自动避障减震小车的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 编号： 桂林电子科技大学信息科技学院 毕业设计 (论文 ) 题 目： 院 （系）： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 姓 名： 职 称： 题目类型 ： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究 2014 年 5 月 10 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要 本次设计是对 自动避障减震小车的设计 。 在这里 主要包括 :传动系统的 设计 、 台 架系统的 设计 、 转向 系 统 的设计 。 这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件 。 整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到 传动轴 上， 传动轴带动 万向节联轴器，带动轮子 ，从而带动整机装置运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。 本论文研究内容： (1) 自动避障减震小车的设计 总体结构设计。 (2) 自动避障减震小车的设计 工作性能分析。 (3)电动机的选择。 (4) 自动避障减震小车的设计 的传动系统、执行部件及 台 架设计。 (5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)运用计算机辅助设计，对设计的零件进行三维建模。 (7)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词： 自动避障减震小车的设计 ， 联轴器 ， 避障减震 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is to on of to a is by to to a so as to of of (1) of of (2) of of (3) of (4) of of (5) of (6) of 3D of (7) to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . . 录 . 绪论 . 1 能小车的意义和作用 . 1 究目的及意义 . 1 内外发展情况 . 2 2 自动避障减震小车的设计总体设计 . 4 动避障减震小车的组成 . 4 案选择及论证 . 4 机模块 . 4 架选择 . 5 3 自动避障减震小车机械结构设计 . 6 步进电机选择 . 6 计算输出轴的转矩 . 6 确定各轴传动比 . 7 传动装置的运动和动力参数 . 7 轮设计与计算 . 10 高速级齿轮设计与计算 . 10 低速级齿轮设计与计算 . 14 轴的设计与计算 . 18 输入轴的设计与计算 . 18 中间轴的设计与计算 . 21 输出轴的设计与计算 . 23 轴承的校核 . 26 输入轴上轴承寿命计算 . 26 中间轴上轴承寿命计算 . 27 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 输出轴上轴承寿命计算 . 28 键的选择和校核 . 30 键的选择 . 30 键的校核 . 30 架的设计 . 30 . 30 架的结构 . 32 梁设计 . 33 架的基本尺寸的确定 . 34 4 自动避障减震小车的设计的三维虚拟展示 . 36 结 论 . 39 参考文献 . 40 致 谢 . 41 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 自第一台工业机器人诞生以来， 机器人的发展 已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高 ， 并且迅速地改变着人们的生活方式。 人 们 在 不断探讨 、 改造 、 认识自然 的 过程中 ，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想 。 随着 科 学 技 术的 发展 ，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或 前的 能做到自动聚焦。但 感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统 中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。 机器人 要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物 ，感知 导引线相 当 给 机器人 一个视觉功能 。避障控制系统是基于自动导引小车（ 统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。 究目的及意义 通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测障碍、寻线和电机驱动 等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹以及避障。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。 从对红外线、电机驱动和光电开关在智能小车上的应用，可以进一步研发，将红外线技术应用到现实中的车辆上，比如红外线倒车警报系统、红外车辆防盗系统等等很多方面都可以利用。 该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、 器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传 感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的 能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有 样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟 要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。 合软件编程实现。 内外发展情况 十九世纪末，随着内燃机的诞生，人们发明了最现代化的交通工具 汽车。经过一个多世纪的发展，汽车技术、性能有了很大的提高，人们充分享受到了汽车带来的巨大便利。但是，在享受汽车带来便利的同时，人们也发现汽车也给社会的发展带来了不少的损失，甚至危害到了人们的人身安全。由于公路客 运、 货运输量的迅速增长，人们深受交通拥挤、堵塞严重事故频繁和环境污染等公害的困挠。尤其是随着高速公路发展，汽车速度的提高，各类恶性交通事故的发生呈不断上升趋势，给人们的生命财产造成了巨大的损失。同时，经常性的交通拥挤 和环境污染等也给现代城市的可持续发展带来了严重的影响。这迫使人们采用高、新技术以提高车辆的安全性、可靠性，以解决道路交通的公害问题。 我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于 20世纪 80年代，而且大多数研究尚处于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体落后于发达国家，并且存在一定的技术差距，但是我国也取得了一系列的成功。中国第一汽车集团公司和国服科技大学机电工程与自动化学院于 2003年研制成功了我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车的正常交通惊恐下得高速公路上，形式的最高温度速 度为 12km/h，最高峰值速度可达 170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。 在国外， 美国国家科学委员会曾预言： “ 20 世纪的核心武器是坦克， 21世纪的核心武器是无人作战系统，其中 2000年以后遥控地面无人作战系统将连续装备部队，并走向战场 。” 为此，从 80 年代开始美国国防高级研究计划局 (门立项，制定了地面无人作战平台的战略计划，目标是研制出满足战场需要的智能车辆，可以在崎岖的地买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 形上沿规划的路线自主导航及躲避障碍，必要时重新规划其路线。另外，日本通产省组织 的极限环境下作业的机器人计划、欧洲尤里卡中的移动机器人计划等。虽然智能车辆的研究起源于军事的要求，但是在其他领域的应用也有极大的价值，并且在研究上也取得了一定的成果。在太空探索方面，美国 制的火星探测机器人索杰那于 1997年成功登上火星，这是一个具有六个轮子的自主移动机器人。在民用方面，智能车辆也有许多成功的例子。如日本的 智能汽车主要有 23 个 要用于实现车载通讯、信息加工处理、环境探测、辅助控制 (自动驾驶 )等四项功能。另据报道，雷诺正在研制的自动汽车或智能 车辆将让汽车能够感知周围环境，如道路状况、附近车辆的距离及行驶速度等，并能根据具体情况及时作出调整车速、校正方向等正确反应。目前，雷诺公司正在进行红外摄像、雷达、 随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 2 自动避障减震小车的设计 总体设计 根据题目要求，系统要实现循线、壁障功能，必须要划分成为六个模块。对各个模块的实现，分别有以下一些不同的设计方案。 机模块 方案一： 采用步进电机，步进电机的一个显著特点就是具有快速启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。另一个显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。 方案二： 采用普通直流电机。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁 的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；能满足各种不同的特殊运行要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 由于普通直流电机更易于购买，并且电路相对简单，因此采用直流电机作为动力源。 架选择 方案一： 使用四轮驱动的电动小车，这样速度方面非常流畅，但灵活性不足，特别是遇到障碍物时，转弯非常不流畅，程序方面还要相对复杂，对于小车的躲避障碍物非常不利。 方案二： 使用两轮驱动的电动小车，虽然速度上无法与四轮的小车相提并论，不过灵活性上却是大大的提升，对于躲避障碍物方面有重要的改变，非常适合题目要求。 综合两种方案的优缺点， 决定选择方案二。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 3 自动避障减震小车 机械结构 设计 步进电机选择 计算输出轴的转矩 摩惯 （ 启小大自 ）（ t （ （ （ 32细杆（ 42圆盘（ 惯性力矩 摩擦力矩 输出轴转动角速度 大J 转动惯量 小J 转动惯量 自J 机身自身转动惯量 启动时间 v =s l = 1.6 s 代入式（ ： 321大 =0 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 代入式（ ： 322小 =圆盘铝合金圆盘 圆盘圆盘圆盘 2 圆盘圆盘 m 计算相关机身设计数值得出： 92圆盘入式（ ： 42盘自 =代入（ 到 m 带入（ 到 M =m = / =m 选择二级圆柱齿轮减速器 i=9 43321 （ 1= 联轴器传动效率 2= 齿轮传动效率 3= 轴承传动效率 代入式（ 到： 确定各轴传动比 总传动比 12i i i =9 ，根据推荐的传动副传动比合理范围，取： 高速级传动比1i=3 ，低速级传动比2i=3 传动装置的运动和动力参数 由图 轴由高速至低速依次设计为轴（输入轴）、轴（中间轴）、轴 （输出轴）。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 图 动示意简图 各轴转速 232 （ 121 （ 3=s 233 n=入式 （ 式 （ 得 ： 2n 1n 矩计算 23223 （ m 代入式 （ 得 ： 2T m 同理得到 ： 2 1 2 3 1T T i =m 3201 m 310 电机m 北京和利时电机电器有限公司的一些步进电机技术参如表 表 步进电机产品系列 及 技术参数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 型号 相数 步距角 ( 电压 (V) 电流 (A) 静转矩 (空载运行频率 (转动惯量 (备注 86 110 15 86 110 4 15 86 110 5 15 北京和利时电机电器有限公司 86 步进电机的 运行矩频特性 曲线 图 运行矩频特性 由计算得到所需： =m， 1n 电机可以满足要求。 北京和利时电机电器有限公司 86 步进电机的 外型简图 如图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 图 步进电机外形简图 根据前面计算，选择北京和利时电机电器厂的 86进电机。 由电机输出轴尺寸选择 从动端均选用116。 高速级齿轮设计与计算 （ 1） 选定齿轮类型、精度等级、材料与齿数 按已知条件，选用直齿圆柱齿轮传动。 由资料 14（下同）表 10齿轮材料选用 45质 )，表面硬度为 280齿轮材料选用 45 钢（调质），表面硬度为 240 选择 7级精度， 241z ， 722432 z （ 2） 按齿面接触疲劳强度计算 根据设计计算公式（ 10算小齿轮分度圆直径，即： （ 载荷系数 1T 输入轴承受扭矩 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 d 齿宽系数 Z 重合度系数 弹性影响系数 H 接触疲劳许用应力 确定上式中各参数： 试选载荷系数 小齿轮传递的扭矩为 1T=m 查表 10齿宽系数d=1； 查表 10弹性影响系数2 查图 10得小齿轮接触疲劳强度极限为 6002H 齿轮接触疲劳强度极限为 5501H 计算应力循环 : 0（ n 输入轴转速 工作时间 1n 0000h 双向转动，取 j =2 代入式（ ： 1160 hN n =108次 21/N N i =108次 查图 10接触疲劳寿命系数 1 计算接触疲劳许用应力：取安全系数 S=1，则 1H 1 =690 2H 2 =693算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 设计公式中代入 H中较小值，得1算小齿轮分度圆圆周速度 v 60000 11 t s 计算齿宽 b 1=算齿宽与齿高之比： b/h （ 模数 11tt dm z齿高 =入式（ ： /算载荷系数 （ 查图 10 v=s， 7级精度，得： 表 10： 表 10： 表 10： 图 10： 上代入式（ ： A v H K K K 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 按实际载荷系数修正1 （ 计算模数 m： 弯曲强度设计 由 公 式（ 10 3 212 （ 弯曲疲劳寿命系数 F 弯曲疲劳需用应力 齿形系数 应力校正系数 由图 10=500齿轮弯曲强度极限2=380 由图 10 算载荷系数 K K = 算弯曲疲劳需用应力，取弯曲疲劳安全系数 S=： 11 = 22 =取齿形系数，由表 10 1取应力校正系数，由表 10 1文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 111 2 22F Y=齿轮对应数值大，将以上数值代入得： m 比计算结果，由于齿轮模数 齿面接触疲劳强度的承载能力仅与齿轮直径有关，所以取由弯曲疲劳强度算得的m=取圆整为标准值 m=1，前面计算得 1d =小齿轮的齿数： 1 25 2z =75 几何尺寸计算： 分度圆直径 （ 将模数、齿数代入式（ ： 1 25 2 75心距 2 21 （ 将 1d ， 2d 代入式（ ： a 50轮宽度 1db d（ 由式（ ： 2B =251B =30 低速级齿轮设计与计算 （ 1） 选定齿轮类型、精度等级、材料与齿数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 （ a） 按已知条件，选用直齿圆柱齿轮传动。 （ b）由表 10齿轮的材料为 40质），硬度为 280齿轮的材料为 45钢（调质 ），硬度为 240 （ c）选择 7级精度， 241z ， 722432 z （ 2）按齿面接触疲劳强度计算 试选载荷系数： 齿轮传递的扭矩为： 2T =m 查表 10齿宽系数 d=1 查表 10弹性影响系数 2 查图 10得小齿轮接触疲劳强度极限为 6002H 齿轮接触疲劳强度极限为 5501H 计算应力循环系数 1160 hN n =108次 21/N N i =107次 查图 10接触疲劳寿命系数1 计算接触疲劳许用应力：取安全系数 S=1，则： 1H 1 =756 2H 2 =算 设计公式中代入 H中较小值，得： 算小齿轮分度圆圆周速度 v 60000 21 t s 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 计算齿宽 b 1=算齿宽与齿高之比 b/h 模数11tt dm z齿高 ，由 v=s， 7级精度，得： 表 10： 表 10： 表 10： 图 10： 以载荷系数 A v H K K K按实际载荷系数修正1计算模数 m 弯曲强度设计 由式 （ 10： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 3 2122 由图 10=500齿轮弯曲强度极限2=380 由图 101算弯曲疲劳需用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=： 11 = 22 =算载荷系数 K K = 取齿形系数。 由表 10 1取应力校正系数 由表 10 1 111 2 22F Y=齿轮对应数值大 将以上数值代入得： m 比计算结果，由于齿轮模数 齿面接触疲劳强度的承载能力仅与齿轮直径有关，所以取由弯曲疲劳强度算得的m=取圆整为标准值 m=面计算得 1d =小齿轮的齿数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 1 25 2z =75 几何尺寸计算 分度圆直径 1 2 心距 a =75轮宽度 1db d2B =1B =轴的设计与计算 输入轴的设计与计算 （ 1） 求输入轴上的功率、转速、扭矩 2321 电机输入 10T m （ 2） 初估轴直径 30（ 选取轴的材料为 45钢，调质处理，查表 110 112A ，并将数据代入式（ ： 17 （ 3） 轴的结构设计 输入轴的最小直径与先前计算齿轮直径相差很少，所以做成齿轮轴。轴的结构尺寸如图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 图 输入轴结构尺寸简图 （ 4） 求轴上支反力与弯矩 水平方向： 0633038221 0333068211 垂直方向： 0633038221 0333068211 对锥齿轮： , co F （ 对直齿轮： ， F （ 将输入轴参数代入式（ ： 1122入得 ： 12 出输入轴水平方向及垂直方向的弯矩图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 图 输入轴的受力分析图 从输入轴的结构图和受力情况分析得到截面 输入轴的危险截面，计算结果如 表 表 截面处的弯矩 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 211矩 M m m 总弯矩1M 22 m 扭矩 T 1T m （ 5） 按弯扭合成应力校核轴的强度 ( （ 式中： 轴的计算应力 M 轴受得弯矩 T 轴所受的扭矩 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 W 轴的抗弯截面系数 31.0 （ 校核轴上承受最大计算弯矩的截面处的强 度， 取 1，将各数值代入式（ （ ： W 2 )( 的材料为 45 钢，查表 11 1 60b M P a 。因此 1ca b，故安全。 中间轴的设计与计算 （ 1） 求输入轴上的功率、转速、扭矩 3322 输入中间 2