第二章 机械部分设计
2.1设计任务
设计一台自动导引小车AGV，可以在水平面上按照预先设定的轨迹行驶。本设计采用AT89C51单片机作为控制系统来控制小车的行驶，从而实现小车的左、右转弯，直走，倒退，停止功能。 其设计参数如下：
自动导引小车的长度：500mm 自动导引小车的宽度：300mm 自动导引小车的行驶速度：100mm/s
2.2确定机械传动方案 2.3直流伺服电动机的选择
伺服电动机的主要参数是功率(KW)。但是，选择伺服电动机并不按功率，而是更根据下列三个指标选择。
运动参数：
AGV行走的速度为100mm/s，则车轮的转速为
1000v1000?6?22.75rmin （2-1） n?πd?3.14?140电机的转速
选择蜗轮-蜗杆的减速比 i=62
n电?in?62?22.75?1410.5rmin （2-2）
自动导引小车的受力分析：
1
FAFDADGPOFCFBCB
图2-3 车轮受力简图
小车车架自重为P P?ρabhg?2.85?103?0.5?0.3?0.032?9.8?134N （2-3）
3 （2-4） 小车的载荷为G G?mg?35?9.8?34N
取坐标系OXYZ如图2-3所示，列出平衡方程
由于两前轮及两后轮关于Y轴对称，则 FA?FB，FC?FD
?Fz?0， 2FA?2FC?P?G?0 （2-5）
x?M?0， ?0.075G?0.17P?2?0.3?FC?0 （2-6）
解得 FA?FB?157.6N6 FC?FD?80.84N 两驱动后轮的受力情况如图2-4所示：
滚动摩阻力偶矩Mf的大小介于零与最大值之间，即
0?Mf?Mmax （2-7）
Mmax?δFN?0.006?157.66?0.946N?m （2-8）
其中δ滚动摩阻系数，查表5-2[2]，δ=2～10，取δ=6mm 牵引力F为 F?Mmax0.946??13.5N （2-9） d0.072 2
WPOFNF电 机1/GFSA
图2-4 后轮受力 图2-5
摩擦系数 μ 牵引力 F N 重物的重力 W N 滚子直径 D mm 传递效率 ? 传动装置减速比 1/G
1） 求换算到电机轴上的负荷力矩（TL）
TL??F??W??D?1??9.8 （2-10）
2G100013.5?0.15?157.6614019.8??? 0.72621000
?0.587N?m取?=0.7, W=157.66N, ?=0.15
?2） 求换算到电机轴上的负荷惯性（JL）
?Z?JL?J2??1??J1?J3?J4? （2-11）
?Z2?2?1??0.0000349????0.004766?0.000131?0.0000604? ?62??0.000036189kg?m22 其中 J1为车轮的转动惯量；J2为蜗杆的转动惯量；
J3为蜗轮的转动惯量；J4为蜗轮轴的转动惯量。 3） 电机的选定
根据额定转矩和惯量匹配条件，选择直流伺服电动机。
电机型号及参数：MAXON F2260 ?60mm 石墨电刷 80W
JM?1290gcm2
匹配条件为[3] JL?JLmax?361.89gcm2
0.25?JLmax?1 （2-12） JM即 0.25?
361.89?1?0.25?0.2805?1
????3
惯量J J?JM?JL?1290?361.89?1651.89gcm2 （2-13） 其中JM为伺服电动机转子惯量
故电机满足要求。
4） 快移时的加速性能
最大空载加速转矩发生在自动导引小车携带工件，从静止以阶跃指令加速到伺服电机最高转速nmax时。这个最大空载加速转矩就是伺服电动机的最大输出转矩Tmax。
???J Tmax?J?2?nmax2?3.14?4000?1651.89??0.91N?m （2-14） 60ta60?0.076 7 （2-15） 0.s0加速时间 Ta?4TM?4?0.01?9其中 机械时间常数TM?19ms
2.4联轴器的设计
由于电动机轴直径为Φ8mm，并且输出轴削平了一部分与蜗杆轴联接部分轴
径为Ф12mm，故其结构设计如图2-6所示。
蜗杆轴图2-6 联轴器机构图
电机轴
联轴器采用安全联轴器，销钉直径d可按剪切强度计算，即[4]
d?8KT （2-16）
?DmZ???销钉材料选用45钢。查表5-2[5] 优质碳素结构钢（GB 699-88）
45 调质 ≤200mm ?b=637MPa ?s=353MPa ?s=17%
4
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