無人物流小車設(shè)計

無人物流小車設(shè)計,無人,物流,小車,設(shè)計 任務(wù)書 題 目 無人物流小車設(shè)計 姓 名 系別 專業(yè) 班級 學(xué)號 設(shè) 計 任 務(wù) 設(shè)計內(nèi)容： 設(shè)計一種物料分揀線上的自動運料小車，可以自動行走至指定位置并卸下物料的自動機械。具體如下： 1.機械系統(tǒng)設(shè)計（內(nèi)部構(gòu)造、外部造型）； 2.零部件設(shè)計； 3.機構(gòu)建模、運動仿真（可選做）； 4.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計（功能需求與硬件實現(xiàn)）。 設(shè)計要求： 1. 充分了解本課題內(nèi)容及現(xiàn)狀，收集到足夠的相關(guān)資料。 2. 設(shè)計方案合理可行，說明書采用公式正確，計算準(zhǔn)確，步驟詳實，技術(shù)圖紙繪制規(guī)范，視圖表達清晰準(zhǔn)確。 3. 設(shè)計說明書2萬字以上，圖紙繪制量合計不低于3張零號圖紙工作量。 時 間 進 度 第1、2周 實習(xí)；收集資料，設(shè)計技術(shù)方案，撰寫開題報告。 第3周 提交開題報告，實習(xí)報告，外文翻譯；開題答辯，抽檢。 第7周 上交設(shè)計內(nèi)容及相關(guān)文件；接受期中檢查。 第13周 設(shè)計完成，上交圖紙等設(shè)計資料。 第15周 設(shè)計答辯。 主要參考 文獻資料 [1] 朱光力．專用自動鉆床液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計．北京：機床與液壓，2004． [2] 徐灝主編．機械設(shè)計手冊．北京：機械工業(yè)出版社，1991． [3] 王衛(wèi)兵等．可編程序控制器原理及應(yīng)用．北京：機械工業(yè)出版社，1998． [4] 許福玲，陳堯明主編．液壓與氣壓傳動．北京：機械工業(yè)出版社，2004． 指導(dǎo)教師簽： 年 月 日 開題報告 題目 無人物流小車設(shè)計 姓名 系別 專業(yè)班級 學(xué)號 1.選題目的和意義： 隨著整個社會經(jīng)濟的發(fā)展、科學(xué)的進步，計算機控制技術(shù)也隨之飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)將逐漸的退出大家的視線，從而走上臺面的是可編程序控制器系統(tǒng)，它的主要核心是細微處理器；逐漸覆蓋各個行業(yè)的自動化控制領(lǐng)域。這種自動控制產(chǎn)品操作簡單、性價比高、通用性強、控制相當(dāng)可靠，因此得到了大多數(shù)人的認(rèn)可，從而越來越容易實現(xiàn)自動控制。PLC隨之產(chǎn)生。我國工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)運小車在自動生產(chǎn)線上起到了的舉足輕重的作用，在現(xiàn)代工業(yè)中，許多控制小車在指定的軌道上，按照工序，完成各自設(shè)定的任務(wù)，如柔性制造系統(tǒng)中物料小車的自動控制、自動化倉庫中物件存取小車的自動控制等等，都是轉(zhuǎn)運小車的相關(guān)應(yīng)用。 我國的轉(zhuǎn)運小車是依賴于柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展，幾十年以來，市場對產(chǎn)品數(shù)量的要求的提高和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，且現(xiàn)代制造技術(shù)越來越受到重視，所以對自動化生產(chǎn)的要求也越來越高，而作為關(guān)鍵部分的轉(zhuǎn)運小車必將得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，比如說：轉(zhuǎn)運小車在冶金、墻材、有色金屬、車站、港口、煤礦、碼頭倉庫、礦井等行業(yè)得到了越來越廣泛和深入的應(yīng)用。而在這些行業(yè)中，根據(jù)點差，轉(zhuǎn)運小車發(fā)揮著愈來愈大的優(yōu)勢，并且極好的轉(zhuǎn)化為企業(yè)的經(jīng)濟效益，促成了自動化物流系統(tǒng)、先進的柔性生產(chǎn)線的實現(xiàn)，極大地提高了自動化程度和生產(chǎn)效率。 編程序控制器（PLC）計算機在急需發(fā)展的工業(yè)環(huán)境下應(yīng)運而生，隨后更是在各種控制系統(tǒng)得到廣泛的使用，因為這種微電子技術(shù)可以讓更多系統(tǒng)的編程簡單化，更加的可靠，而且易于維護；是按照用戶編制的程序來實現(xiàn)控制和數(shù)據(jù)處理功能的組合器件，轉(zhuǎn)運小車控制系統(tǒng)因PLC技術(shù)的引入必將取得意想不到的成功。 通過自動引導(dǎo)小車結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計，也可以培養(yǎng)自身綜合運用機械設(shè)計知識的能力，從而提高獨立分析解決問題的能力，以此來適應(yīng)社會需求。 2.本選題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢： 20世紀(jì)80年代末，國外的AGV達到發(fā)展的成熟階段，此時美國的AGV生產(chǎn)廠商從1983年的23家劇增至1985年的74家。1984年，美國通用汽車公司完成了它的第一個柔性裝配系統(tǒng)(FAS),從此該公司就成為當(dāng)時AGV的最大用戶。1986年已達1407臺(包括牽引式小車、叉車和單兀裝卸小車)，1987年又新增加1662臺。美國各公司在歐洲技術(shù)的基礎(chǔ)上將AGV發(fā)展到更為先進的水平，他們采用更先進的計算機控制系統(tǒng)，運輸量更大，移載時間更短，小車和控制器的可靠性更高。 日本在1963年首次引進AGV,其第一家AGV工廠于1966年由一家運輸設(shè)備供應(yīng)廠商與美國的Webb公司合資建成。1976年后，日本對AGV的發(fā)展給予了高度重視，每年增加數(shù)十套AGV系統(tǒng)，有神鋼電機、平田電機、住友重機等27個主要生產(chǎn)廠商生產(chǎn)幾十種不同類型的AGV。1981年，日本的AGV總產(chǎn)值為60億日元，1985年已上升到200億日元，平均每年以20%的速度遞增，1986年，日本累計安裝了2312個AGVS，擁有5032臺AGV,到1990年日本擁有AGV約一萬臺。到1988年，日本AGV制造廠已達47家，如大福,Fanuc公司、Murata(村田)公司等，廣泛應(yīng)用于汽車制造、機械、電子、鋼鐵、化工、醫(yī)藥、印刷、倉儲、運輸業(yè)和商業(yè)上。目前，全世界AGVS保有量在16000套以上，AGV在10萬臺以上。 我國AGV發(fā)展歷程較短，但一直以來不斷加大在這一領(lǐng)域的投入，以改變我國AGV長期依賴進口的局面。目前國內(nèi)幾家在AGV的研發(fā)與制造中處于領(lǐng)先地位的企業(yè)在AGV領(lǐng)域中的某些部分已經(jīng)與國際接軌或趕超國際水平，廣東地區(qū)也有不少AGV廠家發(fā)展迅速，如廣州井源，已經(jīng)開始代理歐美的一些先進產(chǎn)品（瑞典ATAB與SOFTDESIGN聯(lián)合研發(fā)的MAX AGV系列產(chǎn)品）。 3.主要研究內(nèi)容： （1）確定傳動方案 （2）車身車體結(jié)構(gòu)傳動的設(shè)計 （3）各零部件的設(shè)計 （4）plc控制系統(tǒng)的設(shè)計 4.完成論文的條件、方法及措施，包括實驗設(shè)計、調(diào)研計劃、資料收集、參考文獻等內(nèi)容。 1. 本設(shè)計（論文）研究方法技術(shù)路線： （1）在傳動方式上采用蝸桿傳動； （2）轉(zhuǎn)向方面采用兩輪速度差實現(xiàn)； （3）在控制方面采用plc控制； 2. 本設(shè)計（論文）實驗設(shè)計、調(diào)研計劃、資料收集： （1）確定傳動方案 通過查閱相關(guān)資料，在三輪機構(gòu)與四輪機構(gòu)之間比較，三輪機構(gòu)雖然成本較低，但沒有四輪機構(gòu)的較大的負(fù)載能力及較好的平穩(wěn)性。具體的設(shè)計將在設(shè)計說明書中說明。 （2）車身車體的設(shè)計 通過查閱相關(guān)資料，首先要選擇車體的傳動類型，車身整體的受力分析，再進行齒根彎曲疲勞強度的以及車身車體的主要參數(shù)及幾何尺寸，并畫出車身車體零件圖。具體的設(shè)計將在設(shè)計說明書中說明。 （3）各零部件的設(shè)計 軸主要是前輪軸與后輪軸的設(shè)計，首先要進行軸上的受力分析，擬定軸上零件裝配方案，根據(jù)查閱相關(guān)手冊，確定軸上尺寸，最后要驚行軸的校核。具體的設(shè)計將在設(shè)計說明書中說明 （4）控制系統(tǒng)的設(shè)計 查看plc的相關(guān)資料，設(shè)計自動引導(dǎo)小車的控制系統(tǒng)，選擇伺服電機，進行脈沖的發(fā)射，來改變兩個伺服電機的速度，采用差速來控制小車的轉(zhuǎn)彎。 運用AutoCAD、SolidWorks等機械繪圖軟件分別繪制出相關(guān)零件圖和縱向運動機構(gòu)的三維造型。 3．參考文獻 [1] 田其編.倉儲物流機械與設(shè)備[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008. [2] 魯曉春.倉儲自動化[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002. [3] 濮良貴，紀(jì)名剛．機械設(shè)計．8版，北京：高等教育出版社，2004． [4] 余俊。滾動軸承計算：額定負(fù)荷、當(dāng)量負(fù)荷及壽命。北京高等出版社，1993． [5] 成大先.機械設(shè)計手冊．5版．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007. [6] 魏國成.自動導(dǎo)向搬運車系統(tǒng)物流技術(shù)[J].1994. [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．機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書．北京：機械工業(yè)出版社，2006. [9]史國生、趙陽.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).中國電力出版社,1998. [11] 韓權(quán)利，趙萬華，丁玉成.未來制造業(yè)模式——智能制造.機械工程師[J]，2002（1):26-28. 5.指導(dǎo)教師意見及建議： 簽字： 年 月 日 無人物流小車設(shè)計 系 （部） 專 業(yè) 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 提交日期 I 摘要 隨著我國經(jīng)濟的快速增長，加快了工業(yè)化的進程。傳統(tǒng)的人工搬運轉(zhuǎn)運效率低下， 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題。而計算機 對生產(chǎn)進行管理以及對生產(chǎn)過程進行控制，在一定程度上可以解決上面效率低下的問 題，因此越來越受到人們的關(guān)注。而無人物流小車能把外形構(gòu)造、內(nèi)部設(shè)計和控制系 統(tǒng)融為一體，它具有結(jié)構(gòu)簡單，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)制造車間，大大節(jié)約生產(chǎn)商的加工成本，受到國內(nèi)外廣大制造商的一致好評， 極大的加速無人物流小車的發(fā)展。 本課題設(shè)計了基于 PLC 控制的無人物流小車結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)，對小車結(jié)構(gòu)進行了 分析計算，并且校核了驅(qū)動部分零件。實現(xiàn)了小車單步、單周期、連續(xù)右行、左行動 作。 關(guān)鍵詞：無人物流小車，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 無人物流小車劃分 .2 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 .4 2 整體結(jié)構(gòu) .6 2.1 車載控制部分 .6 2.2 車體結(jié)構(gòu) .6 2.3 運動部分 .7 2.4 傳送系統(tǒng) .7 2.5 安全輔助系統(tǒng) .7 2.6 驅(qū)動裝置 .7 3 機械設(shè)計 .8 3.1 設(shè)計要求 .8 3.2 傳動系統(tǒng)方案 .8 3.3 電機的選擇 .9 3.4 聯(lián)軸器與軸間配合 .11 3.5 蝸桿傳動機構(gòu) .13 3.5.1 蝸桿的傳動類型 .13 3.5.2 選擇材料 .13 3.5.3 蝸桿傳動受力分析 .13 3.5.4 蝸輪輪齒根疲勞強度設(shè)計 .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 .16 3.6.1 軸的分類 .16 3.6.2 前輪軸的設(shè)計過程 .16 3.6.3 后輪軸的設(shè)計過程 .19 3.7 滾動軸承設(shè)計 .23 3.8 無人物流小車維護與保養(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 .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 .33 致 謝 .34 參 考 文 獻 .35 1 1 緒論 1.1 引言 隨著工廠自動化、計算機集成制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)、現(xiàn)代物流、自動化立 體倉庫等系統(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，無人物流小車作為這些系統(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。無人物流小車的好處是不需要大量的人力投入、在車間用不到太多地方， 對生產(chǎn)制造來說非常適用。物流系統(tǒng)是指無人物流小車配備了自動制導(dǎo)系統(tǒng)，根據(jù) 事先設(shè)定的路線自動運行把貨物運送到指定地方，避免貨物人工搬運的過程中，可 以和其他物流設(shè)備自動接口，在整個生產(chǎn)過程中，自動化的設(shè)備遍布在整個生產(chǎn)車 間，逐漸成為了物流系統(tǒng)的重要一環(huán)，無人物流小車的使用在生產(chǎn)車間是非常高的， 它為生產(chǎn)制造商節(jié)約了大量的生產(chǎn)成本。因此，越來越多的無人物流小車在生產(chǎn)制 造車間使用，在大大小小的自動流水線上遍布可見，發(fā)展速度巨快。 1.2 課題背景 剛開始的無人物流小車控制系統(tǒng)大部分是“繼電器一接觸器”系統(tǒng)，這類系統(tǒng) 面對生產(chǎn)線并沒有較好的應(yīng)變能力，周期長，體積大，性能不穩(wěn)定等。生產(chǎn)廠商對 于這類系統(tǒng)并不太滿意，對于更簡便的系統(tǒng)具有更大的渴望，于是革新的浪潮席卷 全球，讓越來越多的人認(rèn)識到節(jié)約成本的重要性。 此時，全球經(jīng)濟改變原有世界狀態(tài)，人們認(rèn)識到 的重要因創(chuàng) 新 成 為 第 一 發(fā) 展 力 素，衡量一個國家發(fā)達的標(biāo)準(zhǔn)。幾十年來產(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)然的被社會淘汰，緊接而迎來的是 PLC 控制 器系統(tǒng)，它的主要核心部分是 CPU；自動化控制產(chǎn)品的操作簡單、維修方便、適用性 強、性價比高、控制性能比較穩(wěn)定，逐漸的演變出來越來越簡單的控制系統(tǒng)。PLC 就 在這樣的背景下應(yīng)用而生。為了更好的應(yīng)對全球工業(yè)化進程的加速，無人物流小車 在自動生產(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)車間流水線上一系列 物件的自動運貨、裝卸貨物的過程等等，種種表現(xiàn)，體現(xiàn)了無人物流小車的作用， 讓無人物流小車在生產(chǎn)制造中完美的展現(xiàn)出來。 我國是具有五千文明史的大國，擁有豐厚的文化科技的積累，在面對世界發(fā)展 的浪潮中有著不可或缺的作用。而無人物流小車可以加快第二產(chǎn)業(yè)的重要工具，我 們有始終重視這個問題。我們?nèi)A夏兒女應(yīng)該有一定的歷史責(zé)任感，大力堅持改革創(chuàng) 2 新。無人物流小車主要是依靠柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展，根據(jù)市場對產(chǎn)品數(shù)量的要求的 提高，人們對編程更加系統(tǒng)，完善的迫切要求，企業(yè)對自動化生產(chǎn)的要求也越來越 高，流水線成為制造行業(yè)獨特的風(fēng)景，這其中 PLC 控制系統(tǒng)特別關(guān)鍵，在冶金生產(chǎn) 過程中，生產(chǎn)的產(chǎn)品溫度過高，不利于人工搬運，無人物流小車恰恰解決這一問題， 極大的節(jié)約生產(chǎn)時間和效率，這樣的例子多不勝數(shù)在車站，電子廠，煤礦等產(chǎn)業(yè)等 也運用的非常廣泛。正是在這些制造行業(yè)中，物流小車具有天然的優(yōu)勢，簡化了生 產(chǎn)過程中的人過搬運過程，不僅極大地節(jié)約物流成本，更是大大的提高了自動化程 度和生產(chǎn)效率，這表明無人物流小車前景越來越廣闊。 1.3 無人物流小車劃分 無人物流小車一般分為兩種。 有 軌 有軌小車應(yīng)用軌道指引小車在固定路線運動，我們一般都是讓無人物 流小車做直線運動，當(dāng)然也有一些特殊情況，例如 等，雙 向 運 動 環(huán) 形 運 動 它常常應(yīng)用于工廠的車間里，因為制造過程生產(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，便于快速運送小物件。但是它也有一些小 缺點，例如：系統(tǒng)不能發(fā)生改變，無人物流小車的擴展性和靈活性不太理 想等等； 無 軌 無軌小車是事先設(shè)置好的編程，它能夠沿 ，并事 先 設(shè) 定 好 的 路 徑 運 行 且具有隨時停止的功能，控制系統(tǒng)具有安裝有自我保護裝置，在小車運行 出現(xiàn)問題故障時，我們安裝的保護裝置能夠充分保護的電機不受破壞，無 人物流小車的結(jié)構(gòu)便于設(shè)計、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的， 例如：精度不高，容易發(fā)生偏離現(xiàn)象等等 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 無人物流小車被廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)流水線上，因為他幾乎可以代替搬運工啊， 可以省去搬運工運送生產(chǎn)產(chǎn)品的環(huán)節(jié)，慢慢的已經(jīng)成為自動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。在國民經(jīng)濟多數(shù)制造行業(yè)都已出現(xiàn)它的 影子，無人物流小車的廣泛用途在工廠力完全展現(xiàn)出來啦，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用，同時還能大大提高生產(chǎn)效率， 為生廠商提供的更大的利益，這樣的大進步人們受到生產(chǎn)廠商的一致好評。讓全球 人們對無人物流小車孜孜不倦的興趣當(dāng)然越來越大啦。我們在想怎么才能把無人物 流小車變得更實用，我們當(dāng)然可不是除了對小車的機械外形進一步簡單的優(yōu)化美觀， 畢竟外邊再美，不能創(chuàng)造價值要它也沒有什么用，我們是從更多的是對軟件開發(fā)的 3 新科技應(yīng)用到無人物流小車中，讓這些觀點理念什么的在現(xiàn)實中更好的實現(xiàn)，從而 讓無人物流小車更加智能化，安全化，充分的融入到我們的日常生活中來，讓我們 生活方式更加便利。 在自動化流水線中，不可避免的出現(xiàn)這樣那樣的問題，我們不能簡簡單單進行 處理，我們要學(xué)會從根本上解決，例如一些生產(chǎn)設(shè)備無法獨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)白白浪費時間的現(xiàn)象，這種 生產(chǎn)方式不僅僅讓流水線生產(chǎn)效率低下，無法讓產(chǎn)品正常使用滿足客戶的需求，更 甚者影響整個產(chǎn)業(yè)鏈的業(yè)績。所以越來越多的制造行業(yè)認(rèn)識到生產(chǎn)過程中的問題， 為了更好的解決這一方法就是引用先進的控制系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的現(xiàn)代化更新，這時 候，生產(chǎn)廠商發(fā)現(xiàn) PLC 的簡單易學(xué)運用方便安全可靠挺不錯，可以在車間試生產(chǎn)運 作一下，后來發(fā)現(xiàn)這個方案確實可行，而且還受到廠商的廣大好評，無人物流小車 的投入讓生產(chǎn)效率大幅度提高，這樣無人物流小車漸漸的進去到廣大生產(chǎn)車間，最 后成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一大支柱。 今天，無人物流小車的 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。進去 現(xiàn)代化以來，我國的制造商充分認(rèn)識到 PLC 控制系統(tǒng)的重要性，一些生產(chǎn)廠家在流 水線上引進好多無人物流小車用于車間，以前國內(nèi)的 PLC 市場主要以引進國外的科 技為主，由于成套設(shè)備運送麻煩價格高昂，只有大型的工廠才會出現(xiàn)無人物流小車， 隨著 PLC 快速發(fā)展，對 PLC 系統(tǒng)控制長時間的刻苦鉆研，加上眾多科研單位的積極 生產(chǎn)，最終實現(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。 改革開放之后，我國生產(chǎn)經(jīng)濟國民總值大幅度提高，國內(nèi)大型基礎(chǔ)設(shè)施工程給 我國帶來前所未有的機遇和挑戰(zhàn)，軟件開發(fā)已成為世界各國共同面對的難題，只有 抓住機遇，才可以讓中國在世界歷史舞臺上發(fā)出重要作用。我國僅僅抓緊歷史機遇， 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 PLC 控制技術(shù)，深 入優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，讓其功能越來越豐富，提高 PLC 的性價比，在世界舞臺上才能利 于不敗之地，為了祖國的繁榮強盛人人應(yīng)該盡心盡力，我相信中國一定會越來越強 盛。 現(xiàn)在，無人物流小車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、性能好的無人物流小車以便于應(yīng)對工廠的需求 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 存儲器容量也會越來越大； 向通信網(wǎng) PLC 技術(shù)的本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)編程，現(xiàn)在無人物流小車與控制系統(tǒng)通過網(wǎng) 4 絡(luò)化發(fā)展 絡(luò)通信應(yīng)用廣泛。同時，開發(fā)商通過通信標(biāo)準(zhǔn)將組建功能更強的網(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 ，隨著各國經(jīng)濟的快速發(fā)展，要國 家 的 支 柱 行 業(yè) 想在世界站住腳步，對工業(yè)自動化控制系統(tǒng)必然要求極高，科研單位必 須要不斷開發(fā)研究 能夠減少開新 器 件 新 模 塊 ， 例 如 電 力 半 導(dǎo) 體 驅(qū) 動 電 路 關(guān)損耗，對裝置運行效率，安全性跟大提高；電路模塊則是可以將 PLC 信號轉(zhuǎn)變化機械機構(gòu)控制信號，來讓微處理器執(zhí)行用戶程序的實現(xiàn) 編程語言 和編程工 具的多樣 化和標(biāo)準(zhǔn) 化 由于世界各國的文化地域差異，對 PLC 編程語言的方式不同，我們 應(yīng)讓多種編程語言的并存、互補與發(fā)展。各地方生廠商對硬件，軟件更 新?lián)Q代快，我們逐漸向制造自動化協(xié)議靠近，使 PLC 在世界各國通用， 其中包含中央控制單元、模塊、編程語言、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) 無人物流小車主要是有車體結(jié)構(gòu)、動力控制、驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)向裝置、精確停車 裝置、車載控制部分、驅(qū)動部分等。 2.1 車載控制部分 無人物流小車是根據(jù)無人物流小車行走的軌跡進行編程，無人物流小車的各種 可編程邏輯控制程序，通過對數(shù)字信號的處理，進而達到直行，裝卸料等過程。小 車?yán)脙珊筝喿鳛轵?qū)動力，用 PLC 控制系統(tǒng)控制無人物流小車的速度、啟動、停止 的運動過程。 2.2 車體結(jié)構(gòu) 車體是向人們表達它外部構(gòu)成的直觀表達，它的結(jié)構(gòu)主要部分主要有底盤、車 架、外殼，如果條件允許可以適當(dāng)?shù)倪M行噴漆，讓小車的外部造型更加美觀。它的 內(nèi)部主要是用來安裝控制系統(tǒng)和一些機械零件等，這些通常用的是蝸輪蝸桿減速器、 電動機、驅(qū)動器等部分組成。 （a）車架是無人物流小車組成機體的主要部分，它主要作用是用來安裝車輪、 電機和蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)。車架選擇要充分考慮材料的強度、剛度，因為這是決定 負(fù)載的重量的主要因素。所以對于車架的選材不但要考慮價格、質(zhì)量穩(wěn)定性和安全 性等等，最后確定車架的材料是鑄造鋁合金，不僅鋁合金價格便宜，而且焊接性好， 重心低，這樣的好處是可以有效的防止翻車，還有就是讓車身盡量光滑一點，避免 運行不必要碰撞讓人受傷。 （b）車輪采用橡膠輪胎。橡膠輪胎比較柔軟并且減震性能非常好，能保證物流 小車上的物品不會受到破壞，橡膠材料耐用性強，而且能夠防水性好，橡膠生產(chǎn)比 較普遍，這時候物美價廉這是一個很好的選擇。 2.3 運動部分 無人物流小車一般是用驅(qū)動輪、從動輪和轉(zhuǎn)向裝置幾部分構(gòu)成. 一般從速度、 過載、負(fù)荷大小等方面有效地對無人物流小車運動方面考慮。在生產(chǎn)生活中，我們 常常見到的是采用三輪、四輪、六輪及多輪這樣的小車等，三輪結(jié)構(gòu)的小車常常是 通過在轉(zhuǎn)向前方的轉(zhuǎn)向機構(gòu)驅(qū)動無人物流小車轉(zhuǎn)向，而四輪或六輪多是采用后輪驅(qū) 動、差速轉(zhuǎn)向或獨立轉(zhuǎn)向方式，我們選擇要根據(jù)實際情況。 2.4 傳送系統(tǒng) 6 無人物流小車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 擇合適的傳動系統(tǒng)，例如我們現(xiàn)實生活中常用的傳動方式有蝸輪蝸桿傳動，帶傳動， 齒輪傳動等。這次設(shè)計的無人物流小車主要是運用到物流上，為了簡單便于設(shè)計， 我采用大學(xué)接觸最 。多 的 蝸 輪 蝸 桿 傳 動 2.5 安全輔助系統(tǒng) 在工廠生產(chǎn)過程中，難免會發(fā)生一些大家都不想看到的結(jié)果，這時安全輔助系 統(tǒng)顯得尤為重要。在生產(chǎn)流水線上，為了避免無人物流小車故障或人員經(jīng)過容易與 小車不經(jīng)意間碰撞，無人物流小車一般用障礙物檢測和防撞，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)動裝置 無人物流小車驅(qū)動裝置能夠控制自己的速度，它是無人物流小車的重要組成部 分之一，小車各部分都應(yīng)該確保運行的穩(wěn)定性。在生產(chǎn)過程中, 我們要避免小車的 故障不能正常運行造成不必要的損失，在選擇驅(qū)動裝置上我們一般選用 驅(qū)動運行，在日常生活和大學(xué)生涯學(xué)習(xí)中，我們對異步電動機接電 機 作 為 動 力 驅(qū) 動 觸比較多，為了更方便的做設(shè)計，我決定采用三相異步電動機。 7 3 機械設(shè)計 3.1 設(shè)計要求 無人物流小車車身采用鋁合金材質(zhì)，輕便，美觀，實用。控制系統(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行。 動引導(dǎo)小車的長度：700mm 1.負(fù)載50 自動引導(dǎo)小車的行駛速度：100mm/s 2.小車最大速度150mm/s 無人物流小車車體質(zhì)量：20KG 3.2 傳動系統(tǒng)方案 在生產(chǎn)線上，作為運輸中作用無人物流小車，它能夠把生產(chǎn)的產(chǎn)品及時，準(zhǔn)確， 安全地運送到指定地點，在整條生產(chǎn)線僅有的兩個生產(chǎn)區(qū)連接鏈路起著因此不可替 代的作用設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，性能優(yōu)越，安全和無人物流的可靠性，無人物流小車對于 保證工廠的正常生產(chǎn)是尤為重要的。 在以前的生產(chǎn)車間，完全是勞動者運送貨物，裝卸操作這樣的運送過程，及其浪費 時間，耗費大量的物流成本，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， 因為現(xiàn)在提出的全自動化生產(chǎn)線的要求，無人物流小車能滿足生產(chǎn)要求。 方案一使用三輪小車。通過齒輪傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計，便于控制無人物流小車后輪的 轉(zhuǎn)動。通過在小車前輪的轉(zhuǎn)動來改變無人物流小車左右轉(zhuǎn)向問題。如下圖： 方案二：使用四輪小車。利用蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)，讓兩后輪作為驅(qū)動力，利用 電機控制小車速度，這樣可以控制無人物流小車的正常工作。如下圖： 8 四輪小車的穩(wěn)定性比三輪小車強很多。方案一轉(zhuǎn)向機構(gòu)的機械傳動誤差會比 較大。而且選項二使用蝸桿-蝸輪傳動機構(gòu)，以三相異步電動機驅(qū)動小車后輪運動， 不僅有利于 PLC 控制的編程設(shè)計，并且實用性比較強。所以，我的無人物流小車采 用四輪小車。 3.3 電機的選擇 根據(jù)工作 ，選擇恰當(dāng)?shù)碾妱訖C。其中包括電動機的類型和結(jié)負(fù) 載 的 大 小 和 性 質(zhì) 構(gòu)形式、功率和轉(zhuǎn)速，用來確定電動機。 車輪轉(zhuǎn)速 （3.1）2.75r/min1403.610dvn 電機的轉(zhuǎn)速 選擇蝸輪-蝸桿的減速比 i=60 （3.2）136mn電 in 無人物流小車的受力分析如圖所示 3.3 示： 3.3 小車受力分析 小車車身自身重量為 p 9 （3.3306.N980.2490.712.853 abhgp ） 小車的載荷為 G N85mg （3.4） 由于兩前輪及兩后輪關(guān)于 Y 軸對稱， 則 ，ABFCD ， （3.5）0zF20ACPG ， （3.6）xM0.75.12.3C 解得 15.6NBA 84NDCF 滾動摩阻力偶矩 的大小介于零與最大值之間，即 f max0f 其中 滾動摩阻系數(shù)，查表 5-2 ， =210，取 =6mm 3 mN946.0.15706.max NFM （3.7） 5.1307.2axdMF （3.8） 兩個小車后輪受力分析 3.2 電 機 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 傳動裝置減速比 1/G （1） 求換算到電機軸上的負(fù)荷力矩（ ）LT AOSNPF 10 （3.9）mN58.0 108.96247.1513 0892)(GDWFTL 取 =0.7, =157.66 , =0.15 (2)求無人物流小車電機功率 小車的最小驅(qū)動功率為 (3.10) wgVmFPw 0.6819.870總 計算電機功率 (3.11) Wd 傳動總效率 (3.12)231 聯(lián)軸器的傳動效率為 ,蝸輪蝸桿的傳動效率為 ，深溝球軸承的9.016.02 傳動效率為 98.03 6275.6 電機功率 (3.13)kwPWd 106275.081 三相異步電動機比伺服電動機結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、維護方便、便于設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng).所以我選取 Y 系列三相異步電動機，據(jù)以上參數(shù)選用: 電動機型號：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裝備的影響； （3） 安裝時，應(yīng)注意軸間位移的大小和方向，防止錯位； （4） 聯(lián)軸器可靠性和工作環(huán)境，保證能正常運行； （5） 聯(lián)軸器制造安裝維護及成本，首選物美價廉。綜合性能好。 根據(jù)電動機軸直徑，輸出軸與蝸桿軸聯(lián)接部分的軸徑進行分析，為了更好的滿 足無人物流小車設(shè)計要求，我采用安全柱銷聯(lián)軸器滿足要求，如下圖 3.4 電 機 軸蝸 桿 軸 3.4 安 全 聯(lián) 軸 器 聯(lián)軸器采用安全聯(lián)軸器，銷釘直徑 d 可按剪切強度計算，即 4 8mKTDZ （3.14） 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） 45 5 200HBS 調(diào) 質(zhì) = b637MPa = s5 = s1% 2x0.39J/ 75HBS硬 度 銷釘?shù)脑S用切應(yīng)力為 12 47.5MPa630.5.8)(07b （3.15） 過載限制系數(shù) k 值 查表 14-4 取 k=1.6 4 mN587.0T m64.075.12.386.d 選用 d=7mm 滿足剪切強度要求。 3.5 蝸桿傳動機構(gòu) 3.5.1 蝸桿的傳動類型 設(shè)計傳動機構(gòu)時，應(yīng)考慮各種蝸桿傳動的特點，傳動方式的要求和使用條件， 滿足實際要求的需要，合理的選擇蝸桿傳動的類型。 (1)ZC 蝸桿傳動適用于重載高速、要求效率高、精度高的重要傳動； (2)環(huán)面蝸桿傳動用于傳動效率高，精度高的大功率傳動； (3)漸開線 ZI 蝸桿傳動適用于精密蝸桿頭數(shù)多的傳動，并且加工工藝簡單； (4)ZA 阿基米德圓柱蝸桿傳動適合載荷小，精度要求不高的傳動； (5)ZA 單頭阿基米德蝸桿傳動適合自鎖的低速，輕載的傳動。 根據(jù)上述條件結(jié)合本課題的需求，選用漸開線蝸桿(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 蝸輪齒根疲勞強度設(shè)計 根據(jù)漸開線蝸桿傳動的設(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)較多或漸開線傳動中。 （3.20）221.53FaKTmdYz 確定載荷系數(shù) K 穩(wěn)定的負(fù)載下工作時，負(fù)載不均衡分配系數(shù)，那么你可以 K= 1 時，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 精度等級公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計的自動引導(dǎo)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 d,標(biāo)注為 6d,GB/T 10089-1988。 3.5.7 熱平衡核算 蝸桿傳動在與螺旋齒輪相似，會出現(xiàn)相對滑動。在工作條件不太好的時候容易 發(fā)熱，導(dǎo)致潤滑情況下降。但該 ZI 傳動方式是漸開線傳動，工作過程中產(chǎn)生的熱可 以散發(fā)到環(huán)境中，不考慮熱平衡計算。 3.6 軸的設(shè)計 3.6.1 軸的分類 軸是機器的主要部件中的一種形式。作為一個旋轉(zhuǎn)運動傳遞機構(gòu)只能安裝在軸 上的動力傳遞。這是支持的軸轉(zhuǎn)動部件和傳遞運動和動力，軸是保證設(shè)備正常運行 的基礎(chǔ)上，對軸的要求，必須按照國家標(biāo)準(zhǔn)進行生產(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 動軸。能承受彎矩又能承受轉(zhuǎn)矩稱為轉(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為傳動軸，這是方便選擇做的簡單區(qū)分。 3.6.2 前輪軸的設(shè)計過程 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 自動引導(dǎo)小車的前輪受力，受力 3.7。 16 CF N42.08.2121 CF （2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下幾個因素：軸因為影響軸的因素很多，并且結(jié)構(gòu)形式 隨著具體情況的不同變化，因此軸一般沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。我們再設(shè)計物品時， 要根據(jù)實際情況進行分析。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)計時的幾個主要問題。 （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。 （b）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 初步選擇滾動軸承。自動引導(dǎo)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 dDT=20mm42mm12mm,故 d =d =d =20mm。 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位，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由手冊查得平鍵截面 bh=8mm7mm(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。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，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)圖畫出軸的計算簡圖。根據(jù)軸的計算簡圖畫出軸的彎矩圖 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(fù)彎矩在截面 C 上， 。mN38.1576C 對截面 C 進行強度校核，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 因此該軸滿足強度要求，故安全。 3.6.3 后輪軸的設(shè)計過程 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 （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度 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 dDT=30mm62mm16mm，故 d =d =d =30mm。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 d =36mm。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 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 由手冊查得平鍵截面 bh=8mm7mm,d 鍵槽長為 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化，得B (3.37)21227.5NVraxxM.2 在 段中，同樣將截面右邊外力向截面簡化，得C (3.38)3331.6MF3041x 0VAC mN75.2.1.9左D .830975283右V 6.46.BM 計算 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)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩 和扭矩的截面即危險截面 D 的強度。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 滾動軸承設(shè)計 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)選擇時應(yīng)考慮整體設(shè)計的要求，便于安裝和拆卸。 3.7.2 前輪軸上的滾動軸承的計算及校核 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）按額定動載荷計算 由式 (3.42) 610hlP 對球軸承 =3， (3.42) PraPrfXFYf 查表 13-6 自動引導(dǎo)小車 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 （脂潤滑） K8.9rC2.130Cr/in90limn0.35e 蝸桿軸上的軸承受力 （2） 按額定動載荷計算 (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，故只需對軸承 A 進行校核。 。 （1）由上述給定條件試選軸承 試選 6206 型軸承，查表 15-19 5 （脂潤滑）KN91.4rCKN01.rCr/min950lin （2）按額定動載荷計算 由式 610hLP 對球軸承 ，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 無人物流小車 .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， 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 無人物流小車維護與保養(yǎng) 一段時間使用無人物流小車后，小車電機的潤滑能力下降機動性能變差，那么 必須有一個負(fù)責(zé)人員來補充補充潤滑脂。當(dāng)更換潤滑脂的時候，應(yīng)該做到及時清除 舊潤滑脂，然后用汽油把軸承和軸承蓋的油槽清洗干凈。工作人員填充的潤滑脂不 能太多，要不然會使軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩變得很大，到時候軸承溫度會越來越高，會大 大的損耗軸承的使用壽命。 另外，無人物流小車在運行過程中，我們應(yīng)注意軸承的溫度變化。因為大部分 軸承適用于 70及以下工作狀態(tài)，溫度過高會使軸承強度剛度失效，所以當(dāng)軸承溫 28 度超過 95時，我們要立即停止小車運行，仔細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 系列三相異步電動機，我們要根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)使用鋰基潤滑脂，如果可能的話， 在鋰基潤滑脂 ，這樣做的好處就是能讓無人物流合 適 的 抗 氧 化 劑 ， 防 銹 劑 和 極 壓 劑 小車的電機擁有較好的抗水能力，大大的提高無人物流小車的生產(chǎn)壽命。另外我們 還要注意軸承的維護，這樣做的好處是能增加軸承使用壽命，同時降低工廠維修機 器的成本。極大的讓無人物流小車在生產(chǎn)線上發(fā)揮更大的作用，讓無人物流小車為 生產(chǎn)廠家提供更好的使用價值。 29 4 控制系統(tǒng) 4.1 系統(tǒng)描述 本課題研究對象是無人物流小車的 ， 它是通過控制三相異步電動機的控 制 系 統(tǒng) 正反轉(zhuǎn)控制無人物流小車做 ，從而實現(xiàn)在 A 地裝料、B 地卸料這一過程，往 復(fù) 運 動 滿足生產(chǎn)線的要求。無人物流小車在車間運動圖如下; 4.2 控制要求 控制系統(tǒng)的工作原理： （1）機械運料小車在初始位置處，按下啟動按鈕 SB1，電機正轉(zhuǎn)，無人物流小車 往前運動； （2）機械運料小車運行至右限位開關(guān) ST1，電機停轉(zhuǎn)，運料小車停止，等待裝料， 裝料指示 L1 燈亮； （3）經(jīng)過十秒以后，裝料燈 L1 滅，這時裝料結(jié)束，電機開始反轉(zhuǎn)，物流小車后 退，當(dāng)運動到左限位開關(guān) ST2 處，電機停轉(zhuǎn)，無人物流小車停止，開始卸料，卸料 指示燈 L2 亮； （4）延時 8s，指示燈滅，卸料完成,到此完成一個工作周期，這樣一直循環(huán)此過 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 PLC 控制系統(tǒng)是具有靈活的，多功能的特點，幾乎所有的控制都通過軟件控制， 雖然這不是 PLC 和 I/ O 之間的硬件設(shè)計信號的簡單連接，它直接關(guān)系到無人物流小 車的安全性，可靠性和生產(chǎn)成本的控制系統(tǒng)，以及許多其他的問題，硬件設(shè)計一旦 完成，就不能在隨意修改，因此，它是用于控制系統(tǒng)的設(shè)計成功的關(guān)鍵問題，我們 應(yīng)該高度重視設(shè)計階段。 30 4.4 控制系統(tǒng)原理 根據(jù)物流小車具有正向和反向兩種工作模式，兩個線圈 KM1 以及 KM2 無人物流小 車展示的整體設(shè)計的控制要求，通過改變電機的相序來改變工作方式，接觸器 KM1 以及 KM2 對應(yīng) KM1 以及 KM2 的主電路主觸頭。 原則上無人物流小車原理如下： （1）按下啟動按鈕 SB1 電機正轉(zhuǎn)，這時候開始通電接觸器線圈 KM1 和 SB1 平行 KM1 常開觸點，以保證持續(xù)的電力，以滿足封閉，整個電路會發(fā)生自鎖現(xiàn)象，KM1 線 圈正常工作， ，按下電動機開關(guān)，電動機開始向前走，無人物1KM主 電 路 串 聯(lián) 閉 合 流小車開始向前移動; （2）當(dāng)小車運行到限位開關(guān) ST1，ST1 的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，使 KM1 線圈失電，電機停轉(zhuǎn)，無人物流小車停止運動;與此同時，在延遲 KT1 繼電器線圈開 啟時，輔助常開觸點閉合，充電指示燈 L1 亮，手動加載。 （3）延時 10s，時間繼電器的延時閉合常開觸點 KT1 閉合，接觸器 KM2 線圈通電 并自鎖，兩個常閉觸點 KM2 斷開， L1 燈熄滅，線圈 KM1 失電，然后三相異步電機運 行，無人物流小車向后運動; （4）當(dāng)通電，其常開觸點閉合繼電器線圈 KT2 前往 ST2，KT2 常開觸點閉合，排 放指標(biāo) L2 亮; （5）延遲 8S，KT2 線圈常開觸點閉合，恢復(fù)電機正轉(zhuǎn); （6）按下停止按鈕，無人物流小車停止運行。 根據(jù)無人物流小車的工作原理畫出 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 無人物流小車的流程圖如下 32 開始 按下電機正轉(zhuǎn)按鈕 S B 1 行駛至 S T 1 處 ， 裝料指示 燈 L 1 亮 ， 延時 1 0 S 時間到 電機反轉(zhuǎn) ， 機械運料小車后退 行駛至 S T 2 處 ， 卸料指示燈 L 2 亮 ， 延時 8 S 時間到 按下停止按鈕 S B 3 結(jié)束 運料小車前進 否 否 否 是 是 是 4.5流程圖 根據(jù)控制系統(tǒng)流程圖編寫梯形圖 33 4.6 梯形圖 34 結(jié)束語 本課題主要研究無人物流小車外部造型、機械結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計基本 上 ，涵 蓋 了 所 有 的 大 學(xué) 課 程 所 學(xué) ， 如 機 械 設(shè) 計 ， 機 械 工 程 ， 可 編 程 控 制 器 ， 互 換 性 機械原理等，也有控制的結(jié)構(gòu)，以及自動化問題的問題。在設(shè)計過程中了解第一輛 實現(xiàn)無人物流小車的物流能力，深入的了解，以便進行深入的分析，它的機械結(jié)構(gòu) 和工作流程的熟悉的功能，深入的機械設(shè)計改進的認(rèn)識結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計和單個 機械結(jié)構(gòu)部件的改進。另外，在控制系統(tǒng)設(shè)計采用 PLC 控制系統(tǒng)。 這次設(shè)計清楚的讓我認(rèn)識到機械設(shè)計內(nèi)含，讓我對機械專業(yè)有更深的認(rèn)知，讓 我擺脫了純粹的理論知識和學(xué)習(xí)的膚淺的認(rèn)識;讓我懂得更多的國家標(biāo)準(zhǔn)零部件的選 取，更好的理解設(shè)計手冊，設(shè)計規(guī)范和使用計算機圖形軟件S7-200的專業(yè)水平。通 過這次設(shè)計，我真正的感到我的能力得到巨大的提升。 這次設(shè)計的順利完成，不僅僅是我對專業(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)問必須要實事求是，這次無人物流小車設(shè)計，讓我對 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。也讓我的能力進一步得到 了提高，它的目的是使這時候我已經(jīng)積累的實踐經(jīng)驗萬千，我以后的工作生活中能 充分的運用這些知識，我一定會在未來的生活工作中，對碰到的工作生活中的問題 難題會有較強的理解解決能力，這是認(rèn)識到我四年大學(xué)的意義所在。 這次的設(shè)計內(nèi)容量非常多，并且設(shè)計的過程瑣事不斷，但我并沒有向困難妥協(xié)， 因為我知道一個人能戰(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 耐心講解，讓我在設(shè)計過程中始終充滿熱情，使我這次設(shè)計收獲更加豐富。再加上 經(jīng)常與吳老師的溝通和交流，我了解到機械設(shè)計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)計和我實際經(jīng)驗應(yīng)用的本次設(shè)計 中種種問題，讓我更加清晰的認(rèn)識到自己的不足，找到了自我前進的方向，人活著 就是要不斷的充實完善自己。最終按質(zhì)按量完成本次設(shè)計，感謝在這期間真心感謝 幫助我的指導(dǎo)老師。 35 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. 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)名剛機械設(shè)計8 版，北京：高等教育出版社，2004 4 成大先.機械設(shè)計手冊5 版北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007. 5 余俊。滾動軸承計算：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.機械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計. 北京:機械工業(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 尹志強機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書北京：機械工業(yè)出版社， 2006. 9史國生、趙陽.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).中國電力出版社,1998. 11寥常初.PLC 編程及應(yīng)用.機械工業(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)計馬上就要結(jié)束了，這半年給我的感覺非常充實，讓我受益良多。吳老師的 教誨依然縈繞在我的耳邊，吳老師對知識的理解深度讓我非常佩服，吳老師對我設(shè) 計無人物流小車中出現(xiàn)的種種問題見解獨特，讓我驚嘆不已。當(dāng)我遇到涉及專業(yè)的 難題是吳老師總是耐心講解，例如：零件強度剛度的要求、材料的選取等等。正是 吳老師對學(xué)生抱著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，讓我對我的設(shè)計更加有信心，我相信我能做到 讓自己滿意，才能不辜負(fù)老師的教誨，如果沒有吳老師的指點，我想這次的設(shè)計我 會走許多的彎路的。 能夠作為吳老師的學(xué)生，我心中感覺特別的榮幸。雖然只是短短的幾個月，但 吳老師卻讓我受益匪淺，不光只有知識，更重要的還是對工作的認(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)生涯畫上一個完美句點。本論文不論是從開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)求實的個人風(fēng)格，具有理工生的 洞察力，不懈開拓進取的精神，讓我內(nèi)心深處深受啟發(fā)，對我以后的人生經(jīng)歷有很 大益處，我不由得讓對吳老師獻上我最誠摯的謝意。 本文主要是是針對無人物流小車的內(nèi)部構(gòu)造、外部造型以及 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè) 計，在無人物流小車的應(yīng)用上表達了自己的一點想法。由于學(xué)生水平淺薄，難免在 理論的描述、資料的運用等方面難免有不恰當(dāng)、不深刻，不周到之處，或許有些觀 點也欠與成熟，真誠的希望聆聽老師們的教誨，讓我更好的完善充實自我，我希望 以后的我能夠被大家認(rèn)可。 千言萬語也不能描述我的感受，我設(shè)計的圓滿結(jié)束，不單單是我自己的刻苦、 勤奮、踏實的態(tài)度，更多的還是吳老師的耐心指導(dǎo)，你們的鼓勵和幫助永遠是我前 進的不懈動力，再一次謝謝你們！ 37