立体仓库结构设计（底盘单元）.docx

自动导引小车(AutomaticGuidedVehiele),是一种无人驾驶自动小车,它在计算机的控制下，通过磁或激光等导向装置引导并沿着程序设定路径运行，从而完成作业，采用伺服驱动技术。它以其灵活可靠的性能成为当今智能运输系统中最先进的技术之一，广泛应用于工业自动化、军事侦察及商业配送领域。为现代制造业和现代物流提供了一种高度灵活和自动化的运输方式，以适应不断变化的市场需求和技术要求。目前，自动引导小车小车已广泛应用于制造业、物流仓储、汽车、造纸等多个领域，成为这些行业中不可或缺的重要工具。随着自动引导小车小车的不断演进，我们致力于设计一种更加高效、便捷的操作方式，以适应更广泛的应用领域，从而进一步推广自动引导小车的应用。自动引导小车是一种无人驾驶自动导引运载车，其控制核心采用微控制器，动力由蓄电池驱动，并装有非接触导引装置。该运载车的自动作业功能包括导向行驶、认址停准以及移交载荷。它在现代工业中被广泛应用于仓库管理、搬运包装等方面。自动引导小车已成为现代物流处理自动化和柔性制造系统中不可或缺的关键设备，其广泛应用和研究对于理论和实践都具有至关重要的意义。在本文中，我们探讨了自动引导小车在国内外的发展现状和应用情况，并结合毕业设计的课题要求，采用了一种简单而高效的构造模式，即前轮采用伺服电机和蜗杆涡轮传动，而后轮则使用万向轮进行旋转。整个系统是利用步进电机驱动主动轴实现对驱动轮与从动轮之间距离的调整，从而控制小车运动速度以及方向。本文的重点在于对小车的机械构造进行深入探讨。关键词:自动引导小车连杆机构轮系结构ABSTRACTAGV,alsoknownasAutomaticGuidedVehicle,isanunmannedautonomousvehiclethat,underthecontrolofacomputer,isguidedandrunsalongaprogrammedpathbymagneticorlaserguidancedevicestocompletetasks.Itadoptsservodrivetechnology.Ithasbecomeoneofthemostadvancedtechnologiesintoday,sintelligenttransportationsystemsduetoitsflexibleandreliableperformance,andiswidelyusedinindustrialautomation,militaryreconnaissance,andcommercialdistributionfields.Itprovidesahighlyflexibleandautomatedtransportationmethodformodernmanufacturingandlogisticstoadapttoconstantlychangingmarketdemandsandtechnicalrequirements.Atpresent,AGVcarshavebeenwidelyusedinvariousfieldssuchasmanufacturing,logisticsandwarehousing,automobiles,andpapermaking,becomingindispensableandimportanttoolsintheseindustries.WiththecontinuousevolutionofAGVcars,wearecommittedtodesigningamoreefficientandconvenientoperatingmethodtoadapttoawiderrangeofapplications,therebyfurtherpromotingtheapplicationofAGV.AGVisanunmannedautonomousguidedcarriervehicle,withamicrocontrollerasitscontrolcore,batterydrivenpower,andequippedwithnon-contactguidancedevices.Theautomaticoperationfunctionsofthiscarrierincludeguideddriving,locationrecognitionandaccurateparking,andloadtransfer.Itiswidelyusedinmodernindustryinwarehousemanagement,handlingandpackaging,andotheraspects.AGVhasbecomeanindispensablekeyequipmentinmodernlogisticsprocessingautomationandflexiblemanufacturingsystems,anditswidespreadapplicationandresearchareofcrucialsignificanceforboththeoryandpractice.Inthisarticle,weexplorethedevelopmentstatusandapplicationofAGVbothdomesticallyandinternationally,andcombineitwiththerequirementsofthegraduationprojecttoadoptasimpleandefficientconstructionmode,wherethefrontwheelsaredrivenbyservomotorsandwormturbines,whiletherearwheelsarerotatedusinguniversalwheels.Theentiresystemusesasteppermotortodrivethedrivingshafttoadjustthedistancebetweenthedrivingwheelandthedrivenwheel,therebycontrollingthespeedanddirectionofthecar'smovement.Thefocusofthisarticleistodelveintothemechanicalstructureofthecar.Keywords*AGV;Connectingrodmechanism;trainstructure立体仓库结构设计（底盘单元）错误!未定义书签。摘要IABSTRACTII1 .绪论11.1 自动引导小车简介11.2 自动引导小车的分类11.3 国内外研究及发展趋势22 .立体仓库结构设计之自动引导小车设计22.1 立体仓库结构设计之自动引导小车系统的构成42.2 立体仓库结构设计之自动引导小车系统动力来源装置的选取82.3 立体仓库结构设计之自动引导小车机械相关设计部分82.3.7滚动轴承选择计算253 .立体仓库底结构设计之自动导引小车控制系统的设计313.1 控制系统方案313.2 电机驱动芯片的选择323.3 运动学分析333.3.1 运动学方程333.3.2 转弯半径344 .立体仓库结构设计之自动导引小车的安全安全使用354.1 安全使用标准354.2 使用时注意事项364.3 电池日常使用注意事项364.4 智能控制车安全装置374.5 日常维护及保养375 .市场需求分析及发展前景385.1 市场需求385.2 自动导引小车的技术水平及动力性能的提升395.3 自动导引小车应用的新趋势40致谢42参考文献431.绪论1.1 自动引导小车简介自动引导小车（AUtOlnatiCGuidedVehiCIe）,即自动引导车，是一种物料搬运设备,是能在某位置自动进行货物的装载，自动行走到另一位置，自动完成货物的卸载的全自动运输装置。自动引导小车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，其中自动引导小车的使用场合最广泛，发展十分迅速。1.2 自动引导小车的分类自动引导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。无轨小车按照引导方式和控制方法的分为有径引导方式和无径引导自主导向方式。有径引导是指在地面上铺设导线、磁带或反光带制定小车的路径，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。1.3 国内外研究及发展趋势自动引导小车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1981年是柔性加工系统元年，这样计算自动引导小车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自动引导小车，1985年自动引导小车保有量500台，1987年自动引导小车保有量3000台。资料表明欧洲40%的自动引导小车用于汽车工业，日本15%的自动引导小车用于汽车工业，也就是说自动引导小车在其他行业也有广泛的应用。目前国内总体看自动引导小车的应用刚刚开始，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。这说明自动引导小车有一个潜在的广阔市场。自动引导小车从技术的发展看，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；从原始的段点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。2.立体仓库结构设计之自动引导小车设计自动引导小车的驱动方式通常采用轮式，具备电动车的独特特性。由于其行驶速度快，可以直接将作业现场运送到指定地点，因此被广泛应用于物流行业。自动引导小车小车在地面控制系统的整体调度下，实现了货物自动搬运和物料自动传送的智能化。它不仅是物流技术与工业技术相结合而产生的新型运输工具，而且也是现代工业生产自动化程度不断提高的重要标志之一。由于其具备高度的可塑性和智能化特性，可以轻松地对系统进行重组，从而实现生产过程中的灵活运输。它是一种新型智能物流运输设备。相较于传统的人工或半人工物料输送方式，自动引导小车系统在机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业中具有广泛的应用前景，不仅能够显著减轻劳动强度和危险性，还能够提高工作效率。随着科技的进步，我国已经进入工业化时代，各行各业对产品要求越来越高。自动引导小车系统在国外的设计和应用水平均达到了相当高的水平，其广泛的应用范围也是毋庸置疑的。目前已开发出许多产品并开始投入实际使用。尽管国内自动引导小车系统的应用相对较少，但在各方面的共同奋斗下，该系统的设计和应用水平正逐渐接近或超越国际领先水平。图IT所示，自动引导小车系统包括控制台、通讯系统、地面导航系统、充电系统、自动引导小车以及地面移载设备。地面移N*1栽设备充电系统图自动引导小车系统示意图自动引导小车系统与外部系统的联系与管理是由主控计算机负责的，该计算机会根据现场物料需求状况向控制台下达自动引导小车输送任务。一旦自动引导小车电池的容量降至预定值，充电系统将自动为其充电。通常情况下，地面移载设备会使用滚道输送机、链式输送机等设备，将物料从自动化仓库或工作现场自动移载至自动引导小车上，反之，也可以将物料从自动引导小车上移载下来并输送至目的地。另外，还可通过设置在各工位之间的无线传输装置来实现对各分站的实时监控。自动引导小车的灵活性在自动化物流中得到了充分体现，其充电系统、地面移载设备等均可根据实际需求和工作场地灵活布置，展现了其高度的适应性。2.1 立体仓库结构设计之自动引导小车系统的构成自动引导小车由车载控制系统、车体系统、导航系统、行走系统、移载系统和安全与辅助系统组成。（1）车载控制系统自动引导小车的核心组成部分之一是车载控制系统，它由计算机控制系统、导航系统、通讯系统、操作面板以及电机驱动器等多个组成部分构成。其功能有定位与跟踪、路径规划与避障、速度控制等。PLC,单片机以及工控机等均可作为计算机控制系统的选择。在使用过程中需要对这些硬件设备进行必要的维护才能保证整个控制系统正常工作。导航系统的形式多种多样，包括但不限于电磁导航、磁条导航、激光导航和惯性导航等多种导航方式。自动引导小车可以通过导航系统精确定位自身位置，并沿着正确的路径行进，从而实现精准导航。在自动引导小车和控制台之间，通讯系统扮演着连接信息和命令的桥梁角色。由于无线电通讯具有无障碍物阻挡的特性，因此通常在控制台和自动引导小车之间采用无线电通讯，而在自动引导小车和移载设备之间，为了实现精确的定位，则采用光学通讯。本控制系统由主控器、光电传感器和操作界面三部分组成。自动引导小车调试时，操作面板可提供指令输入和相关信息显示，并通过RS232接口与计算机连接，以实现操作功能。操作面板由主控模块、传感器信号采集与处理模块及驱动电路组成，其中控制部分又包括电源管理、串口通信、键盘扫描等模块。由于自动引导小车所采用的能源为蓄电池，因此其动作执行元件通常选用直流电动机、步进电动机以及直流伺服电机等。（2）车体系统它的结构包括底盘、车架、壳体、控制器和蓄电池安装架等，呈现出电动汽车的特征。（3）行走系统一般而言，该装置由驱动机构、从动机构以及转向机构三部分构成。常见的三轮、四轮、六轮和多轮结构中，三轮通常采用前轮的转向和驱动方式，而四轮或六轮则通常采用双轮驱动、差速转向或独立转向的方式。（4）移载系统该机构为作业任务的执行机构，可根据不同的任务和场地环境选择不同的移载系统，包括但不限于滚道式、叉车式、机械手式等多种方案。(5)安全与辅助系统为了避免自动引导小车在系统出现故障或有人员经过自动引导小车工作路线时发生碰撞，自动引导小车通常配备了障碍物探测、避撞、警音、警视、紧急停止等一系列装置，以确保安全。这些装置主要包括红外传感器和超声波测距两种方法。此外，还配备了自动充电等辅助设备，以提高充电效率。(6)控制台IBM-PC机是一种可行的控制台，但在恶劣条件下，工业控制计算机也是一种可行的选择。通过计算机网络，控制台可以接收主控计算机下达的自动引导小车输送任务，并通过无线通讯系统实时采集各自动引导小车的状态信息。对所有数据进行处理后形成一个指令文件，再经串口传给主控计算机。根据当前各自动引导小车的运行状况以及需求情况，将调度指令传递至所选自动引导小车。同时，还设置了故障报警功能。自动引导小车在完成一次运输任务后，将在待命站耐心等待下一次任务的到来。如果要再次执行下一次运输任务则必须重新调整其工作模式，否则就会发生碰撞现象。为了高效地完成多任务和多自动引导小车的调度，以及在复杂地形下避免碰撞等一系列问题，软件是必不可少的工具。由于智能设备在整个系统中具有各自独特的属性，因此采用基于面向对象的C+编程语言进行编程是一种极具优势的选择。本文首先对当前常用的几种路径规划算法进行了介绍，并分析比较了其优缺点。在进行自动引导小车编程时，需要特别注意系统的实时性。为了实现控制台和自动引导小车之间的无线通讯以及基于此的自动引导小车调度，建议采用多线程模式，以确保通讯和调度等各功能模块之间互不干扰，从而提高系统速度。(7)通讯系统一方面，通讯系统能够接收监控系统的指令，并及时、准确地将其传递给其他相应的子系统，以完成监控系统所规定的操作；另一方面，它也能够接收各子系统的反馈信息，并将其回送给监控系统，作为监控系统协调、管理、控制的基础。由于自动引导小车的位置不稳定且系统内设备众多，无线通讯是控制台和自动引导小车之间最为适宜的通信方式。因此，我们采用无线射频技术作为数据传输的手段来实现数据采集。在无线局域网的设计过程中，需要特别关注控制台和各自动引导小车所构成的点对多点网络，以确保其稳定性和可靠性：无线电的调制问题在无线电通信中，调制信号的方式有两种，一种是通过调整幅度，另一种是通过调整频率。调幅与调频是不同类型的无线电波传播特性的两个方面，它们有各自的适用范围，但也存在着相互制约的关系。在工作环境中，由于电磁干扰的严重程度，调幅方式所产生的信号频率范围较广，容易受到干扰，而调频信号的频率范围相对较窄，容易受到干扰的影响，因此，调频方式应被优先考虑。目前使用的通信设备大多采用调幅器或调频电台来进行远距离传输。此外，调幅方式的波特率普遍较低，通常不超过3200Kbits,而调频方式的波特率则可高达960OKbit/s以上。通讯协议问题在信息传递的过程中，确保通信协议的有效性是一项至关重要的任务。本文提出了一种简单有效的协议设计方法一一基于优先级队列的通信软件实现技术，并给出了其详细算法和流程图。在制定协议时，必须遵循一项重要原则，即要确保其简明扼要、可靠性高。通过采用简洁高效的协议，可以显著缩短控制器处理信号所需的时间，从而提升系统的运行速度。（8）导航系统导航系统的功能是保证智能小车沿正确路径行走，并保证一定行走精度。小车的制导方式按有无导引路线分为三种：一是有固定路线的方式:二是半固定路线的方式，包括标记跟踪方式和磁力制导方式;三是无路线方式，包括地面帮助制导方式、用地图上的路线指令制导方式和在地图上搜索最短路径制导方式。固定路线方式固定路线的导引方式有电磁制导方式、光学控制带制导方式、激光制导方式和超声波制导方式。I.电磁制导方式该方法需在自动引导小车行走的路线下埋设专用的电缆线，通以低频正弦波电流,从而在电缆周围产生磁场。自动引导小车上的电磁感应传感器检测到磁场强度，在小车沿线路行走时，输出磁场强度差动信号，车上控制器根据该信号进行纠偏控制。该方法可靠性高，经济实用，是目前最为成熟且应用最广的导引方式。它的主要缺点是：自动引导小车路径改变很困难，而且埋线对地面要求较高。II .光学控制带导引方式利用地面颜色与漆带颜色的反差，漆带在明亮的地面上涂为黑色，或在黑暗的地面上涂为白色。小车上装备有发射和接收功能的红外光源，用以照射漆带。小车上装有光学检测器，均匀分布在漆带及两侧位置上，检测不同的组合信号，以控制小车的方向，使其跟踪路轨。可以采用模糊控制算法对小车进行控制。该方法的缺点是:漆带颜色需保持鲜明，否则光学传感器检测到的信号变弱。因此，则需要经常对漆带颜色进行加深工作。III .激光制导方式该方法是在自动引导小车行走路径的特定位置处，安装一批激光/红外光束的反射镜。在自动引导小车行驶过程中，车上的激光扫描头不断地扫描周围环境，当扫描到行驶路径周围预先垂直安好的反射板时，即“看见”了“路标”。只要扫描到三个或三个以上的反射板，即可根据它们的坐标值以及各块反光板相对于车体纵向轴的方位角，计算出自动引导小车当前在全局坐标系中的X,Y坐标和当前行驶方向与该坐标系X轴的夹角，实现准确定位和定向。该导引方法的特点是，当提供了足够多反射镜面和宽阔的扫描空间后，自动引导小车导引与定位精度十分高。该方法的缺点是成本昂贵，传感器、反射装置等设备安装复杂，且计算也很复杂。IV .超声波制导方式该方法类似于激光/红外测量方法，不同之处在于不需要设置专门的反射镜面，而是利用一般的墙面或类似物体就能进行引导，因而在特定环境下提供了更大的柔性和低成本的方案。但由于反射面大，在制造车间环境下应用常常有困难。综合小车设计的成本、结构和各控制方式的优缺点等方面考虑，本设计采用光学控制带引导方式2.2 立体仓库结构设计之自动引导小车系统动力来源装置的选取1、镇镉蓄电池内阻小，可供大电流放电，放电时电压变化小与其他种类电池相比之下，银镉电池可耐过充电或放过电，操作简单方便放电电压依据其放电电流多少有些差异，大体上是1.2V左右银镉电池的放电终止电压为LOV/celL实使用温范围在一200C-600C,在此范围内可进行放电。可重复500次以上的充放电。2、银氢蓄电池银氢电池能量比银镉电池大二倍,用专门的充电器充电可在一小时内快速充电，自放电特性比银镉电池好，充电后可保留更长时间,可重复500次以上的充放。3、锂电池拥有高能量密度。与高容量银镉电池相比，体积能量是其L5倍，能量密度是其2倍。高电压，平均使用电压为3.6V,是银镉电池、银氢电池的3倍，使用电压平坦并且高容量，广泛的使用温度-200C-600C0充放电寿命长，经过500次放电后其容量至少还有70%以上由于锂电池具备了能量密度高电压高，工作稳定等特点。4.铅酸蓄电池铅酸电池是一种使用最广泛的电池，它以海绵状的铅作为负极，二氧化铅作为正极，我们把这二种物质称为活性物质，用硫酸水溶液作为电解液，它们共同参与电池的电化学反应。铅酸蓄电池具有良好的可逆性、电压特性平稳、使用寿命长、适用范围广、原材料丰富（且可再生使用）及造价低廉等优点。主要应用在交通运输、矿山、港口、国防、计算机、科研等国民经济各个领域，是社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产品。2.3 立体仓库结构设计之自动引导小车机械相关设计部分2.3.1 设计任务设计一台自动引导小车自动引导小车，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：应达到的技术要求如下：自动引导小车的长度：500三1.负载W35KG自动引导小车的宽度：300mm2.小车转弯半径271CM自动引导小车的平均行驶速度：10OmnI/s3.小车最大速度WlOnl/s2.3.2 确定机械传动方案方案一：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。自动引导小车的转向由转向机构驱动前面的一个万向轮转向。传动系统如图2.1所示。方案二：采用四轮布置结构。自动引导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。-r i¾-÷-Hl H图2.2传动方案二2四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。方案一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，成本相对于方案一较高，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。2.3.3 直流伺服电机的选择据自动引导小车所要承载的负荷、系统的自重以及车速要求，本系统选用了直流电机，直流电动机被广泛应用于各种驱动装置和伺服系统中，主要优点是调速和启动特性好，转矩大。但是有刷直流电动机有电刷和换向器，其间形成的滑动机械接触严重地影响了电机的精度、性能和可靠性，所产生的火花会引起无线电干扰，缩短电机寿命，换向器电刷装置又使直流电机结构复杂、噪音大、维护困难，因此长期以来人们都在寻求可以不用电刷和换向器装置的直流电动机一无刷直流电动机。这种电机既具有直流电动机的特性，又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等优点,它的转速不再受机械换向的限制，若采用高速轴承，还可以在高达每分钟几十万转的转速中运行。因此，无刷直流电动机用途非常广泛，可作为一般直流电机、伺服电动机和力矩电动机等使用，尤其适用于高级电子设备、机器人、航空航天技术、数控装置、医疗化工等高新技术领域。采用霍尔元件作为位置传感器的无刷直流电动机通常称为“霍尔无刷直流电动机”。由于无刷直流电动机的转子是永磁的，就可以很方便地利用霍尔元件的“霍尔效应”检测转子的位置。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：自动引导小车行走的速度为Ioomlns,则车轮的转速为(2. 1)(2.2)100Ov1000×6”ru,.n=22.75rmnd3.14×140电机的转速选择蜗轮-蜗杆的减速比i=62电=in=62×22.75-1410.5rmin自动引导小车的受力分析如图2.3所示:小车车架自重为Pp=pabhg=2.85×IO3X().5X().3X0.()32×9.8134N(2.3)小车的载荷为GG=mg=35x9.8=343N(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FA=FB,Fc=FdZf=O,2Fa+2Fc-P-G=0(2.5)Z%=0,-O.O75G-0.17P+2×0.3×=0(2.6)解得Fa=Fb=157.66NE=6,=80.84N两驱动后轮的受力情况如图2.4所示：滚动摩阻力偶矩的大小介于零与最大值之间，即0zMmax(2.7)Mmax=斫N=0.006×157.66=0.946Nm(2.8)其中6滚动摩阻系数，查表5-2,6=2I0,取=6mm牵引力F为0.9460.07= 13.5N(2.9)注：摩擦系数牵引力尸N重物的重力H/N滚子直径Omm传递效率传动装置减速比VG（1）求换算到电机轴上的负荷力矩（。）Tl =(F+W)D19.8X×X2G100O(2. 10)13.5÷0.015×157.6614019.8XXX0.72621000=0.587Nm(取牛=0.7,W=I57.66N,/=0,15)（2）求换算到电机轴上的负荷惯性（乙）(2.11)=0.0000349+1*)(0.004766÷0.000131+0.0000604=0.000036189Kgm2其中，为车轮的转动惯量；心为蜗杆的转动惯量；人为蜗轮的转动惯量；乙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：MAXONF2260060mm石墨电刷80WJM=129OgCm/匹配条件为=ma=361.89gcm2025<"三<1(2.12)JM即0.25<犯"<1=>0.25<0.2805<11290惯量JJ=JM+乙=1290+361.89=1651.89gc(2.13)其中，W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引导小车携带工件，从静止以阶跃指令加速到伺服电机最高转速M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工皿。,2加maxLon2×3.14×4000CClIUz14Tmax=JO=J-=1651.89×=0.91Nm(2.14)ta60×0.076加速时间Ta=4Tm=4×0.019=0.076S(2.15)其中，机械时间常数TW=I9侬2.3.4 联轴器的设计由于电动机轴直径为08mm,并且输出轴削平了一部分与蜗杆轴联接部分轴径为Gl2mm,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/I8KTa=/(2.16)销钉材料选用45钢。查表5-2,优质碳素结构钢(GB699-88)45调质200mmfr=637MPai=353MPa=17%=35%x=O.39MJ/M2硬度217255HBS销钉的许用切应力为=(0.70.8)h=0.75X637=477.75MPa(2.17)过载限制系数A值查表14-4取A=L6T = O.587NmI 8×1.6×587V3.14×12×l×477.75 0.646 m选用大5mm满足剪切强度要求。2.3.5 蜗杆的传动设计选择蜗杆的传动类型根据GB/T10085-1988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，故选用材料40Cro蜗轮用灰铸铁HT200制造,采用金属模铸造。蜗杆传动的受力分析如下图所示确定作用在蜗轮上的转矩覆按治1,故取效率=0.7,则T,=9.55X1()6号=9.55×106×=9.55×106×908aZ=23508N.mm(2.18)n2n1z1222.75弓=%=* =姿。52.4N型=三富-d2 77.5606.66N(2. 20)(2.21)Fri=Fr2=F12tan20°=606.66×tan20o220.8N按齿根弯曲疲劳强度进行设计根据渐开线蜗杆传动的设计准则，按齿根弯曲疲劳强度进行设计。蜗轮轮齿因弯曲强度不足而失效的情况，多数发生在蜗轮齿数较多或渐开线传动中。弯曲疲劳强度条件设计的公式为(2.22)确定载荷系数Kn由于工作载荷较稳定，故取0载荷分布不均系数Kp=I,由表11-15由于工作载荷较稳定，故取0载荷分布不均系数Kp=I,由表11T5(2. 23)K=KAK.Ky=1.15x1x1.1=1.265由表11-8得，蜗轮的基本许用弯曲应力。卜=48MPa假设z2=62/=3。10'48，蜗轮的当量齿数zV2 二62cos3 cos3 3° 10'48 " 62.29(2. 24)根据工2=。，zv2=62.29,从图11T9中可查得齿形系数2=2.3螺旋角系数小一J = I/0 I。48 ":0.9773140140?(2. 25)1153×1265×235°8×23×0,9773mm-162x48由表11-2得中心距a=50mm模数 m-l. 25mm分度圆直径4 = 22.4mmm2di = 35mm'蜗杆头数Zl=I直径系数17. 92分度圆导程角丫二3。11'38"蜗轮齿数Zz=62变位系数w=+004蜗杆与蜗轮的主要参数与稽核尺寸（1）蜗杆轴向齿轮Pa = 7? = 3.14 × 1.25 = 3.925 mm(2. 26)齿顶圆直径1=J1+2/26/*W=22.4÷2×1×1.25=24.9mm(2.27)齿根圆直径Jzi=J1-2(A*w+c)=22.4-2×(l×1.25+0.25×1.25)=19.275mm(2.28)蜗杆轴向齿厚Stt=ln=l×3.14×1.25=1.9625mm(2.29)“22(2)蜗轮传动比z=62(2.30)21蜗轮分度圆直径J2=nz2=1.25×62=77.5mn(2.31)蜗轮喉圆直径Jfl2=J2+2m(ha+x2)=77.5+2×1.25×(1+().()4)=8().Imm(2.32)蜗轮齿根圆直径df2=d2-2m(ha*-x2+c*)=77.5-2×1.25×(1-0.04+0.25)=74.475mm(2.33)蜗轮咽喉母圆半径rg2=a-da2=50-1×80.1=9.95mm(2.34)精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的自动引导小车属于精密传动，从GB/T10089T988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择6级精度，侧隙种类为d,标注为6d,GBTIoO897988。热平衡计算由于该蜗轮-蜗杆传动是渐开线传动，蜗轮-蜗杆产生的热传递到空气中，故无须热平衡计算。2.3.6 轴的设计前轮轴的设计(结构如图2.8)前轮轴只承受弯矩而不承受扭矩，故属于心轴图28前轮轴结构(1)求作用在轴上的力自动引导小车的前轮受力，受力如图2-9a所示。F=FCF=-Fc=X80.84=40.42N(2)轴的结构设计(a)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。这样就对各轴段的粗细顺序作了初步安排。(b)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。自动引导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6004,其尺寸为d×D×T=20mm×42mm×12mm,故d=6=6=20mm0右端滚动釉承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6004型轴承的定位轴肩高度h=2.5mm,因此取=25mmo取安装左、右轮辐处的轴段Vl的直径d降30mm;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34mm,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7r32mmo左右轮辐的左段采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07J,取=3mm,则轴环处的直径d=36mm0轴环宽度6NL4h,取y=5mm<>轴用弹性挡圈为标准件。选用型号为GB894.1-8620,其尺寸为垢20mm,故d而d产19mm,Z)=/尸LImm,7xf=13-l.1=11.9o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2.8所示。(c)轴上零件的周向定位左右轮辐与轴的周向定位采用平键联接。按dVI由手册查得平键截面bXh=8mmX7mm(GB/TIO957979),键槽用键槽铳刀加工，长为28mm(标准键长见GB/T1096-1979),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从力?6。滚动轴承与轴的周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J7。(d)确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为1X45°,各轴肩处的圆角半径为1。(3)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2.9前轮轴的载荷分析图LI=L2 =39rrrn-Fc=-×80.8