自動導(dǎo)引小車(AVG)的設(shè)計,自動,導(dǎo)引,小車,avg,設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 （工科及部分理科專業(yè)使用） 題 目： 自動導(dǎo)引小車(AGV)的設(shè)計 學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 系： 機械工程 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 機制023班 學(xué) 號： 02122803 學(xué)生姓名： 薛亞江 起訖日期： 2006年2月15日——5月15日 指導(dǎo)教師： 萬偉民 職稱： 講 師 系分管主任： 審核日期： 說 明 1. 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，并經(jīng)專業(yè)學(xué)科組審定，下達到學(xué)生。 2. 進度表由學(xué)生填寫，每兩周交指導(dǎo)教師簽署審查意見，并作為畢業(yè)設(shè)計工作檢查的主要依據(jù)。 3. 學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師下達的任務(wù)書獨立完成開題報告，3周內(nèi)提交給指導(dǎo)教師批閱。 4. 本任務(wù)書在畢業(yè)設(shè)計完成后，與論文一起交指導(dǎo)教師，作為論文評閱和畢業(yè)設(shè)計答辯的主要檔案資料，是學(xué)士學(xué)位論文成冊的主要內(nèi)容之一。 一、畢業(yè)設(shè)計的要求和內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求） 設(shè)計內(nèi)容： 1．設(shè)計兩輪驅(qū)動的移動機器人機構(gòu)和驅(qū)動裝置。 技術(shù)要求： 負載≤35KG 小車轉(zhuǎn)彎半徑≥71cm 小車最大速度≤10m/min 2．設(shè)計基于單片機控制系統(tǒng)的軟硬件。 3. 進行運動控制分析，完成對移動機器人運動軌跡（圓弧、拋物線）的控制。 設(shè)計要求： 1. 運用相關(guān)專業(yè)知識，完成課題的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計和相關(guān)工程設(shè)計計算； 2. 完成控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計和程序編制； 3. 按照工程制圖規(guī)范完成相關(guān)圖紙繪制，編寫設(shè)計說明書； 4．搜集、閱讀相關(guān)技術(shù)資料，翻譯外文文獻資料。 二、畢業(yè)設(shè)計圖紙內(nèi)容及張數(shù) 繪制機械結(jié)構(gòu)圖、控制原理圖，圖紙折合A0號圖幅不少于3張。 三、畢業(yè)設(shè)計實物內(nèi)容及要求 1．畢業(yè)設(shè)計論文一份（8千字以上，并附相關(guān)程序清單）。 2．設(shè)計圖紙一套（機械結(jié)構(gòu)圖、控制原理圖）。 3．外文文獻翻譯一份（大于2000漢字）。 4．畢業(yè)設(shè)計資料的電子文檔光盤一張。 四、畢業(yè)設(shè)計進度計劃 序號 各階段工作內(nèi)容 起訖日期 備注 1 確定畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，查找閱讀資料、準(zhǔn)備開題報告的編寫。 2006-2-15～2-28 2 完成開題報告撰寫，確定設(shè)計方案。 2006-3-1～3-4 3 設(shè)計機器人移動結(jié)構(gòu)，進行工程計算，繪制結(jié)構(gòu)圖。 2006-3-5～3-18 4 設(shè)計單片機控制系統(tǒng)硬件，繪制工作原理圖。 2006-3-19～4-1 5 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和程序編制。 2006-4-2～4-15 6 運動控制分析和軌跡控制。 2006-4-16～4-29 7 外文資料翻譯，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文，打印整理。 2006-4-30～5-13 五、主要參考資料 《機電伺服控制技術(shù)》 李思龍主編 東華大學(xué)出版社 《機電設(shè)備及其控制》 田風(fēng)桐主編 機械工業(yè)出版社 《先進制造技術(shù)》 孫大涌主編 機械工業(yè)出版社 《機器人技術(shù)及其應(yīng)用》 謝存禧 主編 機械工業(yè)出版社 《MatLab及其應(yīng)用》機械工業(yè)出版社 六、畢業(yè)設(shè)計進度表（本表每兩周由學(xué)生填寫一次，交指導(dǎo)教師簽署審查意見） 第一、二周 （2月15日至 2月25日） 學(xué)生主要工作： 確定畢業(yè)設(shè)計的任務(wù), 查找閱讀資料，準(zhǔn)備開題報告。 熟悉課程設(shè)計的內(nèi)容，準(zhǔn)備開題報告。 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第三、四周 （2 月26 日至 3月4日） 學(xué)生主要工作： 完成開題報告，確定設(shè)計方案。 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第五、六周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第七、八周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第九、十周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第十一、十二周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第十三、十四周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第十五、十六周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 第十七、十八周 （ 月 日至 月 日） 學(xué)生主要工作： 指導(dǎo)教師審查意見： 年 月 日 七、其他（學(xué)生提交） 1．開題報告1份 2．外文資料譯文1份（2000字以上，并附資料原文） 3．論文1份（8000字以上） 指 導(dǎo) 教 師： 學(xué)科組負責(zé)人： 學(xué)生開始執(zhí)行 任務(wù)書日期： 學(xué)生姓名： 送交畢業(yè)設(shè)計日期： 密級： NANCHANG UNIVERSITY 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 THESIS OF BACHELOR （2002—2006年） 題 目 自動導(dǎo)引小車(AGV)的設(shè)計 學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 系 機械 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 機制023班 學(xué) 號： 02122803 學(xué)生姓名： 薛 亞 江 指導(dǎo)教師： 萬 偉 民 起訖日期： 2006.2.13 畢業(yè)設(shè)計（論文）要求裝訂成冊并應(yīng)包含以下主要內(nèi)容 一、 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 二、 開題報告 三、 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1、中文摘要 2、外文摘要 3、畢業(yè)設(shè)計（論文）全文 四、 外文資料譯文 五、 外文資料原文 - 1 - 實 習(xí) 報 告 學(xué)生姓名： 薛 亞 江 學(xué) 號： 02122803 專業(yè)班級： 023班 實習(xí)單位： 溫州大榮紡織儀器有限公司 實習(xí)時間： 2006-3-15 2006年 3 月 18 日 實 習(xí) 報 告 一. 實習(xí)目的 1.了解一般機電產(chǎn)品的開發(fā)過程。 2.熟悉電子元器件，并掌握一定的編程能力。 3.通過本次校外實習(xí)為畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)，以便更好的完成畢業(yè)設(shè)計。 二. 實習(xí)內(nèi)容 本次畢業(yè)實習(xí)的單位是我自己找的，我主要是在技術(shù)科里從事產(chǎn)品的開發(fā)。溫州大榮紡織儀器有限公司是專業(yè)生產(chǎn)紡織儀器的企業(yè)，并能根據(jù)客戶的需求自行設(shè)計紡織儀器。該公司的主要產(chǎn)品用于紡織企業(yè)、質(zhì)檢、商檢、科研院所等場合。生產(chǎn)的產(chǎn)品主要包括纖維、紗線、針織、印染、服裝、土工、無紡材料等系列檢測儀器達一百多種。在我實習(xí)的這一個月里，對于YG（B）021DX型臺式單紗強力機很熟悉。先將該產(chǎn)品介紹如下。 [使用范圍]： 可用于棉、毛、麻、絲、化纖等纖維純紡和混紡紗線的抗拉斷裂強力及斷裂伸長的測試。自緊式夾持器，絕無打滑或夾傷紗線，與傳感器柔性聯(lián)結(jié)，上紗時不會對傳感器造成任何不良影響。 [技術(shù)參數(shù)]： 1、電源：電壓AC 220V+-10% 50Hz 2、電動機：步進電機 3、打印機：80列窄行24針打印機 4、數(shù)據(jù)處理量：≦512次試驗 5、儀器外形尺寸：370（L）×530（W）×930（H）mm 6、測力精度：≦±0.2%F . S 7、取樣長度：100mm、250mm、500mm(三檔任選) 8、拉伸速度：10-1000mm/min無級調(diào)速，數(shù)字顯示速度，誤差≦±1% 9、測力范圍及最小分度值： 規(guī) 格：-1型 -3型 -4型 測力范圍:0-1000cN 0-3000cN 0-5000Cn 分 度 值：0.5cN 1cN 2cN 該設(shè)備主要用來檢測單根紗線的強力，以及紗線的伸長率，以及測試的總次數(shù)中最大的強力值、平均值。任意調(diào)整上夾持器的上升速度，但下降速度不可調(diào)，當(dāng)?shù)竭_最下位置時自動停止下降。該儀器使用相當(dāng)簡單，用單根紗線先經(jīng)過導(dǎo)線溝、上夾持器、下夾持器夾緊紗線。這時就可以對單根紗線的強力進行測試。電子單紗強力機采用數(shù)碼管顯示，內(nèi)容包括實驗的日期、濕度、溫度、速度、夾持距離等。 在實習(xí)的一個月里，我做了一個電子鐘。從硬件設(shè)計到編程序全都是我一個人做的。硬件原理圖如下圖，整個電路用25個元器件。用P1口的8根線驅(qū)動LED數(shù)碼管的段碼；用P3口驅(qū)動LED數(shù)碼管的位腳。由于89C2051的I/O口的上拉內(nèi)阻有14K左右，無法為LED數(shù)碼管提供必要的工作電流，特添加了8只1K電阻，使LED數(shù)碼管的每段電流在2mA左右。數(shù)碼管全部點亮?xí)r電流16mA小于20mA,89C2051可以安全工作。 為了節(jié)省I/O口，鍵盤處理采用動態(tài)掃描方式。先置P30=0，P31=P32=1，再讀取P31、P32的狀態(tài)，如果P31、P32=0，則說明有鍵按下。進行必要的去抖動處理后，便可得到相應(yīng)的鍵值。 硬件設(shè)計電路原理圖 電子鐘的LED數(shù)碼管排列 PCB布線圖 三、實習(xí)總結(jié) 通過短短的一個月校外實習(xí)，我學(xué)到了很多知識。對機電產(chǎn)品的開發(fā)有了一定的認識。對于一個產(chǎn)品，首先，進行市場分析；其次，確定產(chǎn)品的功能及檢驗標(biāo)準(zhǔn)；再次，進行機械機構(gòu)的設(shè)計；然后，進行總體方案的設(shè)計；再后，進行控制部分的設(shè)計；最后，進行產(chǎn)品的出廠調(diào)試。在這一個月里我學(xué)會使用燒寫器、仿真器及串行的數(shù)據(jù)存儲器芯片。在校外實習(xí)期間，讓我把學(xué)校學(xué)的知識應(yīng)用到實踐當(dāng)中，學(xué)到更多的知識我很開心。 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題 目： 自動導(dǎo)引小車（AGV）的設(shè)計 學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 系 機械工程系 專 業(yè)： 機械制造設(shè)計及其自動化 班 級： 機制023班 學(xué) 號： 02122802 姓 名： 薛 亞 江 指導(dǎo)教師： 萬 偉 民 填表日期： 2006 年 3 月 21 日 引言 AGV(Automatic Guided Vehicle),即自動導(dǎo)引車，是一種物料搬運設(shè)備，是能在一位置自動進行貨物的裝載，自動行走到另一位置，自動完成貨物的卸載的全自動運輸裝置。AGV是以電池為動力源的一種自動操縱的工業(yè)車輛。裝卸搬運是物流的功能要素之一，在物流系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，占據(jù)物流費用的重要部分。因此，運輸工具得到了很大的發(fā)展，其中AGV的使用場合最廣泛，發(fā)展十分迅速。 1913年，美國福特汽車公司使用有軌底盤裝配車。1953年，美國Barrett Electric制造了世界上第一臺采用埋線電磁感應(yīng)式的跟蹤路徑自動導(dǎo)向車，也被稱作“無人駕駛牽引車”。20世紀(jì)70年代中期，具有載貨功能的AGV在歐洲得到迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，并被引入美國用于自動化倉儲系統(tǒng)和柔性裝配系統(tǒng)的物料運輸。從80年代初開始，新的導(dǎo)向方式和技術(shù)得到更廣泛研究和開發(fā)。90年代以來，AGV從僅由大公司應(yīng)用，正向小公司單臺應(yīng)用轉(zhuǎn)變，而且其效率和效益更好。AGV按照引導(dǎo)方式不同分為：固定路徑導(dǎo)引、自由路徑導(dǎo)引等。按照移載方式不同分為：側(cè)叉式移載、叉車式移載、推挽式移載、輥道輸送機式移載、升降臺式移載、機械手式移載等。 一、 選題的依據(jù)及意義： 本課題為自立課題。 AGV是集人工智能、信息處理和圖像處理為一體，綜合了當(dāng)今科技領(lǐng)域先進的理論和應(yīng)用技術(shù)。屬于移動式機器人的一個分支。它最早是在美國發(fā)展起來的，在國外已經(jīng)有幾十年的歷史了。因此，AGV被廣泛應(yīng)用在倉儲業(yè)、郵局、圖書館、港口碼頭、機場以及危險場所和特種作業(yè)的場合。AGV是一種非常有發(fā)展前途的物流輸送設(shè)備，尤其在柔性制造系統(tǒng)（FMS）中被認為是最有效的物料運輸設(shè)備。 二、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）： AGV是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫而產(chǎn)生并發(fā)展起來的。日本人認為1981年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計算AGV大規(guī)模應(yīng)用的歷史也只有15至20年。但是，其發(fā)展速度是非常快的。1981年美國通用公司開始使用AGV，1985年AGV保有量500臺，1987年AGV保有量3000臺。資料表明歐洲40%的AGV用于汽車工業(yè)，日本15%的AGV用于汽車工業(yè)，也就是說AGV在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。 目前國內(nèi)總體看AGV的應(yīng)用剛剛開始，相當(dāng)于國外80年代初的水平。但從應(yīng)用的行業(yè)分析，分布面非常廣闊，有汽車工業(yè)，飛機制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機械加工，倉庫，郵電部門等。這說明AGV有一個潛在的廣闊市場。 AGV從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國家線路向可調(diào)整線路；從簡單車載單元控制向復(fù)雜系統(tǒng)計算機控制；從原始的段點定期通訊到先進的實時通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場控制到先進的遠程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機械制造、加工、裝配生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動化生產(chǎn)，物料搬運，物品倉儲，商品配送等行業(yè)發(fā)展。 三、 本課題研究內(nèi)容 （1）自動導(dǎo)引小車AGV的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計； （2）自動導(dǎo)引小車AGV的自動引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計； （3）自動導(dǎo)引小車AGV的運動控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計。 四、 本課題研究方案 （1）AGV自動導(dǎo)引小車的分類 自動導(dǎo)引小車分為有軌和無軌兩種，所謂有軌是指有地面或空間的機械式導(dǎo) 向軌道。地面有軌小車結(jié)構(gòu)牢固，承載力大，造價低廉，技術(shù)成熟，可靠性好， 定位精度高。地面有軌小車多采用直線或環(huán)線雙向運行，廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的 箱體類工件FMS中。高架有軌小車（空間導(dǎo)軌）相對于地面有軌小車，車間利用 率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動范圍分開，安全性好， 但承載力小。高架有軌小車較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介 人的工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車由于需要機械式導(dǎo)軌，其系統(tǒng) 的變更性、擴展性和靈活性不夠理想。有軌小車如圖3所示。 圖1 有軌小車 無軌小車是一種利用微機控制的，能按照一定的程序自動沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑 行駛，并具有停車選擇裝置、安全保護裝置以及各種移載裝置的輸送小車，如圖 4所示。 圖2 無軌小車 無軌小車也叫自動導(dǎo)引小車（Automatic Guided Vehicle——AGV），無軌 小車按引導(dǎo)方式和控制方法的分為有徑引導(dǎo)方式和無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式。有 徑引導(dǎo)方式是指在地面上鋪設(shè)導(dǎo)線、磁帶或反光帶制定小車的路徑，小車通過電 磁信號或光信號檢測出自己的所在位置，通過自動修正而保證沿指定路徑行駛。 無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是在無軌小車的計算機中預(yù)存距離表 （地圖），通過與測距法所得的方位信息比較，小車自動算出從某一參考點出 發(fā)到目的點的行駛方向。這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。 （2）AGV自動導(dǎo)引小車的工作原理： 光學(xué)引導(dǎo)式AGV的工作原理如圖3，即在小車預(yù)定路徑的地面貼上白色反光 帶小車上裝有七組光電感測器成H型分布稱，光電感測器通過白色反光帶來檢測 反射回來的信號，并將該光信號轉(zhuǎn)換成電信號控制小車的運動。反光帶有連續(xù)粘 貼和斷續(xù)粘貼兩種方法，F(xiàn)MS中常采用連續(xù)粘貼法。光學(xué)引導(dǎo)方式對于改變小車 的預(yù)定路徑很方便，只要重新粘貼反光帶即可，但反光帶易污染和破損，不適合 油霧重、粉塵多、環(huán)境不好的車間。 圖3 光學(xué)引導(dǎo)原理 本次設(shè)計采用光學(xué)引導(dǎo)方式的AGV （3）AGV的結(jié)構(gòu)設(shè)計 AGV小車結(jié)構(gòu)示意圖4。小車采用兩后輪獨立驅(qū)動差速轉(zhuǎn)向，兩前輪為萬向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。步進電機經(jīng)減速器后通過驅(qū)動輪提供驅(qū)動力，當(dāng)兩輪運動速度不同時就可以實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。 1-后輪，2-減速器，3-電瓶，4-光感應(yīng)器，5-前輪， 6-單片機，7-車架，8-步進電機驅(qū)動器，9-步進電機 圖4 AGV結(jié)構(gòu)示意圖 1、車架 車架是整個AGV小車的機體部分，主要用于安裝輪子、光感應(yīng)器、步進電機和減速器。車架上面安裝步進電機驅(qū)動器、PCD板和電瓶。對于車架的設(shè)計，要有足夠的強度和硬度要求，故車架材料選用鑄造鋁合金，牌號為6061。其中6061質(zhì)量比較輕，焊接性好。 2、車輪 車輪采用實心橡膠輪胎。車體后面兩主動輪為固定式驅(qū)動輪，與輪轂式電機相連。前面兩個隨動輪為旋轉(zhuǎn)式隨動輪，起支承和平衡小車的作用。 3、載荷傳送裝置 AGV的載荷傳送裝置為一平板，其作用為運輸箱體類零件到指定工位。主要用來裝載箱體類零件，運送物料等。 （4）AGV的自動引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計 采用的光電傳感器如圖5所示。型號為EE-SPY402，屬于反射型光電感測器，入光時ON，偵測距離約5mm，并附動作指示燈電源電壓為DC5~24V，控制輸出80mA。光電感測器電源電壓5V，當(dāng)偵測到前方有反射物體時，動作指示燈亮，out端與負端形成通路，且out端由4V高電位降為0V低電位。此反射型光電感測器所偵測到前方的反射物體以白色為標(biāo)準(zhǔn)。 圖5 光電感測器 單片機與光電感測器連接電路如圖6所示，分別將七組光電感測器的out端接至單片機的P0口，供應(yīng)5V電壓，且負端輸出與單片機共接地；單片機一次讀取P0口的狀態(tài)，組合成二進位系統(tǒng)，經(jīng)過程序處理與判斷，獲得當(dāng)時AGV的位置。七組光電感測器排成H型來檢測AGV的當(dāng)前位置。 圖6 AT89C51單片機與光電感測器的連接 五、 研究目標(biāo)、主要特色及工作進度： 1. 究目標(biāo)：在了解現(xiàn)代先進的關(guān)于機器人方面資料的前提下，結(jié)合自己所學(xué)的知識，設(shè)計出一種簡單實用，應(yīng)用方便簡單的兩輪驅(qū)動的自動導(dǎo)引小車AGV和驅(qū)動裝置。 2. 要特色：該AGV是基于單片機控制系統(tǒng)而設(shè)計出來的，還結(jié)合了近幾年來的先進的研究成果，結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，操作方便。 3.工作進度 1 確定畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，查找閱讀相關(guān)資料、準(zhǔn)備開題報告的編寫。 2006-2-15～2-28 2 完成開題報告撰寫，確定設(shè)計方案。 2006-3-1～3-4 3 設(shè)計自動導(dǎo)引小車的結(jié)構(gòu)，進行相關(guān)傳動零件的工程計算，繪制裝配圖。 2006-3-5～3-18 4 設(shè)計單片機的控制系統(tǒng)，繪制控制系統(tǒng)原理圖。 2006-3-19～4-1 5 運動學(xué)分析和校外實習(xí)報告的編寫。 2006-4-2～4-15 6 控制系統(tǒng)的軟件流程圖設(shè)計，編寫圓弧插補程序。 2006-4-16～4-29 7 外文資料翻譯，撰寫畢業(yè)設(shè)計文，打印整理。 2006-4-30～5-13 六、參考文獻： [1]孔令中．現(xiàn)代物流設(shè)備設(shè)計與選用[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.10． [2]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室．理論力學(xué)[M]．（Ⅰ）第六版．北京：高等教育出版社，2004.1． [3]戴曙．金屬切削機床[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000.5． [4]濮良貴，紀(jì)名剛．機械設(shè)計[M]．第七版．北京：高等教育出版社，2004． [5]唐金松．簡明機械設(shè)計手冊[M]．第二版．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000.10． [6]譚建成．電機控制專用集成電路[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1999． [7]朱曉春．?dāng)?shù)控技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2001.5． [8]李廣第，朱月秀，王秀山．單片機基礎(chǔ)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.7． [9]張迎新，杜小平，樊桂花，雷道振．單片機初級教程[M]．北京航空航天大學(xué)出版社，2000.6． [10]機械設(shè)計手冊編委會．機械設(shè)計手冊[M]．新版第5冊．北京：機械工業(yè)出版社，1997． ??? I AGV 自動導(dǎo)引小車的設(shè)計 摘 要 AGV 即自動導(dǎo)引小車，它集聲、光、電、計算機技術(shù)于一體，綜合了當(dāng)今科技領(lǐng)域先 進的理論和應(yīng)用技術(shù)。廣泛應(yīng)用在柔性制造系統(tǒng)和自動化工廠中，具有運輸效率高、節(jié)能、 工作可靠、能實現(xiàn)柔性運輸?shù)仍S多優(yōu)點，極大的提高生產(chǎn)自動化程度和生產(chǎn)效率。 本文在分析研究國內(nèi)外 AGV 現(xiàn)狀與發(fā)展的基礎(chǔ)上，設(shè)計了兩后輪獨立驅(qū)動的自動導(dǎo) 引小車，其主要工作內(nèi)容包括：小車機械傳動設(shè)計、直流伺服電機的選擇、AT89C51 單片 機控制系統(tǒng)硬件電路、運動學(xué)分析、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計及圓弧插補程序。所設(shè)計的小車能 夠?qū)崿F(xiàn)自主運行、運動軌跡（圓弧、直線）的控制等功能，達到了沿著設(shè)定的路線行駛。 關(guān)鍵詞：自動導(dǎo)引小車，單片機控制，設(shè)計，PWM 技術(shù) II Design on Automatic Guided Vehicle Abstract The AGV namely Automatic Guided Vehicle, it collect sound, the light, the electricity, the computer technology in a body, and synthesizes the technical domain advanced theory and the application technology. It widespread applied in the flexible manufacturing system and the factory automation, and has the merits of high transportation efficiency, the energy conservation, the work reliable, the flexible transportation. It enormously enhanced production automaticity and production efficiency. Based on the analysis of the domestic and foreign AGV present situation and its development foundation, AGV with two wheel independent drive is designed. The content of the paper includes: design of mechanical structure and drive of the car, the choice of direct current servo motor, the hardware electric circuit of AT89C51 control system, the kinematic analysis, the software design of control system and the procedure of interpolation the circular arc. The designed car can realize the functions of independent movement, the path (circular arc, straight line) control and so on, and has achieved to travel along the hypothesis route. Keyword: Automatic Guided Vehicle, singlechip computer control，Design , PWM 目 錄 摘 要 .........................................................................I Abstract.....................................................................II 第一章 緒論 ...................................................................1 1.1 AGV 自動導(dǎo)引小車簡介 ....................................................1 1.2 AGV 自動導(dǎo)引小車的分類 ..................................................1 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ................................................1 第二章 機械部分設(shè)計 ...........................................................2 2.1 設(shè)計任務(wù) ................................................................2 2.2 確定機械傳動方案 ........................................................2 2.3 直流伺服電動機的選擇 ....................................................3 2.4 聯(lián)軸器的設(shè)計 ............................................................5 第三章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 ........................................................19 3.1 控制系統(tǒng)總體方案 .......................................................19 3.2 鑒向 ...................................................................19 3.3 計數(shù)的擴展 .............................................................20 3.4 中斷的擴展 .............................................................21 3.5 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇 .......................................................22 3.6 電機驅(qū)動芯片選擇 .......................................................23 3.7 運動學(xué)分析 .............................................................26 3.8 控制軟件的設(shè)計 .........................................................27 結(jié)論 .........................................................................32 參考文獻（References） .......................................................32 致謝 .........................................................................32 第一章 緒論 1.1 AGV 自動導(dǎo)引小車簡介 AGV(Automatic Guided Vehicle),即自動導(dǎo)引車，是一種物料搬運設(shè)備，是能在一位 置自動進行貨物的裝載，自動行走到另一位置，自動完成貨物的卸載的全自動運輸裝置。 AGV 是以電池為動力源的一種自動操縱的工業(yè)車輛。裝卸搬運是物流的功能要素之一，在 物流系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，占據(jù)物流費用的重要部分。因此，運輸工具得到了很大的發(fā) 展，其中 AGV 的使用場合最廣泛，發(fā)展十分迅速。 1.2 AGV 自動導(dǎo)引小車的分類 自動導(dǎo)引小車分為有軌和無軌兩種。 所謂有軌是指有地面或空間的機械式導(dǎo)向軌道。地面有軌小車結(jié)構(gòu)牢固，承載力大， 造價低廉，技術(shù)成熟，可靠性好，定位精度高。地面有軌小車多采用直線或環(huán)線雙向運行， 廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的箱體類工件 FMS 中。高架有軌小車（空間導(dǎo)軌）相對于地面有軌小 車，車間利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動范圍分開，安全性 好，但承載力小。高架有軌小車較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介人的 工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車由于需要機械式導(dǎo)軌，其系統(tǒng)的變更性、擴 展性和靈活性不夠理想。 無軌小車是一種利用微機控制的，能按照一定的程序自動沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛，并 具有停車選擇裝置、安全保護裝置以及各種移載裝置的輸送小車。無軌小車按引導(dǎo)方式和 控制方法的分為有徑引導(dǎo)方式和無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式。有徑引導(dǎo)方式是指在地面上鋪設(shè) 導(dǎo)線、磁帶或反光帶制定小車的路徑，小車通過電磁信號或光信號檢測出自己的所在位置， 通過自動修正而保證沿指定路徑行駛。無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是在無軌 小車的計算機中預(yù)存距離表（地圖） ，通過與測距法所得的方位信息比較，小車自動算出從 某一參考點出發(fā)到目的點的行駛方向。這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 AGV 是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫 而產(chǎn)生并發(fā)展起來的。日本人認為 1981 年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計算 AGV 大規(guī)模應(yīng)用 的歷史也只有 15 至 20 年。但是，其發(fā)展速度是非?？斓?。1981 年美國通用公司開始使用 AGV，1985 年 AGV 保有量 500 臺，1987 年 AGV 保有量 3000 臺。資料表明歐洲 40%的 AGV 用 于汽車工業(yè)，日本 15%的 AGV 用于汽車工業(yè)，也就是說 AGV 在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用 。[1] 目前國內(nèi)總體看 AGV 的應(yīng)用剛剛開始，相當(dāng)于國外 80 年代初的水平。但從應(yīng)用的行業(yè) 分析，分布面非常廣闊，有汽車工業(yè)，飛機制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機械加工， 倉庫，郵電部門等 。這說明 AGV 有一個潛在的廣闊市場。[1] AGV 從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國家線路向可調(diào)整線路；從簡單車載單元控制向復(fù)雜 系統(tǒng)計算機控制；從原始的段點定期通訊到先進的實時通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場控 制到先進的遠程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機械制造、加工、裝配 生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動化生產(chǎn)，物料搬運，物品倉儲，商品配送等行業(yè)發(fā)展。 第二章 機械部分設(shè)計 2.1 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一臺自動導(dǎo)引小車 AGV，可以在水平面上按照預(yù)先設(shè)定的軌跡行駛。本設(shè)計采用 AT89C51 單片機作為控制系統(tǒng)來控制小車的行駛，從而實現(xiàn)小車的左、右轉(zhuǎn)彎，直走，倒 退，停止功能。 其設(shè)計參數(shù)如下： 自動導(dǎo)引小車的長度：500mm 自動導(dǎo)引小車的寬度：300mm 自動導(dǎo)引小車的行駛速度：100mm/s 2.2 確定機械傳動方案 方案一：采用三輪布置結(jié)構(gòu)。直流伺服電動機經(jīng)過減速器和差速器，通過兩半軸將動 力傳遞到兩后輪。自動導(dǎo)引小車的轉(zhuǎn)向由轉(zhuǎn)向機構(gòu)驅(qū)動前面的一個萬向輪轉(zhuǎn)向。傳動系統(tǒng) 如圖 2-1 所示。 I AGV 自動導(dǎo)引小車的設(shè)計 摘 要 AGV 即自動導(dǎo)引小車，它集聲、光、電、計算機技術(shù)于一體，綜合了當(dāng)今科技領(lǐng)域先 進的理論和應(yīng)用技術(shù)。廣泛應(yīng)用在柔性制造系統(tǒng)和自動化工廠中，具有運輸效率高、節(jié)能、 工作可靠、能實現(xiàn)柔性運輸?shù)仍S多優(yōu)點，極大的提高生產(chǎn)自動化程度和生產(chǎn)效率。 本文在分析研究國內(nèi)外 AGV 現(xiàn)狀與發(fā)展的基礎(chǔ)上，設(shè)計了兩后輪獨立驅(qū)動的自動導(dǎo) 引小車，其主要工作內(nèi)容包括：小車機械傳動設(shè)計、直流伺服電機的選擇、AT89C51 單片 機控制系統(tǒng)硬件電路、運動學(xué)分析、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計及圓弧插補程序。所設(shè)計的小車能 夠?qū)崿F(xiàn)自主運行、運動軌跡（圓弧、直線）的控制等功能，達到了沿著設(shè)定的路線行駛。 關(guān)鍵詞：自動導(dǎo)引小車，單片機控制，設(shè)計，PWM 技術(shù) II Design on Automatic Guided Vehicle Abstract The AGV namely Automatic Guided Vehicle, it collect sound, the light, the electricity, the computer technology in a body, and synthesizes the technical domain advanced theory and the application technology. It widespread applied in the flexible manufacturing system and the factory automation, and has the merits of high transportation efficiency, the energy conservation, the work reliable, the flexible transportation. It enormously enhanced production automaticity and production efficiency. Based on the analysis of the domestic and foreign AGV present situation and its development foundation, AGV with two wheel independent drive is designed. The content of the paper includes: design of mechanical structure and drive of the car, the choice of direct current servo motor, the hardware electric circuit of AT89C51 control system, the kinematic analysis, the software design of control system and the procedure of interpolation the circular arc. The designed car can realize the functions of independent movement, the path (circular arc, straight line) control and so on, and has achieved to travel along the hypothesis route. Keyword: Automatic Guided Vehicle, singlechip computer control，Design , PWM 目 錄 摘 要 .........................................................................I Abstract.....................................................................II 第一章 緒論 ...................................................................1 1.1 AGV 自動導(dǎo)引小車簡介 ....................................................1 1.2 AGV 自動導(dǎo)引小車的分類 ..................................................1 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ................................................1 第二章 機械部分設(shè)計 ...........................................................2 2.1 設(shè)計任務(wù) ................................................................2 2.2 確定機械傳動方案 ........................................................2 2.3 直流伺服電動機的選擇 ....................................................3 2.4 聯(lián)軸器的設(shè)計 ............................................................5 第三章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 ........................................................19 3.1 控制系統(tǒng)總體方案 .......................................................19 3.2 鑒向 ...................................................................19 3.3 計數(shù)的擴展 .............................................................20 3.4 中斷的擴展 .............................................................21 3.5 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇 .......................................................22 3.6 電機驅(qū)動芯片選擇 .......................................................23 3.7 運動學(xué)分析 .............................................................26 3.8 控制軟件的設(shè)計 .........................................................27 結(jié)論 .........................................................................32 參考文獻（References） .......................................................32 致謝 .........................................................................32 1 第一章 緒論 1.1 AGV 自動導(dǎo)引小車簡介 AGV(Automatic Guided Vehicle),即自動導(dǎo)引車，是一種物料搬運設(shè)備，是能在一位 置自動進行貨物的裝載，自動行走到另一位置，自動完成貨物的卸載的全自動運輸裝置。 AGV 是以電池為動力源的一種自動操縱的工業(yè)車輛。裝卸搬運是物流的功能要素之一，在 物流系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，占據(jù)物流費用的重要部分。因此，運輸工具得到了很大的發(fā) 展，其中 AGV 的使用場合最廣泛，發(fā)展十分迅速。 1.2 AGV 自動導(dǎo)引小車的分類 自動導(dǎo)引小車分為有軌和無軌兩種。 所謂有軌是指有地面或空間的機械式導(dǎo)向軌道。地面有軌小車結(jié)構(gòu)牢固，承載力大， 造價低廉，技術(shù)成熟，可靠性好，定位精度高。地面有軌小車多采用直線或環(huán)線雙向運行， 廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的箱體類工件 FMS 中。高架有軌小車（空間導(dǎo)軌）相對于地面有軌小 車，車間利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動范圍分開，安全性 好，但承載力小。高架有軌小車較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介人的 工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車由于需要機械式導(dǎo)軌，其系統(tǒng)的變更性、擴 展性和靈活性不夠理想。 無軌小車是一種利用微機控制的，能按照一定的程序自動沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛，并 具有停車選擇裝置、安全保護裝置以及各種移載裝置的輸送小車。無軌小車按引導(dǎo)方式和 控制方法的分為有徑引導(dǎo)方式和無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式。有徑引導(dǎo)方式是指在地面上鋪設(shè) 導(dǎo)線、磁帶或反光帶制定小車的路徑，小車通過電磁信號或光信號檢測出自己的所在位置， 通過自動修正而保證沿指定路徑行駛。無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是在無軌 小車的計算機中預(yù)存距離表（地圖） ，通過與測距法所得的方位信息比較，小車自動算出從 某一參考點出發(fā)到目的點的行駛方向。這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 AGV 是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫 而產(chǎn)生并發(fā)展起來的。日本人認為 1981 年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計算 AGV 大規(guī)模應(yīng)用 的歷史也只有 15 至 20 年。但是，其發(fā)展速度是非?？斓?。1981 年美國通用公司開始使用 AGV，1985 年 AGV 保有量 500 臺，1987 年 AGV 保有量 3000 臺。資料表明歐洲 40%的 AGV 用 于汽車工業(yè)，日本 15%的 AGV 用于汽車工業(yè)，也就是說 AGV 在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用 。[1] 目前國內(nèi)總體看 AGV 的應(yīng)用剛剛開始，相當(dāng)于國外 80 年代初的水平。但從應(yīng)用的行業(yè) 分析，分布面非常廣闊，有汽車工業(yè)，飛機制造業(yè)，家用電器行業(yè)，煙草行業(yè)，機械加工， 倉庫，郵電部門等 。這說明 AGV 有一個潛在的廣闊市場。[1] AGV 從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國家線路向可調(diào)整線路；從簡單車載單元控制向復(fù)雜 系統(tǒng)計算機控制；從原始的段點定期通訊到先進的實時通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場控 制到先進的遠程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機械制造、加工、裝配 生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動化生產(chǎn)，物料搬運，物品倉儲，商品配送等行業(yè)發(fā)展。 2 第二章 機械部分設(shè)計 2.1 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一臺自動導(dǎo)引小車 AGV，可以在水平面上按照預(yù)先設(shè)定的軌跡行駛。本設(shè)計采 用 AT89C51 單片機作為控制系統(tǒng)來控制小車的行駛，從而實現(xiàn)小車的左、右轉(zhuǎn)彎，直走， 倒退，停止功能。 其設(shè)計參數(shù)如下： 自動導(dǎo)引小車的長度：500mm 自動導(dǎo)引小車的寬度：300mm 自動導(dǎo)引小車的行駛速度：100mm/s 2.2 確定機械傳動方案 方案一：采用三輪布置結(jié)構(gòu)。直流伺服電動機經(jīng)過減速器和差速器，通過兩半軸將動 力傳遞到兩后輪。自動導(dǎo)引小車的轉(zhuǎn)向由轉(zhuǎn)向機構(gòu)驅(qū)動前面的一個萬向輪轉(zhuǎn)向。傳動系統(tǒng) 如圖 2-1 所示。 圖 2-1 傳動方案一 方案二：采用四輪布置結(jié)構(gòu)。自動導(dǎo)引小車采用兩后輪獨立驅(qū)動差速轉(zhuǎn)向，兩前輪為 萬向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。直流伺服電動機經(jīng)過減速器后直接驅(qū)動后輪，當(dāng)兩輪運動速度不 同時，就可以實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。傳動系統(tǒng)如圖 2-2 所示。 圖 2-2 傳動方案二 四輪結(jié)構(gòu)與三輪結(jié)構(gòu)相比較有較大的負載能力和較好的平穩(wěn)性。方案一有差速器和轉(zhuǎn) 向機構(gòu)，故機械傳動誤差大。方案二采用兩套蝸輪-蝸桿減速器及直流伺服電動機，成本相 對于方案一較高，但它的傳動誤差小，并且轉(zhuǎn)向靈活。因此，采用方案二作為本課題的設(shè) 3 計方案。 2.3 直流伺服電動機的選擇 伺服電動機的主要參數(shù)是功率(KW)。但是，選擇伺服電動機并不按功率，而是更根據(jù) 下列三個指標(biāo)選擇。 運動參數(shù)： AGV 行走的速度為 100mm/s，則車輪的轉(zhuǎn)速為 （2-1）πd1062.75min3.410vnr??? 電機的轉(zhuǎn)速 選擇蝸輪-蝸桿的減速比 i=62 （2-2）6.140.iinr??電 自動導(dǎo)引小車的受力分析： OGPFBFCFAFD 圖 2-3 車輪受力簡圖 小車車架自重為 P （2-3ρ2.8510.0.329.814abhg N???? 3） 小車的載荷為 G （2-4 ）9.4mN? 取坐標(biāo)系 OXYZ 如圖 2-3 所示，列出平衡方程 由于兩前輪及兩后輪關(guān)于 Y 軸對稱，則 ，ABFCD? ， （2-5）0zF??20ACPG?? ， （2-6）xM0.75.12.3C? 解得 16ABFN?8.4DFN? 4 兩驅(qū)動后輪的受力情況如圖 2-4 所示： 滾動摩阻力偶矩 的大小介于零與最大值之間，即fM （2-7）max0fM? （2-8）maxδ.6157.0.946????NFN 其中 δ 滾動摩阻系數(shù)，查表 5-2 ，δ=2 ～10，取 δ=6mm [2] 牽引力 F 為 （2-9）max.3.07d 電 機 1/GW 圖 2-4 后輪受力 圖 2-5 摩擦系數(shù) μ 牽引力 F N 重物的重力 W N 滾子直徑 D mm 傳遞效率 ? 傳動裝置減速比 1/G 1） 求換算到電機軸上的負荷力矩（ ）LT （2-10）??19.8?20WDG????? 13.507.64..210.8Nm? 取 =0.7, =157.66 , =0.15?W? 2） 求換算到電機軸上的負荷慣性（ ）LJ （2-11）?? 21234ZJ????????? ?20.3490.76.01.064618??kgm 其中 為車輪的轉(zhuǎn)動慣量； 為蝸桿的轉(zhuǎn)動慣量；1JJ 為蝸輪的轉(zhuǎn)動慣量； 為蝸輪軸的轉(zhuǎn)動慣量。34 3） 電機的選定 AOSNP 5 根據(jù)額定轉(zhuǎn)矩和慣量匹配條件，選擇直流伺服電動機。 電機型號及參數(shù)：MAXON F2260 ?60mm 石墨電刷 80W 2190MJgcm? 匹配條件為 [3] 2max361.89LJgc? （2-12 ）0.25LMJ? 即 361.89.?????0.25.81? 慣量 （2-13）J 269MLJ gcm??? 其中 為伺服電動機轉(zhuǎn)子慣量 M 故電機滿足要求。 4） 快移時的加速性能 最大空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在自動導(dǎo)引小車攜帶工件，從靜止以階躍指令加速到伺服電機 最高轉(zhuǎn)速 時。這個最大空載加速轉(zhuǎn)矩就是伺服電動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩 。maxn maxT （2-14）max223.140165.89.91076nTJ Nt???????? 加速時間 （2-15）4..aMTs 其中 機械時間常數(shù) 19Ms? 2.4 聯(lián)軸器的設(shè)計 由于電動機軸直徑為 Φ8mm，并且輸出軸削平了一部分與蝸桿軸聯(lián)接部分軸徑為 Ф12mm，故其結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 2-6 所示。 電 機 軸蝸 桿 軸 圖 2-6 聯(lián)軸器機構(gòu)圖 聯(lián)軸器采用安全聯(lián)軸器，銷釘直徑 d 可按剪切強度計算，即 [4] 6 （2-16 ）??8mKTdDZ??? 銷釘材料選用 45 鋼。查表 5-2 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB 699-88 ）[5] 45 調(diào)質(zhì) ≤200mm =637MPa =353MPa =17% Ψ=35% b?s?s? 硬度 217～255HBS 20.39kMJm?? 銷釘?shù)脑S用切應(yīng)力為 （2-17）????0.7~80.75634.75BMPa????? 過載限制系數(shù) k 值 查表 14-4 取 k=1.6 [4] T=0.321N?m 81.6570.643.2.dm??? 選用 d=5mm 滿足剪切強度要求。 2.5 蝸桿傳動設(shè)計 1.選擇蝸桿的傳動類型 根據(jù) GB/T 10085-1988 的推薦，采用漸開線蝸桿(ZI)。 2.選擇材料 蝸桿要求表面硬度和耐磨性較高，故材料選用 40Cr。蝸輪用灰鑄鐵 HT200 制造，采 用金屬模鑄造。 3.蝸桿傳動的受力分析 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2 按 Z=1，估取效率 η=0.7,則 [4] （2-66622 120.879.5109.509.523508PPT Nmnni????????? 18） 7 圖 2-7 蝸輪-蝸桿受力分析 各力的大小計算為 （2-19 ）1125876.2taTFNd??? （2-20）2130..at （2-21）0012tn6tan2.8rFN???? 4.按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計 根據(jù)開式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計。蝸輪輪齒因彎曲強度 不足而失效的情況，多數(shù)發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多或開式傳動中。 彎曲疲勞強度條件設(shè)計的公式為 [4] （2-22）??221.53FaKTmdYz???? 確定載荷系數(shù) K[4] 由于工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù) Kβ=1，由表 11-15 選取使用系數(shù)[4] KA=1.15。由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù) KV=1.1,則 （2-23 ）1.5.1265AVK????? 由表 11-8 得，蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 [4] ??34FMPa? 假設(shè) 3°10'48"，蝸輪的當(dāng)量齒數(shù) 26zγ= （2-24 ）23362.29cos10???Vz°′48? 根據(jù) ， ，從圖 11-19 中可查得齒形系數(shù) 20 x?26.9z[4] 2.3FaY? 螺旋角系數(shù) （2-25 ）1.970????Y?10 2 3.53625834.4md m??? 由表 11-2 得 [4] 中心距 a=50mm 模數(shù) m=1.25mm 分度圓直徑 12.d?2315md? 蝸桿頭數(shù) 直徑系數(shù) 17.92 分度圓導(dǎo)程角 γ=3°11′38″ z 蝸輪齒數(shù) 變位系數(shù)2620.4x?? 5.蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 8 1）蝸桿 軸向齒距 （2-26）3.1425.9apmm???? 齒頂圓直徑 （2-27）*1 1.254.9dh?? 齒根圓直徑 （2-28 ）????*122.4.0.1.275fac m??????? 蝸桿軸向齒厚 （2-29）1351962sm?? 2）蝸輪 傳動比 （2-30）216zi? 蝸輪分度圓直徑 （2-31）2.527.dmm?? 蝸輪喉圓直徑 （2-????*1.250.48.1ahax m????? 32） 蝸輪齒根圓直徑 （2-???**227.52..7.5fdmhxc?? 33） 蝸輪咽喉母圓半徑 （2-34）22108.195gardm??? 6.精度等級公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計的自動導(dǎo)引小車屬于精密傳動，從 GB/T 10089-1988 圓柱蝸桿、蝸輪精 度中選擇 6 級精度，側(cè)隙種類為 7.熱平衡核算 由于該蝸輪-蝸桿傳動是開式傳動，蝸輪 -蝸桿產(chǎn)生的熱傳遞到空氣中，故無須熱平衡 計算。 2.6 軸的設(shè)計 2.6.1 前輪軸的設(shè)計 前輪軸只承受彎矩而不承受扭矩，故屬于心軸。 9 圖 2-8 前輪軸結(jié)構(gòu) 1.求作用在軸上的力 自動導(dǎo)引小車的前輪受力，受力如圖 2-9a)所示。 CF?180.4.22N??′? = 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案是：左輪輻板、右輪輻板、螺母、套筒、滾動軸承、軸用彈性擋圈依次從軸 的右端向左安裝，左端只安裝滾動軸承和軸用彈性擋圈。這樣就對各軸段的粗細順序作了 初步安排。 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 (1)初步選擇滾動軸承。自動導(dǎo)引小車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 d×D×T=20mm×42mm×12mm,故 。20dm?Ⅰ Ⅲ Ⅸ 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得 6004 型軸承的定位軸肩高度 h=2.5mm，因此取 。25dm?Ⅳ (2)取安裝左、右輪輻處的軸段Ⅵ的直徑 ;輪輻的左端采用軸肩定位，右端3Ⅵ 用螺母夾緊輪輻。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 。左右輪輻的左段采用軸肩定位，軸肩高度3lⅥ ，取 h=3mm，則軸環(huán)處的直徑 。軸環(huán)寬度 b≥1.4h，取 。0.7hd> 6Vdm?5Vlm? (3)軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號為 GB 894.1-86 20，其尺寸為 ,故02d , , 。19m?Ⅱ Ⅹ 1.l?Ⅱ Ⅹ 1.9l?Ⅲ 其余尺寸根據(jù)前輪軸上關(guān)于左右輪輻結(jié)合面基本對稱可任意確定尺寸，確定了軸上的 各段直徑和長度如圖 2-8 所示。 3）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 dⅥ由手冊查得平鍵截面 b×h=8mm×7mm (GB/T 1095-1979),鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 28mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長見 GB/T 1096-1979),同時為 了保證左右輪輻與軸配合有良好的對中性，故選擇左右輪輻與軸的配合為 H7/n6。滾動軸 10 承與軸的周向定位是借過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 j7。 4）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 1×45°，各軸肩處的圓角半徑為 R1。 3.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖。 McFF1 F2M 圖 2-9 前輪軸的載荷分析圖 12180.4.2FN???1239Lm? 139576.8CL??? 4.按彎曲應(yīng)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面強度。最大負彎矩在截面 C 上， 。1576.38???CMNm 對截面 C 進行強度校核，由公式 [4] （2-35）??1caMW???? 由表 15-1 得，45 鋼 調(diào)質(zhì) [4] 160Pa 由表 15-4 得，[] （2-36）???? 2 23 3 3840. 8.42btdWm??????? ??11576..9caMPa????< 因此該軸滿足強度要求，故安全。 2.6.2 后輪軸的設(shè)計 后輪軸在工作中既承受彎矩又承受扭矩，故屬于轉(zhuǎn)軸。 11 圖 2-10 后輪軸結(jié)構(gòu) 1.求后輪軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩2P2n2T 取蝸輪-蝸桿傳動的效率 =0.7,則? （2-37）20.87.056KW??? .5minr238Nm? 2.作用在蝸輪上的力 2163.8tFN2.aF2460rF? 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。根據(jù)表[4] 15-3 ，取 =115，于是得[4]0A （2-38）233min00.5611.7PdAm??? 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dⅥ 。26d?Ⅵ 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1)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。 2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 (1)初步選擇滾動軸承。因軸承同時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 d×D×T=30mm×62mm×16mm，故 。30dm?Ⅰ Ⅲ Ⅴ 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得 6206 型軸承的定位軸肩高度 h=3mm,因此，取 。6d?Ⅳ 12 (2)軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號為 GB 894.1-86 30,其尺寸為 ，故03dm? ， 。28.6dm?Ⅱ 1.7L?Ⅱ (3)取安裝輪輻處的軸段Ⅵ的直徑 。輪輻的寬度為 27mm,為了使軸端擋圈26dm?Ⅵ 可靠地壓緊輪輻，此軸段應(yīng)略短于輪輻的寬度，故取 。26lⅥ 其余尺寸根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)可任意選取。確定了軸上的各段直徑和長度如圖 2-10 所示。 3)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 由手冊查得平鍵截面 b×h=8mm×7mm,鍵槽dⅢ 長為 25mm。輪輻與軸的配合為 H8/h7。 4)確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 1×45°，各軸肩處的圓角半徑為 R1。 5.求軸上的載荷 后輪軸上的受力分析 2-11a)。 L1=L2=27.5mm L3=41mm 1)在水平面上后輪軸的受力簡圖為 2-11b)。 由靜力平衡方程求出支座 A、 B 的支反力 121263.81.9NHtFN??? 三個集中力作用的截面上的彎矩分別為 1.975.DMLm? ?0HABM 13 圖 2-11 后輪軸的載荷分析圖 2)在垂直面上后輪軸的受力簡圖 2-11c)。 由靜力平衡方程求出支座 A、 B 的支反力 ?265.2′NVaF （2-39 ）??Nm.7.75aDM ， (2-40)??0A ?????????2121130raNVLLFL??? ???? ?12 31NVrFFL ??46027.5.57.62.5417.5? ????????02 ， (2-41)yF?1220NVrFF? 122NVr?? 46057.0.638 在 段中，將截面左邊外力向截面簡化，得AD (2-42)????1130.578NVMFxx1 1027.5x< 14 在 段中，同樣將截面左邊外力向截面簡化，得DB (2-43)???21227.5NVraMxFxFM????027.5

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