǒng)具有更大的渴望，于是革新的浪潮席卷 全球，讓越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到節(jié)約成本的重要性。 此時(shí)，全球經(jīng)濟(jì)改變?cè)惺澜鐮顟B(tài)，人們認(rèn)識(shí)到 的重要因創(chuàng) 新 成 為 第 一 發(fā) 展 力 素，衡量一個(gè)國(guó)家發(fā)達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)。幾十年來(lái)產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代，技術(shù)也隨之飛速發(fā) 展，傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)理所當(dāng)然的被社會(huì)淘汰，緊接而迎來(lái)的是 PLC 控制 器系統(tǒng)，它的主要核心部分是 CPU；自動(dòng)化控制產(chǎn)品的操作簡(jiǎn)單、維修方便、適用性 強(qiáng)、性價(jià)比高、控制性能比較穩(wěn)定，逐漸的演變出來(lái)越來(lái)越簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。PLC 就 在這樣的背景下應(yīng)用而生。為了更好的應(yīng)對(duì)全球工業(yè)化進(jìn)程的加速，無(wú)人物流小車(chē) 在自動(dòng)生產(chǎn)線上起到了的至關(guān)重要的一部分，現(xiàn)在很多 PLC 控制系統(tǒng)是讓小車(chē)在指 定的位置上，根據(jù)工序需求，完成事先布置的事情，例如生產(chǎn)車(chē)間流水線上一系列 物件的自動(dòng)運(yùn)貨、裝卸貨物的過(guò)程等等，種種表現(xiàn)，體現(xiàn)了無(wú)人物流小車(chē)的作用， 讓無(wú)人物流小車(chē)在生產(chǎn)制造中完美的展現(xiàn)出來(lái)。 我國(guó)是具有五千文明史的大國(guó)，擁有豐厚的文化科技的積累，在面對(duì)世界發(fā)展 的浪潮中有著不可或缺的作用。而無(wú)人物流小車(chē)可以加快第二產(chǎn)業(yè)的重要工具，我 們有始終重視這個(gè)問(wèn)題。我們?nèi)A夏兒女應(yīng)該有一定的歷史責(zé)任感，大力堅(jiān)持改革創(chuàng) 2 新。無(wú)人物流小車(chē)主要是依靠柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展，根據(jù)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品數(shù)量的要求的 提高，人們對(duì)編程更加系統(tǒng)，完善的迫切要求，企業(yè)對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求也越來(lái)越 高，流水線成為制造行業(yè)獨(dú)特的風(fēng)景，這其中 PLC 控制系統(tǒng)特別關(guān)鍵，在冶金生產(chǎn) 過(guò)程中，生產(chǎn)的產(chǎn)品溫度過(guò)高，不利于人工搬運(yùn)，無(wú)人物流小車(chē)恰恰解決這一問(wèn)題， 極大的節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間和效率，這樣的例子多不勝數(shù)在車(chē)站，電子廠，煤礦等產(chǎn)業(yè)等 也運(yùn)用的非常廣泛。正是在這些制造行業(yè)中，物流小車(chē)具有天然的優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)化了生 產(chǎn)過(guò)程中的人過(guò)搬運(yùn)過(guò)程，不僅極大地節(jié)約物流成本，更是大大的提高了自動(dòng)化程 度和生產(chǎn)效率，這表明無(wú)人物流小車(chē)前景越來(lái)越廣闊。 1.3 無(wú)人物流小車(chē)劃分 無(wú)人物流小車(chē)一般分為兩種。 有 軌 有軌小車(chē)應(yīng)用軌道指引小車(chē)在固定路線運(yùn)動(dòng)，我們一般都是讓無(wú)人物 流小車(chē)做直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然也有一些特殊情況，例如 等，雙 向 運(yùn) 動(dòng) 環(huán) 形 運(yùn) 動(dòng) 它常常應(yīng)用于工廠的車(chē)間里，因?yàn)橹圃爝^(guò)程生產(chǎn)線的需要，再加上由于它 的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全系數(shù)比較高，便于快速運(yùn)送小物件。但是它也有一些小 缺點(diǎn)，例如：系統(tǒng)不能發(fā)生改變，無(wú)人物流小車(chē)的擴(kuò)展性和靈活性不太理 想等等； 無(wú) 軌 無(wú)軌小車(chē)是事先設(shè)置好的編程，它能夠沿 ，并事 先 設(shè) 定 好 的 路 徑 運(yùn) 行 且具有隨時(shí)停止的功能，控制系統(tǒng)具有安裝有自我保護(hù)裝置，在小車(chē)運(yùn)行 出現(xiàn)問(wèn)題故障時(shí)，我們安裝的保護(hù)裝置能夠充分保護(hù)的電機(jī)不受破壞，無(wú) 人物流小車(chē)的結(jié)構(gòu)便于設(shè)計(jì)、通用性很好、可靠穩(wěn)定性高，被很多生產(chǎn)制 造商們廣為采用，極大的節(jié)約生產(chǎn)成本。當(dāng)然了它也是也有一些缺點(diǎn)的， 例如：精度不高，容易發(fā)生偏離現(xiàn)象等等 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 無(wú)人物流小車(chē)被廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)流水線上，因?yàn)樗麕缀蹩梢源姘徇\(yùn)工啊， 可以省去搬運(yùn)工運(yùn)送生產(chǎn)產(chǎn)品的環(huán)節(jié)，慢慢的已經(jīng)成為自動(dòng)化流水線上的重要一環(huán)， 在寬廣的生產(chǎn)制造行業(yè)中扮演著重要角色。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)多數(shù)制造行業(yè)都已出現(xiàn)它的 影子，無(wú)人物流小車(chē)的廣泛用途在工廠力完全展現(xiàn)出來(lái)啦，不僅僅是改變工人的工 作環(huán)境，更是為生產(chǎn)商節(jié)省了一大筆人工物流費(fèi)用，同時(shí)還能大大提高生產(chǎn)效率， 為生廠商提供的更大的利益，這樣的大進(jìn)步人們受到生產(chǎn)廠商的一致好評(píng)。讓全球 人們對(duì)無(wú)人物流小車(chē)孜孜不倦的興趣當(dāng)然越來(lái)越大啦。我們?cè)谙朐趺床拍馨褵o(wú)人物 流小車(chē)變得更實(shí)用，我們當(dāng)然可不是除了對(duì)小車(chē)的機(jī)械外形進(jìn)一步簡(jiǎn)單的優(yōu)化美觀， 畢竟外邊再美，不能創(chuàng)造價(jià)值要它也沒(méi)有什么用，我們是從更多的是對(duì)軟件開(kāi)發(fā)的 3 新科技應(yīng)用到無(wú)人物流小車(chē)中，讓這些觀點(diǎn)理念什么的在現(xiàn)實(shí)中更好的實(shí)現(xiàn)，從而 讓無(wú)人物流小車(chē)更加智能化，安全化，充分的融入到我們的日常生活中來(lái)，讓我們 生活方式更加便利。 在自動(dòng)化流水線中，不可避免的出現(xiàn)這樣那樣的問(wèn)題，我們不能簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單進(jìn)行 處理，我們要學(xué)會(huì)從根本上解決，例如一些生產(chǎn)設(shè)備無(wú)法獨(dú)自按照要求完成工作內(nèi) 容，或者是把生產(chǎn)內(nèi)容弄得面目全非，更有的甚至出現(xiàn)白白浪費(fèi)時(shí)間的現(xiàn)象，這種 生產(chǎn)方式不僅僅讓流水線生產(chǎn)效率低下，無(wú)法讓產(chǎn)品正常使用滿足客戶的需求，更 甚者影響整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的業(yè)績(jī)。所以越來(lái)越多的制造行業(yè)認(rèn)識(shí)到生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題， 為了更好的解決這一方法就是引用先進(jìn)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的現(xiàn)代化更新，這時(shí) 候，生產(chǎn)廠商發(fā)現(xiàn) PLC 的簡(jiǎn)單易學(xué)運(yùn)用方便安全可靠挺不錯(cuò)，可以在車(chē)間試生產(chǎn)運(yùn) 作一下，后來(lái)發(fā)現(xiàn)這個(gè)方案確實(shí)可行，而且還受到廠商的廣大好評(píng)，無(wú)人物流小車(chē) 的投入讓生產(chǎn)效率大幅度提高，這樣無(wú)人物流小車(chē)漸漸的進(jìn)去到廣大生產(chǎn)車(chē)間，最 后成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱。 今天，無(wú)人物流小車(chē)的 PLC 控制系統(tǒng)發(fā)展的相當(dāng)迅速，一方面它的成本低下， 遇到故障容易檢測(cè)毛病，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化已成為連續(xù)生產(chǎn)的必要條件。進(jìn)去 現(xiàn)代化以來(lái)，我國(guó)的制造商充分認(rèn)識(shí)到 PLC 控制系統(tǒng)的重要性，一些生產(chǎn)廠家在流 水線上引進(jìn)好多無(wú)人物流小車(chē)用于車(chē)間，以前國(guó)內(nèi)的 PLC 市場(chǎng)主要以引進(jìn)國(guó)外的科 技為主，由于成套設(shè)備運(yùn)送麻煩價(jià)格高昂，只有大型的工廠才會(huì)出現(xiàn)無(wú)人物流小車(chē)， 隨著 PLC 快速發(fā)展，對(duì) PLC 系統(tǒng)控制長(zhǎng)時(shí)間的刻苦鉆研，加上眾多科研單位的積極 生產(chǎn)，最終實(shí)現(xiàn) PLC 控制系統(tǒng)在流水線生的產(chǎn)業(yè)化?，F(xiàn)在大型生產(chǎn)制造車(chē)間，存在 大大小小的流水線上都可以看到用 PLC 控制設(shè)備。 改革開(kāi)放之后，我國(guó)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)國(guó)民總值大幅度提高，國(guó)內(nèi)大型基礎(chǔ)設(shè)施工程給 我國(guó)帶來(lái)前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，軟件開(kāi)發(fā)已成為世界各國(guó)共同面對(duì)的難題，只有 抓住機(jī)遇，才可以讓中國(guó)在世界歷史舞臺(tái)上發(fā)出重要作用。我國(guó)僅僅抓緊歷史機(jī)遇， 把 PLC 控制系統(tǒng)融入到廣大的生產(chǎn)廠家中，不斷更新產(chǎn)業(yè)鏈改進(jìn) PLC 控制技術(shù)，深 入優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，讓其功能越來(lái)越豐富，提高 PLC 的性價(jià)比，在世界舞臺(tái)上才能利 于不敗之地，為了祖國(guó)的繁榮強(qiáng)盛人人應(yīng)該盡心盡力，我相信中國(guó)一定會(huì)越來(lái)越強(qiáng) 盛。 現(xiàn)在，無(wú)人物流小車(chē)主要是以下幾方面發(fā)展情況： 產(chǎn)品向兩 極發(fā)展 一是研究速度快、性能好的無(wú)人物流小車(chē)以便于應(yīng)對(duì)工廠的需求 二是隨著科技不斷創(chuàng)新，高速度，大容量是 PLC 發(fā)展的必然要求，用戶 存儲(chǔ)器容量也會(huì)越來(lái)越大； 向通信網(wǎng) PLC 技術(shù)的本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)編程，現(xiàn)在無(wú)人物流小車(chē)與控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng) 4 絡(luò)化發(fā)展 絡(luò)通信應(yīng)用廣泛。同時(shí)，開(kāi)發(fā)商通過(guò)通信標(biāo)準(zhǔn)將組建功能更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)，讓 PLC 控制系統(tǒng)成為生產(chǎn)不可或缺的一環(huán)； 模塊化、 智能化方 向發(fā)展 制造業(yè)作為一個(gè) ，隨著各國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，要國(guó) 家 的 支 柱 行 業(yè) 想在世界站住腳步，對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)必然要求極高，科研單位必 須要不斷開(kāi)發(fā)研究 能夠減少開(kāi)新 器 件 新 模 塊 ， 例 如 電 力 半 導(dǎo) 體 驅(qū) 動(dòng) 電 路 關(guān)損耗，對(duì)裝置運(yùn)行效率，安全性跟大提高；電路模塊則是可以將 PLC 信號(hào)轉(zhuǎn)變化機(jī)械機(jī)構(gòu)控制信號(hào)，來(lái)讓微處理器執(zhí)行用戶程序的實(shí)現(xiàn) 編程語(yǔ)言 和編程工 具的多樣 化和標(biāo)準(zhǔn) 化 由于世界各國(guó)的文化地域差異，對(duì) PLC 編程語(yǔ)言的方式不同，我們 應(yīng)讓多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展。各地方生廠商對(duì)硬件，軟件更 新?lián)Q代快，我們逐漸向制造自動(dòng)化協(xié)議靠近，使 PLC 在世界各國(guó)通用， 其中包含中央控制單元、模塊、編程語(yǔ)言、通信協(xié)議、編輯工具等，讓 PLC 技術(shù)更加規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。 5 2 整體結(jié)構(gòu) 無(wú)人物流小車(chē)主要是有車(chē)體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力控制、驅(qū)動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)向裝置、精確停車(chē) 裝置、車(chē)載控制部分、驅(qū)動(dòng)部分等。 2.1 車(chē)載控制部分 無(wú)人物流小車(chē)是根據(jù)無(wú)人物流小車(chē)行走的軌跡進(jìn)行編程，無(wú)人物流小車(chē)的各種 可編程邏輯控制程序，通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理，進(jìn)而達(dá)到直行，裝卸料等過(guò)程。小 車(chē)?yán)脙珊筝喿鳛轵?qū)動(dòng)力，用 PLC 控制系統(tǒng)控制無(wú)人物流小車(chē)的速度、啟動(dòng)、停止 的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。 2.2 車(chē)體結(jié)構(gòu) 車(chē)體是向人們表達(dá)它外部構(gòu)成的直觀表達(dá)，它的結(jié)構(gòu)主要部分主要有底盤(pán)、車(chē) 架、外殼，如果條件允許可以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行噴漆，讓小車(chē)的外部造型更加美觀。它的 內(nèi)部主要是用來(lái)安裝控制系統(tǒng)和一些機(jī)械零件等，這些通常用的是蝸輪蝸桿減速器、 電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器等部分組成。 （a）車(chē)架是無(wú)人物流小車(chē)組成機(jī)體的主要部分，它主要作用是用來(lái)安裝車(chē)輪、 電機(jī)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。車(chē)架選擇要充分考慮材料的強(qiáng)度、剛度，因?yàn)檫@是決定 負(fù)載的重量的主要因素。所以對(duì)于車(chē)架的選材不但要考慮價(jià)格、質(zhì)量穩(wěn)定性和安全 性等等，最后確定車(chē)架的材料是鑄造鋁合金，不僅鋁合金價(jià)格便宜，而且焊接性好， 重心低，這樣的好處是可以有效的防止翻車(chē)，還有就是讓車(chē)身盡量光滑一點(diǎn)，避免 運(yùn)行不必要碰撞讓人受傷。 （b）車(chē)輪采用橡膠輪胎。橡膠輪胎比較柔軟并且減震性能非常好，能保證物流 小車(chē)上的物品不會(huì)受到破壞，橡膠材料耐用性強(qiáng)，而且能夠防水性好，橡膠生產(chǎn)比 較普遍，這時(shí)候物美價(jià)廉這是一個(gè)很好的選擇。 2.3 運(yùn)動(dòng)部分 無(wú)人物流小車(chē)一般是用驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向裝置幾部分構(gòu)成. 一般從速度、 過(guò)載、負(fù)荷大小等方面有效地對(duì)無(wú)人物流小車(chē)運(yùn)動(dòng)方面考慮。在生產(chǎn)生活中，我們 常常見(jiàn)到的是采用三輪、四輪、六輪及多輪這樣的小車(chē)等，三輪結(jié)構(gòu)的小車(chē)常常是 通過(guò)在轉(zhuǎn)向前方的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)無(wú)人物流小車(chē)轉(zhuǎn)向，而四輪或六輪多是采用后輪驅(qū) 動(dòng)、差速轉(zhuǎn)向或獨(dú)立轉(zhuǎn)向方式，我們選擇要根據(jù)實(shí)際情況。 2.4 傳送系統(tǒng) 6 無(wú)人物流小車(chē)適用于各種各樣的工作環(huán)境，我們常常根據(jù)環(huán)境的條件，然后選 擇合適的傳動(dòng)系統(tǒng)，例如我們現(xiàn)實(shí)生活中常用的傳動(dòng)方式有蝸輪蝸桿傳動(dòng)，帶傳動(dòng)， 齒輪傳動(dòng)等。這次設(shè)計(jì)的無(wú)人物流小車(chē)主要是運(yùn)用到物流上，為了簡(jiǎn)單便于設(shè)計(jì)， 我采用大學(xué)接觸最 。多 的 蝸 輪 蝸 桿 傳 動(dòng) 2.5 安全輔助系統(tǒng) 在工廠生產(chǎn)過(guò)程中，難免會(huì)發(fā)生一些大家都不想看到的結(jié)果，這時(shí)安全輔助系 統(tǒng)顯得尤為重要。在生產(chǎn)流水線上，為了避免無(wú)人物流小車(chē)故障或人員經(jīng)過(guò)容易與 小車(chē)不經(jīng)意間碰撞，無(wú)人物流小車(chē)一般用障礙物檢測(cè)和防撞，提示音等急停裝置， 這樣可以有效保證工作人員的安全，避免不必要的傷害。 2.6 驅(qū)動(dòng)裝置 無(wú)人物流小車(chē)驅(qū)動(dòng)裝置能夠控制自己的速度，它是無(wú)人物流小車(chē)的重要組成部 分之一，小車(chē)各部分都應(yīng)該確保運(yùn)行的穩(wěn)定性。在生產(chǎn)過(guò)程中, 我們要避免小車(chē)的 故障不能正常運(yùn)行造成不必要的損失，在選擇驅(qū)動(dòng)裝置上我們一般選用 驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，在日常生活和大學(xué)生涯學(xué)習(xí)中，我們對(duì)異步電動(dòng)機(jī)接電 機(jī) 作 為 動(dòng) 力 驅(qū) 動(dòng) 觸比較多，為了更方便的做設(shè)計(jì)，我決定采用三相異步電動(dòng)機(jī)。 7 3 機(jī)械設(shè)計(jì) 3.1 設(shè)計(jì)要求 無(wú)人物流小車(chē)車(chē)身采用鋁合金材質(zhì)，輕便，美觀，實(shí)用?？刂葡到y(tǒng)采用可編程 控制器編程，以便它可以跟蹤旨在水平路線上正常運(yùn)行。 動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)的長(zhǎng)度：700mm 1.負(fù)載50 自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)的行駛速度：100mm/s 2.小車(chē)最大速度150mm/s 無(wú)人物流小車(chē)車(chē)體質(zhì)量：20KG 3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)方案 在生產(chǎn)線上，作為運(yùn)輸中作用無(wú)人物流小車(chē)，它能夠把生產(chǎn)的產(chǎn)品及時(shí)，準(zhǔn)確， 安全地運(yùn)送到指定地點(diǎn)，在整條生產(chǎn)線僅有的兩個(gè)生產(chǎn)區(qū)連接鏈路起著因此不可替 代的作用設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，性能優(yōu)越，安全和無(wú)人物流的可靠性，無(wú)人物流小車(chē)對(duì)于 保證工廠的正常生產(chǎn)是尤為重要的。 在以前的生產(chǎn)車(chē)間，完全是勞動(dòng)者運(yùn)送貨物，裝卸操作這樣的運(yùn)送過(guò)程，及其浪費(fèi) 時(shí)間，耗費(fèi)大量的物流成本，再加上大量人為因素，不利的正常生產(chǎn)影響經(jīng)常發(fā)生， 因?yàn)楝F(xiàn)在提出的全自動(dòng)化生產(chǎn)線的要求，無(wú)人物流小車(chē)能滿足生產(chǎn)要求。 方案一使用三輪小車(chē)。通過(guò)齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于控制無(wú)人物流小車(chē)后輪的 轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)在小車(chē)前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變無(wú)人物流小車(chē)左右轉(zhuǎn)向問(wèn)題。如下圖： 方案二：使用四輪小車(chē)。利用蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)，讓兩后輪作為驅(qū)動(dòng)力，利用 電機(jī)控制小車(chē)速度，這樣可以控制無(wú)人物流小車(chē)的正常工作。如下圖： 8 四輪小車(chē)的穩(wěn)定性比三輪小車(chē)強(qiáng)很多。方案一轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)誤差會(huì)比 較大。而且選項(xiàng)二使用蝸桿-蝸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)后輪運(yùn)動(dòng)， 不僅有利于 PLC 控制的編程設(shè)計(jì)，并且實(shí)用性比較強(qiáng)。所以，我的無(wú)人物流小車(chē)采 用四輪小車(chē)。 3.3 電機(jī)的選擇 根據(jù)工作 ，選擇恰當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)。其中包括電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和結(jié)負(fù) 載 的 大 小 和 性 質(zhì) 構(gòu)形式、功率和轉(zhuǎn)速，用來(lái)確定電動(dòng)機(jī)。 車(chē)輪轉(zhuǎn)速 （3.1）2.75r/min1403.610dvn 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 選擇蝸輪-蝸桿的減速比 i=60 （3.2）136mn電 in 無(wú)人物流小車(chē)的受力分析如圖所示 3.3 示： 3.3 小車(chē)受力分析 小車(chē)車(chē)身自身重量為 p 9 （3.3306.N980.2490.712.853 abhgp ） 小車(chē)的載荷為 G N85mg （3.4） 由于兩前輪及兩后輪關(guān)于 Y 軸對(duì)稱(chēng)， 則 ，ABFCD ， （3.5）0zF20ACPG ， （3.6）xM0.75.12.3C 解得 15.6NBA 84NDCF 滾動(dòng)摩阻力偶矩 的大小介于零與最大值之間，即 f max0f 其中 滾動(dòng)摩阻系數(shù)，查表 5-2 ， =210，取 =6mm 3 mN946.0.15706.max NFM （3.7） 5.1307.2axdMF （3.8） 兩個(gè)小車(chē)后輪受力分析 3.2 電 機(jī) 1/GW 3.2 后輪受力 圖 3.3 摩擦系數(shù) 牽引力 F N 重物的重力 W 滾子直徑 D mm 傳遞效率 傳動(dòng)裝置減速比 1/G （1） 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩（ ）LT AOSNPF 10 （3.9）mN58.0 108.96247.1513 0892)(GDWFTL 取 =0.7, =157.66 , =0.15 (2)求無(wú)人物流小車(chē)電機(jī)功率 小車(chē)的最小驅(qū)動(dòng)功率為 (3.10) wgVmFPw 0.6819.870總 計(jì)算電機(jī)功率 (3.11) Wd 傳動(dòng)總效率 (3.12)231 聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率為 ,蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率為 ，深溝球軸承的9.016.02 傳動(dòng)效率為 98.03 6275.6 電機(jī)功率 (3.13)kwPWd 106275.081 三相異步電動(dòng)機(jī)比伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、維護(hù)方便、便于設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng).所以我選取 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)，據(jù)以上參數(shù)選用: 電動(dòng)機(jī)型號(hào)：Y802-4 額定功率：0.75kw 同步轉(zhuǎn)速：1390r/min 最大額定轉(zhuǎn)矩：2.2 3.4 聯(lián)軸器與軸間配合 選擇聯(lián)軸器類(lèi)型應(yīng)從以下幾方面考慮： （1） 傳遞的轉(zhuǎn)矩大小、性質(zhì)以及緩沖減速的要求； 11 （2） 聯(lián)軸器工作轉(zhuǎn)速大小引起的離心力大小對(duì)裝備的影響； （3） 安裝時(shí)，應(yīng)注意軸間位移的大小和方向，防止錯(cuò)位； （4） 聯(lián)軸器可靠性和工作環(huán)境，保證能正常運(yùn)行； （5） 聯(lián)軸器制造安裝維護(hù)及成本，首選物美價(jià)廉。綜合性能好。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)軸直徑，輸出軸與蝸桿軸聯(lián)接部分的軸徑進(jìn)行分析，為了更好的滿 足無(wú)人物流小車(chē)設(shè)計(jì)要求，我采用安全柱銷(xiāo)聯(lián)軸器滿足要求，如下圖 3.4 電 機(jī) 軸蝸 桿 軸 3.4 安 全 聯(lián) 軸 器 聯(lián)軸器采用安全聯(lián)軸器，銷(xiāo)釘直徑 d 可按剪切強(qiáng)度計(jì)算，即 4 8mKTDZ （3.14） 銷(xiāo)釘材料選用 45 鋼。查表 5-2 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB 699-88） 45 5 200HBS 調(diào) 質(zhì) = b637MPa = s5 = s1% 2x0.39J/ 75HBS硬 度 銷(xiāo)釘?shù)脑S用切應(yīng)力為 12 47.5MPa630.5.8)(07b （3.15） 過(guò)載限制系數(shù) k 值 查表 14-4 取 k=1.6 4 mN587.0T m64.075.12.386.d 選用 d=7mm 滿足剪切強(qiáng)度要求。 3.5 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 3.5.1 蝸桿的傳動(dòng)類(lèi)型 設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮各種蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)，傳動(dòng)方式的要求和使用條件， 滿足實(shí)際要求的需要，合理的選擇蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型。 (1)ZC 蝸桿傳動(dòng)適用于重載高速、要求效率高、精度高的重要傳動(dòng)； (2)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)用于傳動(dòng)效率高，精度高的大功率傳動(dòng)； (3)漸開(kāi)線 ZI 蝸桿傳動(dòng)適用于精密蝸桿頭數(shù)多的傳動(dòng)，并且加工工藝簡(jiǎn)單； (4)ZA 阿基米德圓柱蝸桿傳動(dòng)適合載荷小，精度要求不高的傳動(dòng)； (5)ZA 單頭阿基米德蝸桿傳動(dòng)適合自鎖的低速，輕載的傳動(dòng)。 根據(jù)上述條件結(jié)合本課題的需求，選用漸開(kāi)線蝸桿(ZI 蝸桿)。 3.5.2 選擇材料 蝸桿要求表面硬度和耐磨性較高，故選用材料 40Cr。蝸輪用灰鑄鐵 HT200 制造， 采用金屬模鑄造。 3.5.3 蝸桿傳動(dòng)受力分析 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2 按 Z=1，故取效率 =0.7,則 4 23508N.m.70819.5109.5109.5 6126262 /inPnPT （3.16） 13 （3.17）N4.5287211 dTFat （3.18）60321ta （3.19）8.2tan.60tn21 rF 3.5.4 蝸輪齒根疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)漸開(kāi)線蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。蝸輪輪齒因 彎曲強(qiáng)度不足而失效的情況，多數(shù)發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多或漸開(kāi)線傳動(dòng)中。 （3.20）221.53FaKTmdYz 確定載荷系數(shù) K 穩(wěn)定的負(fù)載下工作時(shí)，負(fù)載不均衡分配系數(shù)，那么你可以 K= 1 時(shí)，使用系數(shù) KA= 1.15 從表 11-15 中選擇。由于穩(wěn)定的速度，期望的動(dòng)態(tài)系數(shù) KV= 1.1 （3.21）1.5.265AVK 由表 11-8 得，蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 4 34FMPa 假設(shè) 31048，蝸輪的當(dāng)量齒數(shù) 26z= （3.22）23362.29cos10Vz48 14 根據(jù) ， ，從圖 11-19 中可查得齒形系數(shù) 20 x26.9Vz4 2.3FaY 螺旋角系數(shù) （3.23）310197Y48 32 m.625.5dm 由表 11-2 得 4 中心距 a=50mm 模數(shù) m=1.25mm 分度圓直徑 2.41d3125md 蝸桿頭數(shù) 1z直徑系數(shù) 17.92 分度圓導(dǎo)程角 =3 1138 蝸輪齒數(shù) 26變位系數(shù) 20.x 3.5.5 蝸桿與蝸輪參數(shù)與幾何尺寸 (1) 蝸桿參數(shù)及尺寸 軸向齒距 （3.24）m925.3.14mPa 齒頂圓直徑 （3.25）9.4.121 hd 齒根圓直徑 （3.26m275.).250.(4.)(21chadf ） (2) 蝸輪參數(shù) 傳動(dòng)比 216zi 蝸輪分度圓直徑 （3.27）m5.72.2md 蝸輪喉圓直徑 1.804.15.7)(222 ）（xhamda （3.28） 蝸輪齒根圓直徑 （3.29）m475.)2.041(25.7)(222 cxhadf 蝸輪咽喉母圓半徑 （3.30）9.820122agdr 15 3.5.6 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)屬于精密傳動(dòng)，從 GB/T 10089-1988 圓柱蝸桿、蝸輪 精度中選擇 6 級(jí)精度，側(cè)隙種類(lèi)為 d,標(biāo)注為 6d,GB/T 10089-1988。 3.5.7 熱平衡核算 蝸桿傳動(dòng)在與螺旋齒輪相似，會(huì)出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)。在工作條件不太好的時(shí)候容易 發(fā)熱，導(dǎo)致潤(rùn)滑情況下降。但該 ZI 傳動(dòng)方式是漸開(kāi)線傳動(dòng)，工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱可 以散發(fā)到環(huán)境中，不考慮熱平衡計(jì)算。 3.6 軸的設(shè)計(jì) 3.6.1 軸的分類(lèi) 軸是機(jī)器的主要部件中的一種形式。作為一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)只能安裝在軸 上的動(dòng)力傳遞。這是支持的軸轉(zhuǎn)動(dòng)部件和傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，軸是保證設(shè)備正常運(yùn)行 的基礎(chǔ)上，對(duì)軸的要求，必須按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。 在日常生活中，我們經(jīng)常根據(jù)軸的承受力的不同，通常把軸分為轉(zhuǎn)軸，心軸和傳 動(dòng)軸。能承受彎矩又能承受轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為轉(zhuǎn)軸，只承受彎矩不承受轉(zhuǎn)矩成為心軸，只能 承受扭矩不能承受彎矩稱(chēng)為傳動(dòng)軸，這是方便選擇做的簡(jiǎn)單區(qū)分。 3.6.2 前輪軸的設(shè)計(jì)過(guò)程 3.6 前 輪 軸 前輪軸只承受彎矩而不承受扭矩，故屬于心軸。 。 （1）求作用在軸上的力 自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)的前輪受力，受力 3.7。 16 CF N42.08.2121 CF （2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下幾個(gè)因素：軸因?yàn)橛绊戄S的因素很多，并且結(jié)構(gòu)形式 隨著具體情況的不同變化，因此軸一般沒(méi)有固定的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。我們?cè)僭O(shè)計(jì)物品時(shí)， 要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析。倒是，軸上零件應(yīng)便于調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝 性等。下面是軸在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的幾個(gè)主要問(wèn)題。 （a）擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案取決于軸結(jié)構(gòu)，它決定了軸的基本形式的設(shè)計(jì)的前提條件。裝配方案 是 。裝配方案是：左輪輻板、右輪輻板、預(yù) 定 軸 上 主 要 裝 配 方 向 、 順 序 和 相 互 關(guān) 系 螺母、套筒、滾動(dòng)軸承、軸用彈性擋圈依次從軸的右端向左安裝，左端只安裝滾動(dòng) 軸承和軸用彈性擋圈。這樣就對(duì)各軸段的粗細(xì)順序作了初步安排。 （b）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 初步選擇滾動(dòng)軸承。自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)前輪軸只受彎矩的作用，主要承受徑向力而軸向 力較小，故選用單列深溝球軸承。由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取單列深溝球軸承 6004，其尺寸為 dDT=20mm42mm12mm,故 d =d =d =20mm。 右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，因此取 d =25mm。 取安裝左、右輪輻處的軸段的直徑 d =30mm。已知輪輻的寬度為 34mm，為了 使螺母端面可靠地壓緊左右輪輻，此軸段應(yīng)略短于輪輻的寬度，故取 l =32mm。左 左右輪輻的左段采用軸肩定位，軸肩高度 ，取 h=3mm，軸環(huán)處的直徑0.7h d =36mm。軸環(huán)寬度 b1.4h，取 l =5mm。 軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號(hào)為 GB 894.1-86 20，其尺寸為 d0=20mm,故 d =d =19mm ,l =l =1.1mm ,l =13-1.1=11.9。 （c）軸上零件的周向定位 左右輪輻與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按 d由手冊(cè)查得平鍵截面 bh=8mm7mm(GB/T 1095-1979),鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 28mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn) GB/T 1096-1979),同時(shí)為了保證左右輪輻與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇左右輪 輻與軸的配合為 H7/n6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸 的直徑尺寸公差為 j7。 （d）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 145，各軸肩處的圓角半徑為 R1。 17 （3）求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖畫(huà)出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖畫(huà)出軸的彎矩圖 McM 3.7 前輪軸的載荷分析圖 N42.08.2121 cFm3921L 38.57691 LMC （4）按彎曲應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面強(qiáng)度。最大負(fù)彎矩在截面 C 上， 。mN38.1576C 對(duì)截面 C 進(jìn)行強(qiáng)度校核，由公式 4 （3.31）1caMW 由表 15-1 得，45 鋼 調(diào)質(zhì) 4 P601 由表 15-4 得， （3.32）3 2323 m84.0)(480.)( dtbW 1MPa69.157ca 因此該軸滿足強(qiáng)度要求，故安全。 3.6.3 后輪軸的設(shè)計(jì)過(guò)程 后輪軸在工作中既承受彎矩又承受扭矩，故屬于轉(zhuǎn)軸。 18 3.8 后輪軸結(jié)構(gòu) （1）求后輪軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩2P2n2T =0.7,那么 （3.33）KW056.78.02 r/min75.2n mN23T （2）作用在蝸輪上的力 N6.02tF4.2aF8.02rF （3）初步確定軸的最小直徑 先按式（15-2 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根4 據(jù)表 15-3 ，取 =115，于是得40A （2.37）m5.17.206153320min PAd 后輪軸的最小直徑是安裝輪輻處軸的直徑 。由于輪輻與軸采用鍵聯(lián)結(jié)，故d d =26mm。 （4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （a）擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案是：蝸輪、套筒、深溝球軸承、軸用彈性擋圈依次從軸的左端向右安 裝；右端安裝深溝球軸承、透蓋、內(nèi)輪輻、軸端擋圈從右端向左安裝。 19 （b）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列深溝 球軸承。單列深溝球軸承 6206，其尺寸為 dDT=30mm62mm16mm，故 d =d =d =30mm。右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得 6206 型軸承 的定位軸肩高度 h=3mm,因此，取 d =36mm。軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號(hào)為 GB 894.1-86 30,其尺寸為 d0=30mm，故 d =28.6mm， l =1.7mm。取安裝輪輻處的軸段 的直徑 d =26mm。輪輻的寬度為 27mm,為了使軸端擋圈可靠地壓緊輪輻，此軸段應(yīng)略 短于輪輻的寬度，故取 。26lm （c）軸上零件的周向定位 蝸輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按 由手冊(cè)查得平鍵截面 bh=8mm7mm,d 鍵槽長(zhǎng)為 25mm。輪輻與軸的配合為 H8/h7。 （d）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 145，各軸肩處的圓角半徑為 。1R （5）求軸上的載荷 后輪軸上的受力分析 3.9。 L1=L2=27.5mm L3=41mm (a) 在水平面上后輪軸的受力簡(jiǎn)圖為 3.9。 由靜力平衡方程求出支座 A、B 的支反力 N3.06.2121 tNHFF 三個(gè)集中力作用的截面上的彎矩分別為 m84157301 LMNHHD 20 0HABM 21 3.9 后輪軸的載荷分析圖 (b) 在垂直面上后輪軸的受力簡(jiǎn)圖 3.9。 由靜力平衡方程求出支座 A、B 的支反力 NFaNV4.522 m5.037DMa ， 0A 2121130raNVLLFL （3.34） 122131NVraFF )415.27(6.5.205.7875. =-126.9 ， 0yF1220NVrFF （3.35） 22 122NVrNVFF =220.8-157.7 +126.9 = 190.2 在 段中，將截面左邊外力向截面簡(jiǎn)化，得AD (3.36)1110.9)(XXFXMNV1027.5x 在 段中，同樣將截面左邊外力向截面簡(jiǎn)化，得B (3.37)21227.5NVraxxM.2 在 段中，同樣將截面右邊外力向截面簡(jiǎn)化，得C (3.38)3331.6MF3041x 0VAC mN75.2.1.9左D .830975283右V 6.46.BM 計(jì)算 A、B、C、D 截面的總彎矩 M 0ACmN497.857.5238.412221 左VDHD (3.39) (3.40)6.103.22222 右VDHDMmN640EB 后 輪 軸 上 的 轉(zhuǎn) 矩 2358T （6）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩 和扭矩的截面即危險(xiǎn)截面 D 的強(qiáng)度。由式（15-5） 得4 (3.41)MPa83.78.2)506(.1073)( 222 WTMCa 其中， 為折合系數(shù)，取 =0.6 23 為軸的抗彎截面系數(shù)，由表 15-4 得W4 3 323 m84.20)(801.)( dtb ， ， 15-1 查得 -1=60MPa 45選 定 軸 的 材 料 為 鋼 調(diào) 質(zhì) 處 理 由 表 因此 ， 。1ca故 安 全 3.7 滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì) 3.7.1 選用軸承考慮的主要因素： (1)軸承受到的 ，這是選取的主要依據(jù)；載 荷 大 小 、 方 向 和 性 質(zhì) (2)根據(jù)轉(zhuǎn)速高低選擇適合的軸承防止出現(xiàn)不良影響； (3)充分考慮到軸的調(diào)心性能，防止軸承的內(nèi)外圈發(fā)生偏斜； (4)選擇時(shí)應(yīng)考慮整體設(shè)計(jì)的要求，便于安裝和拆卸。 3.7.2 前輪軸上的滾動(dòng)軸承的計(jì)算及校核 Lh2000h ， ， ， 要 求 壽 命 r/min96.28104.310dvn N42.0rF 。0aF （1）由上述條件試選軸承 試選 6004 型軸承，查表 16-2 4 KN38.9rCKN02.5OCr/min150lin （2）按額定動(dòng)載荷計(jì)算 由式 (3.42) 610hlP 對(duì)球軸承 =3， (3.42) PraPrfXFYf 查表 13-6 自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē) 4 1.2 N50484. 9380.719605.483 C 故 6004 型軸承能滿足要求。 24 （3）按額定靜載荷校核 (3.43)0CSP 選取 =20S (3.44)N42.000rarFYX 代入上式， 滿足要求。N84.2.5200PSC 2.7.3 蝸桿軸上的軸承 要求壽命 ， ， ，作用在在軸上的軸向h3hL365r/min1n4.10rF 載荷 。N6.0nF （1） 選 30203 型軸承，查表 5-24 5 （脂潤(rùn)滑） K8.9rC2.130Cr/in90limn0.35e 蝸桿軸上的軸承受力 （2） 按額定動(dòng)載荷計(jì)算 (3.45)N47.321021YFSr 12 69.47.3Sa ，1F.2aPrfXF 查表 15-12 ， 5.2Pf ， ， 1639.780.3504arFe、 0.41.7YN8.129)6.1.(21 25 ， ， 23.470.29.351arFe、 1X0Y N48.2.10.)(22 arpYFXfP 由式 15 6hnLCP1036425.14058.129063631 hnLPCN0.31063162h 均小于 滿足要求。12、 N0 （3） 按額定靜載荷校核 由 表 515 0CSP 15-14 ，取 查 表 0.8S101.79.52arFY、 N86.1.604.101 arFXP 20.94.52arF、 N.120r ，滿足要求。012P、均 小 于 3C （4） 極限轉(zhuǎn)速校核 由式 (3.46) max12linf ，由圖 15-5 得 1290.58.62PC5f ，由圖 15-6 得 1.7arF520.fr/min901maxn 26 ，由圖 15-5 得 213.480.679PC51f ，由圖 15-6 得 2.arF52f r/min9012maxn 小于 和 滿足要求。nmax1x2 2.7.4 后輪軸上的軸承 要求軸承的壽命 ， ，軸承 A 的徑向載荷h50hL轉(zhuǎn) 速 r/in75.2n ；軸承 B 的徑向載荷N08.319.622121 NVHrF ； 。 承 A 承受9.67222r Fa2.6由 于 軸 的載荷大于軸承 B 的載荷，故只需對(duì)軸承 A 進(jìn)行校核。 。 （1）由上述給定條件試選軸承 試選 6206 型軸承，查表 15-19 5 （脂潤(rùn)滑）KN91.4rCKN01.rCr/min950lin （2）按額定動(dòng)載荷計(jì)算 由式 610hLP 對(duì)球軸承 ，3 PrafXFY 由 查表 15-19 065.20.651aFC5 0.19,2.3eY 由 查表 15-19 .930.197ar e5 rPF 查表 15-12 無(wú)人物流小車(chē) .2Pf 代 入 得 N8407.1 19065.20526846C 27 該軸承滿足后輪受力要求。 （3） 額定靜載荷校核 0CSP ，選取 查 表 154 1 由 式 .093arF 查表 15-19 ， 時(shí)， 50.8arF01,XY N70rFP ， 滿足要求。代 入 上 式 SNC10 （4） 極限轉(zhuǎn)速校核 max12linf 80.563149PC5查 圖 1f .2.7arF16查 圖 52f 代 入 r/min9501maxn 滿足要求。axr/i7.2 3.8 無(wú)人物流小車(chē)維護(hù)與保養(yǎng) 一段時(shí)間使用無(wú)人物流小車(chē)后，小車(chē)電機(jī)的潤(rùn)滑能力下降機(jī)動(dòng)性能變差，那么 必須有一個(gè)負(fù)責(zé)人員來(lái)補(bǔ)充補(bǔ)充潤(rùn)滑脂。當(dāng)更換潤(rùn)滑脂的時(shí)候，應(yīng)該做到及時(shí)清除 舊潤(rùn)滑脂，然后用汽油把軸承和軸承蓋的油槽清洗干凈。工作人員填充的潤(rùn)滑脂不 能太多，要不然會(huì)使軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩變得很大，到時(shí)候軸承溫度會(huì)越來(lái)越高，會(huì)大 大的損耗軸承的使用壽命。 另外，無(wú)人物流小車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，我們應(yīng)注意軸承的溫度變化。因?yàn)榇蟛糠?軸承適用于 70及以下工作狀態(tài)，溫度過(guò)高會(huì)使軸承強(qiáng)度剛度失效，所以當(dāng)軸承溫 28 度超過(guò) 95時(shí)，我們要立即停止小車(chē)運(yùn)行，仔細(xì)查找溫度升高的原因，如果有條件 的話可以更換軸承，避免出現(xiàn)生產(chǎn)線癱瘓的情況。 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)，我們要根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)使用鋰基潤(rùn)滑脂，如果可能的話， 在鋰基潤(rùn)滑脂 ，這樣做的好處就是能讓無(wú)人物流合 適 的 抗 氧 化 劑 ， 防 銹 劑 和 極 壓 劑 小車(chē)的電機(jī)擁有較好的抗水能力，大大的提高無(wú)人物流小車(chē)的生產(chǎn)壽命。另外我們 還要注意軸承的維護(hù)，這樣做的好處是能增加軸承使用壽命，同時(shí)降低工廠維修機(jī) 器的成本。極大的讓無(wú)人物流小車(chē)在生產(chǎn)線上發(fā)揮更大的作用，讓無(wú)人物流小車(chē)為 生產(chǎn)廠家提供更好的使用價(jià)值。 29 4 控制系統(tǒng) 4.1 系統(tǒng)描述 本課題研究對(duì)象是無(wú)人物流小車(chē)的 ， 它是通過(guò)控制三相異步電動(dòng)機(jī)的控 制 系 統(tǒng) 正反轉(zhuǎn)控制無(wú)人物流小車(chē)做 ，從而實(shí)現(xiàn)在 A 地裝料、B 地卸料這一過(guò)程，往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 滿足生產(chǎn)線的要求。無(wú)人物流小車(chē)在車(chē)間運(yùn)動(dòng)圖如下; 4.2 控制要求 控制系統(tǒng)的工作原理： （1）機(jī)械運(yùn)料小車(chē)在初始位置處，按下啟動(dòng)按鈕 SB1，電機(jī)正轉(zhuǎn)，無(wú)人物流小車(chē) 往前運(yùn)動(dòng)； （2）機(jī)械運(yùn)料小車(chē)運(yùn)行至右限位開(kāi)關(guān) ST1，電機(jī)停轉(zhuǎn)，運(yùn)料小車(chē)停止，等待裝料， 裝料指示 L1 燈亮； （3）經(jīng)過(guò)十秒以后，裝料燈 L1 滅，這時(shí)裝料結(jié)束，電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，物流小車(chē)后 退，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到左限位開(kāi)關(guān) ST2 處，電機(jī)停轉(zhuǎn)，無(wú)人物流小車(chē)停止，開(kāi)始卸料，卸料 指示燈 L2 亮； （4）延時(shí) 8s，指示燈滅，卸料完成,到此完成一個(gè)工作周期，這樣一直循環(huán)此過(guò) 程，直到關(guān)閉停止按鈕。 4.3系統(tǒng)主回路與控制回路的設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)是具有靈活的，多功能的特點(diǎn)，幾乎所有的控制都通過(guò)軟件控制， 雖然這不是 PLC 和 I/ O 之間的硬件設(shè)計(jì)信號(hào)的簡(jiǎn)單連接，它直接關(guān)系到無(wú)人物流小 車(chē)的安全性，可靠性和生產(chǎn)成本的控制系統(tǒng)，以及許多其他的問(wèn)題，硬件設(shè)計(jì)一旦 完成，就不能在隨意修改，因此，它是用于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵問(wèn)題，我們 應(yīng)該高度重視設(shè)計(jì)階段。 30 4.4 控制系統(tǒng)原理 根據(jù)物流小車(chē)具有正向和反向兩種工作模式，兩個(gè)線圈 KM1 以及 KM2 無(wú)人物流小 車(chē)展示的整體設(shè)計(jì)的控制要求，通過(guò)改變電機(jī)的相序來(lái)改變工作方式，接觸器 KM1 以及 KM2 對(duì)應(yīng) KM1 以及 KM2 的主電路主觸頭。 原則上無(wú)人物流小車(chē)原理如下： （1）按下啟動(dòng)按鈕 SB1 電機(jī)正轉(zhuǎn)，這時(shí)候開(kāi)始通電接觸器線圈 KM1 和 SB1 平行 KM1 常開(kāi)觸點(diǎn)，以保證持續(xù)的電力，以滿足封閉，整個(gè)電路會(huì)發(fā)生自鎖現(xiàn)象，KM1 線 圈正常工作， ，按下電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始向前走，無(wú)人物1KM主 電 路 串 聯(lián) 閉 合 流小車(chē)開(kāi)始向前移動(dòng); （2）當(dāng)小車(chē)運(yùn)行到限位開(kāi)關(guān) ST1，ST1 的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使 KM1 線圈失電，電機(jī)停轉(zhuǎn)，無(wú)人物流小車(chē)停止運(yùn)動(dòng);與此同時(shí)，在延遲 KT1 繼電器線圈開(kāi) 啟時(shí)，輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，充電指示燈 L1 亮，手動(dòng)加載。 （3）延時(shí) 10s，時(shí)間繼電器的延時(shí)閉合常開(kāi)觸點(diǎn) KT1 閉合，接觸器 KM2 線圈通電 并自鎖，兩個(gè)常閉觸點(diǎn) KM2 斷開(kāi)， L1 燈熄滅，線圈 KM1 失電，然后三相異步電機(jī)運(yùn) 行，無(wú)人物流小車(chē)向后運(yùn)動(dòng); （4）當(dāng)通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合繼電器線圈 KT2 前往 ST2，KT2 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，排 放指標(biāo) L2 亮; （5）延遲 8S，KT2 線圈常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，恢復(fù)電機(jī)正轉(zhuǎn); （6）按下停止按鈕，無(wú)人物流小車(chē)停止運(yùn)行。 根據(jù)無(wú)人物流小車(chē)的工作原理畫(huà)出 PLC 的外部接線圖： 31 4.4外部接線圖 4.5控制系統(tǒng)的梯形圖 無(wú)人物流小車(chē)的流程圖如下 32 開(kāi)始 按下電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕 S B 1 行駛至 S T 1 處 ， 裝料指示 燈 L 1 亮 ， 延時(shí) 1 0 S 時(shí)間到 電機(jī)反轉(zhuǎn) ， 機(jī)械運(yùn)料小車(chē)后退 行駛至 S T 2 處 ， 卸料指示燈 L 2 亮 ， 延時(shí) 8 S 時(shí)間到 按下停止按鈕 S B 3 結(jié)束 運(yùn)料小車(chē)前進(jìn) 否 否 否 是 是 是 4.5流程圖 根據(jù)控制系統(tǒng)流程圖編寫(xiě)梯形圖 33 4.6 梯形圖 34 結(jié)束語(yǔ) 本課題主要研究無(wú)人物流小車(chē)外部造型、機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)基本 上 ，涵 蓋 了 所 有 的 大 學(xué) 課 程 所 學(xué) ， 如 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) ， 機(jī) 械 工 程 ， 可 編 程 控 制 器 ， 互 換 性 機(jī)械原理等，也有控制的結(jié)構(gòu)，以及自動(dòng)化問(wèn)題的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中了解第一輛 實(shí)現(xiàn)無(wú)人物流小車(chē)的物流能力，深入的了解，以便進(jìn)行深入的分析，它的機(jī)械結(jié)構(gòu) 和工作流程的熟悉的功能，深入的機(jī)械設(shè)計(jì)改進(jìn)的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和單個(gè) 機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的改進(jìn)。另外，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用 PLC 控制系統(tǒng)。 這次設(shè)計(jì)清楚的讓我認(rèn)識(shí)到機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)含，讓我對(duì)機(jī)械專(zhuān)業(yè)有更深的認(rèn)知，讓 我擺脫了純粹的理論知識(shí)和學(xué)習(xí)的膚淺的認(rèn)識(shí);讓我懂得更多的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)零部件的選 取，更好的理解設(shè)計(jì)手冊(cè)，設(shè)計(jì)規(guī)范和使用計(jì)算機(jī)圖形軟件S7-200的專(zhuān)業(yè)水平。通 過(guò)這次設(shè)計(jì)，我真正的感到我的能力得到巨大的提升。 這次設(shè)計(jì)的順利完成，不僅僅是我對(duì)專(zhuān)業(yè)精神的不懈追求，更是與吳老師溝通 到位，讓我深入了解到，做學(xué)問(wèn)必須要實(shí)事求是，這次無(wú)人物流小車(chē)設(shè)計(jì)，讓我對(duì) 各種設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，以及各種設(shè)備的適用性有了很大的認(rèn)識(shí)。也讓我的能力進(jìn)一步得到 了提高，它的目的是使這時(shí)候我已經(jīng)積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)萬(wàn)千，我以后的工作生活中能 充分的運(yùn)用這些知識(shí)，我一定會(huì)在未來(lái)的生活工作中，對(duì)碰到的工作生活中的問(wèn)題 難題會(huì)有較強(qiáng)的理解解決能力，這是認(rèn)識(shí)到我四年大學(xué)的意義所在。 這次的設(shè)計(jì)內(nèi)容量非常多，并且設(shè)計(jì)的過(guò)程瑣事不斷，但我并沒(méi)有向困難妥協(xié)， 因?yàn)槲抑酪粋€(gè)人能戰(zhàn)勝自己才是最是真正的成功，這期間在是吳老師的不斷鼓勵(lì) 耐心講解，讓我在設(shè)計(jì)過(guò)程中始終充滿熱情，使我這次設(shè)計(jì)收獲更加豐富。再加上 經(jīng)常與吳老師的溝通和交流，我了解到機(jī)械設(shè)計(jì)的適用條件零件的選用標(biāo)準(zhǔn)和適用 性。不僅僅是我的能力也得到了提高，還讓我的設(shè)計(jì)和我實(shí)際經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用的本次設(shè)計(jì) 中種種問(wèn)題，讓我更加清晰的認(rèn)識(shí)到自己的不足，找到了自我前進(jìn)的方向，人活著 就是要不斷的充實(shí)完善自己。最終按質(zhì)按量完成本次設(shè)計(jì)，感謝在這期間真心感謝 幫助我的指導(dǎo)老師。 35 參 考 文 獻(xiàn) 1 孔令中現(xiàn)代物流設(shè)備設(shè)計(jì)與選用M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005. 2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室理論力學(xué)M第六版，北京：高等教育 出版社，2004. 3 濮良貴，紀(jì)名剛機(jī)械設(shè)計(jì)8 版，北京：高等教育出版社，2004 4 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5 版北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007. 5 余俊。滾動(dòng)軸承計(jì)算：額定負(fù)荷、當(dāng)量負(fù)荷及壽命。北京高等出版社， 1993 6 章日晉，等.機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1987. 7 龔仲華.S7-200/300/400PLC 應(yīng)用技術(shù).人民郵電出版社,2007. 8 尹志強(qiáng)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2006. 9史國(guó)生、趙陽(yáng).電氣控制與可編程控制器技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版,2004. 10張永飛.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).中國(guó)電力出版社,1998. 11寥常初.PLC 編程及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社,2005. 12馬小軍.可編程控制器及其應(yīng)用.東南大學(xué)出版社,2007. 36 致 謝 設(shè)計(jì)馬上就要結(jié)束了，這半年給我的感覺(jué)非常充實(shí)，讓我受益良多。吳老師的 教誨依然縈繞在我的耳邊，吳老師對(duì)知識(shí)的理解深度讓我非常佩服，吳老師對(duì)我設(shè) 計(jì)無(wú)人物流小車(chē)中出現(xiàn)的種種問(wèn)題見(jiàn)解獨(dú)特，讓我驚嘆不已。當(dāng)我遇到涉及專(zhuān)業(yè)的 難題是吳老師總是耐心講解，例如：零件強(qiáng)度剛度的要求、材料的選取等等。正是 吳老師對(duì)學(xué)生抱著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，讓我對(duì)我的設(shè)計(jì)更加有信心，我相信我能做到 讓自己滿意，才能不辜負(fù)老師的教誨，如果沒(méi)有吳老師的指點(diǎn)，我想這次的設(shè)計(jì)我 會(huì)走許多的彎路的。 能夠作為吳老師的學(xué)生，我心中感覺(jué)特別的榮幸。雖然只是短短的幾個(gè)月，但 吳老師卻讓我受益匪淺，不光只有知識(shí)，更重要的還是對(duì)工作的認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度。 由于吳老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)、一絲不茍和嚴(yán)格要求，讓我可以交上滿意的答卷，讓我給 我的四年大學(xué)生涯畫(huà)上一個(gè)完美句點(diǎn)。本論文不論是從開(kāi)始選題還是最后定稿成文， 這期間吳老師都給予了我悉心的指導(dǎo)，吳老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的個(gè)人風(fēng)格，具有理工生的 洞察力，不懈開(kāi)拓進(jìn)取的精神，讓我內(nèi)心深處深受啟發(fā)，對(duì)我以后的人生經(jīng)歷有很 大益處，我不由得讓對(duì)吳老師獻(xiàn)上我最誠(chéng)摯的謝意。 本文主要是是針對(duì)無(wú)人物流小車(chē)的內(nèi)部構(gòu)造、外部造型以及 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)，在無(wú)人物流小車(chē)的應(yīng)用上表達(dá)了自己的一點(diǎn)想法。由于學(xué)生水平淺薄，難免在 理論的描述、資料的運(yùn)用等方面難免有不恰當(dāng)、不深刻，不周到之處，或許有些觀 點(diǎn)也欠與成熟，真誠(chéng)的希望聆聽(tīng)老師們的教誨，讓我更好的完善充實(shí)自我，我希望 以后的我能夠被大家認(rèn)可。 千言萬(wàn)語(yǔ)也不能描述我的感受，我設(shè)計(jì)的圓滿結(jié)束，不單單是我自己的刻苦、 勤奮、踏實(shí)的態(tài)度，更多的還是吳老師的耐心指導(dǎo)，你們的鼓勵(lì)和幫助永遠(yuǎn)是我前 進(jìn)的不懈動(dòng)力，再一次謝謝你們！ 37