圖書館AGV小車起升機構(gòu)設計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】

沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 I 摘 要 本次設計主要是針對 圖書館 行設計。其中包括 齒形帶 、 豎直上下帶輪 、 電機座 、機架等總成的結(jié)構(gòu)設計及個總成中主要零件的結(jié)構(gòu)設計，以及驅(qū)動 電機 、 皮帶、帶輪、 軸承等主要零部件的選型和有關(guān)零件的強度計算。 在計算部分，首先，進行有關(guān)參數(shù)的選取確定，包括帶速、 載重、安全系數(shù) 的確定，帶的單位質(zhì)量的計算，輸送帶張力的計算以及驅(qū)動電機的功率計算。然后進行各個主要零部件的選型和設計計算。 在設計過程中，參考了多部文獻以及工程實踐人員的經(jīng)驗心得，對各部分機構(gòu)進行了認真比對，選取通用結(jié)構(gòu)，以便于輸送機的修理與維護。波狀擋邊帶式輸送機的應用已經(jīng)日趨成熟，通過對各個部件的優(yōu)化及選擇更合理的結(jié)構(gòu)，將更大的提高其應用效率。 本文介紹了 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和應用情況，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合畢業(yè)設計的課題要求，設計了 圖書館 車起升機構(gòu) 。其研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面 : 論述了 圖書館 車起升機構(gòu) 的組成及原理，結(jié)合課題要求，選擇 電動機起升機構(gòu) 作為該 機構(gòu) 的 運作 方式。 介紹了 圖書館 車 起升機構(gòu) 機械結(jié)構(gòu)的設計，并根據(jù)小車 起升機構(gòu) 的驅(qū)動方式和工作要求，對 皮帶 、電機、 帶輪、軸 等進行了設計和選型。 根據(jù) 圖書館 車起升機構(gòu) 的 結(jié)構(gòu) 和工藝要求，確定了總體框架結(jié)構(gòu)。硬件方面，選擇合適的 皮帶 、 電機、帶輪 ，對 軸 進行了設計 。 在總結(jié)全文的基礎(chǔ)上，對 車的設計和研究提出了展望。 關(guān)鍵詞 ： 起升機構(gòu)；電機；皮帶；帶輪 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 GV is is is of is to As of of GV so GV in as GV to of in GV to of of CU to to CU On of GV 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 錄 摘要 . I . 錄 . 論 . 1 1 展現(xiàn)狀 . 2 . 2 外研究狀況 . 2 內(nèi)發(fā)展情況 . 2 . 3 書館 . 4 書館 . 4 課題主要工作 . 4 2 圖書館 車起升機構(gòu)設計與原理分析 . 6 車起升機構(gòu)設計與工作原理分析 . 6 車起升機構(gòu)零件選型 . 7 機的選型 . 7 帶的選型 . 10 輪的選型 . 11 3 圖書館 車起升機構(gòu)設計計算 . 15 升機構(gòu)載重分析 . 15 算載荷 . 15 全系數(shù) . 15 算最大正應力 . 16 度驗算 . 16 電機扭矩轉(zhuǎn)速分析 . 16 給驅(qū)動伺服電機的選擇 . 16 載轉(zhuǎn)矩的計算 . 16 機轉(zhuǎn)速分析 . 17 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 同步帶傳動計算 . 19 步帶受力情況的分析 . 19 4 工程圖設計 . 21 裝配圖設計 . 22 般裝配圖技術(shù)要求 : . 22 圖中的技術(shù)要求 . 23 件圖設計 . 24 般零件圖技術(shù)要求 : . 24 件圖的技術(shù)要求 . 26 結(jié) 論 . 27 致 謝 . 28 參考文獻 . 29 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 1 緒 論 隨著自動化 和 計算機 的 集成制造系統(tǒng)技術(shù)逐步發(fā)展 還有 柔性制造系統(tǒng) 和 自動化立體倉庫 應用越來越多 ， 動導引車 當作 聯(lián)系 、 調(diào)節(jié)離散型物流系統(tǒng)使 它的 作業(yè)連續(xù)化的必要的自動化 的 搬運 和 裝卸手段， 它的使用 范圍和技術(shù)水平得到了 很快的發(fā)展，再這樣的大背景下圖書館 車的設計發(fā)展也勢在必行。 自動化導引車是上世紀 50年代發(fā)展起來的智能裝卸型機器人。智能小車是現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)中的重要設備之一 ,它是 把 蓄電池 作 為 主 動力 ,并且 安裝有電磁 和 光學自動導航設備 等 ,可以獨立自主引導 ,并且可以通過核心系統(tǒng)控制 ,完成無人駕駛及工作的設備。九十年代全世界擁有智能小車 ( 萬臺以上。這幾年 ,自動化技術(shù)展現(xiàn)出加快發(fā)展的趨勢 ,國內(nèi)自動化立體倉庫和自動化慢性裝配線到了發(fā)展與普及階段。在自動倉庫與生產(chǎn)車間中 ,各工位中 ,各段輸送線中 ,智能小車替代了傳統(tǒng)的機械設備 ,和傳統(tǒng)的傳送道或傳送帶相比較 ,智能小車輸送方式具有操作簡單、工作方式靈活 ,不占據(jù)很多空間、有良好的轉(zhuǎn)動性、慢性等眾多優(yōu)點。 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 2 1 展現(xiàn)狀 展環(huán)境 國外研究狀況 1913 年 ,美國汽車制造公司使用有軌底盤小車。 1953 年 ,世界上第一臺采用埋線電磁感應式的跟蹤軌跡自動導引小車在國外制造出來 ,國外也稱為 "無人駕駛牽引車 "。 20世紀末 ,具有裝卸功能的智能小車在歐洲得到發(fā)展和應用 ,引入國外用于自動化系統(tǒng)和柔性系統(tǒng)的材料運輸。大約過了好幾年 ,新的導引方式和技術(shù)得到更加大規(guī)模研究和設計。智能小車以前不景氣的情況下發(fā)展到其效率和效益非常好。智能小車按照引導傳感器不同分為 :電磁導引、紅外導引等。智能小車是根據(jù)慢性加工系統(tǒng)、慢性裝配系統(tǒng)、電腦制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫發(fā)展起來的。然而 ,其發(fā)展速度是非?？斓?。 1981 年通用公司開始使用 ,1985 年智能小車確保數(shù)量是 500 臺 ,1987 年智能小車確保數(shù)量是 3000臺。大量資料顯示歐洲國家 40%的 智能小車用在汽車制造業(yè) ,日本 15%的智能小車用于汽車工業(yè) ,也就是說智能小車在其他行業(yè)也有廣泛的實際使用 國內(nèi)發(fā)展情況 國內(nèi)自主研發(fā)方面：六十年代 初 開始研究。 1976年，北京起重 和 運輸機械研究所研制的 國最開始 的實用型 1988年，原郵電部北京郵政科學技術(shù)研究所等單位研制了郵政樞紐 1991 年，中科院沈陽 分院 自動化所與新松機器人自動化股份有限公司為沈陽金杯總裝線上設計 了 九臺自動裝配 的 系統(tǒng)，并于 1996年獲得國家科學技術(shù)進步三等獎，是當時國內(nèi)較先進的使用型 1992 年，天津理工學院研制了核電站用光學導引 1998 年昆明船舶設備公司在紅河卷煙廠研究多模式激光導引無人自動車 22輛，紅河項目于 2002年獲國家科學技術(shù)進步二等獎。 在引進國外技術(shù)與產(chǎn)品方面： 1980年，上海石化總廠為滌綸長絲作業(yè)從日本大福公司引進國內(nèi)第一套 十年代初，華寶空調(diào)裝配線上使用了日本進口的電磁導引 1996年，玉溪卷煙廠首家在煙草行業(yè)引進三星的 52臺 是國內(nèi)企業(yè)中使用數(shù)量最多 的 北承德輸送機械廠合資引進美國 司 術(shù)。天津理工學院研制的 方位視覺引導自動車，屬國家 863高科技項目，已通過鑒定，達到八十年代末國際先進水平。九十年代中期，昆船公司在引進國外最先進 后承擔了數(shù)十個 統(tǒng)的設計、安裝；其水平代表了目前國內(nèi)的最高水 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 3 平。昆明船舶設備公司研制的各種導引形式的 統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于煙草行業(yè)，汽車行業(yè)等。 從國內(nèi)總體智能小車發(fā)展來看也就剛剛起步狀態(tài) ,相當于國外 19 世紀初的水平。經(jīng)過各行業(yè)的大量數(shù)據(jù)分析 ,分布范圍 規(guī)模非常廣 ,經(jīng)常用于工廠 ,汽車業(yè) ,飛機業(yè) ,家用電器業(yè) ,煙草業(yè) ,機械 生產(chǎn) 加工 ,倉庫 ,郵電部門 ,地下 的 采礦廠中進行材料運輸 ,也可以用 在海洋和太空探索等 ， 這說明智能小車具有非常廣闊的市場和使用價值。 結(jié)構(gòu) (1)車載控制系統(tǒng) ： 車載控制系統(tǒng)是核心控制部分 ,導航系統(tǒng)根據(jù)導航傳感器方式不同可分為電磁傳感器導航、 磁條傳感器導航等不同形式。 通訊系統(tǒng)是小車和控制裝置之間互換信息和命令的通道 ,由于無線電通訊具有不受障礙物隔擋的特點 ,一般在控制裝置和小車之間采用無線電通訊 ,通過接口和電腦相互連接。小車上的電源為蓄電池 ,所以小車的驅(qū)動裝置一般采用直流電動機、步進電動機和直流伺服電機等。 (2)車體系統(tǒng) ： 它包括底盤、車體框架、殼體和控制裝置、蓄電池安裝架等 ,是小車的主體 ,具有電動車輛的構(gòu)成特點。 (3)行走系統(tǒng) (4)移載系統(tǒng) ： 它是用來完成工作目標的執(zhí)行機構(gòu) ,在不同的目標和外部環(huán)境下 ,可以選擇不一樣的移載系統(tǒng)來控制。 (5)安全與輔助系統(tǒng) ： 為了避免智能 小車在系統(tǒng)出故障或有人員經(jīng)過小車工作路線時出現(xiàn)碰撞 ,小車一般都 會 有 探測 障礙物 的 裝置 和防 撞、警音、警視、緊急停止等裝置。 除此之外， 還有 可以自動充電的 輔助裝置。 (6)控制裝置 ： 控制裝置可以采用普通的單片機 ,如條件艱苦時 ,也可采用工業(yè)控制電腦 ,控制裝置通過計算機網(wǎng)絡接受主控電腦下達的小車輸送任務 ,通過無線通訊系統(tǒng)有效的采集各小車的狀態(tài)信息。根據(jù)需求情況和當前各小車運行情況 ,將調(diào)整命令傳遞給選好的小車。 小車能夠 快速地進行多任務和準確的操縱小車 ,還有復雜地面的碰撞等眾多問題都需要軟件來解決。 (7)通訊系統(tǒng) ： 通訊系統(tǒng)一方面受命與監(jiān)控系統(tǒng)的指令 ,及時、準確地傳送給其它各相對應的輔助系統(tǒng) ,來完成監(jiān)控操作下所指定的動作命令 :另一方面又接受各個輔助系統(tǒng)的反饋信息 ,回傳給監(jiān)控系統(tǒng) ,可以成為監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)接、管理、控制的跟據(jù)。由于智能小車位置變化 ,且整個系統(tǒng)中裝置較多 ,控制裝置和智能小車間的通訊最合適用無線通訊的方式?？刂蒲b置和各智能小車就合成無線局域網(wǎng)。無線電存在一些弊端 ,最好將調(diào)節(jié)在 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 4 小車使用范圍之內(nèi)。使本次設計小車系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)達到設計的要求 ,不斷的研究和設計 ,調(diào)制數(shù)值范圍必須要在小車控制系統(tǒng)使小車處于其設計目的和要求 ,智能小車在工業(yè)進程中起到非常重要的地位 ,所以將此問題具體解決到小車規(guī)定下的范圍 ,不同的小車有不同的調(diào)制方法。 圖書館 車發(fā)展現(xiàn)狀研究 圖書館 車 的構(gòu)成 圖書館 車 一般采用萬向輪驅(qū)動 ,具有電動車的特點。小車可以在地面上由控制系統(tǒng)的統(tǒng)一控制下 ,自動裝卸貨物 ,實現(xiàn)自動化的貨物輸送 ， 有電動車 的一切 特征。 以 在地面 的 控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下， 自動搬運一些貨物 ， 能夠 實現(xiàn)自動的物料傳送。因 為 具有靈活性 和 智能化等特點， 可以 方便 的 重組 一些 系統(tǒng)， 從而 達到生產(chǎn)過程中 所需要的 柔性化運輸 的目的 。 相比較 傳統(tǒng)的人工 和 半人工的物料輸送方式， 圖書館 車極大得 減輕了勞動 的 強度和 其 危險性， 大大的提高 了工作效率， 而 國外的 一些統(tǒng)設計， 其 應用水平都 非常 高，應用范圍也 十分 廣泛。國內(nèi)的應用 就 相對少 了一些， 可是 在各方面的共同努力下，國內(nèi)的 圖書館 車 的設計水平和應用水平正在接近或趕超國際先進水平。 圖書館 車 由 驅(qū)動機構(gòu)、起升機構(gòu)、取物動力機構(gòu)、取物增速機構(gòu)、棄療機構(gòu)控制系統(tǒng)、驅(qū)動機構(gòu)控制系統(tǒng) 組成，其中主控計算機負責 統(tǒng)與外部系統(tǒng)的聯(lián)系與管理，它 可以 根據(jù) 所需 物料 的 狀況向控制臺下達輸送任務。 在 池容量 下 降到 預先的規(guī)定 值后，充電系統(tǒng) 會 給 動 進行 充電。地面移載設備一般 會 采 取軌道 輸送機等將物料從自動化 的 倉庫 和 工作現(xiàn)場自動移載到車 上，反之也可以將物料從 車 上移載下來并輸送到目的地。 電系統(tǒng)、地面移載設備等都可以根據(jù)實際需要及工作場地任意布置，這也體現(xiàn)了 本課題主要工作 智能化的移動機器人，是現(xiàn)代工業(yè)自動化物流系統(tǒng)的主要設備，也是機器人比賽的主要項目之一，是許多大學、科研機構(gòu)重點研究的項目之一。本研究課題 的主要工作是 設計出簡單易行的 圖書館 車起升機構(gòu)， 對 國內(nèi)外現(xiàn)狀作了敘述和分析，介紹了 統(tǒng)的組成，對于其核心部分導引單元予以重點介紹，本章還 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 5 提出了本課題的研究背景和研究目標。 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 6 2 圖書館 車起升機構(gòu)設計與原理分析 小車起升機構(gòu) 設計與工作原理分析 圖 書館 車 圖 書館 車起升機構(gòu) 根據(jù)圖 圖 示 起升機構(gòu)采用豎直導軌滑塊方式實現(xiàn)，通過電機提供驅(qū)動 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 7 力，由同步齒形帶傳動。齒形帶傳動的方式具有緩沖量大，運動平穩(wěn)，簡單高效，承重大，安裝和維護便捷等優(yōu)點。電機前端配有失電制動器，在斷電時自動抱緊電機輸出軸，保證小車在停機或失電時豎直方向無法移動。在小車立柱的相應位置安裝有接近傳感器，當起升機構(gòu)運動的指定 位置時，反饋信號，保證在豎直方向的定位。 小車起升機構(gòu)零件選型 電機的選型 電機軸上的負載有兩種，分別為轉(zhuǎn)矩負載和慣量負載。在選用電機時，必須準確計算這些負載，以滿足如下條件： 當機床處于非切削工作狀態(tài)時，在所有速度范圍內(nèi)負載轉(zhuǎn)矩必須小于電機連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。如果以非常低的速度運行時，因為摩擦系數(shù)的增大，使得負載轉(zhuǎn)矩變大并且超過電機額定轉(zhuǎn)矩，電機也有可能出現(xiàn)過熱的情況。而另一方面，在高速運轉(zhuǎn)時，如果受粘滯性影響，使轉(zhuǎn)矩變大并且超過額定轉(zhuǎn)矩，因為不能獲得足夠的加速轉(zhuǎn)矩，所以加速時間常數(shù)會大大增加。最大切削轉(zhuǎn)矩所占時間（負載百分比即“ 間）滿足所期望的值。以希望的時間常數(shù)進行加速。一般來說，負載轉(zhuǎn)矩有助于減速，如果加速不成問題，以同一時間常數(shù)進行減速亦無問題。加速檢查按以下步驟進行。 圖 根據(jù)圖 示 進行以下計算： 計算齒輪減速比 根據(jù)所 需求的 脈沖當量，齒輪 的 減速比 i 計算如下 : i=( 中 o/脈沖） S 螺距（ 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 8 沖） 計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機軸上的慣量 1+（ 1/(s） +W/g（ S/2)2 中 慣量 ( 慣量 ( 重量（ N） S 螺距（ 計算電機輸出的總力矩 M M=f+ a=（ t)×02 中 加速力矩（ 慣量與負載 的 慣量 (r/ 時間（ s） (2i)×102 (2i)×102 N） 其估算公式為 fq=1-(t)/÷(1+m) 1/2 式中 頻率（ 頻率 若負載參數(shù) 沒有辦法 精確 的 確定 ,則可按 。 運行 中 的最高頻率與升速時間的計算。 因為 電機的輸出力矩 會 隨著頻率的 升 高而下降， 所以 在最高頻率時 ， 由矩頻特性的輸出力矩應能驅(qū)動負載，并留有足 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 9 夠的余量。 根據(jù)以上的計算分析 選擇東方馬達 列 入的調(diào)速電動機 （如圖 因應節(jié)省空間的需求為薄型高功率 是 板型驅(qū)動器與薄型大功率無刷直流電動機的組合產(chǎn)品，最適用于需要節(jié)省空間的裝置。速度控制范圍為 1003000r/有適用于各種用途種類豐富的 15W 100W 產(chǎn)品可供選擇 。 圖 方馬達 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 10 圖 方馬達 此電機有以下幾個優(yōu)點： 小巧的基板型驅(qū)動器： 15W 50滿足機器的小型化需求。 卓越的速度穩(wěn)定性 ： 對負載速度變動率為± 下，實現(xiàn)卓越的速度穩(wěn)定性。即使負載變動時也幾乎不會出現(xiàn)如變頻器因負載變化等而產(chǎn)生速度變動的情形。 豐富的驅(qū)動器功能 ： 體積小巧，功能完善 ，有 瞬時停止 、 旋鈕速度控制 、 直電壓速 度控制 、 加速時間 /減速時間設定 、 警報輸出 等功能。 皮帶的選型 電機功率計算公式： 電機功率 =（ 周驅(qū)動力 *帶速） /1000 2、圓周驅(qū)動力計算公式： 公式一：圓周驅(qū)動力 =2*主要阻力 +附加阻力 +特種主要阻力 +特種附加阻力 +傾斜阻力 （該公式適用于輸送機小于 80 公式二：圓周驅(qū)動力 =系數(shù) *主要阻力 +附加阻力 +特種主要阻力 +特種附加阻力 +傾斜阻力 主要阻力 =送機長度（即頭尾滾筒中心距） *上托輥質(zhì)量 /上托輥間距 +下托輥質(zhì)量 /下托輥間距 +2*每米長度輸送帶質(zhì)量 +皮帶小時輸送料量 /（ 速） 。 附加阻力計算公式： 附加阻力 =皮帶小時輸送料量 *帶速） 主要特種阻力計算公式： 主要特種阻力 =型系數(shù) *輸送機長度 *每米長度輸送帶質(zhì)量 +皮帶小時輸送料量 /（ 速） * 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 11 其中：槽型系數(shù)的選取， 30°槽角時取 35°槽角時取 40°槽角時為 附加特種阻力計算公式： 附加特種阻力 =1470*清掃器個數(shù) +帶寬（米） *1500 6、傾斜阻力計算公式： 傾斜阻力 = 料提升高度（米） *皮帶小時輸送料量 /（ 速） 根據(jù)上述分析 皮帶選擇 蓋茨 3048_8步帶 （如圖 蓋茨 3048_8步傳動，無速度損失，且傳動比恒定。皮帶齒形極大的降低了運行噪音。與帶輪齒的完美嚙合，以最小的摩擦進入帶輪齒。 圖 步帶 帶輪的選型 同步帶傳動是利用帶齒與帶輪齒嚙合來傳遞動力的一種新型傳動方式，具有準確的同步傳動功能，不需要潤滑、無滑差、無污染、噪音少；傳動效率達 比范圍可達 1： 10，允許線速可達 50m/s，傳動率從幾百瓦到數(shù)百千瓦，適宜多軸傳動。 廣泛應用于紡織、汽車、化纖、卷煙、造紙、印刷、化工等機械設備；近年來，采礦冶金、鋼鐵機械、醫(yī)療設備需求量日漸增加。 同步帶輪選型需注意的參數(shù)： (1)齒形 同步帶輪齒形可以分為英制（普通扭矩） L、 H 以及公制（高扭矩） 3M、 （普通扭矩 )沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 12 圖 輪齒形分類圖 (2)齒數(shù) 齒數(shù)是同步帶輪重要參數(shù)，同步帶輪節(jié)圓直徑齒數(shù)×齒距 / (3)材質(zhì)及表面處理 同步帶輪常用材質(zhì)為鋁合金及 45鋼，表面處理分別為 鋁輪：本色氧化黑色氧化；鋼輪：四氧化三鐵保護膜、 無電解鍍鎳 (4)帶輪形狀 圖 形齒同步帶、輪選型圈 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 13 圖 形齒同步帶、輪選型圖 圖 （圓弧形齒）同步帶、輪選型圖 確定計算功率 0=F×V=14500× = 5 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 14 A×P=5=30 定帶輪的基準直徑 動帶輪的最小基準直徑 25從表中帶輪的基準直徑系列中，取 40 i× 140=350大輪直徑為 355據(jù)上述的分析與計算選擇 帶輪選擇 蓋茨 圖 此帶輪有一下幾個優(yōu)點：能緩和載荷沖擊；運動平穩(wěn)，無噪聲；制造和安裝不像嚙合傳動那樣嚴格；過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可以防止其他零件的損害；可增加帶長一適應中心距較大的工作條件。 圖 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 15 3 圖書館 車起升機構(gòu)設計計算 起升機構(gòu)載重分析 載重 主要取決于起重量 Q、載荷中心距 c，根據(jù)選題，已知起重量 Q=40準規(guī)定，載荷中心距離為 c=500由 平段受彎矩和剪力 , 垂直段受彎矩和拉力 , 危險截面支座 m a c 式中 P 起升架 的計算載荷， N； C 標準載荷中心距， a 起升架 厚度； b 起升架 截面寬度， 計算載荷 P 的確定 ()122 K 式中 Q 起重量， Q=7640N 動載荷系數(shù)，取 偏載荷系數(shù)，取 由此得出 176401 . 2 1 . 3 ( ) 1 3 7 5 9 . 22 安全系數(shù) n 的確定 安全系數(shù)的選取 , 與貨叉的計算載荷大小、動載荷系數(shù)和偏載荷系數(shù)的選取密切相關(guān)。如果計算載荷比較準確 , 安全系數(shù)可以取較小數(shù)值。否則，安全系數(shù)應取較大數(shù)值。 強度計算時，安全系數(shù)應滿足以下條件 3 3 其中 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 16 n 強度安全系數(shù)； s 材料屈服極限； 危險截面處應力（即最大正應力）； 注：s與 單位相同。 此次設計選擇安全系數(shù)為 n=3。 計算最大正應力 539 1 7 9 . 6 73s M P 強度驗算 把數(shù)據(jù)代入式 3得出 m a x 21 3 7 5 9 . 2 3 5 0 0 2 4 04 0 1 2 01 1 3 . 2 3 M P a 為 m a x 1 1 3 . 2 3 1 7 9 . 6 7M P a M P a ,所以滿足強度條件。 電機扭矩轉(zhuǎn)速分析 伺服電機 有直流、交流之分，一般來說選擇合適的伺服電機要根據(jù)機器的負載大小和速度來選 。 進給驅(qū)動伺服電機的選擇 在原則上選擇伺服電機應該由負載條件來決定。 電機軸上的負載有兩種， 一種是 阻尼轉(zhuǎn)矩 ，另一種是 慣量負載。這兩種負載都 需 要正確地計算 。 伺服電機 可以 控制速度，位置 和 精度 十分 準確， 它能把 電壓信號轉(zhuǎn)化 成為 轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速 從而 驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并 且可以 快速反應，在自動控制系統(tǒng)中， 可以當作 執(zhí)行元件， 并 且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等 優(yōu)點 ，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 負載轉(zhuǎn)矩的計算 因為每種機械的算法不同，所以 此計算需要加到伺服電機軸的轉(zhuǎn)矩計算公式中 。 但是不管是哪種機械， 都應計算出折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩。 一般 折算到伺服電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩可由下列公式計算 : 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 17 F*L/2)+ 中 : 由角加速度公式： 2 中： 角加速度； 角速度； 加速時間。 0C C C 3.7 中： J 慣性力矩； 不平衡力矩。 根據(jù)電機與中心軸的傳動比 1:N，可以估算出電機扭矩 ： 電機轉(zhuǎn)速分析 極數(shù)反映出電動機的同步轉(zhuǎn)速， 二 極同步轉(zhuǎn)速是 3000r/四 極同步轉(zhuǎn)速是 1500r/六 極同步轉(zhuǎn)速是 1000r/ 極同步轉(zhuǎn)速是 750r/ 繞組的一來一去才能組成回路，也就是磁極對數(shù)，是成對出現(xiàn)的，極就是磁極的意思，這些繞組當通過電流時會產(chǎn)生磁場，相應的就會有磁極。 三相交流電機每組線圈都會產(chǎn)生 N、 S 磁極，每個電機每相含有的磁極個數(shù)就是極數(shù)。由于磁極是成對出現(xiàn)的，所以電機有 二 、 四 、 六 、 八 極之分。 若三相交流電的頻率為 50合成磁場的同步轉(zhuǎn)速為 50r/s,即 3000r/進一步分析還可以得到同步轉(zhuǎn)速 n 與磁場磁極對數(shù) p 的關(guān)系 :n=60f/頻率 ,單位為 單位為 r/所接交流電的頻率 (f)、電機的磁極對數(shù) (P)之間有嚴格的關(guān)系 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 18 f/P 在中國，電源頻率為 50 赫，所以二極電機的同步轉(zhuǎn)速為 2000 轉(zhuǎn) /分，四極電機的同步轉(zhuǎn)速為 1000 轉(zhuǎn) /分， 以此類推 。異步電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是低于或高于其旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，異步之名由此而來。異 步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速之差（稱為轉(zhuǎn)差）通常在 10以內(nèi)。由此可知，交流電機（不管是同步還是異步）的 同步電動機的轉(zhuǎn)速 =50*頻率 / 極對數(shù)（我國工頻為 40異步電動機轉(zhuǎn)速 =（ 50*頻率 / 極對數(shù)） ×轉(zhuǎn)差率 ， 另外，同等功率的電動機，轉(zhuǎn)速越大，輸出扭距越小。 同步電機的極數(shù) 大容量的同步電機均為轉(zhuǎn)極式，即轉(zhuǎn)子為磁極，由勵磁繞組通以直流電產(chǎn)生，而同步機的極對數(shù)就是轉(zhuǎn)子磁極的對數(shù)。八極電機就是轉(zhuǎn)子有 八 個磁極， 2P=8,即此電機有 四 對磁極。一般汽輪發(fā)電機多為隱極式電機，極對數(shù)很少，一般為 1、 2對，而 n=60f/p,所以他的轉(zhuǎn)速很高，最高可達 三千 轉(zhuǎn)（工頻），而水輪發(fā)電機的極數(shù)相當多，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為凸極式，工藝比較復雜，由于他的極數(shù)很多，所以它的轉(zhuǎn)速很低，可能只有每秒幾轉(zhuǎn)！ 電機轉(zhuǎn)速與頻率的公式 ： n=60f/p 式中 n 電機的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) /分）； 60 每分鐘（秒）； f 電源頻率（赫芝）； p 電機旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)。 我國規(guī)定標準電源頻率為 f=50 周 /秒，所以旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速的大小只與磁極對數(shù)有關(guān)。磁極對數(shù)多，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速成就低。 極對數(shù) P=1 時，轉(zhuǎn)速 n=3000； 極對數(shù) P=2 時，轉(zhuǎn)速 n=1500； 極對數(shù) P=3 時，轉(zhuǎn)速 n=1000； 極對數(shù) P=4 時，轉(zhuǎn)速 n=750； 極對數(shù) P=5 時，轉(zhuǎn)速 n=600 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，根據(jù)公式 n=60f/p 可知： 改變頻率 f 就可改變轉(zhuǎn)速 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 19 降低頻率 f，轉(zhuǎn)速就變小：即 60 f / p = n 增加頻率 f，轉(zhuǎn)速就加大： 即 60 f / p = n 電機功率，轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速的關(guān)系 功率 =力 *速度 P=F* 轉(zhuǎn)矩 (T)=扭力 (F)*作用半徑 (R) 推出 F=T/R 速度 (V)=2R*每秒轉(zhuǎn)速 (n 秒 )=2R*每分轉(zhuǎn)速 (n 分 )/60=R*30 將公式 2、 3 代入公式 1 得： P=F*V=T/R*R*30=/30*T*率單位 W， T=轉(zhuǎn)矩單位 n 分 =每分鐘轉(zhuǎn)速單位轉(zhuǎn) /分鐘 如果將 P 的單位換成 么就是如下公式： P*1000=/30*T*P=T*=T* = T * n 電機轉(zhuǎn)速： n=60f/p， p 為電機極對數(shù)，例如四級電機的 p=2； 注：當頻率達 到 50， 當 電機達到額定功率 時 ，再增加頻率， 它的 功率時 也 不會再增 加了 ， 而是 會保持 在 額定功率。 當 電機轉(zhuǎn)矩在 50下時， 此時是與頻率以正比進行變化 ；頻率達到 50，電機 為 最大輸出功率，即額定功率；如頻率在 50基礎(chǔ)上 再繼續(xù)增加， 此時 輸出轉(zhuǎn)矩與頻率 會 成反比變化，因為它的輸出功率 已經(jīng)到達最大了 ， 如果 你還要繼續(xù)增加頻率，那么套入上面的計算式分析，轉(zhuǎn)矩則 會 明顯會減小。 同步帶傳動計算 同步帶受力情況的分析 張緊力 :傳動帶是將原動機的電機或發(fā)動機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動力，通過帶輪由膠帶傳導到機械設備上，故又稱之為動力帶。傳動帶通過摩擦來傳遞動力，因此傳動帶要調(diào)整張緊力以獲得合適的摩擦力。通過調(diào)整傳動帶的張緊度可以調(diào)整傳動帶和皮帶輪之間的摩擦力，傳動帶的張緊度是靠張緊輪進行調(diào)整的（沒張緊輪裝置就直接調(diào)整輪距）。皮帶過緊會使皮帶磨損嚴重，過松則易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，使皮帶嚴重磨損甚至燒壞。一般兩輪距離 1米左右時，用手指按壓三角帶中部，應垂直下降 10帶使用中應檢查皮帶的張緊度，并隨時進行調(diào)整。 故控制同步帶傳動合宜的張緊力是保證 同步帶傳動正常工作的重要條件。 設 01F、 2F、 F 分別為帶傳動工作時帶的緊邊拉力、 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 20 松邊拉力、和有效拉力。為了保證同步帶在帶輪上齒合可靠、不跳齒，同步帶運轉(zhuǎn)時緊邊帶的彈性伸長量與松邊帶的彈性收縮量應保持近似相等。因此，緊邊拉力的增加量應等于松邊拉力的減少量，即 1 1F+2F=20F、 0F=1F+2F） 壓軸力 :壓軸力即為同步帶作用在軸上的力，是緊邊拉力與松邊拉力的矢量和，如圖 圖 邊拉力、松邊拉力 式中： ； ， 工況系數(shù)， P 為需傳遞的名義功率（ 所以壓軸 力為： 1500 對于頻繁正反裝、嚴重沖擊、緊急停機等非正常傳動，需視具體情況修正工況系數(shù)。另外步進電機在工作時其工作過程是“加速 減速”的過程。在勻速時，電機所受負載為工件與導軌的滑動負載；電機加速時主要考慮慣性負載；如電機直接啟動，即轉(zhuǎn)速直接從 0跳到所規(guī)定的轉(zhuǎn)速時，電機的滑動負載和慣性負載均要考慮。一般情況下電機傳遞的負載約為滑動負載的 23倍。所以對于頻繁正反轉(zhuǎn)、嚴重沖擊的傳動機構(gòu)，設計計算時：同步帶需傳遞的名義功率應是同步帶正常傳動需傳遞的功率的 2設計時根據(jù)所設計的傳動系統(tǒng)即可計算出作用在步進電機軸上 的壓軸力，再根據(jù)所涉及的步進電機由上圖表中查出電機軸的容許負載，兩相比較，只要壓軸力小于電機軸的容許懸掛負載即可。 且從式 :1500 式中可看出作用在電機軸上的壓軸力受所需傳遞的功率、速度以及實際傳動情況的影響。 在應用中減少壓軸力的方法有：減少同步帶小帶輪的包角，即采用小帶輪帶大帶輪的形 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 21 式，這樣可以減少 （ ）；在滿足設計要求的情況下減少同步帶的寬度，并安裝時使同步帶離步進電機軸的端面更遠，這樣可增加電機所容許的懸掛負載。 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 22 4 工程圖設計 裝配圖設計 圖 一般裝配圖技術(shù)要求 : (1)各密封件裝配前必須浸透油。 (2)裝配滾動軸承允許采用機油加熱進行熱裝，油的溫度不得超過 100。 (3)齒輪箱裝配后應設計和工藝規(guī)定進行空載試驗。試驗時不應有沖擊、噪聲，溫升和 (滲漏不得超過有關(guān)標準規(guī)定。 (4)齒輪裝配后，齒面的接觸斑點和側(cè)隙應符合 規(guī)定。 應防止進入系統(tǒng)中。 括外購件、外協(xié)件），均必須具有檢驗部門的合格證方能進行裝配。 (10)螺釘、螺栓和螺母緊固時，嚴禁打擊或使用不合適的旋具和扳手。緊固后螺釘槽、螺母和螺釘、螺栓頭部不得損壞。 (11)規(guī)定擰緊力矩要求的緊固件，必須采用力矩扳手，并按規(guī)定的擰緊力矩緊固。 (12)同一零件用多件螺釘（螺栓）緊固時，各螺釘（螺栓）需交叉、對稱、逐步、均勻擰緊。 (13)圓錐銷裝配時應與孔應進行涂色檢查，其接觸率不應小于配合長度的 60%，并應均勻分布。 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 23 (14)平鍵與軸上鍵槽兩側(cè)面應均勻接觸，其配合面不得有間隙。 (15)花鍵裝配同時接觸的齒面數(shù)不少于 2/3，接觸率在鍵齒的長度和高度方向不得低于50%。 (16)滑動配合的平鍵（或花鍵）裝配后，相配件移動自如，不得有松緊不均現(xiàn)象。 (18)軸承外圈與開式軸承座及軸承蓋的半圓孔不準有卡住現(xiàn)象。 (19)軸承外圈與開式軸承座及軸承蓋的半圓孔應接觸良好，用涂色檢查時，與軸承座在對稱于中心線 120°、與軸承蓋在對稱于中心線 90°的范圍 內(nèi)應均勻接觸。在上述范圍內(nèi)用塞尺檢查時， 圈寬度的 1/3。 (20)軸承外圈裝配后與定位端軸承蓋端面應接觸均勻。 穩(wěn)。 (22)上下軸瓦的結(jié)合面要緊密貼和，用 尺檢查不入。 (23)用定位銷固定軸瓦時，應在保證瓦口面和端面與相關(guān)軸承孔的開合面和端面包持平齊狀態(tài)下鉆鉸、配銷。銷打入后不 得松動。 (24)球面軸承的軸承體與軸承座應均勻接觸，用涂色法檢查，其接觸不應小于 70%。 (25)合金軸承襯表面成黃色時不準使用，在規(guī)定的接觸角內(nèi)不準有離核現(xiàn)象 ，在接觸角外的離核面積不得大于非接觸區(qū)總面積的 10%。 (26)齒輪（蝸輪）基準端面與軸肩（或定位套端面）應貼合，用 尺檢查不入。并應保證齒輪基準端面與軸線的垂直度要求。 (28)組裝前嚴格檢查并清除零件加工時殘留的銳角、毛刺和異物。保證密封件裝入時不被擦傷。 總圖中的技術(shù)要求 (1)一般說明設計機器的使用場合及機器的功能。 (2)機器的出廠要求的總體檢驗、試車要求。壓力容器執(zhí)行的檢驗標準、起重機械執(zhí)行的檢驗標準等。 (3)機器的外觀顏色、特殊標志。 (4)機器的運輸、包裝要求。 (5)使用、維護的主要要點要求。 (6)機器的主要參數(shù)。 裝配圖中的技術(shù)要求 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 24 裝配圖中的技術(shù)要求主要為說明機器或部件在裝配、檢驗、使用時應達到的技術(shù)性能 、質(zhì)量要求及運輸、包裝要求等。主要從以下幾方面考慮： (1)裝配要求：裝配時要注意的事項及裝配后應達到的指標等。例如，特 殊的裝配方法、安裝順序、是否在配套零件上打裝配標記、裝配間隙、精度要求、需要在裝配時應滿足的加工要求、密封要求等。 (2)檢驗要求：裝配后對機器或部件進行驗收時所要求的檢驗方法、操作要求和達到標準條件。例如氣壓試驗、水壓試驗、常壓撿漏、形位公差要求等。 (3)使用要求：對機器在試車、使用、保養(yǎng)、維修時提出的要求。例如試車時間、限速要求、限溫要求、絕緣要求及等。 零件圖設計 一般零件圖技術(shù)要求 : (1)一般技術(shù)要求：零件去除氧化皮。零件加工表面上，不應有劃痕、擦傷等損傷零件表面的缺陷。去除毛刺飛邊。 (2)熱處理要求：經(jīng)調(diào)質(zhì)處理， 55。零件進行高頻淬火， 350 370 回火，45。滲碳深度 行高溫時效處理。 (3)公差要求： 未注形狀公差應符合 未注長度尺寸允許偏差± 鑄件公差帶對稱于毛坯鑄件基本尺寸配置。 (4)零件棱角： 未注圓角半徑 未注倒角均為 2× 45° ,銳角倒鈍。 (5)裝配要求： 各密封件裝配前必須浸透油 ,裝配滾動軸承允許采用機油加熱進行熱裝，油的溫度不得超過 100。齒輪箱裝配后應設計和工藝規(guī)