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车辆工程毕业设计论文
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车辆工程毕业设计11AGV车转向总承设计,车辆工程毕业设计论文
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- 1 本科毕业设计 (论文 ) 题目 AGV 车转向总 承 设计 学院名称 机械与汽车工程学院 专业班级 机械 学生姓名 导师姓名 nts - 2 目 录 摘 要 .5 第一章 绪论 7 1.1 概述 7 1.2 发展趋势及发展前景 7 1.3AGV 系统的构成与 AGV 的结构 .8 1.3.1AGV 系统的构成 .8 1.3.2AGV 的结构 .9 第二章 设计任务 11 2.1 设计题目： AGV 小车的转向总 承 设计 .11 2.2 设计背景： .11 2.2.1 题目简述 .11 2.2.2 使用状况 .11 2.2.3 生产状况 .11 2.3 设计参数 . .11 2.4 设计任务 . .11 第三章 AGV 机械结构和驱动转向系统的设计 12 3.1AGV 机械结构的设计 . .13 3.1.1 车体尺寸结构设计 .13 3.1.2 驱动方式选择 .13 3.2 驱动系统部件的选择与校核 .14 nts - 3 3.2.1 电机的选择与联轴器的选用 .14 3.2.2AGV 行驶阻力的计算 14 3.3 主减速比的选择 .16 3.4 蜗杆蜗轮的设计 .17 3.5 涡轮轴的设计 .20 3.6 后轮轴的设计 .22 3.7 蜗杆轴的设计 .24 3.8 车轮支架的设计 .25 第四章 总结 .27 致谢 .28 参考文献 .29 nts - 4 摘要 AGV 全称自动导引小车（ Automatic Guided Vehiele） ，它是在计算机的控制下，经磁或激光等导向装置引导并沿程序设定路径运行完成作业的无人驾驶自动小车，伺服驱动。它为现代制造业、现 代物流提供了一种高度柔性化和自动化的运输方式。 目前 AGV 小车广泛运用在制造业、物流仓储业、汽车、造纸等行业。随着 AGV 小车的发展，努力设计一个更为合理简便的操作方式的 AGV 小车，来适用于更多的领域， AGV 得到进一步的推广。 AGV 是以微控制器为控制核心、蓄电池为动力、装有非接触导引装置的无人驾驶自动导引运载车，其自动作业的基本功能是导向行驶、认址停准和移交载荷。作为当代物流处理自动化的有效手段和柔性制造系统的关键设备， AGV 已经得到了越来越广泛的应用，对AGV 的研究也具有十分重要的理论意义和现实意义。 本文介绍了 AGV 在国内外的发展现状和应用情况，在此基础上，结合毕业设计的课题要求，运用了最为简单的构造模式，前轮由伺服电机、蜗杆涡轮传动，后轮则采用万向轮转动。本文主要进行小车的机械部分设计。 关键词 : AGV 连杆机构 轮系结构 nts - 5 ABSTRACT AGV full automatic guided vehicle ( Automatic Guided Vehiele ), which is under the control of a computer, magnetic or laser guiding device guides and along the programmed path running finish homework unmanned automatic vehicle, servo drive. It is a modern manufacturing industry, modern logistics to provide a highly flexible and automated means of transport. The AGV dolly is widely used in manufacturing, logistics warehousing, automotive, paper and other industries. With the development of AGV dolly, an effort to design a more reasonable and simple operation of the AGV car, to apply in more fields, AGV further promotion. AGV is based on micro controller as control core, battery power, a non contact guidance device of unmanned automatic guided vehicle, the automatic operation is the basic function of guiding, recognizing the address to stop and over load. As the valid measure of contemporary logistics processingautomation and the key equipment of flexible manufacture system, AGV has got more and more extensive application, research on AGV has very important theory significance and the practical significance. This paper introduces the AGV in the domestic and foreign development status and application situation, on this foundation, combining the subject of graduation design requirements, using the most simple structure pattern by the servo motor, front wheel, rear wheel turbine worm driving, the universal wheel. The main car mechanical part design. Key words: AGV; Connecting rod mechanism; train structure nts - 6 第一章 绪论 1.1 概述 AGV(Automatic Guided Vehicle) 自动导引车是上世纪 50年代发展起来的智能搬运型机器人。 AGV 是现代工业自动化物流系统中的关键设备之一，它是以电池为动力，装备有电磁或光学等自动导航装置，能够独立自动寻址，并通过计算机系统控制，完成无人驾驶及作业的设备。自从 1913 年美国福特汽车公司使用有轨底盘装配车， 1954 年英国采用地下埋线电磁感应导向车以来，到九十年代全世界拥有 AGV(Automated Guided Vehicles)10 万台以上。近年来，自动化技术呈现加速发展的趋势，国内自动化立体仓库和自动化柔性装配线进入发展与普 及阶段。其中，在自动仓库与生产车间之间，各工位之间，各段输送线之间， AGV 起了无可替代的重要作用，与传统的传送辊道或传送带相比，AGV输送路线具有施工简单、路径灵活，不占用空间、较好的移动性、柔性等优点。 1.2 发展趋势及发展前景 1913 年，美国福特汽车公司使用有轨底盘装配车。 1953 年，美国 Barrett Electric 制造了世界上第一台采用埋线电磁感应式的跟踪路径自动导向车，也被称作“无人驾驶牵引车”。 20 世纪 70 年代中期，具有载货功能的 AGV 在欧洲得到迅速发展和推广应用，并被引入美国用于自动化仓储 系统和柔性装配系统的物料运输。从 80 年代初开始，新的导向方式和技术得到更广泛研究和开发。 90 年代以来， AGV 从仅由大公司应用，正向小公司单台应用转变，而且其效率和效益更好。 AGV 按照引导方式不同分为：固定路径导引、自由路径导引等。按照移载方式不同分为：侧叉式移载、叉车式移载、推挽式移载、辊道输送机式移载、升降台式移载、机械手式移载等 . AGV 是伴随着柔性加工系统、柔性装配系统、计算机集成制造系统、自动化立体仓库而产生并发展起来的。日本人认为 1981 年是柔性加工系统元年，这样计算 AGV 大规模应用的历史也只有 15至 20年。但是，其发展速度是非常快的。 1981年美国通用公司开始使用 AGV， 1985年 AGV保有量 500台， 1987年 AGV 保有量 3000台。资料表明欧洲 40%的 AGV用于汽车工业，日本 15%的 AGV用于汽车工业，也就是说 AGV在其他行业也有广泛的应用 。 目前国内总体看 AGV 的应用刚刚开始，相当于国外 80 年代初的水平。但从应用的行业分析，分布面非常广阔，它常用于工厂 ,汽车工业，飞机制造业，家用电器行业，烟草行业，机械加工，仓库，邮电部门 ,地下采矿厂中进 行材料运输 ,也用于海洋和太空探索等1。这说明 AGV有一个潜在的广阔市场。 nts - 7 AGV 从技术的发展看，主要是从国家线路向可调整线路；从简单车载单元控制向复杂系统计算机控制；从原始的段点定期通讯到先进的实时通讯等方向发展；从落后的现场控制到先进的远程图形监控；从领域的发展看，主要是从较为集中的机械制造、加工、装配生产线向广泛的各行业自动化生产，物料搬运，物品仓储，商品配送等行业发展。自动导航车开发的一个主要领域是导航和控制 ,导航的本质就是避免迷路和与障碍物相撞成功 的到达目的地 .所以 ,自动导引小车具有很大的发展前景 . 1 3AGV 系统的构成与 AGV 的结构 1.3.1 AGV 系统的构成 AGV 一般采用轮式驱动，具有电动车的特征。 AGV 小车能在地面控制系统的统一调度下，自动搬运货物，实现自动化的物料传送。因其具有灵活性、智能化等特点，能够方便地重组系统，达到生产过程中的柔性化运输之目的。较之传统的人工或半人工的物料输送方式， AGV 系统大大减轻了劳动强度和危险性，提高了工作效率，在机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业都可以发挥作用。国外的 AGV系统设计，应用水平都 比较高，应用范围也很广泛。国内的应用相对少一些，但是在各方面的共同努力下，国内的 AGV系统的设计水平和应用水平正在接近或赶超国际先进水平。 AGV系统由控制台、通讯系统、地面导航系统、充电系统、 AGV和地面移载设备组成，如图 1-1所示。 图 1-1 AGV 系统示意图 其中主控计算机负责 AGV系统与外部系统的联系与管理，它根据现场的物料需求状况向控制台下达 AGV的输送任务。在 AGV电池容量降到预定值后，充电系统给 AGV自动充电。地面移载设备一般采用滚道 输送机、链式输送机等将物料从自动化仓库或工作现场自动移载到 AGV 上，反之也可以将物料从 AGV 上移载下来并输送到目的地。 AGV、充电系统、地待命站 充电系统 路径 AGV 地面移 栽设备 nts - 8 面移载设备等都可以根据实际需要及工作场地任意布置，这也体现了 AGV 在自动化物流中的柔性特点。 1.3.2 AGV 的结构 AGV 由车载控制系统、车体系统、导航系统、行走系统、移载系统和安全与辅助系统组成。 （ 1）车载控制系统 车载控制系统是 AGV 的核心部分，一般由计算机控制系统、导航系统、通讯系统、操作面板及电机驱动器构成 .计算机控制系统可采用 PLC、单片机及工控机等。导航 系统根据导航方式不同可分为电磁导航、磁条导航、激光导航和惯性导航等不同形式 .通过导航系统能使 AGV确定其自身位置，并能沿正确的路径行走。通讯系统是 AGV 和控制台之间交换信息和命令的桥梁，由于无线电通讯具有不受障碍物阻挡的特点，一般在控制台和 AGV之间采用无线电通讯，而在 AGV 和移载设备之间为了定位精确采用光通讯 .操作面板的功能主要是在 AGV 调试时输入指令，并显示有关信息，通过 RS232 接口和计算机相连接。 AGV上的能源为蓄电池，所以 AGV的动作执行元件一般采用直流电动机、步进电动机和直流伺服电机等。 （ 2） 车体系统 它包括底盘、车架、壳体和控制器、蓄电池安装架等，是 AGV的躯体，具有电动车辆的结构特征。 （ 3）行走系统 它一般由驱动轮、从动轮和转向机构组成 .形式有三轮、四轮、六轮及多轮等，三轮结构一般采用前轮转向和驱动，四轮或六轮一般采用双轮驱动、差速转向或独立转向方式。 （ 4）移载系统 它是用来完成作业任务的执行机构，在不同的任务和场地环境下，可以选用不同的移载系统，常用的有滚道式、叉车式、机械手式等。 （ 5）安全与辅助系统 为了避免 AGV在系统出故障或有人员经过 AGV 工作路线时出现碰撞， AGV 一般 都带有障碍物探测及避撞、警音、警视、紧急停止等装置。另外，还有自动充电等辅助装置。 （ 6）控制台 控制台可以采用普通的 IBM-PC 机，如条件恶劣时，也可采用工业控制计算机，控制台通过计算机网络接受主控计算机下达的 AGV输送任务，通过无线通讯系统实时采集各 AGV的状态信息。根据需求情况和当前各 AGV 运行情况，将调度命令传递给选定的 AGV。 AGV完成一次运输任务后在待命站等待下次任务。如何高效地、快速地进行多任务和多 AGV的调度，以及复杂地形的避碰等一系列问题都需要软件来完成。由于整个系统中各种智能设备都有各自 的属性，因此用面向对象设计的 C+语言来编程是一个很好的选择。在编程时nts - 9 要注意的是 AGV系统的实时性较强，为了加快控制台和 AGV之间的无线通讯以及在此基础上的 AGV调度，编程中最好采用多线程的模式，使通讯和调度等各功能模块互不影响，加快系统速度。 （ 7）通讯系统 通讯系统一方面接受监控系统的命令，及时、准确地传送给其它各相应的子系统，完成监控系统所指定的动作 :另一方面又接收各子系统的反馈信息，回送给监控系统，作为监控系统协调、管理、控制的依据。 由于 AGV位置不固定，且整个系统中设备较多，控制台和 AGV间的通 讯最适宜用无线通讯的方式。控制台和各 AGV就组成了一点对多点的无线局域网，在设计过程中要注意两个问题 : 无线电的调制问题 无线电通讯中，信号调制可以用调幅和调频两种方式。在系统的工作环境中，电磁干扰较严重，调幅方式的信号频率范围大，易受干扰，而调频信号频率范围很窄，很难受干扰，所以应优先考虑调频方式。而且调幅方式的波特率比较低，一般都小于 3200Kbit/s，调频的波特率可以达到 9600K bit/s以上。 通讯协议问题 在通讯中，通讯的协议是一个重要问题。协议的制定要遵从既简洁又可靠的原则。简洁有效的协议可以减少控制器处理信号的时间，提高系统运行速度。 （ 8）导航系统 nts - 10 第二章 设计任务 2.1 设计题目： AGV 小车的转向总 承 设计 2.2 设计背景： 2.2.1 题目简述： 随着工厂自动化程度的提高 ， AGV小车越来越受到人们的青睐，它本身的自动化集成度相当高，只需要人们输入相关的指令，小车便可按着预定的指令行走，并且电源的充电过程都可以自动的完成。 国内外制作设计的 AGV小车的类型有很多，可用于不同的场合，针对不同的场合，设计出不同 的传动机构，本文所做的小车完全应用于工厂车间的物料搬运，工作环境相对稳定，所以设计用蜗杆涡轮进行传动。由涡轮带动前轮驱动，后轮是万向轮，负责转向。 2.2.2 使用状况： 室 内 工作；动力源为直流电 90V 伺服 电机 ,电机双向转动，载荷较平稳；使用期限为五年，每年工作 200天，每天工作 2小时；检修期为三年大修。 2.2.3 生产状况： 专业机械厂制造。 2.3 设计参数 AGV小车的长度： 800mm AGV小车的宽度： 500mm AGV小车的行驶速度： 110mm/s。 2.4 设计任务： 设计 转向 结构，包括动力装置、传动装置、执行机构，画出总体机构简图。 选取电机，计算电机所需功率。 设计总体传动方案 设计主要传动装置，完成总体装配图（ A0） 。 设计主要零件，完成零件图。 编写设计说明书。 nts - 11 第 三 章 AGV 机械结构和驱动转向系统的设计 3.1 AGV 机械结构的设计 AGV 小车结构示意图 3-1。小车采用两 前 轮独立驱动差速转向，两 后 轮为万向轮的四轮结构形式。 伺服 电机经减速器后通过驱动轮提供驱动力，当两轮运动速度不同 时就可以实现差速转向。 1-后轮， 2-减速器， 3-电瓶， 4-光感应器， 5-前轮， 6-单片机， 7-车架， 8-伺服 电机驱动器， 9-伺服 电机 图 3-1 AGV结构示意图 1、车架 车架是整个 AGV 小车的机体部分，主要用于安装轮子、光感应器、步进电机和减速器。车架上面安装步进电机驱动器、 PCD 板和电瓶。对于车架的设计，要有足够的强度和硬度要求，故车架材料选用铸造铝合金，牌号为 6061。其中 6061 质量比较轻，焊接性好。 2、车轮 车轮采用实心橡胶轮胎。车体 前 面两主动轮为固定式驱 动轮，与轮毂式电机相连。 后面两个随动轮为旋转式随动轮，起支承和平衡小车的作用。 3、载荷传送装置 AGV 的载荷传送装置为一平板，其作用为运输箱体类零件到指定工位。主要用来装载箱体类零件，运送物料等。 nts - 12 3.1.1 车体尺寸结构设计 车体框架是装配 AGV 其他零部件的主要支撑装置，是运动中的主要部件之一，主要分为主框架和副框架两个部分。主框架为立体型框架结构，用于安装各种控制和通讯设备。副框架则安装轮子、各种传感器和驱动电机，主框架和副框架用可拆卸联接，便于安装和拆卸，总的来说 AGV车架相当于汽车底盘，是 AGV 机 械部分的关键。车架设计及工艺的合理性直接影响 AGV的定位精度， 根据以上所述要求，并能更好地满足实际任务的需要， AGV整体尺寸设计为 0.8 0.5 0.6 m(长宽高 )。除 AGV 车体以外的其他辅助系统的安装直接影响着小车的驱动和转向。 AGV车体重心越低，越有利于抗倾翻。如图 3-4为车体实物外型。 图 3-4 小车车体实物外型 3.1.2 驱动方式的选择 AGV 驱动的方式大致可分成两种，一种为两台电机各置于左、右两边，利用两台电机的动作与两轮差速的方式达到左右转， 前进或停止，即差速型。另一种方式则类似汽车的转向及传动方式，即前轮为转向轮，后轮为驱动轮，称为舵轮型。前轮利用电机控制连接前轮的连杆，带动前轮左、右转向，而后轮直接利用步进电机与减速机构带动承载车前进 或停止。 nts - 13 图 3-5 差速型转间流程图 这两种传动方式有不同的控制流程，第一种利用两个左、右电机差速转弯，因此控制流程图如图 3-5所示。经由传感器感应地面轨道回传转向讯号后，马上经由控制系统判断转向 位置，当位置正确时承载车则继续前进，反之，电机即会继续转向直到传感器与地面轨道子系统回传直行讯号。此种传动方式当承载重量过大时，可能会因电机扭力不足无法动作。而第二种则类似汽车转向及传动方式，。本课题中我们所选的驱动移载机构就为差速型，即小车的 后面 两轮为万向轮，而 前 面两轮分别由两个直流电机驱动和控制 3. 2 驱动系统部件的选择与校核 AGV 的驱动系统主要由驱动电源、直流电动机和减速器组成。电动机的性能参数及咸速器的规格型号的确定直接决定整车的动力性，即车辆的运动速度和驱动力直接决定整车的动力性，即车辆 的运动速度和驱动力。 3.2.1 电机的选择 及联轴器的选用 伺服电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或直线运动的执行机构，由环形分配器、功率驱动装置、步进电机构成一个开环的定位运动系统，当系统接受一个电脉冲信号时，伺服电机的转轴将转过一定的角度或移动一定的直线距离，电脉冲输入越多，电机转轴转过的角度或直线位移就越多 ;同时，输入电脉冲的频率越高，电机转轴的转速或位移速度就越快。步进电机控制的最大特点是没有积累误差，常用于开环控制。步进电机系统由控制器、驱动器及步进电机构成，它们三者之间是相互配套的。 自动引导车是电动车的一种，而电机是电动车的驱动源，出于直流电机本身具有控制系统简单，调速方便，不需逆变装置等优点，并且本课题设计的 AGV不需要工作在高速大功率之上，因此，在本文仍采用直流电机作为驱动系统的动力源 。 我们设计的 AGV原理样车载重总质量为 75kg，最高时速设定为 1.11m/s，正常运行时速设定为 0.28 0.83m/s 。 初步选择电机的种类为直流伺服电机，型号为 130SZD，相关的参数如表 3-1所示。 表 3-1 电机相关参数表 参数名称 相关数据 额定转矩 3.3Nm 额定转速 3000r/min 额定功率 l.lkw nts - 14 额定电压 90v 额定电流 15A 峰值转矩 88Nm 机电时间常数 2.13ms 重量 14kg 电机的型号确定下来，紧接着选择联轴器，由于电机伸出端的最小轴的直径为 14mm，电机的转矩相对来说不算太大，我们选择 套筒式联轴器， 该联轴器结构简单，径向尺寸小，能用于连接两直径相同的轴身，其尺寸与电机，与蜗杆轴的尺寸匹配。 图 3-2 3.2.2 AGV 行驶 阻力的计算 AGV 在水平道路上等速行驶时必须克服来自地而的滚动阻力和来自空气的空气阻力。滚动阻力以符号 Ff表示， AGV 加速行驶需要克服的阻力称为加速阻力，以符号 Fj表示。因此车 辆行驶的总阻力为 : ji FFF(1)AGV的滚动阻力的计算 . .( 3 .2 )fF m g 式中 : 滚动阻力系数， 考虑到 AGV在工厂运行，路而一般为沥青或混凝土路面，参考有关数据 可知， =0.018 0.020，实际取 0.0196，设计其总质量为 m=75kg，代 入公式 (3.2)得滚动阻力为 : NFf 4.148.90 1 9 6.075 (2)加速阻力的计算 设 AGV从原地起步经过的位移 S=lm时，其车速达到 Vt 1.Om/s 则 AGV的加速度为 : nts - 15 22 020 . 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .( 3 .3 )2tVV ma sS故加速阻力为 : NmaFj 5.37AGV总的运动阻力为 : NF 9.514.145.37 3.3 主减速比的选择 (1)满足驱动能力时的主减速比计算 原理样车采用了半径为 0.08m的驱动轮。总的运动阻力为 F=51.9N 则总的运动阻力矩为 : mNM 1520.49.5108.0 电机的转矩为 3.3Nm，原理样车采用两个电机驱动，驱动系统电机驱动 力矩即为 : mNM 65.1 为满足 AGV正常行驶，应保证最小主减速比 imin为 : 5.265.11 5 2 0.4m i n i(2)考虑保证运动速度时的主 减速比计算 车轮半径 R=0.125m，要求的最高运动速度为 Vmax=1.11m/s，则车轮的转 速应为 : m in4.3614.3120 1 0 00 rR vn 已知电机的转速为 n=3000r/min，最大主减速比为 : 834.363000max i基于以上参数，确定主减速比的选择范围为 : m i n m a x . .( 3 .8 )si i i即： 835.2 si根据此运算结果，本课题选用 蜗杆涡轮 减速器 且 is=50 (3)进行运动速度的校核 知道了主减速比后，我们就可以进行运动速度的校核，确保车辆有足够 驱动力的同时也要有较高的工作速度。如前所述车轮半径 R=0.08m，电机转 速 n 3000r/min，主减速比 is=50，则 : nts - 16 2 6 0 (1 0 0 0 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 3 . 9 )4 . 0 4 1 . 1 2sV R n ik m h m s虽然 1.12m/s 大于预期设定的速度值 ,但我们可以控制小车低速行驶，故可以选用该电机。 (4)进行驱动能力的校核 车轮半径 R=0.08m，扭矩 MD=1.65Nm，主减速比 is=50，则车轮的驱动力 矩为 : mNM 5.825065.1 由于 wMM，所以能保证车辆的正常起动，并有一定的驱动力储备。 (5)启动时加速度的校核 启动时的驱动阻力为 : Ff= 51.9N。电机到车轮所发出的驱动力为 : NF D 103108.0 5065.1 则加速度为 : mmNa 2.1375 9.511031 高于最初预计的加速度，这说明设计完全能够达到预期的加速能力。 经过上述计算和校核，确定电机的型号为 130SZD， is=50，车轮半径为 0.08m，从而可以构建原理样车的行车驱动系统。 3.4 蜗杆 蜗轮 的设计 1.选择蜗杆的传动类型 根据 GB/T 10085-1988 的推荐，采用渐开线蜗杆 (ZI)。 2.选择材料 蜗杆要求表面硬度和耐磨性较高，故材料选用 40Cr。蜗轮用灰铸铁 HT200 制造，采用金属模铸造 。 3.蜗杆转速为 3000 r/min，取传动比为 50，则涡轮的转速为 60r/min 4.取 Z=1， 7.0 ，则 mNnPT .375.1191055.92262 5. 按齿根弯曲疲劳强度进行设计 根据开式蜗杆传动的设计准则，按齿根弯曲疲劳强度进行设计。蜗轮轮齿因弯曲强度不足而失效的情况，多数发生在蜗轮齿数较多或开式传动中。 弯曲疲劳强度条件设计的公式为 4 nts - 17 2 21221 . 5 3FaFKTm d Y Yz 蜗轮使用环境：平稳 蜗轮载荷分布情况：平稳载荷 蜗轮使用系数 Ka： 1 蜗轮动载系数 Kv： 1 蜗轮动载系数 Kv： 1 导程角系数 Y： 0.957 疲劳接触强度最小安全系数 SHmin； 1.1 转速系数 Zn： 0.765 寿命系数 Zh； 1.13 材料弹性系数 Ze： 147N0.5/mm 蜗轮材料接触疲劳极限应力 Hlim： 425N/mm2 蜗轮材料许用接触应力 H： 334.235N/mm2 蜗轮材料弯曲疲劳极限应力 Flim： 190N/mm2 蜗轮材料许用弯曲应力 F： 158.333N/mm2 弯曲疲劳强度最小安全系数 SFmin； 1.2 6.涡轮材料强度计算 蜗轮轴转矩 T2:119.375N.m 蜗轮轴接触 强度要求 :m2d1 115.407mm3 模数 m:2mm 蜗杆分度圆直径 d1:22.4mm 7.涡轮材料强度校核 蜗轮使用环境：平稳 蜗轮载荷分布情况：平稳载荷 蜗轮使用系数 Ka： 1 蜗轮动载系数 Kv： 1 蜗轮动载系数 Kv： 1 导程角系数 Y： 0.957 蜗轮齿面接触强度 H:329.014N/mm2，通过接触强度验算！ 蜗轮齿根弯曲强度 F:72.385N/mm2，通过弯曲强度计算！ 8 尺寸计算结果 实际中心距 a： 63mm 齿根高系数 ha*:1 齿根高系数 c*:0.2 蜗杆分度圆直径 d1： 22.4mm nts - 18 蜗杆齿顶圆直径 da1： 26.4mm 蜗杆齿根圆直径 df1： 17.6mm 蜗轮分度圆直径 d2： 100mm 蜗轮变位系数 x2： 0.9 法面模数 mn： 1.992mm 蜗轮喉圆直径 da2： 107.6mm 蜗轮齿根圆直径 df2： 98.8mm 蜗轮齿顶圆弧半径 Ra2： 9.2mm 蜗轮齿根圆弧半径 Rf2： 13.6mm 蜗轮顶圆直径 de2： 111.6mm 蜗杆导程角： 5.102 轴向齿形角 x： 20.073 法向齿形角 n： 20 蜗杆轴向齿厚 sx1： 3.142mm 蜗杆法向齿厚 sn1： 3.129mm 蜗杆分度 圆齿厚 s2： 4.452mm 蜗杆螺纹长 b1： 28mm 蜗轮齿宽 b2： 19.8mm 齿面滑动速度 vs： 3.533m/s 涡轮画法如下图所示： 图 3-4 涡轮零件图 nts - 19 3.5 蜗轮 轴的设计 图 3-5 涡轮 轴 零件图 涡轮 轴在工作中既承受弯矩又承受扭矩，故属于转轴。 1. 涡轮 轮轴上的功率2P、 转速2n和转矩2T为 取涡轮蜗杆传动的机械效率为 0.7 kwP 7.02 T2=119.375N.m mmNn .7.592 3.初步确定轴的最小直径 先按式初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢，调质处理。取0A=112， 于是得 220min npAd 25.8mm 涡轮轴上的最小直径是安装后轮处的最小直径， 所以取最小直径 26mm， 4.轴的结构设计 1)拟定轴上零件的装配方案 装配方案是：蜗轮、套筒、深沟球轴承、轴用弹性挡圈依次从轴的左端向右安装；右端安装深沟球轴承、透盖、内轮辐、轴端挡圈从右端向左安装。 2)根据 轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 (1)初步选择滚动轴承。 取深沟球轴承 6206，其尺寸为 d D T=30mm62mm16mm，故 30d d d m m 。 nts - 20 右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得 6206 型轴承的定位轴肩高度h=3mm,因此，取 36d mm。 (2)轴用弹性挡圈为标准件。其尺寸为0 30d mm， 故 28.6d mm， 1.7L mm。 (3)取安装轮辐处的轴段 的直径 26d mm。 轮辐的宽度为 27mm,为了使轴端挡圈可靠地压紧轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取 26l mm。 其余尺寸根据零件的结构可任意选取。确定了轴上的各段直径和长度如图 2-10 所示 。 3)轴上零件的周向定位 蜗轮与轴的周向定位采用平键联接。按 d由手册查得平键截面 bh=8mm7mm,键槽长为 25mm。 轮辐与轴的配合为 H8/h7。 4)确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为 145，各轴肩处的圆角半径为 R1。 5.求轴上的载荷 后轮轴上的受力分析 2-11a)。 L1=L2=27.5mm L3=41mm 1)在水平面上后轮轴的受力简图为 2-11b)。 由静力平衡方程求出支座 A、 B 的支反力 1 2 211 1 2 6 3 . 8 6 3 1 . 922N H N H tF F F N 三个集中力作用的截面上的弯矩分别为 1 1 6 3 1 . 9 2 7 . 5 1 7 3 7 7 . 2 5H D N HM F L N m m 0H A H BMM 由此做出轴的强度，弯矩，扭矩图如下： nts - 21 3.6 后轮轴的设计 nts - 22 图 3-6 1. 后轮轴采用 45#钢 2. 轴上的装配方案：左右各用一个轴用弹性挡圈，螺母，套筒， 腹板。 3. 根据轴向定位的要求确定各段的长度及直径： 两端初步确定轴承，选用 6004 深沟球轴承，其直径为 20mm，那么左右两端与轴承配合处的轴颈为 20mm， 左 端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位 ，查表知 6004 轴承的 定位轴肩为 2.5mm，因此，右端轴颈为 25mm. 取安装轮毂处的轴颈为 30mm，轮毂左端采用轴肩定位，这段轴的直径可选为 36mm，这段轴长定位 5mm， 右端采用圆螺母定位，轴的直径选为 24mm，与轮毂配合处的轴长定位 32mm，与其能更好的压紧 轮。 4.轴的周向定位：左右轮辐与轴采用键进行定位，选择平键 b h=8 7，长度大约定在 28mm。 5.做出轴的弯矩及扭矩图，并作强度校核： nts - 23 McFF 1 F 2M12 11 8 0 . 8 4 4 0 . 4 222F F F N ，1239L L m m，11 4 0 . 4 2 3 9 1 5 7 6 . 3 8CM F L N m m 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的截面强度。最大负弯矩在截面 C 上 ，1 5 7 6 . 3 8 CM N m m。 2233 38 4 3 0 43 . 1 4 3 0 2 2 8 8 . 8 43 2 2 3 2 2 3 0b t d tdW m md 11 5 7 6 . 3 8 0 . 6 8 92 2 8 8 . 8 4ca M P a 因此强度满足。 3.7 蜗杆轴的设计 nts - 24 hg0.012 A-B0.007hg0.012 A-B0.007AB1 . 61 . 66 . 33 . 2左端与电机相连，所以，左端的轴的直径选用与电机伸出端相匹配，定位 14mm， 长度定位 26.73mm，由于，左端需要安装联轴器，所以右端采用轴肩定位，选用 16.5mm 的轴，蜗杆部分的设计，根据先前制定的涡轮，按照相关尺寸做出即可，蜗杆左右两端的轴段是安装轴承用的 ，选用 6003 号轴承，与其配套的轴的直径选为 17mm，其余各轴段的长度大体自定， 另外对 于该轴进行必要的热处理。
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