大跨度三軸空間定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大跨度三軸空間定位系統(tǒng)設(shè)計(jì),跨度,空間,定位,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 學(xué)生姓名： 學(xué)　　院：　　　　　　 機(jī)電工程學(xué)院　　　　　　　　　 　　 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì)(論文)題目： 大跨度三軸空間定位系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 　年 3　月 8　日  1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 1500字左右的文獻(xiàn)綜述（包括研究進(jìn)展，選題依據(jù)、目的、意義） 文 獻(xiàn) 綜 述 一、研究進(jìn)展： 本設(shè)計(jì)課題類似于目前廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的運(yùn)料天車即橋式起重機(jī)，但本設(shè)計(jì)有空間跨度大，精確強(qiáng)的特點(diǎn)，可適用于工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)輸線，直接參與全自動(dòng)化運(yùn)輸線。 目前，通過(guò)多途徑查閱資料我了解到，上個(gè)世紀(jì)中葉，類似系統(tǒng)的雛形便已出現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用中，但是由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)還不夠成熟，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、體積大、成本高等缺陷，幾乎無(wú)數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負(fù)責(zé)操作。到20世紀(jì)80年代，在計(jì)算機(jī)的價(jià)格下降等的催動(dòng)下，通過(guò)機(jī)器人技術(shù)，自動(dòng)化系統(tǒng)已初步實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)階段，由于控制技術(shù)的向高性能?高速度、大容量發(fā)展[2]，類似于本設(shè)計(jì)的運(yùn)料系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制。大型控制系統(tǒng)大多采用多CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。將這種系統(tǒng)運(yùn)用到運(yùn)料系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)小車的全自動(dòng)控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。并且自動(dòng)控制系統(tǒng)具有連線簡(jiǎn)單控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)[6]。 橋式起重機(jī)是橋架在高架軌道上運(yùn)行的一種橋架型起重機(jī)，又稱天車。 普通橋式起重機(jī)一般由起重小車、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。起重小車又由起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車架三部分組成。起升機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒和滑輪組。電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器，帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。小車架是支托和安裝起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等部件的機(jī)架，通常為焊接結(jié)構(gòu)[1]。 起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般只用四個(gè)主動(dòng)和從動(dòng)車輪，如果起重量很大，常用增加車輪的辦法來(lái)降低輪壓。當(dāng)車輪超過(guò)四個(gè)時(shí)，必須采用鉸接均衡車架裝置，使起重機(jī)的載荷均勻地分布在各車輪上。 橋架的金屬結(jié)構(gòu)由主粱和端粱組成，分為單主粱橋架和雙粱橋架兩類。單主粱橋架由單根主粱和位于跨度兩邊的端粱組成，雙粱橋架由兩根主粱和端粱組成。 主粱與端粱剛性連接，端粱兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運(yùn)行。主粱上焊有軌道，供起重小車運(yùn)行。橋架主粱的結(jié)構(gòu)類型較多比較典型的有箱形結(jié)構(gòu)、四桁架結(jié)構(gòu)和空腹桁架結(jié)構(gòu)[11]。 箱形結(jié)構(gòu)又可分為正軌箱形雙粱、偏軌箱形雙粱、偏軌箱形單主粱等幾種。正軌箱形雙粱是廣泛采用的一種基本形式，主粱由上、下翼緣板和兩側(cè)的垂直腹板組成，小車鋼軌布置在上翼緣板的中心線上，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，適于成批生產(chǎn)，但自重較大。 四桁架式結(jié)構(gòu)由西片平面桁架組合成封閉型空問(wèn)結(jié)構(gòu)，在上水平桁架表面一般鋪有走臺(tái)板，自重輕，剛度大，但與其他結(jié)構(gòu)相比，外形尺寸大，制造較復(fù)雜，疲勞強(qiáng)度較低，已較少生產(chǎn)。 空腹桁架結(jié)構(gòu)類似偏軌箱形主粱，由四片鋼板組成一封閉結(jié)構(gòu)，除主腹板為實(shí)腹工字形粱外，其余三片鋼板上按照設(shè)計(jì)要求切割成許多窗口，形成一個(gè)無(wú)斜桿的空腹桁架，在上、下水平桁架表面鋪有走臺(tái)板，起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)及電氣設(shè)備裝在橋架內(nèi)部，自重較輕，整體剛度大，這在中國(guó)是較為廣泛采用的一種型式[4]。 普通橋式起重機(jī)主要采用電力驅(qū)動(dòng)，一般是在司機(jī)室內(nèi)操縱，也有遠(yuǎn)距離控制的。起重量可達(dá)五百噸，跨度可達(dá)60米[10]。 簡(jiǎn)易梁橋式起重機(jī)又稱粱式起重機(jī)，其結(jié)構(gòu)組成與普通橋式起重機(jī)類似，起重量、跨度和工作速度均較小。橋架主粱是由工字鋼或其他型鋼和板鋼組成的簡(jiǎn)單截面粱，用手拉葫蘆或電動(dòng)葫蘆配上小車一般在工字粱的下翼緣上運(yùn)行。橋架可以沿高架上的軌道運(yùn)行，也可沿懸吊在高架下面的軌道運(yùn)行，這種起重機(jī)稱為懸掛粱式起重機(jī)?！?2】 冶金專用橋式起重機(jī)在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中可參與特定的工藝操作，其基本結(jié)構(gòu)與普通橋式起重機(jī)相似，但在起重小車上還裝有特殊的工作機(jī)構(gòu)或裝置。這種起重機(jī)的工作特點(diǎn)是使用頻繁、條件惡劣，工作級(jí)別較高。主要有五種類型。 鑄造起重機(jī)：供吊運(yùn)鐵水注入混鐵爐、煉鋼爐和吊運(yùn)鋼水注入連續(xù)鑄錠設(shè)備或鋼錠模等用。主小車吊運(yùn)盛桶，副小車進(jìn)行翻轉(zhuǎn)盛桶等輔助工作，為了擴(kuò)大副鉤的使用范圍和更好地為煉鋼工藝服務(wù)，主、副鉤分別布置在各自有獨(dú)立小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的主、副小車上，并分別沿各自的軌道運(yùn)行。常用的結(jié)構(gòu)形式有四梁四軌式和四梁夾鉗起重機(jī)：利用夾鉗將高溫鋼錠垂直地吊運(yùn)到深坑均熱爐中，或把它取出放到運(yùn)錠車上。 脫錠起重機(jī)：用以把鋼錠從鋼錠模中強(qiáng)制脫出。小車上有專門的脫錠裝置，脫錠方式根據(jù)錠模的形狀而定：有的脫錠起重機(jī)用項(xiàng)桿壓住鋼錠，用大鉗提起錠模；有的用大鉗壓住錠模，用小鉗提起鋼錠。 加料起重機(jī)：用以將爐料加到平爐中。主小車的立柱下端裝有挑桿，用以挑動(dòng)料箱并將它送入爐內(nèi)。主柱可繞垂直軸回轉(zhuǎn)，挑桿可上下擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)。副小車用于修爐等輔助作業(yè)。 鍛造起重機(jī)：用以與水壓機(jī)配合鍛造大型工件。主小車吊鉤上懸掛特殊翻料器，用以支持和翻轉(zhuǎn)工件；副小車用來(lái)抬起工件[13]。 二、選題依據(jù)、目的與意義： 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人民物質(zhì)文化生活水平日益提高，隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展,控制器的需求量逐年增大。為了改變落后的生產(chǎn)狀態(tài),緩解日趨緊張的供求關(guān)系,實(shí)現(xiàn)我國(guó)制造業(yè)更高程度的自動(dòng)化，解放生產(chǎn)力，我們需要研究一套大跨度三軸空間定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 改革開放以來(lái)，我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)取得了舉世矚目的偉大同時(shí)，必須清醒地看到，我國(guó)正處于并將長(zhǎng)期處于社會(huì)主義初級(jí)階段。全面建設(shè)小康社會(huì)，既面臨難得的歷史機(jī)遇，又面臨一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)過(guò)度依賴能源資源消耗，環(huán)境污染嚴(yán)重；經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后；自主創(chuàng)新能力較弱，企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益有待提高。在擴(kuò)大勞動(dòng)就業(yè)、理順?lè)峙潢P(guān)系、提供健康保障和確保國(guó)家安全等方面，有諸多困難和問(wèn)題亟待解。緊密依靠科技進(jìn)步和創(chuàng)新，帶動(dòng)生產(chǎn)力質(zhì)的飛躍，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，是解決這些問(wèn)題的重要途徑[9]。 我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總體目標(biāo)是：自主創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，科技促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國(guó)家安全的能力顯著增強(qiáng)，為全面建設(shè)小康社會(huì)提供強(qiáng)有力的支撐；基礎(chǔ)科學(xué)和前沿技術(shù)研究綜合實(shí)力顯著增強(qiáng)，取得一批在世界具有重大影響的科學(xué)技術(shù)成果，進(jìn)入創(chuàng)新型國(guó)家行列，為在本世紀(jì)中葉成為世界科技強(qiáng)國(guó)奠定基礎(chǔ)，形成比較完善的中國(guó)特色國(guó)家創(chuàng)新體系[12]。企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和深化，使得生產(chǎn)中的輸送成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。而這一套大跨度三軸空間定位系統(tǒng)將大大有益于整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)流通的需求。 三、主要參考文獻(xiàn)： 1) 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994.4 2) 顧戰(zhàn)松主編.可編程控制器原理與應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001.5 3) 坂本正文.《步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)》[M].北京：科學(xué)出版社， 2010.05? 4) 高為民、鐘麗萍主編. 《機(jī)械工程材料》[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2011.7 5) 鄧星鐘等編著. 《機(jī)電傳動(dòng)控制》（第四版）.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007.7 6) 史國(guó)生編著 電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2004.1 7) 謝劍英.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[J].電機(jī)與電器.2006.8(7):1-2 8) 鄭瑜平.可編過(guò)程控制器[M]北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1999.2 9) 李學(xué)芳.電機(jī)與電器的控制[J]電機(jī)與電器.2005.6(7):2-5 10) 中建民．橋式起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的 CAD[M]．山西機(jī)械，1995 11) 陳瑋璋. 起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)[M]. 人民交通出版社.1986 12) 顧迪民．工程起重機(jī)[M]．中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1988. 13) 趙海燕．淺析天車的分類與檢修．河北邯鄲．文章編號(hào)：1008—925X(2011)06-0110-01 14) 鄭祖斌主編．通用機(jī)械設(shè)備[M] ．北京。機(jī)械工業(yè)出版社，2004.1 15) 于英主編．物流技術(shù)設(shè)備[M] ．北京。北京大學(xué)出版社，2010.4 16) 田齊主編．倉(cāng)儲(chǔ)物流機(jī)械與設(shè)備[M] ．北京。機(jī)械工業(yè)出版社，2008.1 17) 劉遠(yuǎn)偉，何愛民主編．物流機(jī)械[M] ．北京。機(jī)械工業(yè)出版社，2006.5 18) 孔令中主編．現(xiàn)代物流設(shè)備設(shè)計(jì)與選用[M] ．北京。化學(xué)工業(yè)出版社，2005.10 19) 黃大巍，李風(fēng)，毛杰文等編著．現(xiàn)代其中運(yùn)輸機(jī)械[M] ．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.3 20) 常紅，孟初陽(yáng)主編．運(yùn)輸機(jī)械[M] ．北京：人民交通出版社，2003.2 21) 魏國(guó)先，葉國(guó)平．基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的LDA起重機(jī)主梁設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009，（5） 22) 陳飛宇，魏國(guó)先，夏緒輝．單梁橋式起重機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012，（9） 23) 潘新祿．淺析橋式起重機(jī)的載荷受力[J]．大眾科技，2011，（12） 24) 曹洪．單梁起重機(jī)主梁下?lián)蠁?wèn)題的分析及思考[J]．上海鐵道科技，2013，（2） 25) 包素欽．移動(dòng)小車輪壓對(duì)橋式起重機(jī)主梁的彎矩影響[J]．廣西輕工業(yè)，2011,27（12） 26) 李芳，周剛．橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)變形的原因分析及處理[J]．科技風(fēng)，2010（4） 27) 蒙占彬，曹宇光，張士華．自升式平臺(tái)齒輪齒條升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013（11） 28) 張興權(quán)，何廣德，鄭如，張?。X輪齒條的接觸應(yīng)力研究[J]．機(jī)械傳動(dòng)，2011,36（7） 29) 李連敏．齒輪——齒條副提升機(jī)構(gòu)[J]．機(jī)械制造，1996，（2） 30) 王成軍．一種齒輪齒條自鎖機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J]．煤礦機(jī)械，2002，（11） 31) 于力．齒輪齒條傳動(dòng)解決方案[J]．現(xiàn)代制造，2008，（10） 2．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）： 本課題的主要內(nèi)容是在一個(gè)空間為15m（長(zhǎng)）×10m（寬）×8m（高）的房間內(nèi)部，設(shè)計(jì)制造一套具有三維自由度的精密測(cè)量控制軌道系統(tǒng)。定義15m方向?yàn)閅軸，10m方向?yàn)閄軸，8m方向?yàn)閆軸，在Z軸上配備載荷小車一個(gè)。 本設(shè)計(jì)，主要可分為起升運(yùn)動(dòng)載物小車部分、橫向運(yùn)動(dòng)的小車部分及縱向運(yùn)動(dòng)的大車部分。 設(shè)計(jì)由載物小車部分開始，依照課題要求設(shè)計(jì)出符合要求的運(yùn)行機(jī)構(gòu)并選擇合適的電動(dòng)機(jī)、減速箱、制動(dòng)器等。其中電機(jī)的選擇主要依照起升功率來(lái)確定，減速器的選擇主要依靠電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和小車的實(shí)際轉(zhuǎn)速來(lái)確定，制動(dòng)器的選擇主要依靠電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和制動(dòng)時(shí)間的要求來(lái)確定，各軸的設(shè)計(jì)主要依照轉(zhuǎn)矩和應(yīng)力分布來(lái)設(shè)計(jì)，軸承和聯(lián)軸器的選擇主要依靠軸的設(shè)計(jì)尺寸和轉(zhuǎn)矩、應(yīng)力的分布來(lái)確定。 齒輪齒條的設(shè)計(jì)，首先根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作情況，選擇合適的齒輪和齒條材料，其次根據(jù)保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行齒輪齒條的設(shè)計(jì)。 小車部分的設(shè)計(jì)，同樣地結(jié)合設(shè)計(jì)要求和載物小車部分的設(shè)計(jì)，依照上述類似方法設(shè)計(jì)出符合要求的運(yùn)行機(jī)構(gòu)并選擇合適的電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器等，其中，車輪和軌道的設(shè)計(jì)主要依靠實(shí)際載荷情況、運(yùn)行速度的要求、不打滑條件等來(lái)確定。然后根據(jù)相同的方法可得出大車部分的設(shè)計(jì)。 小車、大車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 然后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及前述設(shè)計(jì)進(jìn)行端梁、支撐梁、橋架、支撐板等結(jié)構(gòu)的計(jì)算設(shè)計(jì)，該部分設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，主要依靠正截面抗彎，斜截面抗彎和抗剪來(lái)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，處理好該部分彎曲后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償是重點(diǎn)。 最后，根據(jù)前述所有設(shè)計(jì)，繪制零件圖、裝配圖并編寫符合要求的說(shuō)明書，最終完成本課題的所有設(shè)計(jì)。 進(jìn)度安排： 2013年12月30日前 熟悉課題、調(diào)研、搜集資料、擬定方案； 2014年3月10日前 完成開題報(bào)告、繪制功能原理圖、完成外文翻譯； 2014年4月15日前 確定總體設(shè)計(jì)方案、機(jī)械系統(tǒng)、零部件設(shè)計(jì)；整理圖紙，編寫論文，提交設(shè)計(jì)圖紙和論文的初稿； 2014年4月30日前 根據(jù)知道老師意見修改畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)圖紙和論文的正式稿 2014年5月31日前 答辯。 指導(dǎo)教師意見： 1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)： 2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日