快遞倉儲三維建模設計含SW三維及10張CAD圖

快遞倉儲三維建模設計含SW三維及10張CAD圖,快遞,倉儲,三維,建模,設計,sw,10,cad XX設計 題 目 快遞倉儲三維建模設計 學生姓名 學 號 系 部 專 業(yè) 班 級 指導教師 二〇XX年X月 摘要 隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,自動化倉儲設備必然會在各行各業(yè)中得到越來越廣泛的應用。 本次畢業(yè)設計主要完成一款自動化快遞倉儲設備，包括輸送帶，搬運機械手和倉儲貨架組成。本次設計主要完成以SOLIDWORKS軟件為基礎的快遞倉儲自動化設備的三維建模，并對輸送帶從動軸套和倉儲貨架的面板進行有限元分析。 關鍵詞：快遞倉儲設備； 輸送帶；三維建模；有限元分析  Abstract With the rapid development of the national economy, automated storage equipment will be applied more and more widely in all walks of life. This graduation project mainly completes an automated Express warehousing equipment, including conveyor belt, handling manipulator and storage rack. This design mainly completes the three-dimensional modeling of the Express warehousing automation equipment based on SOLIDWORKS software, and carries out the finite element analysis of the conveyor belt follower and the storage shelf. Key words: Express warehousing equipment; conveyor belt; 3D modeling; finite element analysis.  目錄 摘要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1世界物流設備的發(fā)展 1 1.2我國物流設備發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 我國渦流倉儲設備的發(fā)展趨勢 2 1.4 課題完成的內(nèi)容 3 第二章 快遞倉儲設備的總體設計方案 4 2.1 快遞倉儲設備結構組成 4 2.1.1 輸出帶 4 2.1.2 機械手 4 2.1.3 機械手治具 5 2.1.4 倉儲貨架 5 2.2 本章小結 5 第三章 快遞倉儲設備輸送帶的設計計算 6 3.1 擬定設計參數(shù) 6 3.2電機功率的確認 6 3.2 主動軸的設計及強度校核計算 7 3.2.1 軸校核安全系數(shù) 7 3.2.2軸的靜強度安全系數(shù)校核 9 3.3 從動軸的強度校核 9 3.4 從動軸套的SOLIDWORKS有限元分析 10 3.4.1 從動軸套零件的三維建模 12 3.4.2 確定材料 13 3.4.3 添加夾具 14 3.4.4 施加載荷 14 3.4.5 生成網(wǎng)格 15 3.4.6 運算求解 15 3.4.7 分析結果輸出 16 3.5本章小結 18 第四章 快遞倉儲設備的機械手的設計 19 4.1方案結構設計與分析 19 4.1.1機器人自由度的分配 19 4.1.2 機器人的工作空間和機械結構類型 19 4.1.3 方案描述 20 4.2大臂機構設計 21 4.2.1結構設計及要求 21 4.2.2 電機的選取 22 4.2.3 諧波減速器的選取 23 4.3 本章小結 26 第五章 快遞倉儲設備三維建模 27 5.1零件建模 27 5.1.1主動軸安裝板三維建模的形成 27 5.1.2 從動軸安裝板的三維建模形成 28 5.1.3 光軸的三維建模 31 5.1.4 吸盤固定板的三維建模形成 32 5.1.5 40鋁型材的三維建模 34 5.1.6 光電開關導向軸的三維建模 35 5.1.7 從動軸的三維建模 36 5.1.8 主動軸的三維建模 37 5.1.9 2080鋁型材的三維建模形成 39 5.1.10 輸送皮帶的三維建模形成 40 5.1.11 toolbox的運用 41 5.2 零件裝配 41 5.3 三維向二維的轉換 43 5.4 倉儲貨架平板有限元分析結果 45 第五章 結論 48 參考文獻 49 致謝 52 IV 第一章 緒論 1.1世界物流設備的發(fā)展 目前，全世界最先進的物流技術與裝備還主要集中在歐洲、日本和美國等發(fā)達國家或地區(qū)。國際先進的物流技術與設備采用了最新的紅外探測技術、激光技術、無線通信技術、編碼認址技術、RFID 識別技術、PLC 控制技術、無接觸式供電技術等光機電信息一體化等新技術，大大提高了設備運行速度和定位精度，目前正朝著大型化、節(jié)能化、標準化、系統(tǒng)化、智能化和高效化等方向發(fā)展。今后，對物流技術與裝備的需求將更傾向于先進物流裝備和物流技術集成化的物流系統(tǒng)。 在制造商方面，全球有超過1000家的物流裝備廠商活躍在物料裝備的制造及服務領域，但能夠提供物流系統(tǒng)集成服務的供應商還不多，在全球具有影響力的物流系統(tǒng)集成商只有數(shù)十家其中大多為歐洲與日本的企業(yè)，如德國的圣菲爾、德馬泰克、日本的大福、村田、荷蘭的范德蘭德等是世界領頭羊，跟隨其后還有Swisslog、Mecalux、Legris 等企業(yè)。 在物流軟件方面，國際物流軟件市場規(guī)模在2009年達到62億美元左右。全球前五大物流軟件企業(yè)分別是SAP、Oracle、JDA Software、Redprairie和Manhattan Associates。其中，SAP的銷售收入達到8.2億美元，業(yè)務范圍涵蓋SCP、WMS、MES和TMS；Oracle的銷售收入為7.15億美元，業(yè)務范圍與SAP大致相當；JDA側重于SCP和TMS；Redprairie側重WMS、MES和TMS。而排名第五的物流解決方案提供商Manhattan的業(yè)務范圍包括倉儲管理、運輸管理、分布式訂單管理、逆向物流管理和貿(mào)易伙伴管理應用軟件，以及無線射頻標識（RFID）、績效管理和事件管理等，銷售收入近2.5億美元。 在市場方面，自2005年以來，世界物流技術與裝備業(yè)市場表現(xiàn)活躍，歐洲是需求增長最迅速的區(qū)域，世界其他各國的形勢也比較樂觀。同時，全球電子商務的發(fā)展進入快車道，電子商務的發(fā)展大大促進了對物流配送及現(xiàn)代倉儲系統(tǒng)的需求增長，進而推動了物流系統(tǒng)需求和解決方案需求的快速增長。 1.2我國物流設備發(fā)展現(xiàn)狀 自20世紀70年代末以來，我國物流設備有了較快的發(fā)展，各種物流運輸設備數(shù)量迅速增長，技術性能日趨現(xiàn)代化，集裝箱運輸?shù)玫搅丝焖侔l(fā)展等。隨著計算機網(wǎng)絡技術在物流活動中的應用，先進的物流設備系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，我國已具備開發(fā)研制大型裝卸設備和自動化物流系統(tǒng)的能力?？傮w而言，我國物流設備的發(fā)展現(xiàn)狀體現(xiàn)在以下幾個方面： 1.物流設備總體數(shù)量迅速增加。近年來，我國物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，受到各級政府的極大重視，在這種背景下，物流設備的總體數(shù)量迅速增加，如運輸設備、倉儲設備、配送設備、包裝設備、搬運裝卸設備（如叉車、起重機等）、物流信息設備等； 2.物流設備的自動化水平和信息化程度得到了一定的提高。以往我們的物流設備基本上是以手工或半機械化為主，工作效率較低。但是，近年來，物流設備在其自動化水平和信息化程度上有了一定的提高，工作效率得到了較大的提高； 3.基本形成了物流設備生產(chǎn)、銷售和消費系統(tǒng)。以前，經(jīng)常發(fā)生有物流設備需求，但很難找到相應生產(chǎn)企業(yè)，或有物流設備生產(chǎn)卻因銷售系統(tǒng)不完善、需求不足，導致物流設備生產(chǎn)無法持續(xù)完成等。目前，物流設備的生產(chǎn)、銷售、消費的系統(tǒng)已經(jīng)基本形成，國內(nèi)擁有一批物流設備的專業(yè)生產(chǎn)廠家、物流設備銷售的專業(yè)公司和一批物流設備的消費群體，使得物流設備能夠在生產(chǎn)、銷售、消費的系統(tǒng)中逐步得到改進和發(fā)展； 4.物流設備在物流的各個環(huán)節(jié)都得到了一定的應用。目前，無論是在生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)、倉儲，流通過程的運輸、配送，物流中心的包裝加工、搬運裝卸，物流設備都得到了一定的應用； 5.專業(yè)化的新型物流設備和新技術物流設備不斷涌現(xiàn)。隨著物流各環(huán)節(jié)分工的不斷細化，隨著滿足顧客需要為宗旨的物流服務需求增加，新型的物流設備和新技術物流設備不斷涌現(xiàn)。這些設備多是專門為某一物流環(huán)節(jié)的物流作業(yè)，某一專門商品、某一專門顧客提供的設備，其專業(yè)化程度很高。 1.3 我國渦流倉儲設備的發(fā)展趨勢 1.自動化程度不斷提高 隨著射頻技術、掃描技術、條形碼技術的開發(fā)，在數(shù)據(jù)信息掃描收集領域得到廣泛的應用，計算機管理設備集成系統(tǒng)可以應用到倉庫堆垛機、AGV 小車等物流設備中，柔性的物流工具在倉儲過程中發(fā)揮著日益重要的作用。 2.實時結合現(xiàn)代工業(yè)工藝流程 隨著經(jīng)濟以及科技和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，企業(yè)對倉庫提出更高的要求，企業(yè)柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing Systems）、計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing Systems）和工廠自動化技術(Factory Automation)等將要求倉儲技術必須具有可靠性和實時性的特質，并且倉儲物流必須并行于信息物流，實現(xiàn)管理信息化。 3.貨物存儲種類增加 能實現(xiàn)多種貨物共同存儲的多元化倉庫已經(jīng)出現(xiàn)，而且開發(fā)了具有針對性的關于某一類貨物特性的倉庫系統(tǒng)。 4.人工智能化將不斷提高 自動化立體倉庫的智能物流化階段的核心是人工智能化技術，當生產(chǎn)計劃下達后由電子計算機管理系統(tǒng)進行物料和人力需求分析，如果物料和人力資源不足，將根據(jù)實際情況做出修改計劃，并提供所能完成任務額度，能實時查看訂貨單和購貨單，對物流過程有一個完整的規(guī)劃和實施。人工智能系統(tǒng)將推動自動化倉庫技術向更高的領域邁進。 5.提高倉庫運轉設備質量，確保倉庫安全性，降低噪聲污染 倉庫自動控制與信息傳輸中所采用元器件需有高等級的質量保證；倉庫建立過程中應考慮到完善的消防系統(tǒng)和防火抗高溫材料以及開發(fā)新的搬運設備減少倉庫噪音污染。 1.4 課題完成的內(nèi)容 1、完成快遞倉儲設備的三維建模。 2、完成快遞倉儲設備工程圖的繪制。 3、對輸送帶進行設計。 4、輸送帶從動軸套和倉儲貨架的面板進行有限元分析 第二章 快遞倉儲設備的總體設計方案 2.1 快遞倉儲設備結構組成 本次設計的快遞倉儲設備由輸送帶、機械手、機械手治具和倉儲貨架組成，如圖2-1所示： 圖2-1 快遞倉儲設備組成 2.1.1 輸出帶 本次設計的輸送帶采用皮帶輸送結構，整體框架采用鋁型材拼接而成。 2.1.2 機械手 常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài),按坐標形式大致可以分為以下4種: a.直角坐標型機械手；b.圓柱坐標型機械手；c.球坐標(極坐標)型機械手；d.多關節(jié)型機械手（見圖2-2）。 直角坐標型機械手：主要特點每個自由度之間的空間夾角為直角，占用空間較大，工作范圍較小，結構簡單。 圓柱坐標型機械手：占用空間較小，工作范圍較大，結構簡單緊湊，定位精度較高。 球坐標型機械手：占用空間較小，自由度較多，但是結構較為復雜。 多關節(jié)型機械手：與球坐標特點相似，自由度更高，結構更為復雜。 圖2-2 機械手基本形式 本次設計的倉儲設備需要三層碼垛，需要的自由度較高，因此結合以上各種機械手工作特點，考慮造價及實現(xiàn)難易程度，選定機械手為關節(jié)型。 2.1.3 機械手治具 機械手治具是直接與工件接觸的部分，一般是回轉型或平動型。機械手治具是用來抓取工件的部件，根據(jù)被抓取物件的形狀、尺寸、重量、材料和抓取要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。其中最常用的抓取類型是吸附型和夾持型，吸附型主要是針對于一些表面光滑、輕質的工件或物料，夾持型主要是針對圓柱形狀或者是別的一些比較復雜形狀的工件或物料[14]。 本設計中，輸送的快遞一般為箱狀物料，由于空氣吸盤可以與工件柔性接觸，防止表面擦傷，因此在這里我們優(yōu)先考慮使用負壓式空氣吸盤。 2.1.4 倉儲貨架 本次設計的貨架同樣采用鋁型材拼接的形式，鋁型材拼接貨架具有美觀，方便拆卸和安裝等優(yōu)勢。 2.2 本章小結 本章主要對快遞倉儲設備整體方案進行設計，包括輸送帶的選擇，機械手的選擇等。 第三章 快遞倉儲設備輸送帶的設計計算 3.1 擬定設計參數(shù) 輸送裝置總長：1800mm 輸送線帶單個輸送負載：30KG 輸送速度：0.4m/s 3.2電機功率的確認 在本結構中共有一個調速電機 電機工作功率計算公式 ， ， 參數(shù)確定：在技術要求中指出，拉力為F=300N，最高運行速度為0.2m/S，這里我們。 。 計算結果： 3）確定電機轉速 計算公式：。 在技術要求中指出，輸送應達到的速度V=0.4m/s。根據(jù)三維造型可以初步選取同步帶輪的節(jié)圓直徑。 。 以上述數(shù)據(jù)為依據(jù)，綜合考慮本機械系統(tǒng)在工作過程中經(jīng)常需要急加速的要求和東方電機公司現(xiàn)有標準產(chǎn)品，最終選定所示的調速電機功率為150W，可以滿足要求。： 3.2 主動軸的設計及強度校核計算 主軸：軸是組成機械的重要部件之一。它用來安裝各種傳動零件，使之繞其軸線傳動，傳遞轉矩或回轉運動，通過軸承與機架或機座聯(lián)結。軸與其上的零件組成一個組合體——軸系部件，在軸的設計時，不能只考慮軸本身，必須和軸系零部件的整個結構密切聯(lián)系起來。 應用于軸的材料種類很多，主要根據(jù)軸的使用條件，對軸的強度、剛度和其它機械性能等的要求，采用的熱處理方式，同時考慮制造加工工藝，并力求經(jīng)濟合理，通過設計計算來選擇主軸的材料。 快遞倉儲設備中，主軸既要支承主軸和剛卷的重量又要傳遞電動機的轉矩，即同時承受彎矩和扭矩的作用。由于同樣的材料，在熱處理工藝不同時，所得到的靜強度、硬度和疲勞極限也會不同，所以在選擇主軸時還應確定其熱處理方法。主軸受載荷大，應選用調質鋼（含碳量在0.30%-0.60%范圍內(nèi)的碳素結構鋼和合金結構鋼），調質鋼能進行調質處理。調質處理后得到的是索氏體組織，它比正火或退火所得到的鐵素體混合組織具有更好的綜合力學性能（例如：更高的強度、較高的沖擊韌度，較低的脆性轉變溫度和較高的疲勞強度）。調質鋼的鋼種很多，常用的有35、45、40Cr、45Mn、40MB等。主軸的鋼種我們選取45，45鋼調質后的硬度為HB217——255。 軸的設計應滿足下列幾方面的要求：在結構上要受力合理，盡量避免或減少應力集中，足夠的強度（靜強度和疲勞強度），必要的剛度，特殊情況下的耐腐蝕性和耐高溫性，高速軸的振動穩(wěn)定性及良好的加工工藝性，并應使零件的軸上定位可靠、裝備適當和裝拆方便等。 3.2.1 軸校核安全系數(shù) 圖3-1 受力分析 彎矩圖，在上面，＝46743.2Nm 易知在頂端處為最危險截面，校核此處的安全系數(shù) 旋轉軸的校核公式 ， []=1.3~1.5 式中 ——為材料的彎曲疲勞極限 MPa 根據(jù)調質 40 d=105mm 可以知道： =335N/mm， =685N/mm M——軸危險截面上的彎矩 N.mm T——軸危險截面的轉矩 N.mm W——軸危險截面上的抗彎截面模數(shù) W——軸危險截面上的抗扭截面模數(shù) W= W= ——彎曲和剪切疲勞極限的綜合影響系數(shù)，由=685N/mm， 在表中標準化為700，由配合H7/m6 選=3.39 =2.44 則==2.133>[s]＝1.5 滿足要求。 3.2.2軸的靜強度安全系數(shù)校核 該校核的目的在于校核軸對塑性變形的抵抗能力，軸的強度是根據(jù)軸所受的最大 瞬時載荷（包括動載荷和沖擊載荷）來計算的 =[] 式中： ——軸危險截面上的最大彎矩和扭矩 ——作用于軸上的最大軸向載荷 W ——軸危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)。 A——軸危險截面的面積 ——屈服極限為 =490 []=1.7~2.2 且/=190/685=0.72屬于低塑材料 ==5.354[]＝2.2 也滿足要求。 3.3 從動軸的強度校核 由于此軸主要是承受扭矩，因此按扭矩來計算軸的強度： 軸的扭轉強度條件是 其中為扭轉切應力；為軸的抗扭截面系數(shù)；軸的轉速；P為傳遞的功率；d為計算截面出軸的直徑；為許用扭轉切應力 由上公式可得軸的直徑 所設計的軸的最小直徑為40mm>37.726mm，故 該軸的強度合格。 3.4 從動軸套的SOLIDWORKS有限元分析 首先我要對Solidworks進行介紹一下，它是一種先進的，智能化的參變量式CAD設計軟件，在業(yè)界被稱為“3D機械設計方案的領先者”，易學易用，界面友好，功能強大，在機械制圖和結構設計領域，掌握和使用Solidworks已經(jīng)成為最基本的技能之一。 與傳統(tǒng)的2D機械制圖相比，參變量式CAD設計軟件具有許多優(yōu)越性，是當代機械制圖設計軟件的主流和發(fā)展方向。傳統(tǒng)的CAD設計通常是按照一定的比例關系，從正視，側視，俯視等角度，根據(jù)投影，透視效果逐步繪出所需要的各個單元，然后標注相應尺寸，這就要求制圖和看圖人員都必須具備良好的繪圖和三維空間想象能力。如果標注尺寸發(fā)生變化，幾何圖形的尺寸不會同步變更；如果改變了幾何圖行，其標注尺寸也不會發(fā)生變化，還要重新繪制，標注，因此繪圖工作相當繁重。 參變量式CAD設計軟件，是參數(shù)式和變量式的統(tǒng)稱。在繪制完草圖后，可以加入尺寸等數(shù)值限制條件和其他幾何限制條件，讓草圖進入完全定義狀態(tài)，這就是參數(shù)式模式。由于軟件自動加入了關聯(lián)屬性，如果修改了標注尺寸，幾何圖形的尺寸就會同步更新。也可以暫時不充分的限制條件，讓草圖處于欠定義狀態(tài)，這就是變量式操作模態(tài)。 美國Solid Works公司是一家專門從事開發(fā)三維機械設計軟件的高科技公司，公司宗旨是使每位設計工程師都能在自己的微機上使用功能強大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系統(tǒng)，公司主導產(chǎn)品是世界領先水平的Solid Works軟件。 90年代初，國際微機市場發(fā)生了根本性的變化，微機性能大幅提高，而價格一路下滑，微機卓越的性能足以運行三維CAD軟件。為了開發(fā)世界空白的基于微機平臺的三維CAD系統(tǒng)，1993年PTC公司的技術副總裁與CV公司的副總裁成立SolidWorks公司，并于1995年成功推出了SolidWorks軟件，引起世界相關領域的一片贊嘆。在SolidWorks軟件的促動下，1998年開始，國內(nèi)、外也陸續(xù)推出了相關軟件；原來運行在UNIX操作系統(tǒng)的工作站CAD軟件，也從1999年開始，將其程序移植到Windows操作系統(tǒng)中。 由于SolidWorks出色的技術和市場表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以原來一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為CAD行業(yè)一家高素質的專業(yè)化公司。 功能描述 （1） Top?Down(自頂向下)的設計 （2） Down?Top?(自下向上)的設計 （3） 配置管理 （4） 易用性及對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)格式的支持 （5） 零部件鏡像 （6） 裝配特征 （7） 工程圖 （8） eDrawing Solidworks模形由零件，裝配體和工程圖等文件組成，沒有生成零件之前的圖紙稱為草圖。由2D，3D草圖直接生成3D模形和工程圖時，如果修改了草圖的標注尺寸，其3D模形和工程圖會同步更新；相反，如果修改了工程圖的標注尺寸，其3D模形和草圖也會同步更新。軟件使用起來非常方便，大大減少了設計人員的工作量，提高了工作效率。 通常，從打開一個零件文件或建立一個新零件文件開始，繪制草圖、生成基體特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以從其他軟件導入曲面或幾何實體開始，編輯特征，生成零件和裝配體工程圖。這是常用的設計方法，也就是自下而上的設計方法。 草圖繪制從零件文件開始，對于一個新的產(chǎn)品設計，要首先建立零件文件。 由于零件、裝配體及工程圖的相關性，所以當其中一個視圖改變時，其他兩個視圖也會自動改變。 Solidworks2012允許自定義功能,選擇菜單欄中的“工具”-“選擇”命令,可以顯示.定義”系統(tǒng)選項”和”文件屬性”選項卡. Solidworks2012可以自動保存工作.自動恢復功能可以自動保存零件,裝配體或工程圖文件的信息,在系統(tǒng)死機時不會丟失數(shù)據(jù).如果設定此選項,則選擇”工具”_”選項”菜單命令.在”系統(tǒng)選項”選項卡上,單擊”備份”選項,選擇”每(n)次更改后,自動恢復信息”復選框,然后設定信息自動保存前應發(fā)生的變更次數(shù). Solidworks2012具有很強的文件交換功能,可以輸入,輸出數(shù)十種文件格式,可以與AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等軟件很方便地進行文件交換。 Solidworks2012在草圖繪制模式及工程圖中提供顯示網(wǎng)格線和捕捉網(wǎng)格線功能?？蓪⒕W(wǎng)格線與模型邊線對齊，還可捕捉到角度。網(wǎng)格線和捕捉功能在Solidworks2012中不太使用，因為SolidWorks是參變量軟件，尺寸和幾何關系已提供了所需的精度。 首先，對從動軸套的主體結構進行三維建模。完成三維建模后，再對相應部分進行有限元分析。由于從動軸套的軸承，螺栓等零件無需單獨進行受力分析，而且如果對從動軸套整體結構進行靜態(tài)分析，將會產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的計算時間將會持續(xù)幾天甚至更多。所以為了使計算更加精確，縮短系統(tǒng)計算時間，我們在這里只對從動軸套主體進行分析，即直接將從動軸套主體分離出來單獨進行靜態(tài)分析，以確保系統(tǒng)的強度和穩(wěn)定性。從動軸套有限元分析的具體步驟如下： 3.4.1 從動軸套零件的三維建模 利用SOLIDWORKS軟件對從動軸套零件進行三維模型，這個的具體繪圖過程就不一一詳細描述。得到的三維模型如圖3-2所示。 圖3-2 從動軸套模型 3.4.2 確定材料 零件的反應取決于其所構成的材料，程序必須知道零件材料的彈性屬性，通過從材料庫選擇材料來給零件指派材料。由于從動軸套承受重量大，從動軸套主體會受到較大的壓力和拉應力，所以從動軸套材料選擇普通碳鋼。但在用Solidworks Simulation對從動軸套進行應力分析時，由于材料庫沒有這一材料，因此選擇近似的材料碳鋼，具體選擇如下圖3-3 所示。 圖3-3 材料選取 3.4.3 添加夾具 在夾具選項卡中，可以定義固定約束。每個約束可以包含多個面。受約束的面在所有方向都受到約束。必須至少約束零件的一個面，以防由于剛性實體運動而導致分析失敗。在對從動軸套主體進行應力分析前，首先要確定其夾具固定的部分。如圖3-4所示，選擇從動軸套兩軸承安裝端為固定端，即模擬夾具夾住從動軸套軸承固定端部分。 圖3-4添加夾具 3.4.4 施加載荷 從動軸套我們設定載荷為張緊力為300N。在載荷選項卡上，可以應用力和壓力載荷至模型的面，可以應用多個力至單個或多個面。由從動軸套實際工況得出其受力情況見圖3-5 圖3-5 從動軸套豎直方向施加載荷 3.4.5 生成網(wǎng)格 接下來需對從動軸套劃分網(wǎng)格。實體模型的網(wǎng)格化由兩個基本階段組成。在第一階段，網(wǎng)格器將節(jié)放置于邊界上，此階段稱為曲面網(wǎng)格化。如果第一個階段成功，網(wǎng)格程序開始第二個階段，將在內(nèi)部生成節(jié)，以四面單元填充體積，并將中側節(jié)放置于邊線上。在實際操作中，我們先要選擇網(wǎng)格的參數(shù)，如圖3-6所示，將網(wǎng)格密度設置為良好。選擇好網(wǎng)格參數(shù)之后，對從動軸套模型生成定義的網(wǎng)格。 圖3-6 從動軸套網(wǎng)格化 3.4.6 運算求解 網(wǎng)格化參數(shù)后點擊運行，軟件開始自動對算例進行計算分析，求解過程如下圖3-7所示。 圖3-7運行算例分析 當運行結束后，就可以得到從動軸套模型應力、應變、位移和安全系數(shù)等各項參數(shù)的有限元分析結果。 3.4.7 分析結果輸出 Simulation的結果選項卡中生成的圖解可以生動形象的表現(xiàn)出從動軸套各部位的應力—應變情況、位移情況及安全系數(shù)情況，如圖3-8所示。結果選項卡的第一個屏幕顯示從動軸套所有位置的最小安全系數(shù)。標準工程規(guī)則通常要求安全系數(shù)為 1.5 或更大。對于給定的最小安全系數(shù)，Simulation程序會將可能的安全與非安全區(qū)域分別繪成藍色與紅色。從動軸套主體部分有限元分析的應力、位移、應變及安全系數(shù)分布云圖如圖3-9至3-12所示。 圖3-8 輸出結果 圖3-9 安全系數(shù) 圖3-10 位移分布圖 圖3-11 應變分布圖 圖3-12 應力分布圖 從動軸套的屈服力大約為220MPA，而所用材料的抗拉強度為490MPA，完全符合設計要求。 3.5本章小結 本章主要對輸送帶進行設計計算。 第4章 快遞倉儲設備的機械手的設計 4.1方案結構設計與分析 4.1.1機器人自由度的分配 所謂機器人的運動自由度是指確定一個機器人操作位置時所需要的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，它是表示機器人動作靈活程度的參數(shù)。 本設計的工業(yè)機器人分成腰關節(jié)的360回轉，大臂的擺動，小臂的轉動以及腕部的三種轉動。 4.1.2 機器人的工作空間和機械結構類型 （1）工作空間 工作空間是指機器人正常運行時，手部參考點能在空間活動的最大范圍，是機器人的主要技術參數(shù)，工作空間如圖4-1。 圖4-1 機器人工作空間 （2）機械結構類型 關節(jié)型為本設計所采用方案，這種運動形式是通過三個移動，共三個自由度組成的運動系統(tǒng)，工作空間圖形為類似圓柱形。它與直角坐標型比較，在相同的工作條件下，機體占體積小，而運動范圍大。 4.1.3 方案描述 該機器人固定在地面上，由機座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端執(zhí)行器和驅動裝置組成。共有6個自由度，依次為腰部回轉、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回轉、手腕俯仰末端執(zhí)行器、。 機器人采用電機驅動，這種方式結構簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點，這也是現(xiàn)代機器人應用最多的驅動方式。 由于機器人固定在地面上，故電源為普通民用電即：220V，50Hz的交流電。由于該機器人功率較較大，電動機可以選擇交流伺服電機。使用交流伺服電機能構成閉環(huán)控制，精度高，力矩大，但價格很高，而步進電機驅動具有成本低，控制系統(tǒng)簡單的優(yōu)點。故確定這種機器人的六個關節(jié)都采用步進電動機驅動，開環(huán)控制。 由于一些關節(jié)驅動力矩較大，如果使用電機直接驅動，要求電機的輸出扭矩較大，因此統(tǒng)一采用帶減速器的伺服電機，而大臂和小臂俯仰運動的力矩較大，還要再進行減速傳動。步進電機的輸出扭矩為0.5Nm，配置的減速器的減速比為1：9，大臂和小臂還有1：4的齒輪減速驅動。 在現(xiàn)代機器人結構中廣泛使用著各種機器人軸承，常用的有環(huán)形軸承和交叉滾子軸承。這幾種軸承具有結構簡單緊湊，精度高、剛度大、承載力強和安裝方便等優(yōu)點。但這些軸承價格昂貴，而使用普通的球軸承或滾子軸承也能滿足要求，故這里全部采用球軸承。 在電機的布置上，考慮將電機均置于各關節(jié)連接處，可以最大限度地減小扭矩，便于安裝和控制，且傳動鏈較短，精度相對較高，可以滿足需要。 參考同類機器人的運動參數(shù)，結合工作情況的需要，定出該型機器人的運動參數(shù)如下： 關節(jié)1：　30o/s ( 0.524 rad/s ) ( 5 r/min ) 關節(jié)2： 15o/s ( 0.262 rad/s ) ( 2.5 r/min ) 關節(jié)3： 15o/s ( 0.262 rad/s ) ( 2.5 r/min ) 關節(jié)4：　15o/s ( 0.262 rad/s ) ( 2.5 r/min ) 關節(jié)5：　30o/s ( 0.524 rad/s ) (5 r/min ) 關節(jié)6：　60o/s ( 1.047 rad/s ) ( 10 r/min ) 各關節(jié)轉動范圍： 關節(jié)1：　-185o～ +185o 關節(jié)2： +35o～ -155o 關節(jié)3：　+154o～ -120o 關節(jié)4：　+165o～ -165o 關節(jié)5：　-130o～ +130o 關節(jié)6：　無限 4.2大臂機構設計 4.2.1結構設計及要求 a、 大臂的結構和尺寸應滿足機器人完成作業(yè)任務提出的工作空間要求 b、 根據(jù)大臂所受載荷和結構的特點，合理選擇大臂截面形狀和高強度輕質材料。 c、 盡量減小大臂重量和相對其關節(jié)回轉軸的轉動慣量和偏重力矩，以減小驅動裝置的負荷；減少運動的動載荷與沖擊，提高手臂運動的響應速度。 d、 要設法減小機械間隙引起的運動誤差，提高運動的精確性和運動剛度。采用緩沖和限位裝置提高定位精度。 通過安裝在大臂關節(jié)上的伺服電機和諧波齒輪減速器直接驅動大臂轉動，從而實現(xiàn)機器人臂部繞腰部擺動。 圖4-2 大臂結構圖 4.2.2 電機的選取 根據(jù)大臂表可知伺服電機應用于驅動工業(yè)機器人有著許多無可替代的優(yōu)點，如控制性能好， 可精確定位，體積較小可用于程序復雜和運動軌跡要求嚴格的小型通用機械手等，因此依舊選擇交流伺服電機 a 、 初選電機為EML型伺服電機，型號為：40APA。它的有關技術參數(shù)如下表： 表4-1 技術參數(shù) 電機型號 額定輸出功率 轉子轉動慣量 額定轉矩 瞬間最大轉矩 額定電流 瞬間最大電流 額定轉速 最高轉速 40APA 4KW 102*10-4Kg.m2 38.2N.m 114.6N.m 24A 72A 1000r/min 1500r/min b 、電機功率的確定 電機所需工作功率式為 因此 c 、電機轉速的確定 大臂的工作轉速為 2.5r/min 大臂采用單級諧波傳動齒輪，傳動比可達 i=70～500。故電機的轉速可選范圍為 =( 70～500 ) 2.5 = 175～1250 因此，初選電機符合要求。 4.2.3 諧波減速器的選取 本關節(jié)采用XB1系列單級諧波傳動減速器，采用波發(fā)生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式。 它主要由三個基本構件組成： （1）帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪（剛輪），它相當于行星系中的中心輪； （2）帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪），它相當于行星齒輪； （3）波發(fā)生器H，它相當于行星架。 圖4-3 諧波減速器基本組成 （1）帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪（剛輪），它相當于行星系中的中心輪； 　?。?）帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪），它相當于行星齒輪； （3）波發(fā)生器H，它相當于行星架。 作為減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式。 波發(fā)生器H是一個桿狀部件，其兩端裝有滾動軸承構成滾輪，與柔輪1的內(nèi)壁相互壓緊。柔輪為可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內(nèi)孔直徑略小于波發(fā)生器的總長。波發(fā)生器是使柔輪產(chǎn)生可控彈性變形的構件。當波發(fā)生器裝入柔輪后，迫使柔輪的剖面由原先的圓形變成橢圓形，其長軸兩端附近的齒與剛輪的齒完全嚙合，而短軸兩端附近的齒則與剛輪完全脫開。周長上其他區(qū)段的齒處于嚙合和脫離的過渡狀態(tài)。當波發(fā)生器沿圖示方向連續(xù)轉動時，柔輪的變形不斷改變，使柔輪與剛輪的嚙合狀態(tài)也不斷改變，由嚙入、嚙合、嚙出、脫開、再嚙入……，周而復始地進行，從而實現(xiàn)柔輪相對剛輪沿波發(fā)生器H相反方向的緩慢旋轉。 所謂諧波傳動是一種靠中間柔性構件彈性變形來實現(xiàn)運動和動力傳動的裝置的總稱。在諧波傳動出現(xiàn)后短短的幾十年中，世界各工業(yè)比較發(fā)達的國家都集中了一批研究力量，致力于這類新型傳動的研制，幾乎對該類傳動的整個領域中的全部問題均進行了程度不同的研究。當然，由于諧波傳動本身所涉及問題的復雜性和廣泛性，因而有不少問題目前尚未作最后定論。 圖4-4 諧波齒輪傳動系統(tǒng) 諧波齒輪傳動系統(tǒng)有三個基本構件組成，如圖2-1所示：剛輪1(Circular Spline)，柔輪2(Flexspline)和波發(fā)生器3(Wave Generator)。諧波齒輪傳動的原理就是在柔性齒輪構件中，通過波發(fā)生器的作用，產(chǎn)生一個移動變形波，并與剛輪齒相嚙合，從而達到傳動目的。 特點： 優(yōu)點： (1)結構簡單，體積小，重量輕 3, 50%, 1/3 (2)傳動比范圍大 50~300, 3000~60000 (3)同時嚙合的齒數(shù)多 30%,正是由于同時嚙合齒數(shù)多這一獨特的優(yōu)點，使諧波傳動的精度高，齒的承載能力大，進而實現(xiàn)大速比、小體積。 (4)承載能力大 (5)運動精度高 (6)運動平穩(wěn)，無沖擊，噪聲小 (7)齒側間隙可以調整 (8)齒面磨損小而均勻，傳動效率高 (9)同軸性好 (10)可實現(xiàn)向密閉空間傳遞運動及動力 缺點： (1)柔輪周期性變形，易于疲勞損壞 (2)柔輪和波發(fā)生器的制造難度較大 (3)傳動比的下限值高，齒數(shù)不能太少 (4)起動力矩大，且速比越小越嚴重； (5)諧波齒輪傳動沒有中間軸，因而不能獲得中間速度 (6)如果結構參數(shù)選擇不當或結構時機不良，發(fā)熱過大，降低傳動承載能力 工作時，固定鋼輪，由電機帶動波發(fā)生器轉動，柔輪作為從動輪，輸出轉動，帶動負載運動。 下圖為該系列減速器的型號及尺寸。本關節(jié)采用最后第二種型號。 圖4-5XB1系列的型號及尺寸 4.3 本章小結 本章主要對機械手進行設計計算。 第五章 快遞倉儲設備三維建模 5.1零件建模 5.1.1主動軸安裝板三維建模的形成 1、 首先以前視基準面為草圖繪制平面繪制如圖5-1所示的矩形 圖5-1 草圖繪制 2、 運用拉伸凸臺指令，指定拉伸長度為20mm，如圖5-2所示： 圖5-2 拉伸凸臺 3、 運用拉伸切除指令，完成孔的切除，如圖5-3所示： 圖5-3 拉伸切除 4、 運用異形孔導向功能，完成M5螺紋孔的創(chuàng)建，如圖5-4所示： 圖5-4 異形孔導向 5、 重復上訴基本指令步驟，完成主動軸安裝板建模如圖5-5所示： 圖5-5 主動軸安裝板模型 5.1.2 從動軸安裝板的三維建模形成 1、首先以前視基準面為草圖繪制平面繪制如圖5-6所示的圖形 圖5-6 草圖繪制 2、運用拉伸凸臺指令，指定拉伸長度20mm，如圖5-7所示： 圖5-7 拉伸凸臺 3、運用拉伸切除指令，完成切除，如圖5-8所示： 圖5-8 拉伸切除 4、運用拉伸切除指令，完成切除，如圖5-9所示： 圖5-9 拉伸切除 5、運用異形孔導向指令，完成M8螺紋孔，如圖5-10所示： 圖5-10 異形孔導向 6、重復運用上訴指令，完成從動輪安裝板的建模如圖5-11所示： 圖5-11 從動輪安裝板模型 5.1.3 光軸的三維建模 1、首先以前視基準面為草圖繪制平面繪制如圖5-12所示的圖形 圖5-12 草圖繪制矩形 2、運用拉伸凸臺指令，指定拉伸長度為150mm，如圖5-13所示： 圖5-13 拉伸凸臺 3、完成建模如圖5-14所示： 圖5-14 光軸模型 5.1.4 吸盤固定板的三維建模形成 1、首先以前視基準面為草圖繪制平面繪制如圖5-15所示的圖形 圖5-15 草圖繪制 2、運用拉伸凸臺指令，指定拉伸長度為20mm，如圖5-16所示： 圖5-16 拉伸凸臺 3、運用異形孔導向完成M8沉頭孔的繪制，如圖5-17所示： 圖5-17 異形孔導向 4、運用異形孔導向完成M6沉頭孔的繪制，如圖5-18所示： 圖5-18 異形孔導向 5、重復運用上訴指令，完成吸盤固定板的建模如圖5-19所示： 圖5-19 吸盤固定板模型 5.1.5 40鋁型材的三維建模 1、首先以上視基準面為草圖繪制平面繪制如圖5-20所示的圖形 圖5-20 草圖繪制 2、運用拉伸凸臺指令，指定拉伸長度為270mm，如圖5-21所示： 圖5-21 拉伸凸臺 3、完成建模如圖5-22所示： 圖5-22 40鋁型材模型 5.1.6 光電開關導向軸的三維建模 1、首先以前視基準面為草圖繪制平面繪制如圖5-23所示的圖形 圖5-23 草圖繪制 2、運用旋轉凸臺指令，如圖5-24所示： 圖5-24 旋轉凸臺 3、完成建模如圖5-25所示： 圖5-25 光電開關導向軸模型 5.1.7 從動軸的三維建模 1、首先以前視基準面為草圖繪制平面繪制如圖5-26所示的圖形 圖5-26 草圖繪制 2、運用旋轉凸臺指令，如圖5-27所示： 圖5-27 旋轉凸臺 3、運用異性孔導向，打M5螺紋孔，如圖5-28所示： 圖5-28 異形孔導向 3、完成模型，如圖5-29所示： 圖5-29 從動軸模型 5.1.8 主動軸的三維建模 1、首先以前視基準面為草圖繪制平面繪制如圖5-30所示的圖形 圖5-30 草圖繪制 2、運用旋轉凸臺指令，如圖5-31所示： 圖5-31 旋轉凸臺 3、運用倒角，如圖5-32所示： 圖5-32倒角 3、完成模型，如圖5-33所示： 圖5-33 主動軸模型 5.1.9 2080鋁型材的三維建模形成 1、首先以前視基準面為草圖繪制平面繪制如圖5-33所示的圖形 圖5-34 草圖繪制 2、運用拉伸凸臺指令，指定拉伸長度為880mm，如圖5-35所示： 圖5-35 拉伸凸臺 3、運用拉伸、切除指令，完成建模，如圖5-36所示： 圖5-36 2080鋁型材 5.1.10 輸送皮帶的三維建模形成 1、首先以前視基準面為草圖繪制平面繪制如圖5-37所示的圖形 圖5-37草圖繪制 2、運用拉伸凸臺指令，指定拉伸長度為305mm，如圖5-38所示： 圖5-38拉伸凸臺 3、完成建模，如圖5-39所示： 圖5-39 輸送皮帶 5.1.11 toolbox的運用 另外，SolidWorks里toolbox里包含了各種傳動件，螺栓，螺母，螺釘，軸承等數(shù)據(jù)，可直接調用輸入自己參數(shù)即可。 軸承的建模，從toolbox中選擇軸承，滾動軸承如圖5-40所示 圖5-40 添加軸承 5.2 零件裝配 零件設計好了，可以將其在組建模式下通過一定的方式組合在一起，從而造成一個組件或完整產(chǎn)品模型。 零件裝配需要在專門的組件設計模式下進行。在Solidworks2014 中，可以按照以下步驟來創(chuàng)建一個組件設計文件： 單擊新建按鈕，打開“新建”對話框。 在“類型”選項組中選擇“組件”單選按鈕，在“子類型”選項組中尋則“設計”單選按鈕，在“名稱”文本框中輸入組件名稱，清除“使用缺省模板”復選框，然后單擊“確定”按鈕。 彈出“新建文件選項”對話框。從“模板”選項組的列表框中選擇“mmns _SLDASM_design”，單擊“確定”按鈕。 在組件設計中（裝配設計），主要有兩種主流設計思路，即自底向上設計和自頂而下設計。通俗一點而言，前者是將已設計好的零部件按照一定的裝配方式添加到裝配體中；而后者則是從頂層的產(chǎn)品結構著手，由頂層的產(chǎn)品結構傳遞設計規(guī)范到所有相關子系統(tǒng)，從而有利于高效地對整個設計流程項目進行協(xié)作管理。 在組件設計模式下，系統(tǒng)允許采用多種方法將元件添加到組件，包括使用放置定義集（簡稱約束集）和使用元件界面自動放置等。通常元件放置根據(jù)放置定義集而定，這些集合決定了元件與組件的相關方式及位置，這些集既可以是由用戶定義的，也可以是預定義的。用戶定義的約束集含有0個或多個約束；預定義約束集（也叫連接）具有預定義數(shù)目的約束。 約束放置是較為常用的裝配方式。在 Solidworks2014元件放置操控板的約束列表框中，提供了多種放置約束的類型選項，包括缺省、固定、曲面上的邊、曲面上的點、直線上的點、相切、坐標系、插入、匹配、對其、和自動。 在使用約束放置選項時，需要注意約束放置的一般原則及注意事項。例如，“匹配”約束或“對齊”約束的一組參照的類型要相同（平面對平面、旋轉對旋轉、點對點、軸對軸）；一次只能添加一個也是，譬如不能使用一個單一的“匹配”約束選項將一個零件上的兩個不同的平面與另一個零件上的兩個不同的平面配對，二必須定義兩個單獨的“匹配”約束；元件的裝配需要定義放置約束集，放置約束集由若干個放置約束構成，用來組合定義元件的放置和方向。 裝配通過一個中心線重合，面重合或給定距離來配合圓弧曲面的零件。首先進行部裝，在得到快遞倉儲設備的裝配圖，總裝配圖見下圖5-41所示： 圖5-41 快遞倉儲設備三維裝配體 5.3 三維向二維的轉換 SolidWorks作為一套功能強大的計算機輔助繪圖和設計軟件，可以建立零件的三維實體圖，三維裝配體圖及二維工程圖，且大多數(shù)生產(chǎn)一線的工程技術人員對二維繪圖軟件，如autocad，caxa電子圖版，等更加熟悉，而且二維軟件在繪制，尤其是標注裝配體，零件圖時，具有獨特的優(yōu)勢。所以，充分利用SolidWorks和二維圖之間的轉換，把SolidWorks自動生成的工程視圖與二維軟件的標注結合起來，達到“以二維之長補三維之短”的目的。一下是三維建模生成二維工程圖的詳細過程。 在SolidWorks中生成二維工程圖。在SolidWorks中的新建模板中，新建一個工程圖模板，打開工程圖工具條，在工程圖工具條中點擊“新建”按鈕，并在作圖區(qū)域中單擊右鍵，“從文件中選擇”，確認要生成工程圖的三維模型，并選擇要形成工程圖的視圖方向；在繪制區(qū)域內(nèi)單擊左鍵，以確定圖形位置，單擊“確定，完成工程圖的繪制，并將其保存為“dwg/dxf”格式的文件。如圖5-42所示 圖5-42新建工程 選用標準圖紙，或自定義圖紙大小，如圖5-43所示 圖5-43選擇圖紙 打開需要生成工程圖的零件，并將其拖入此工程圖。左鍵確定位置，繼續(xù)移動鼠標，會顯示鼠標移動方向的視圖。從而確定所需工程圖，如圖5-44所示。 圖5-44工程圖創(chuàng)建 5.4 倉儲貨架平板有限元分析結果 第三章已經(jīng)完全介紹了從動軸套有限元分析的步驟和方法，采用同樣的道理得到倉儲貨架面板有限元分析結果如下： 圖5-45 安全系數(shù) 圖5-46 位移分布圖 圖5-57 應變分布圖 圖5-48應力分布圖 第五章 結論 此次畢業(yè)設計是我們從大學畢業(yè)生走向未來工程師重要的一個轉折點。從最初的選題，開題到計算、繪圖直到完成設計。其間，查找資料、老師指導、與同學交流、找相關人士咨詢、反復修改圖紙，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和知識的運用。 通過這次設計，我了解了的快遞倉儲設備的的用途及工作原理，熟悉了產(chǎn)品的設計步驟，鍛煉了工程設計實踐能力，培養(yǎng)了自己的獨立設計能力。此次畢業(yè)設計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。 畢業(yè)設計收獲很多，比如學會了查找相關資料相關標準，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗公式的獲得，是不懈努力的結果。同時，仍有很多課題需要在以后的工作中去努力去完善。但是畢業(yè)設計也暴露出自己專業(yè)基礎的很多不足之處。比如缺乏綜合應用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。這次實踐是對自己大學四年所學的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學之路還很長，以后更應該在工作中不斷努力學習，努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人，為中國機械行業(yè)添上自己的微薄之力。 參考文獻 [1]. 梁燕飛，譚偉明.自動機械與自動生產(chǎn)線.北京:高等教育出版社，2008. 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