毕业设计（论文）-生产线摆渡小车的设计（全套图纸三维）.pdf

密级：密级： 学号：学号： 本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ）本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 生产线摆渡小车的设计生产线摆渡小车的设计 学学 院：院： 专专 业：业： 班班 级：级： 学生姓名：学生姓名： 指导老师：指导老师： 完成日期：完成日期： 学士学位论文原创性申明学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行 研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计） 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律 后果由本人承担。 学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权江西科技学院江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。 不保密 。 （请在以上相应方框内打“” ） 学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 江西科技学院本科生毕业论文（设计） I 摘要 机械工业是一个国家的重要产业， 机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经济 的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。在全球经济发展的大环境下，中国各个 行业被其他国家的先进技术影响的同时， 越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经 成为现实。 在新的市场需求的推动下， 对生产线摆渡小车进行改良和优化是当务之急。 生产生产线摆渡小车的企业， 必须充分考虑到在生产线摆渡小车运行中可能出现的问 题，尽量使生产线摆渡小车的自动化程度越高越好，从而减少人工搬运产品的时间， 国内生产线摆渡小车的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一 致。目前，国内生产线摆渡小车的研发也在向朝着运行高速化、功能复合化、控制智 能化的方向发展，廉价，简单，方便成了生产线摆渡小车发展的主题。 本次设计在题目是生产线摆渡小车的设计，通过初期的制定该摆渡小车的方案， 然后进行细化，对标准件例如电机、轴承进行选型计算，然后对该摆渡小车里面的关 键零部件例如车架和轴等进行校核计算并进行有限元分析，通过这一系列的论证，从 而来证明该生产线摆动小车的可行性和可借鉴性。 关键词：生产线摆渡小车，方案，校核，有限元分析 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 江西科技学院本科生毕业论文（设计） II 江西科技学院本科生毕业论文（设计） II Abstract Machinery industry is an important industry of a country, the development of the machinery industry has been affecting the development of the national economy, humans progress can not be separated from the development of the mechanical industry. In the global economic development environment, Chinas various industries are affected by the advanced technology of other countries at the same time, more and more foreign enterprises and brand spread to China has become a reality. In the promotion of the new market demand, the production line of the car ferry for improvement and optimization is a pressing matter of the moment. Production line ferry car enterprises must give full consideration to the problems that may arise in the production line ferry car running, try to make the automation of production line car ferry, the higher the better, so as to reduce the time of manual handling products, domestic production line ferry car research and manufacturing to and call for a global, economic, safe and stable theme consistent. At present, the research and development of domestic production line ferry car also to toward high- speed operation, multiple functions, control the direction of the development of intelligent, cheap, simple and convenient to the theme of the production line ferry car development. This design topic is ferry car production line design, through the early establishment of the ferry car scheme and refinement, of standard parts such as bearing motors and made the selection and calculation, then on the ferry car key parts such as the frame and the axle and checking calculation and finite element analysis, through this a series of proof to prove the feasibility of this production line, the swing car and reference. Keywords: production line ferry car; scheme; check; finite element analysis 江西科技学院本科生毕业论文（设计） III 目目 录录 摘要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 . 1 1.2 本课题研究的内容 . 2 1.3 国内外发展现状 . 3 2 生产线摆渡小车总体结构的设计 . 4 2.1 生产线摆渡小车的总体方案图 . 4 2.2 生产线摆渡小车的工作原理 . 5 2.3 机械传动部分的设计计算 . 6 2.3.1 电机的选型计算 . 8 2.3.2 轴承的设计计算 . 10 2.3.3 轴的设计 . 11 2.4 电动推杆的设计计算 . 12 3 各主要零部件强度的校核 . 13 3.1 机架强度的校核与计算 . 15 3.2 传动轴强度的校核计算 . 16 3.3 轴承强度的校核计算 . 17 4 生产线摆渡小车中主要零件的三维建模 . 19 4.1 车架的三维建模 . 21 4.2 轮子的三维建模 . 23 4.3 摆臂的三维建模 . 23 4.4 生产线摆渡小车的三维建模 . 24 5 主要零件的有限元强度分析 . 24 5.1 传动轴的有限元分析 . 24 6 设计总结 . 25 结论 . 26 致谢 . 27 参考文献 . 28 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 1 1 绪论绪论 1.1 课题的来源与研究的目的和意义课题的来源与研究的目的和意义 我国生产的生产线摆渡小车结构简陋，转运效率始终不高，虽然经过几十年的发 展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我 国目前生产的生产线摆渡小车的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差 距，生产线摆渡小车的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的生产线摆 渡小车很有必要。 相信此种生产线摆渡小车的出现将会大大提高产品的转运能力和效 率，为企业的生产的年产能方面，以及经济效益方面能够带来显著的进步，同时也在 某种程度上推进了机械工业的不断发展。 随着国际标准化（SIO）的实施，世界生产线摆渡小车的生产以采用新材料、新 技术、新工艺、新结构为基础,19 世纪 80 年代，美国的 HUGER 公司将新开发的生产 线摆渡小车应用到该公司的子公司-一个需要摆渡小车进行辅助作业的机械公司， 经过几年的运行， 为该公司创造了不菲的利润。 继美国 HUGER 公司之后， 德国的 DESTO 公司也看到了生产线摆渡小车的利润所在， 投入了相当大的人力和精力来开发研制生 产线摆渡小车，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。当前，全世界各大机械人 厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行生产线摆渡小车的研发工作。现在国外等著 名生产线摆渡小车的品牌中，都有生产线摆渡小车的销售，全世界生产线摆渡小车的 应用越来越广泛。有一点值得注意的是，生产线摆渡小车的市场，由最初的日本，欧 洲，已经渗透到北美市场，因此生产线摆渡小车是当今棒料生产加工企业比配的设备 已经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的生产线摆渡小车销售市场，机械人工 业是西方资本主义国家的机械工业之一。 随着我国经济快速发展， 城市人口不断增多和日益火爆的商业， 房地产日益增多， 传统排气管道存在容易破损、 强度不好等不足， 另外传统的排气管道大多为手工制作， 工序需要人工，产品质量不一，生产能力无法满足日益增多的市场需求，将制约预制 排气道行业的发展。因此工厂开始使用新型预制厨卫排气管道自动化生产线。 摆渡小车是形成可循环自动化生产线的重要组成部分。 摆渡小车是工厂及其它工 业运输的主要设备之一，广泛应用于炼金，煤矿等行业。在自动生产线上，工序之间 的产品常用摆渡小车来转运，摆渡小车能够及时、安全、可靠地将货物从一个地方转 运到预定的位置。 各工序之间的物品常用有轨摆渡小车来转运。 排气管道靠人工搬运， 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 2 不仅效率低，工人的人生安全也难以得到保障，不利于车间快速化的生产流程。 摆渡小车的设计，对于解放繁重的体力劳动，提高劳动生产率，降低排气管道生产成 本和保证生产安全，增加工厂经济收益有着重要意义。 目前机械式生产线摆渡小车将逐渐被全自动生产线摆渡小车所代替。 传统的机械 式的生产线摆渡小车已经不能完全满足当今市场的需要， 迫切需要各种多功能的生产 线摆渡小车来满足市场需求， 如是福建金明公司加大人力开发出了五个规格十四种类 型的生产线摆渡小车，然而我国机械人业所需的生产线摆渡小车全部依赖进口，这使 得国产机械人配备生产线摆渡小车后，成本增加很大，而装备自行开发生产生产线摆 渡小车，其成本提高不大，说明生产线摆渡小车的市场前景令人乐观。传统的生产线 摆渡小车的产品图如下图 1、图 2 所示： 图 1 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 3 图 2 1.2 本课题研究的内容本课题研究的内容 结合厨卫排气道生产的设计需求，对摆渡小车进行结构设计、运动仿真。 （1）根据设计要求和设备功能进行方案拟定 （2）根据方案设计出摆渡小车的结构设计和其他零件设计。 （3）通过相应软件建立摆渡小车三维实体模型 （4）对车架进行有限元强度和刚度校验。 （5）运动仿真通过构建机构模型，分析其自动运动规律，进行机构干涉等分析。 1.3 国内外发展状况国内外发展状况 摆渡小车在现代工厂生产线上，充当着工件的转运工作，生产线上的重要环节，并在企 业生产过程中发挥着越来越重要的重要， 现在已经广泛应用于很多生产行业。为了提高摆渡小车 的工作效率，切实为工厂提供实用的摆渡小车，提高生产的效率，改善工人的劳动强度，给工厂 带来更大的利益，世界各国对摆渡小车也展开了一系列的研究，更多的事将工业技术应用到摆渡 小车上，从而让设备安全化，快速化。摆渡小车可靠性好、适应性强、搬运功能的集成化，在各 国很多行业得到广泛应用。 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 4 机场货物转运和高速公路建设是国内外摆渡小车应用很广泛的领域， 目前有很多 相关的文献介绍这些方面。沥青混凝土摆渡小车在国际上有很长的发展历史，它的技 术和产品也在不断的成熟和完善， 美国大多数州的运输部门把沥青混凝土摆渡小车纳 入施工规范，我国在近几年开始到沥青摆渡小车对提高路面施工质量有很好的帮助， 正在着手推广应用 我国的摆渡小车是依赖于柔性制造系统的发展，几十年以来，市场对产品数量的要求的提高 和计算机技术的迅猛发展，且现代制造技术越来越受到重视，所以对自动化生产的要求也越来越 高， 而作为关键部分的摆渡小车必将得到迅速发展和广泛应用， 比如说： 摆渡小车在冶金、 墙材、 有色金属、车站、港口、煤矿、码头仓库、矿井等行业得到了越来越广泛和深入的应用。 我们在 2002 来自于王健的以前的资料，他数十年的废寝忘食建造了一个简单的生产 线摆渡小车，开纯机械时代。王健更设计出多功能复合生产线摆渡小车，在这之后， 台湾教授颜洪森以传动的生产线摆渡小车为基础，开发了一系列的生产线摆渡小车， 如四连杆式， 六连杆式等等生产线摆渡小车， 查建中和其他人一起以凸轮机构为对象， 共同钻研考虑怎样改良按压力引发的角度以及零部件的分理。总之，传统的对象加上 科学的分析和先进的理论， 使得生产线摆渡小车在国内的研究范围和深度得到了极大 的丰富和发展。 何人最先取得此项专利已无可知晓， 只了解到外国科学家在十九世纪末建造出了 一部类似于生产线摆渡小车的机械，整体部分是用齿轮以及连接杆件机构组装，但是 却没有做出实物来加以佐证.20 世纪初又有人运用齿轮以及连接杆件体系制造出类 似的生产线摆渡小车，然而相关资料中并没有找到对这个作品的介绍，所以那个时候 有关生产线摆渡小车的研究还仅能思组成以及运动起来的规律。同期，又有两位发明 家麦吉以及弗兰科创作了首部彻底用计算机操纵的生产线摆渡小车。 接下来几年有关 此机器的设计被充分的融入了运行操纵理论。1979 年席罗思在行进生产线摆渡小车 里加入了操纵水平行走的仪器，同样在腿上加入了保持和校对偏向的装置。20 世纪 末布朗、 罗布特以及莎普恩斯研究了加入了液压部件和直流电机的相应生产线摆渡小 车。这都意味着人类对机械体系的认识已从简单的考虑迈入了整体操纵、计算机和高 新科技的相互融汇贯通的康庄大道。 从广阔的视野、各种各样的活动，还有和学术报告、规范标准以及另外别的角度 的的详细内容，我们得到了包含定位、性质以及应用生产线摆渡小车的大环境。生产 线摆渡小车已发展到注重提高生产效率，成品质量稳定性。最近，超多的市场已经建 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 5 立了生产线摆渡小车的商业用途，像生产线摆渡小车，它的应用已经渗透到家庭家居 生活等。出色的生产线摆渡小车技术不仅实现创建一个新的市场，也为提高人们的生 活水品做出了非常重要的贡献。 在一个国家或地区有生产线摆渡小车具有普遍偏向的 方式。今后，会更加流行正在蓬勃发展的生产线摆渡小车。OMG 国标早就认可中介范 例，ISO 资质也授与了能减少劳动力的生产线摆渡小车。即使在大规模对产品进行去 皮的活动，这是越来越多的生产线摆渡小车的使用。根据生产线摆渡小车技术应用在 通讯，家电，汽车，医疗设备和其他，生产线摆渡小车已被广泛认可。它是一种动力， 看来像它会导致一个新的行业。生产线摆渡小车研发情况固然都在被上述所整理，然 而这些仍然是显示出要把生产线摆渡小车推向消费者。 欧美等发达国家成立有相应计 划，本国也需求更好的战略，方能维持积极地有力发展。新服务生产线摆渡小车对于 市场具有应用性很强的领域，比如孜孜不倦的创新产品、医疗项目、相关福利以及防 不胜防的自然性或人为性灾难。在另一方面，虽然产自日本的工业生产线摆渡小车依 然是行业里最好的，但其他国家都在奋起直追。在关于实际使用中，美国提出了很多 观点。在美国有建立国家计划项目，欧洲也是，如 Horizon2020，我们的国家也需要 更好的政策，才能保持健康的发展前景。 2 生产线摆渡小车总体结构的设计生产线摆渡小车总体结构的设计 2.1 生产线摆渡小车的总体方案图生产线摆渡小车的总体方案图 生产线摆渡小车主要应用于产品输送线的产品的周转搬运方面， 摆渡小车是形成 可循环自动化生产线的重要组成部分， 摆渡小车是工厂及其它工业运输的主要设备之 一，广泛应用于炼金，煤矿等行业。在自动生产线上，工序之间的产品常用摆渡小车 来转运，摆渡小车能够及时、安全、可靠地将货物从一个地方转运到预定的位置。各 工序之间的物品常用有轨摆渡小车来转运。排气管道靠人工搬运，不仅效率低，工人 的人生安全也难以得到保障，不利于车间快速化的生产流程。通过生产其总体方案图 如下图 1-1 所示： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 6 1- 1 生产线摆渡小车总体方案图 2.2 生产线摆渡小车的工作原理生产线摆渡小车的工作原理 本次设计的生产线摆渡小车主要是靠行走电机驱动车轮转动，从而驱使整 个摆渡小车运行，而该摆渡小车上面装有摆杆，电动缸的装置，由于这些传动 机构、执行机构的辅助，摆渡小车能够及时、安全、可靠地将货物从一个地方 转运到预定的位置。 2.3 机械传动部分的设计计算机械传动部分的设计计算 2.3.1 电机的选型计算 已知车架、传动轴，轴承以及其他零部件的总重量 90KG,其他重量（假设放 入的产品的总重量为 10KG），我们取总重量为 100Kg，摆渡小车车轮转动速度为 12r/min。即： NXmgG100010100= 具体的电机设计计算如下: 1、确定运行时间 本次设计加速时间 01 (t - t ) 60 = Vl l Vl负载速度（m/min） 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 7 有速度可知每秒上升 50mm， 0.033 1.2=1.2 360 = ls 电机转速 电机 = Vl n PB 2 400 /min 0.005 电机 = Vl nr PB 3.负载转矩 0.3 10 200 0.005 1.73 . 220.9 = B gMP TLN m 式中： 4.电机转矩 启动转矩 1 2()2636.9(0.00032) 1.25 . 6060 1.2 + = S NM JMJLJM TN m t 必须转矩 ()2.36 .=+=TMTL TS SNm S 为安全系数，这里取 1.0。 根据以上得出数据， 我们选用电机型号为 92BL-4020L1， 此电机厂家为机电产品。 根据电机的特性曲线以及参数表如下： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 8 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用电机型号为 92BL-4020L1， 电机额定功率为 1.5KW，额定转矩为 13.85N.m，最大转矩为 16.01N.m，额定转速为 3000r/min。 2.3.2 轴承的设计计算 已知轴承预计寿命 203658=58400 小时； (1）已知 n=458.2r/min 两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N； 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 9 初先两轴承为深沟球轴承 6208 型。 根据课本 P265（11- 12）得轴承内部轴向力 FS=0.63FR 则 FS1=FS2=0.63FR1=315.1N； (2)FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端为压紧端，现取 1 端为压紧端 FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N； (3)计算当量载荷 P1、P2 根据课本 P263 表（11- 9）取 f P=1.5;根据课本 P262（11- 6）式得 P1=fp(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N； P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N； (4)轴承寿命计算 P1=P2 故取 P=750.3N； 深沟球轴承 =3； 2.3.3 轴的设计 轴作为机器的一个关键组成部分，其为各类传动部件的安装，传动的扭矩和旋 转运动围绕轴进行，而且经过轴承和机架连接。为了满足定位轴上的紧固件和容易加 工和装配的轴类零件和拆卸，通常轴设计成阶梯轴。轴系的零件是由轴和它上边的零 部件构成一个装配体系，研究轴的过程中不仅要研究轴体自己的数据，还要将系统里 的全部零部件融合在一起。 因为用于振动的传递的轴体不仅要传送扭矩，还得经受住弯矩，是以本人研究的 阶梯性轴是转动轴。因为确定了小带轮的参数，相应的大带轮随之确定。接下来的工 作就是计算轴体的直径了。轴体的研究需要凭借扭转强度来调整弯曲的强度，因为可 用作轴的原料比较多，所以必须得明确轴的应用环境，还有规定诸如刚度，强度以及 别的机构机能。可以使用热处理这种方法，当然也要琢磨怎样使加工简单并且花费较 少，用研究计算所得的数据以确定轴体的用料，故采取 45 号钢当成轴体的原料，它 需要 40MPa 的切应力。然后需要做正火或者调质处理来确保它的力学性能。 2.4 电动缸的设计计算电动缸的设计计算 生产线摆渡小车的推送产品的动作主要是靠电动缸来完成的，由系统工况可知， 假设产品的重量我们假定为 200KG,假定摆渡小车的移动速度为 20mm/ s,则有下列计 算： 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 10 F=Mg=200 x9.8=1960N. 功率 P=FXV=1960 x0.3=6533w=6.5kw 电机扭矩 T=9550P/n=9550 x6.5/1400=44N.m 则电动缸扭矩 T 推=TXiX=44X1X0.98=43.12N.m. 由式 F=2T/I 可得电动缸推力为 200N, 其中， 是传递效率，I 是导程。 3 各主要零部件强度的校核各主要零部件强度的校核 3.1 机机架架强度的校核与计算强度的校核与计算 机架的选择根据整个系统的总重量来定，方管机架受力分析得出，由分析得出 底架在平衡状态下只受地面对其的支撑力和在其表面上物体所给的压力。见下图： 即物料和底架上面的所有零部件等等给的压力为 G=20000N（10000Kg） +(1000X20N)=30000N; 根据方管承载力计算公式： M=Pac/L bhhh W= 12 （仅用于截面) f=M/W材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。 M=Pac/L=11960 xL，本次设计初定 L 为 1200mm 则 M=13456N.M bhhh W= 12 ，初定方管为 40 x40 x5。计算 W 得出 2 10.42cm 46 2 M13456 f=1212.35 10a=12.12 10a W10.42cm 由于 N PP 折算后位 270Mpa 查的普通碳素结构钢 Q235A 的抗拉强度为 375500Mpa， 由于 270Mpa 远远小于 375Mpa，所以初定方管满足要求。 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 11 3.2 传动轴强度的校核计算传动轴强度的校核计算 按弯扭合成应力校核轴的强度 校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度，取6 . 0=，轴的 计算应力 3 . 14 1501 . 0 )1026 . 9 6 . 0(153.676785 )( 3 252 2 3 2 = + = + = W TM c MPa （3.43） 选定轴的材料为 45 钢，调质处理，60 1 = MPa。因此， 1 = + = + =S SS SS Sca （3.52） 故该轴在截面 V 左侧的强度是足够的。 截面 V 右侧 抗弯截面系数 2197001301 . 01 . 0 33 =dWmm 3 抗扭截面系数 4394001302 . 02 . 0 33 =dWTmm 3 截面 V 左侧的弯矩 M 为 628.626570 5 . 761 705 153.676785=MMPa 截面 V 上的扭矩 T 为 3200000=TMPa 截面上的弯曲应力 85 . 2 219700 628.626570 = W M b MPa 江西科技学院本科生毕业论文（设计） 13 截面上的扭转切应力 28 . 7 439400 3200000 1 = T T W T MPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 因023 . 0 130 3 = d r ， 08 . 1 130 140 = d D ， 05 . 2 = ，3 . 1= 轴的材料的敏感系数为 83 . 0 = q，87. 0= q 故有效应力集中系数为 87 . 1 ) 105 . 2 (83 . 0 1) 1(1=+=+= qk （3.53） 26 . 1 ) 13 . 1 (87 . 0 1) 1(1=+=+= qk 轴的截面形状系数为58 . 0 = 轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为76 . 0 = 综合系数为 41 . 3 1 84 . 0 1 58 . 0 87 . 1 1 1