开题报告-大跨度三轴空间定位系统设计.doc

毕业设计(论文)开题报告 学生姓名： 学 号： 学院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计(论文)题目： 大跨度三轴空间定位系统设计 指导教师： 2014年 3月 8日1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写1500字左右的文献综述（包括研究进展，选题依据、目的、意义）文 献 综 述 一、研究进展： 本设计课题类似于目前广泛应用于各行业的运料天车即桥式起重机，但本设计有空间跨度大，精确强的特点，可适用于工业生产运输线，直接参与全自动化运输线。目前，通过多途径查阅资料我了解到，上个世纪中叶，类似系统的雏形便已出现在工业应用中，但是由于当时的技术还不够成熟，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。到20世纪80年代，在计算机的价格下降等的催动下，通过机器人技术，自动化系统已初步实现。现阶段，由于控制技术的向高性能高速度、大容量发展2，类似于本设计的运料系统已实现全自动化控制。大型控制系统大多采用多CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。将这种系统运用到运料系统中，可实现小车的全自动控制，降低系统的运行费用。并且自动控制系统具有连线简单控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，维修和改造方便等优点6。桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构1。起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。桥架的金属结构由主粱和端粱组成，分为单主粱桥架和双粱桥架两类。单主粱桥架由单根主粱和位于跨度两边的端粱组成，双粱桥架由两根主粱和端粱组成。主粱与端粱刚性连接，端粱两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主粱上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主粱的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构11。箱形结构又可分为正轨箱形双粱、偏轨箱形双粱、偏轨箱形单主粱等几种。正轨箱形双粱是广泛采用的一种基本形式，主粱由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。四桁架式结构由西片平面桁架组合成封闭型空问结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其他结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。空腹桁架结构类似偏轨箱形主粱，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形粱外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式4。普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米10。简易梁桥式起重机又称粱式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主粱是由工字钢或其他型钢和板钢组成的简单截面粱，用手拉葫芦或电动葫芦配上小车一般在工字粱的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂粱式起重机。【12】冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作，为了扩大副钩的使用范围和更好地为炼钢工艺服务，主、副钩分别布置在各自有独立小车运行机构的主、副小车上，并分别沿各自的轨道运行。常用的结构形式有四梁四轨式和四梁夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件13。二、选题依据、目的与意义： 随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，随着工业自动化的普及和发展,控制器的需求量逐年增大。为了改变落后的生产状态,缓解日趋紧张的供求关系,实现我国制造业更高程度的自动化，解放生产力，我们需要研究一套大跨度三轴空间定位系统设计。改革开放以来，我国社会主义现代化建设取得了举世瞩目的伟大同时，必须清醒地看到，我国正处于并将长期处于社会主义初级阶段。全面建设小康社会，既面临难得的历史机遇，又面临一系列严峻的挑战。经济增长过度依赖能源资源消耗，环境污染严重；经济结构不合理，农业基础薄弱，高技术产业和现代服务业发展滞后；自主创新能力较弱，企业核心竞争力不强，经济效益有待提高。在扩大劳动就业、理顺分配关系、提供健康保障和确保国家安全等方面，有诸多困难和问题亟待解。紧密依靠科技进步和创新，带动生产力质的飞跃，推动经济社会的全面、协调、可持续发展，是解决这些问题的重要途径9。我国科学技术发展的总体目标是：自主创新能力显著增强，科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强，为全面建设小康社会提供强有力的支撑；基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强，取得一批在世界具有重大影响的科学技术成果，进入创新型国家行列，为在本世纪中叶成为世界科技强国奠定基础，形成比较完善的中国特色国家创新体系12。企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得生产中的输送成为生产物流系统中的一个重要环节。而这一套大跨度三轴空间定位系统将大大有益于整个生产线的自动化，满足现代化生产流通的需求。 三、主要参考文献：1) 成大先主编.机械设计手册（第三版）M.北京：化学工业出版社，1994.4 2) 顾战松主编.可编程控制器原理与应用M.北京：国防工业出版社，2001.53) 坂本正文.步进电机应用技术M.北京：科学出版社， 2010.054) 高为民、钟丽萍主编. 机械工程材料M.长沙：中南大学出版社，2011.75) 邓星钟等编著. 机电传动控制（第四版）.武汉：华中科技大学出版社，2007.76) 史国生编著 电气控制与可编程控制器技术M.北京:化学工业出版社.2004.17) 谢剑英.微型计算机控制技术J.电机与电器.2006.8(7):1-28) 郑瑜平.可编过程控制器M北京:北京航空航天大学出版社，1999.29) 李学芳.电机与电器的控制J电机与电器.2005.6(7):2-510) 中建民桥式起重机运行机构的 CADM山西机械，199511) 陈玮璋. 起重机械金属结构M. 人民交通出版社.198612) 顾迪民工程起重机M中国建筑工业出版社.1988.13) 赵海燕浅析天车的分类与检修河北邯郸文章编号：1008925X(2011)06-0110-0114) 郑祖斌主编通用机械设备M 北京。机械工业出版社，2004.115) 于英主编物流技术设备M 北京。北京大学出版社，2010.416) 田齐主编仓储物流机械与设备M 北京。机械工业出版社，2008.117) 刘远伟，何爱民主编物流机械M 北京。机械工业出版社，2006.518) 孔令中主编现代物流设备设计与选用M 北京。化学工业出版社，2005.1019) 黄大巍，李风，毛杰文等编著现代其中运输机械M 北京：化学工业出版社，2006.320) 常红，孟初阳主编运输机械M 北京：人民交通出版社，2003.221) 魏国先，叶国平基于现代设计方法的LDA起重机主梁设计J机械设计与制造，2009，（5）22) 陈飞宇，魏国先，夏绪辉单梁桥式起重机整机结构力学性能研究J机械设计与制造，2012，（9）23) 潘新禄浅析桥式起重机的载荷受力J大众科技，2011，（12）24) 曹洪单梁起重机主梁下挠问题的分析及思考J上海铁道科技，2013，（2）25) 包素钦移动小车轮压对桥式起重机主梁的弯矩影响J广西轻工业，2011,27（12）26) 李芳，周刚桥式起重机金属结构变形的原因分析及处理J科技风，2010（4）27) 蒙占彬，曹宇光，张士华自升式平台齿轮齿条升降系统结构设计J机械设计与制造，2013（11）28) 张兴权，何广德，郑如，张俊齿轮齿条的接触应力研究J机械传动，2011,36（7）29) 李连敏齿轮齿条副提升机构J机械制造，1996，（2）30) 王成军一种齿轮齿条自锁机构的设计J煤矿机械，2002，（11）31) 于力齿轮齿条传动解决方案J现代制造，2008，（10）2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题的主要内容是在一个空间为15m（长）10m（宽）8m（高）的房间内部，设计制造一套具有三维自由度的精密测量控制轨道系统。定义15m方向为Y轴，10m方向为X轴，8m方向为Z轴，在Z轴上配备载荷小车一个。本设计，主要可分为起升运动载物小车部分、横向运动的小车部分及纵向运动的大车部分。设计由载物小车部分开始，依照课题要求设计出符合要求的运行机构并选择合适的电动机、减速箱、制动器等。其中电机的选择主要依照起升功率来确定，减速器的选择主要依靠电机的额定转速和小车的实际转速来确定，制动器的选择主要依靠电机的额定转速和制动时间的要求来确定，各轴的设计主要依照转矩和应力分布来设计，轴承和联轴器的选择主要依靠轴的设计尺寸和转矩、应力的分布来确定。齿轮齿条的设计，首先根据机构的工作情况，选择合适的齿轮和齿条材料，其次根据保证齿根弯曲疲劳强度和保证齿面接触疲劳强度两准则来进行齿轮齿条的设计。小车部分的设计，同样地结合设计要求和载物小车部分的设计，依照上述类似方法设计出符合要求的运行机构并选择合适的电动机、减速器、制动器等，其中，车轮和轨道的设计主要依靠实际载荷情况、运行速度的要求、不打滑条件等来确定。然后根据相同的方法可得出大车部分的设计。小车、大车的运行机构简图如下： 小车运行机构简图 大车运行机构简图然后，根据设计要求及前述设计进行端梁、支撑梁、桥架、支撑板等结构的计算设计，该部分设计较为简单，主要依靠正截面抗弯，斜截面抗弯和抗剪来进行计算和设计，处理好该部分弯曲后对整个系统进行补偿是重点。最后，根据前述所有设计，绘制零件图、装配图并编写符合要求的说明书，最终完成本课题的所有设计。进度安排：2013年12月30日前 熟悉课