雙立柱堆垛機設計【三維SW模型】【全套含12張CAD圖紙】,三維SW模型,全套含12張CAD圖紙,立柱,堆垛,設計,三維,SW,模型,全套,12,CAD,圖紙 編號： 　畢業(yè)設計開題報告 題 目： 堆垛機 院 （系）： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學生姓名： 學 號： 指導教師單位： 機電工程學院 姓 名： 職 稱： 題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術研究 ¨軟件開發(fā) 2016年3月1日 1．畢業(yè)設計的主要內容、重點和難點等 一、本次設計是對雙立柱堆垛機進行設計，具體內容如下： 1、查閱相關資料，了解雙立柱堆垛機工作原理； 2、進行方案選擇論證，優(yōu)選出最佳方案； 3、進行雙立柱堆垛機機架結構設計計算，選用合適的上橫梁、下橫梁和立柱；設計計算行走裝置，并選擇合適的動力匹配；設計計算起升卷揚機構；設計計算載貨臺，貨叉取貨裝置；設計安全裝置，驅動設備；對所設計結構進行校核； 4、繪制裝配圖、零件圖，編制設計計算說明書； 5、了解相關的國家標準的應用。 二、本次設計重點內容、實現(xiàn)途徑 1、堆垛機的結構：先查找堆垛機的相關資料,對堆垛機的結構要有一定的認識。堆垛機基本結構主要由機架、行走機構、升降機構、載貨臺、機械手（貨叉）等裝置組成。分析其優(yōu)缺點，選擇合適的研究對象。 2、堆垛機導向方式的選擇：先查找堆垛機的導向相關資料，找出目前堆垛機導向的主要方式，再查閱相關資料,對導向的原理和優(yōu)缺點進行分析，選擇合適的導向方式。 2．準備情況（查閱過的文獻資料及調研情況、現(xiàn)有設備、實驗條件等） 一、主要參考文獻 [1] 任仲貴. CAD/CAM原理[M]. 北京：清華大學出版社，1991.9. [2] 吳宗澤. 機械設計實用手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002. [3] 朱學敏. 起重機械[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003. [4] 郭環(huán)、禹永偉. 自動化立體倉庫中堆垛機的設計[N]. 遼寧：遼寧國能集團鐵嶺精工機械有限公司，2002.3. [5] 王新榮, 陳永波.有限元法基礎及ANSYS應用[M]. 北京：科學出版社，2008. [6] 吳宗澤. 機械零件設計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004. [7] 楊明忠. 機械設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2001. [8] 王明強. 計算機輔助設計技術[M]. 北京：科學出版社，2002. [9] 劉昌祺.董良.自動化立體倉庫設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004. [10]? 喬玉晶.立體倉庫巷道堆垛機控制系統(tǒng)設計[J].自動化技術與應用.2004(11). [11] Mischke,Charles R., Shigley,Joseph Edward. Mechanical engineering design[M]. Boston,Mass:McGraw Hill,2001. 二、調研情況 近年來，由有軌巷道式堆垛機組成的自動化立體倉庫的應用越來越普及，對堆垛機的安全性和運行效率也提出了越來越高的要求。堆垛機定位系統(tǒng)中的認址技術作為控制技術中的關鍵技術，也自然成為業(yè)內人士關注的焦點。根據(jù)物流設備發(fā)展趨勢，針對近幾年用戶的反映，結合國內外技術現(xiàn)狀及發(fā)展情況等有關情報資料分析，找出我們存在的主要差距主要體現(xiàn)在運行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性及認址精度。因此，本課題的研究是極其有必要。 三、現(xiàn)有設備及實驗條件 計算機一臺，CAD設計軟件（CATIA） 3、實施方案、進度實施計劃及預期提交的畢業(yè)設計資料 一、實施方案計劃： 1、先理解并明確自己畢設課題及要求。 2、查找相關資料對堆垛機進行觀察并注意每一細節(jié)，研究各部分的功能作用。 3、根據(jù)堆垛機設計的要求，進行結構的選擇及計算。 4、通過老師的指導和自己所學并向別人討教學習及查閱各種文獻資料、手冊、圖表分析比較做出最可行的結構設計。 5、進行修改，并最后定稿，并且完成計算機繪制圖和外文翻譯。 6、核查相應的圖紙設計、畢業(yè)設計論文格式，完成畢業(yè)設計，提交論文。 二、進度實施計劃： 第一周：了解課題，收集資料和參考文獻。 第二周：整理資料，完成文獻綜述。 第三第四周：初步確定設計方案。 第五第六周：按結構分解堆垛機，計算各結構設計參數(shù)。 第七第八周：通過參數(shù)確定電機、軸承等標準件參數(shù)。 第九周：校核各機構參數(shù)，檢測方案。 第十第十一周：繪制堆垛機總裝配圖及零件圖。 第十二第十三周：編寫畢業(yè)設計說明書。 第十四周：檢查說明書是否存在問題。 第十五第十六周：準備畢設答辯。 三、預期提交的畢業(yè)設計資料： 1、二萬字左右的畢業(yè)設計說明書（論文）；在畢業(yè)設計說明書（論文）中包括詳細的300-500個單詞的英文摘要； 2、不少于四萬字符的指定英文資料翻譯（附英文原文）； 3、堆垛機總裝配圖和主要零部件圖，繪圖工作量折合A0圖紙3張以上，其中必須包含兩張A3以上的計算機繪圖圖紙。 指導教師意見 指導教師（簽字）： 2016年 月　　日 開題小組意見 開題小組組長（簽字）： 2016年 月　日 院（系、部）意見 主管院長（系、部主任）簽字： 2016年 月 日 - 3 - 編號： 畢業(yè)設計說明書 題 目： 堆垛機設計 學 院： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學生姓名： 學 號： 指導教師： 職 稱： 題目類型： ¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術研究 ¨軟件開發(fā) 2016年 6 月 3 日 摘 要 本次設計主要設計的是雙立柱堆垛機。雙立柱堆垛機是現(xiàn)代自動化立體倉庫中最為重要的組成部分之一，對現(xiàn)代物流有著重要影響，主要功能是可以在倉庫中自動行走存取貨物。并且本次主要研究的是它的機構方面，并著重設計堆垛機的行走機構、升降機構、貨叉機構還有框架等的工作原理及其機構設計，尺寸的確定、方案的選擇和各機構零件的設計與選擇。 行走機構主要是先從電動機的計算設計選擇入手，通過電機的計算選擇然后確定皮帶輪的型號及皮帶的型號進而確定行走輪和軸。升降機構也是先從電機的計算選擇入手，通過對卷筒、減速器、鋼絲繩和滑輪等的設計得到的。貨叉機構對其方案的比較選擇，選出三級直線差動機構保證穩(wěn)定伸縮，再對貨叉中的零件進行校核設計選擇及對零件的布置來設計的?？蚣芙Y構主要是保證每一個機構都能合理的安裝在框架之上，是堆垛機的整體構架，根據(jù)堆垛機框架的幾點設計準則來確定框架上橫梁、立柱和上橫梁的具體尺寸，上橫梁和下橫梁主要為中空結構保證整個堆垛機機構重量適當，便于安裝移動本次設計將其設計為一個長方形框架，具有穩(wěn)定安全等特點。由于堆垛機之六米高的重型機構就要保證意外避免發(fā)生和意外發(fā)生后的緊急保護，所以就要對堆垛機的安全裝置進行選擇設計與安裝保證整個機構、人身和倉庫財產(chǎn)的安全。最后就可以設計出一個機構完善，安全可靠的雙立柱堆垛機。 關鍵詞：雙立柱；自動化倉庫；巷道；物流；堆垛起重機；設計 Abstract The design of the main design is a two-column stacker. Double-column stacker is an integral part of modern automated warehouse is the most important, modern logistics has a significant impact, the main function is automatically walking access to the goods in the warehouse. And this is the main aspect of its organization, and focus on the design of running gear stacker, elevating mechanism, fork institutional framework as well as the principle and mechanism design, determine the size, select programs and agencies parts design and selection. The main running gear is to start calculating motor design choices start by calculating the motor pulley and then determine the choice of the model and the model and to determine the walking belt wheel and axle. Lifting mechanism is calculated starting with the choice of starting the motor, through the roll, reducer, ropes and pulleys designed to get. Fork mechanism of its program of comparative selection elect three linear differential mechanism to ensure stable stretch, and then the forks of the parts to be checked design choice and arrangement of parts to design. The main framework is to ensure that each agency can reasonably mounted on the frame, the overall framework stacker, according to several design criteria stacker frame to determine the specific dimensions of the frame beams, columns and beams on, on the beam and the main beam to ensure that the entire lower body weight appropriate stacker, easy to install mobile this design will be designed as a rectangular frame, a stable security features as a hollow structure. For the six-meter-high heavy stacker mechanism is necessary to ensure the protection of emergency to avoid an accident and after the accident, so it is necessary for the security apparatus stacker selection design and installation throughout the organization to ensure the safety, physical and warehouse property . Finally, we can design a perfect mechanism, safe and reliable two-column stacker. Keyword: Double Pillar; Automated Three-dimensional Storehouse; Alley; Logistics; Stacking Crane; Design 目 錄 引言 1 1 總體運動方案的設計與結構分析 2 1.1 雙立柱堆垛機總體的方案選擇 2 1.2 主要裝置 4 1.2.1底架 4 1.2.2立柱 4 1.2.3升降載貨臺 4 1.2.4行走機構 4 1.2.5升降機構 4 1.2.6貨叉驅動機構 4 2 雙立柱堆垛機升降裝置設計 4 2.1 電機的選擇與計算 4 2.1.1電動機類型的選擇 5 2.1.2選擇電動機的容量 5 2.2 鋼絲繩與滑輪的設計 6 2.3 起重機卷筒的設計 7 2.4 蝸輪蝸桿減速器選取 8 3 堆垛機貨叉的設計與計算 8 3.1 鏈傳動伸縮貨叉的總體設計方案 8 3.1.1鏈傳動的伸縮貨叉的工作原理 8 3.1.2中叉的傳動方案設計 9 3.1.3上叉的傳動方案設計 10 3.1.4中叉連結板設計 10 3.2 電機和減速器的選擇與傳動機構的計算 11 3.2.1電機和減速器的選擇 11 3.2.2主動鏈輪的設計與計算 11 3.2.3 下叉循環(huán)鏈中鏈條末端在中叉兩點的確定 13 3.2.4 中叉鏈輪設計與計算 13 3.3 鏈輪軸的設計計算 15 3.3.1鏈輪軸設計與計算 15 3.3.2滾輪軸的設計計算 17 3.3.3 鏈輪軸承的選擇 19 3.4 伸縮貨叉的擾度和強度 20 3.4.1下叉的受力分析 20 3.4.2 中叉的受力分析 21 3.4.3 前叉的設計分析 23 3.5 貨叉各參數(shù)的選擇 24 4 堆垛機的行走機構設計與計算 24 4.1 行走輪的設計計算 24 4.2 行走機構的電機選擇 25 4.3 V帶輪和V帶設計計算和選擇 26 4.4 行走機構減速器的選取 28 4.5 行走機構的聯(lián)軸器選取 28 5 雙立柱堆垛機機體的支架設計 29 5.1 機架設計計算準則與要求 29 5.1.1機架設計的準則 29 5.1.2機架設計的一般要求 29 5.2 機架的設計步驟 30 5.3 其他裝置設計和選擇 31 6 結論 33 謝 辭 34 參考文獻 35 第 36頁 共35頁 引言 隨著如今世界經(jīng)濟的高速發(fā)展和科學技術的日新月異以及全球化的趨勢的加強，全世界都面臨著從未有過的挑戰(zhàn)與機遇。在這種情況之下，在工業(yè)化進程中現(xiàn)代物流作為最經(jīng)濟合理的服務模式與管理技術被越來越多的公司企業(yè)所重視。其系統(tǒng)的改進和合理性對提高企業(yè)生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化資源配置有著至關重要的作用。而堆垛起重機則是代表著立體倉庫的標志，是自動化倉庫中的重要運輸和起重的設備。本設計從堆垛機的特點與運用入手，重點對堆垛機結構的設計進行初步的設計與研究。 （1）巷道堆垛機的發(fā)展現(xiàn)狀、優(yōu)勢與發(fā)展趨勢 如今計算機信息技術的飛快發(fā)展，現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大與競爭的加劇，社會市場對企業(yè)的物流的要求不斷更新，而自動化倉庫則是對實現(xiàn)物流的合理化起著關鍵作用。其優(yōu)勢主要為占地和操作空間小、方便管理和實現(xiàn)自動化、自動結算貨物的種類和數(shù)量、信息庫還可以與中央計算機的系統(tǒng)連網(wǎng)運作等等很多優(yōu)點，對加快物流的速度、降低生產(chǎn)的成本和提高勞動生產(chǎn)率都有著重要的意義，所以自動化倉庫開始受到了越老越多的重視并運用與許多行業(yè)。倉庫最早是二戰(zhàn)時被美國運用與軍事物品的存儲。在那時這種簡單設備就已經(jīng)有便于物品的存放和管理還有占地空間小等很多有點。到五六十年代國內的大部分廠家也開始應用倉庫來存放物品，到八十年代倉庫已發(fā)展成自動化立體倉庫且得到了很廣泛的應用。伴隨著倉庫的不斷的發(fā)展，從最開始的人力搬運到機械搬運。產(chǎn)品的搬運設備最開始由引導車牽引裝有起重機的車廂，并由起重機完成物品的存取和運輸。較于之前的方法已具有了降低勞動成本和生產(chǎn)率等優(yōu)點，可其行走的空間過大，倉庫的利用率受到了限制。為了彌補這種缺點，巷道堆垛機也就出現(xiàn)了，它是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而出現(xiàn)的專用起重機構，通常簡稱為堆垛機。堆垛機為倉庫之中最為重要的搬運、起重和運輸與堆垛部分，是立體倉庫的標志。其出入貨的效率對立體倉庫有重要的影響，是立體倉庫是否達到設計的要求和體現(xiàn)優(yōu)點關鍵內容之一。 安現(xiàn)行機械界行業(yè)的標準，堆垛機按照用途、支撐方式、結構、運行軌跡、控制方式這幾種方式來進行分類，不管是任何一種歸類它的主要的組成一般都是由其水平行走機構與載貨臺及貨叉、起升機構、電氣設備與機架這幾個部分來構成的。堆垛機分類有很多種，分類形式主要有： 1、按照它的導軌。根據(jù)其有軌和無軌可以把堆垛機分為有軌堆垛機還有無軌堆垛機。有軌的堆垛機一定要隨巷道中的軌道上前進與后退;一般無軌的堆垛機人們又把它叫做高架的叉車。對比之下，有軌堆垛機對寬度的要求小利用率高，作業(yè)高度高。 2、按照高度的不同，可分低層型、中層型、高層型。底層型一般起重高度在5米以下，中層型一般在五到十五米之間，高層型的起升高度則是十五米以上。 3、按驅動方式可分為上部驅動、下部驅動和上下結合的驅動方式。 4、還可以按照堆垛機的用途方式的不同把堆垛機分為橋式堆垛機還有巷道堆垛機。 巷道堆垛機的運行方式是沿著倉庫巷道內運行，可以讓工作的高度達到很高的一個地方；又使用貨叉得伸縮原理使得貨叉可以前后的伸縮，讓倉庫利用率成三倍的提高；巷道堆垛機適用各種高度的倉庫作業(yè)，此外，巷道堆垛機還要具有較高運行速度和效率、較高的電氣傳動要求和制動平衡、準確的停車、還要有安全裝置等特點。 （2）雙立柱巷道堆垛機的分類 一般的巷道堆垛機可以按照它的機構的不同來進行分類，可以將其分為雙立柱和單立柱的堆垛機。 在單立柱型的堆垛機中它的機架大多都是一根立柱與上橫梁和下橫梁這幾個部分組成而成的框架。立柱大多都是用大的H型鋼或者焊接制造，立柱上加導軌。使得質量變輕，消耗材料也隨之減少，一般來說它的制造的成本相比之下會較低，可是結構的剛度則會比雙立柱的剛度差。因為載物臺和貨物對立柱具有偏心的作用，在行走和制動的時候會產(chǎn)生水平慣性力作用，讓單立柱的堆垛機在應用上具有很大的局限。不能夠起重量大、水平運行速度比較高的堆垛機，一般都是用于重量12t以下和高度16m以下倉庫。單立柱的堆垛機它的上升和下降大多數(shù)也是由鋼絲繩來完成的，安裝在立柱上的電機可以使卷筒進行轉動，帶動鋼絲繩收和放，使鋼絲繩拉動載貨臺上下運動。它的優(yōu)點在于結構和布置都比較簡單，但是也因此導致單立柱堆垛機運行起來不平穩(wěn)和定位比較差。 雙立柱堆垛機的機架都是由兩根立柱與上橫梁、下橫梁相組成的一個方型架。它的 立柱的形式由方管或者圓管組成。方管也作為起升的導軌，但圓管則需要加上一個起升的導軌才能使載物臺上升與固定。雙立柱堆垛機的廣泛使用的最大優(yōu)點為強度與剛性都是較為可靠的，且其穩(wěn)定性也較高。相對于一些起升的高度很高、起重量較大和水平速度快的立體倉庫堆垛機，一般使用雙立柱。雙立柱的上升與下降裝置與單立柱的大致相同，但其是由兩根鋼絲繩兩邊拉動，相對比較穩(wěn)定。因鏈條的傳動一般都采用封閉鏈或者配重裝置，雖然因為空間尺寸的限制，它的傳動、布置雖然一般比較的復雜，但是它可以較為準確的定位。 1 總體運動方案的設計與結構分析 1.1 雙立柱堆垛機總體的方案選擇 雙立柱與單立柱相比，雙立柱具有的強度和剛性都是比較好的，它的運行比較平穩(wěn)而且定位很準確等等優(yōu)點，廣泛的應用在自動化立體倉庫之中，由于這現(xiàn)狀，我決定本次對雙立柱堆垛機進行研究與設計。 為了讓堆垛機可以更準確快速、安全和自動的搬運貨物出入庫，就須滿足以下的設計要求： （1）需要具有三維的運動功能，可以在高窄的巷道進行升降作業(yè),能有效利用空間,可以適應高層、低層、其他層的貨位和站臺貨位存與取。貨叉的長度和伸叉的行程適應托盤的深度與貨架的寬度方向尺寸，使得單元負載以正確平穩(wěn)的地方進入貨位之中。存取貨的時候，堆垛機行走與升降運動都可以同時進行動作，而且行走和升降的速度匹配，縮短作業(yè)的時間。 （2）雙立柱堆垛機的機構設計一定要穩(wěn)定和安全，對它的結構一定要有夠大的強度和剛度，行走和上升也要求平穩(wěn)，同時也要保證一定的定位精度。 （3）具備一定的安全措施； （4）滿足可靠性前提之下，盡可能的減小堆垛機各個部分重量，便于減小提升的功率與摩擦阻力； （5）零部件按照標準要求使用優(yōu)質的材料制造，提高堆垛機性能；本次設計的堆垛機需要調整的零件不能過多，要能少就少，這樣維護和延長它的壽命就會變得簡單； （6）堆垛機上升和下降的導軌一定要平滑，減少摩擦使其運動穩(wěn)定； （7）還要保護倉庫的環(huán)境，以免貨物受到污染造成受損。根據(jù)幾點設計要求設計雙立柱堆垛機總體運動方案。 無軌堆垛機雖然在使用的過程中沒有軌道因此節(jié)約了倉庫地面，可卻存在存取時不便控制等缺點，所以我針對有軌巷道堆垛機進行研究與設計。該課題由于采用兩條軌道作為堆垛機滑軌可以保證沿伸叉向的平穩(wěn)，因此上下軌道均采用單軌道來作為滑軌，這樣即可節(jié)約占地空間又可節(jié)約制造成本。 一般堆垛機上升與下降的裝置都是使用鋼絲繩或是鏈條來進行傳動，在此為了減小堆垛機的體積選擇的是卷筒來拉動鋼絲繩傳動的；在伸縮叉結構中為保證伸縮的平穩(wěn)的精度使用鏈輪—鏈條傳動；在行走的部分為達到體積和平穩(wěn)性要求而采用皮帶輪傳動。 堆垛機結構簡圖如圖1-1、1-2所示。 圖1-1 單立柱結構圖 圖1-2 雙立柱結構圖 1.2 主要裝置 1.2.1底架 整個堆垛機都是由底架支撐的，兩邊由四個行走輪所支撐。其全部重力全受力在底架傳到四個行走輪上，以上條件就必須要求底架和行走輪一定要具有很好的強度和剛性，保證整個機構的運作。 1.2.2立柱 堆垛機的立柱截面是一個長方形，這里為是載貨臺平穩(wěn)運行就要盡量減少它的震動。同時還要在立柱上設計一個使載貨臺上升和下降的導向槽，讓載貨臺可以安全平穩(wěn)的準確上升和下降，不回左右搖擺。 1.2.3升降載貨臺 堆垛機的載貨臺是一個凹型的形狀，它的兩邊側面有四個深溝球軸承使其可以平穩(wěn)的在立柱上進行平穩(wěn)的升降運動，它的牽引是依靠兩條鋼絲繩實現(xiàn)的。 載貨臺的水平支架上有貨叉，能夠左右滑動來叉取貨架上的貨物或者將貨物放置到貨架之上，貨叉設為鏈輪-鏈條式的驅動。 1.2.4行走機構 堆垛機底上部裝有四個行走輪支來撐整機重量運動 ,讓堆垛機沿著天地軌的方向進行運動。其前進與后退是由電機來實現(xiàn)的，電機安裝在后行走輪上面通過皮帶輪來帶動輪軸轉動實現(xiàn)行走輪的轉動。選擇的電機是減速電機，它可以改變轉速是速度減慢讓堆垛機更加的平穩(wěn)安全。 1.2.5升降機構 堆垛機的升降載貨臺的上升與下降主要通過雙立柱內側的導向凹槽固定其方向來實現(xiàn)的，通過載貨臺兩邊的深溝球軸承在槽內滾動，兩根鋼絲繩拉動使其上下運動，選擇的電動機的減速是通過減速器來實現(xiàn)它的速度降低，讓整個機構更加的平穩(wěn)和可靠。該電機還需要可以讓載貨臺可以停留在立柱上。 升降部分包括有卷筒和滑輪。 1.2.6貨叉驅動機構 貨叉的驅動機構是由減速電機來驅動的一個鏈輪鏈條機構，讓貨叉可以自由的伸縮取貨。電機功率需很小，使得在接觸障礙的時候，就算電機堵轉了也不會影響堆垛機與叉體安全。 2 雙立柱堆垛機升降裝置設計 2.1 電機的選擇與計算 2.1.1電動機類型的選擇 由于異步電機機構的結構比較簡單、價格低廉、易于制造、堅固耐用、運行效率高、容易制造，因此本設計的電機選擇異步電動機。 因為這次所選的電機可以實現(xiàn)變頻調速，很容易滿足堆垛機對穩(wěn)定還有高速的要求。它的變頻調速有著啟動性能好、調速范圍也較寬、速度的變化平穩(wěn)與完善過電壓和過電流的保護功能。 由已知的條件與工作的要求本次設計選用YVF2系列的變頻可調速三相異步交流電動機。 2.1.2選擇電動機的容量 工作的電動機所需的功率Pw Pw=FwVw1000ηw (2-1) 式中：Pw-----發(fā)動機的功率（kw） F-----作用力（N） V-----運行的速度 電機輸出的功率P0為 P0=Pwηkw （2-2） 式子中的是電動機到滾筒軸的總效率。 凸緣聯(lián)軸器的效率取η聯(lián)=0.99；滾動軸承的效率取η滾=0.995；蝸桿的傳動效率取η蝸=0.82；卷筒的傳動效率取η卷=0.95 則有 η=0.99×0.9952×0.82×0.95=0.764， 因 PW=Fw.vw1000ηw=2500×9.8×15/601000×87%≈7.0 所以有 P0=PWη=70.764=9.2kw 由于要求的載荷必須平穩(wěn)，我們所選的電機功率Pw不必過大于P0，查看Y2系列的三相異步電動機技術手冊可以選到合適電機，其Pm為11KW，因此本機構所使用的電機是YVF2-180L-8。 2.2 鋼絲繩與滑輪的設計 （1）所用鋼絲繩的選擇 按照GB3811—83的計算考慮全面，計算很精確，計算的方法如下： d=cFmax （2-3） 式子中：d-----鋼絲繩的最小直徑mm； F-----鋼絲繩的最大靜拉力N； C-----選擇系數(shù)mm/N。 選擇系數(shù)c的計算如下： c=nkwπ4σb （2-4） 式子中：n-----安全系數(shù)； k-----鋼絲繩的捻制系數(shù)； w-----鋼絲繩的充滿系數(shù)。 一般來說起升機構的n值取6；選擇鋼絲繩，則有k=0.98；鋼絲繩的充滿系數(shù)為w=0.46， σb=1850MPa。 則有 c=60.98×0.46×π4×1850=0.096 鋼絲繩拉力為 Fmax=mg （2-5） 已知條件 m=3000kg,g=9.8N/kg; 因為是由左右兩根鋼絲繩同時作用的所以可求得單根鋼絲繩上受的力為 Fmax=1500×9.8 = 14700N； 由此可算得 d=cFmax= 0.096×14700 = 11.64mm 依據(jù)GB8918-88 可選取d=12mm。 所以所選的鋼絲繩為： 12NAT619S+1WR+NF1670ZS35.2723.59GB8918-88 由計算出來的結果參考滑輪和鋼絲繩之間的匹配關系表，可得d=12mm的滑輪外徑D=315mm，軸徑是D0=45mm；可選用A型滑輪； 因此所選滑輪的型號為： 滑輪A12315-45 JB/T9005.3 2.3 起重機卷筒的設計 卷筒上的螺旋槽的部分長為 L0=(HmaxπD1+Z1)P （2-6） 雙聯(lián)卷繞卷筒的長度為 LS=2L0+L1+L2+Lg （2-7） 式子中：D1-----卷筒名義的直徑,D1=hd d-----鋼絲繩的直徑 Hmax-----最大的卷起高度 a-----滑輪組的倍率 -----卷筒的計算直徑 -----固定的鋼絲繩安全圈數(shù) L1-----無繩槽卷筒的端部尺寸 L2-----固定端的尾端所需的長度，L2≈3P 已知的有：d=12mm，Hmax=800mm，查找GB/T3811-1983得h常取用6 D1=hd=12×6=192 則有 D0= D1+d=192+12=204mm 查詢機械設計手冊表8-1-60可知取D0=315mm 為繩槽槽距查找表可得卷筒槽形又得P=14mm，槽底半徑是R=6.5mm。 選取Z=2，則有 LS=2（198+60+20）+44=600mm 可知卷筒的標記是：卷筒A315×600-6.5×14-6×1左JB/T9006.2-1999 2.4蝸輪蝸桿減速器選取 由于蝸桿和電機軸是通過凸緣聯(lián)軸器相連起來的，所以蝸桿的轉速和電機軸的轉速是相等的，升降裝置中的減速器可以通過機構的傳動比來從標準中選取。 升降機構的傳動比為： （2-8） 式子中：------電動機的額定轉速； ------卷筒轉速,n=6×104V4πD=11.97 將相關的數(shù)據(jù)帶入到式（2.8）之中得：i=72011.97=60.15 查看減速器與變速器的設計與選用手冊，本次設計所使用的型號是： SCWS 250-63-IIFJB/T6387。 3 堆垛機貨叉的設計與計算 3.1 鏈傳動伸縮貨叉的總體設計方案 3.1.1鏈傳動的伸縮貨叉的工作原理 堆垛機一般所使用的貨叉大部分都由三級直線差動的機構組成，該結構貨叉都是有動力驅還有上、中、底三個叉與導向部分這幾個組成，它的底叉是固定在載貨臺的，它的中叉則是鏈輪鏈條驅動之下，可以相對于底叉的兩側伸出適當距離，而上叉又是在安裝在中叉之上增速機構的驅動之下可以相對中叉來伸出更加遠的距離，如此來實現(xiàn)向貨物的存取。 堆垛機的運動機構是一種三層的直線差動機構，其原理如圖3-1所示。它的固定貨叉一是固定于巷道的堆垛機的自動升降臺之上的，在上面還安裝有兩個鏈輪還有電動機。要想實現(xiàn)上層的貨叉可以增倍的平移，還要在中間貨叉5的兩端安裝兩個可以轉動鏈輪2，鏈輪在這里就等于是兩個動滑輪，下圖中和左邊鏈輪所嚙合鏈條則是固定于上下貨叉右端；和右邊鏈輪所嚙合鏈條則是固定于上下貨叉左端。首先中叉5在移動的時候，可以用鏈輪和鏈條來驅動，它的上叉8就會比中間貨叉的兩倍速度和路程伸出。中間的貨叉每當相對于固定的貨叉水平的位移1/3總長度的行程，它的上叉就會相對于中間的貨叉平移2/3總長度行程，使得可以附合貨叉的伸縮行程和動作的要求。 這一種3級的直線差動機構特點都為上叉比中叉伸出的距離是伸出總的2/3它的中叉又伸出的行程有是總的1/3，上叉于中叉、中叉與下叉都有適合的導向接觸的長度，可以保證它的3層貨叉在伸出的時候相對剛度的要求。還有它的三層貨叉處在相對的運動，可以使用滾輪和滾道這一種純滾動的摩擦，使得最大限度的去減小它的工作摩擦和阻力。 圖3-1 貨叉3層直線差動機構原理圖 1． 固定的貨叉 2.固定的鏈輪 5.處于中間的貨叉 7.傳動的鏈條 8.最上面的貨叉 9.上叉的滾輪 3.1.2中叉的傳動方案設 堆垛機貨叉關于中叉的傳動，一般多采用齒輪齒條傳動或鏈輪鏈條傳動，本設計欲采取鏈輪鏈條傳動如圖3-2所示。鏈傳動的優(yōu)點是無彈性滑動和整體打滑現(xiàn)象，因而能保持準確的平均傳動比，傳動效率高；又因鏈條不需要像帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較?。绘湕l采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下，鏈傳動的整體尺寸較小，結構較為緊湊；與此同時，鏈傳動還有一個很好的的優(yōu)點，那就是鏈傳動還可以在高溫與潮濕環(huán)境之中工作，滿足了各種環(huán)境的要求。 鏈條的傳動和齒輪傳動互相對比，鏈條傳動制造和安裝的精度可以要求很低，其成本也不高。同時它在進行遠距離的傳動時，它的結構可以比齒輪簡單很多。所以在這次傳動的選擇中選取了鏈輪鏈條的傳動。 同時鏈條傳動的主要缺點也有幾點：運行的時候不可以維持恒定瞬時傳動比；也只可以實現(xiàn)平行軸之間鏈輪同向的傳動；在工作久磨損以后容易發(fā)生跳齒現(xiàn)象；工作之時會有噪聲的出現(xiàn)；不適合在載荷的變化非常大、速度快與快速的反向傳動中。 中叉?zhèn)鲃訖C構中，把兩個鏈輪固定于下叉之上，它的鏈條另外兩段則固定于中叉之上，為保證貨叉伸出長度，還有考慮貨叉為兩個方向伸出來，而且中叉在移動的時候為防止固定于下叉的鏈輪鏈條這兩個互相阻擋住，因此要在中叉上尋找合適兩點用來固定住鏈條末端，使得和下叉兩個鏈輪構成完整封閉循環(huán)鏈。就可以在電動機驅動之下，讓鏈輪的傳動，拉動中間的貨叉往左或者往右運行達到要求的長度，這樣就可以完成貨物的存放。根據(jù)貨叉運動的距離算出中間貨叉的兩點如下圖： 圖3-2 貨叉的運動簡圖 1．下叉 2.中叉 3.鏈輪 4.上叉 5.鏈條 3.1.3上叉的傳動方案設計 堆垛機的貨叉大多數(shù)使用的是直線差動的結構。 中間的貨叉兩端端安裝2個能自由轉動鏈輪，使2個鏈輪可以等于滑輪組機構的2個動滑輪，和左邊鏈輪嚙合鏈條都固定于其上下貨叉右邊,和右邊鏈輪嚙合鏈條都固定于其上下貨叉的左邊。齒輪和齒條傳動的速度與行程增倍的機構原理是相同的，在中間的貨叉在其方向上位移的時候，就可以使鏈輪鏈條帶動，上貨叉會以中間貨叉2倍速度和行程向滾輪的中心位移方向進行水平的移動，最后就可以實現(xiàn)其三層貨叉自由的伸縮與倍增的運動。 3.1.4中叉連結板設計 對于中叉聯(lián)結板，考慮到結構的設計，需要將聯(lián)結板與滾輪通過軸連在一起。但是由于貨叉采用的是直線差動式結構，上、中、下三叉是逐級運動的，并且通過滾輪滑動。當上叉伸到最大長度時，考慮到滾輪的數(shù)量必須達到貨叉的平衡。所以中叉聯(lián)結板上軸孔的位置與數(shù)量應充分考慮貨叉的平衡，為了保證貨叉的平衡，應使貨叉在移動的過程中，必須至少有兩個滾輪支撐著叉板。其設計結構如圖3-3、3-4所示： 圖3-3 聯(lián)結板主視圖 圖3-4 聯(lián)結板的左視圖 3.2 電機和減速器的選擇與傳動機構的計算 3.2.1電機和減速器的選擇 已知的有：上叉的伸縮叉速度是V=6m/min，所載的貨物重量是G=2500kg，貨叉長為1500mm，伸出1650mm。 電動機功率的計算： 根據(jù)貨叉的常用場合所取的摩擦系數(shù)f是：0.1 所以電機計算功率 P= F ×V (3-1) = f×G×V = 0.1×25000×0.1W= 250W 查機械設計手冊得： 滾動軸承使用的是深溝球軸承它的傳動效率是：0.99 聯(lián)軸器傳動效率：0.99 中叉鏈傳動效率：0.96 上叉鏈傳動效率：0.96 減速器傳動效率：0.96 滾輪傳動效率：0.85 余量系數(shù)為1.3 所以總效率η=0.99×0.99×0.99×0.96×0.96×0.96×0.85=0.73 電動機的功率: P=1.3FVη=1.3×2500×0.10.73=445.2W （3-2） 最后根據(jù)各種要求所選則的電機參數(shù)是: 選取的的電動機功率是1.1KW，選擇的電機型號則為：YVF2-90S-6 它的轉速是980r/min,采取的安裝型式本設計選擇的是B3 減速器的傳動比為i=980/11=89 則選的減速器型號為TZSD112 3.2.2主動鏈輪的設計與計算 1.已知的條件：電動機所傳動的功率是P=1.1KW，主動鏈輪的轉速為n1= 11r/min,任務書所給出的上叉的伸出速度為0.1m/s 設計的內容包括：確定鏈條型號、鏈輪齒數(shù)Z1、Z2，鏈節(jié)數(shù)Lp還有排數(shù)，以及鏈 輪的結構、材料和幾何尺寸，鏈傳動的中心距a、壓軸力Fp、潤滑方式和張緊裝置等。 設計的步驟有： （1） 傳動比i=1：1 （2） 計算當量單排鏈計算功率Pca Pca= KaKzKpP （3-3） 可以由已經(jīng)知道的要求可查表有 Ka=1.0 Ka是工況系數(shù)；Kz=1.54 Kz是主動鏈輪齒數(shù)的系數(shù)； 則有 Pca=1×1.541×1.1=1.694kw （3）確定鏈條型號和節(jié)距p 鏈條的型號是由單排鏈的計算功率Pca和主動鏈輪的轉速n1，通過查表可以選取鏈條的型號是08a，我們又可以依據(jù)型號能知道節(jié)距p是12.7mm。 （4）鏈輪的齒數(shù)確定： 鏈輪直徑d = p/sin(180o/z)； 由已知條件可以得出，貨叉的上叉收縮速度是0.1m/s 由于本設計所選用的貨叉機構是個差動倍增結構，因此可以算出中叉的收縮速度是0.05m/s；所以下叉鏈輪的線速度是0.05m/s； 鏈輪轉速11r/min=0.367πrad/s 因此d= 0.050.367π=0.043m d = p/sin(180o/z)及p=12.7mm得z=10.49 選取的鏈輪齒數(shù)為z=11 繼而可得到鏈輪直徑尺寸為 d=12.7/sin（180°/11）=43.5mm (5)計算鏈節(jié)數(shù)與中心距 初定中心距：a0=1344mm 按下式計算鏈節(jié)數(shù)： Lp0=2a0p+z1+z22+z1-z22π2pa0 （3-4） 則有 Lp0=2×1344/12.7+（11+11）/2+0=222 由于要避免使用過渡鏈節(jié)，所以Lp0要取圓整成為偶數(shù)則Lp=222 （6）鏈長度：L=Lp×p=222×12.7=2819.4mm (3-5) （7）計算中心距： ac=P2lp-z =12.7(222-11)/2 =1339.85mm (8)計算鏈條速度v：平均鏈速按公式 v=z1n1p/(60×1000) (3-6) 得： V=0.025m/s (9)有效的圓周力為:Ft =1000pv=0.508KN (3-7) 壓軸力為：Fp≈FtKFp=1.05×0.508KN=0.533KN 由此可知主動鏈輪的主要參數(shù)： 鏈條型號08a 節(jié)距p=12.7mm，z=11 分度圓的直徑為d = p/sin(180o/z)=43.5mm （3-8） 齒頂圓直徑為da=damin=d+p×(1-1.6z)—d1 (3-9) =43.5+12.7×0.855-8=46.36mm damax=d+1.25p-d1=43.5+1.25×12.7-8=51.38mm (3-10) 齒根圓的直徑為：df=d-d1=43.5-8=35.5mm (3-11) 齒高ha：hamin=0.5（p-d1）=0.5×（12.7-8）=2.35mm (3-12) 確定的最大軸凸緣直徑： dg=Pcot180°z-1.04h2-0.76=12.7×cot16.36°-1.04×12.07-0.76=29.87mm 取dg=29mm 齒寬：bf1=0.93b1=0.93×7.85=7.3mm 齒側倒角：ba=0.13p=0.13×12.7=1.65 齒側半徑： r=p=12.7mm 3.2.3下叉循環(huán)鏈中鏈條末端在中叉兩點的確定 在這次設計中上叉相對下叉伸出的長度是1650mm，而貨叉本身的長度是1500mm，由于直線差動倍增的原理，中叉要相對于下叉移出a的距離，繼而上叉就會移出2a距離，所以可知3a=1650，可以得到a=550 因此可以知道中間貨叉位移的的最大的距離是550，中間貨叉上的鏈條末端離中心的距離可定為0到190；同時也要保證下叉零件的布局，所以選擇固定于中叉鏈條位置為中心45mm。如此在中叉移動過程時，就可以達到所需位置。 3.2.4中叉鏈輪設計與計算 由任務書可以知道上貨叉的收縮速度是0.1m/s,貨叉的電動機額定功率則P=1.1KW，其載荷都是平穩(wěn)的，中心線是沿著水平布置的。 1.所選擇的鏈輪的齒數(shù)：選擇鏈輪齒數(shù)為z=11 2.計算的功率： 依據(jù)表查有Ka=1.0，Kz=1.52，單排鏈，則計算功率為 Pca=Ka×Kz×P=1.0×1.52×1.1=1.6KW (3-14) 3.選擇鏈條型號和節(jié)距： 由Pca=1.6KW與鏈輪的轉速可以查找表，就可以選出鏈條型號是08a，其節(jié)p=12.7mm。 4.計算鏈節(jié)數(shù)與中心距： 初選鏈輪鏈條固定端的位置： 左邊鏈輪中心距左端的距離是135mm,右端上叉鏈條固定處距右端的距離195mm,右端下叉鏈條固定處距右端的距離為150mm.而鏈條繞鏈輪半個圓周。 由公式d=psin180°z=43mm (3-15) 根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以計算出鏈條長度： L=π×43/2+2×1500-2×135-195-150=2452.5mm (3-16) 由鏈節(jié)距P=12.7mm,可計算鏈節(jié)數(shù)： Lp= LP =2452.5/12.7=193.1節(jié) (3-17) 鏈條的節(jié)數(shù)圓整為194節(jié)。 同理可以知道：右端鏈輪中心距離右端的距離為135mm,左端上叉鏈條固定處距左端的距離195mm,左端下叉鏈條固定處距左端的距離為150mm.而鏈條繞鏈輪半個圓周，由公式 d= psin180°z =43.5mm 由這些數(shù)據(jù)可計算鏈條長度： L=π×43.5/2+2×1500-2×135-185-150=2452.5mm (3-18) 由鏈節(jié)距為P=12.7mm,可以計算鏈節(jié)數(shù)為： Lp=LP =2452.5/12.7=193.1節(jié) (3-19) 鏈條節(jié)數(shù)圓整為194節(jié)。 5.計算其壓軸力Fp 有效的圓周力為Fe=1000 Pv =1000 ×1.1/0.1=1100N (3-20) 查機械設計書有鏈輪在水平布置的時候壓軸系數(shù)是KFp=1.15,因此壓軸力 Fp=KFp×Fe=1.15×1100=1265N (3.21) 中叉的鏈輪的參數(shù)計算為： 分度圓直徑d = p/sin(180o/z)=43.5mm (3-22) 齒頂圓直徑da=damin=d+p×(1-1.6z)-d1 (3-23) =43.5+12.7×（1-1.6/11）-7.92 =46.43mm damax=d+1.25p-d1=43.5+1.25×12.7-7.92=51.46mm (3-24) 齒根圓的直徑：df=d-d1=43.5-7.92=35.58mm (3-25) 齒高ha：hamin=0.5（p-d1）=0.5×（12.7-7.92）=2.93mm (3-26) 確定的最大軸凸緣直接： dg=Pcot180°z-1.04h2-0.76=12.7×cot16.36°-1.04×12.07-0.76=29.87mm 取dg=29mm 齒寬：bf1=0.93b1=0.93×7.85=7.3mm 齒側倒角：ba=0.13p=0.13×12.7=1.65 齒側半徑： r=p=12.7mm 3.3 鏈輪軸的設計計算 3.3.1鏈輪軸設計與計算 （1）最小直徑 D ≥ A03Pn =31.95mm (3-28) A0的值取自《機械設計》表15－3取110，綜合各種因素取D=35mm （2）軸上的零件布置方案 鏈輪軸上面應該有鏈輪、軸承與彈性擋圈。鏈輪部件的軸向的定位通過軸肩實現(xiàn)定位的，因為其鏈輪是張緊輪所以不用軸向定位不必加鍵，它的彈性擋圈固定要用擋圈槽固定。軸一般在變化應力下工作，軸截面的尺寸改變的位置會出現(xiàn)應力的集中，軸的疲勞破壞一般都是在此處發(fā)生。想要升高軸疲勞強度，就要盡量的減少它的應力集中源還有降低它應力集中程度。還要保證軸上各零部件安裝，在安裝的時候還用防止軸會發(fā)生轉動，要在左端開個刀槽，這樣就可以放進螺絲刀。 它的布置簡圖為下圖3-5所示： 圖3-5 鏈輪軸的裝配圖 （3）軸的校核 已知有：鏈輪的壓軸力Fp=533N,鏈輪的轉矩T=95.5×105Pn， (3-29) 則T=95.5×105×1.144=2.39×105N.mm 1.求支反力:FB=533N （3-30） 2.計算彎矩 AB段：Mmax=33×533=17589N.mm BC段：M=17589N.mm 3.計算扭矩 AB段：T=0,BC段：T=Me=2.39×105N.mm (3-31) 4.做彎矩圖與扭矩圖3-6。 5.應用第三強度理論校核有公式 σca = M2+Tα2W,其中=0.3；W=0.1d3=4665.7mm3 = 175892+0.3X23900024665.7 = 55.3MPa （3-32） 由表查得45鋼的許用彎曲應力σ-1=60MPa 55.3MPa＜60Mpa,故上述軸的設計合理。 圖3-6 主動輪軸受力分析及扭矩彎矩圖 3.3.2滾輪軸的設計計算 （1）最小直徑 D ≥ A0=11031.156=29.59mm (3-33) A0的值取自《機械設計》表15－3，綜合各種因素取D=30mm （2）軸上零件的布置方案 要使?jié)L輪軸向的定位規(guī)定,軸上就要設計一個軸肩,因為滾輪左邊用彈性的擋圈固定住，彈性的擋圈固定就要用擋圈槽來保證,所以還要在軸上和滾輪配合的地方開個擋圈的槽。又因為軸一般來說都是在變化的應力之下工作，所以軸截面的尺寸變化的地方就會有應力集中的出現(xiàn)，同時軸的疲勞破壞大多數(shù)也是這一地方出現(xiàn)。想要提高軸疲勞強度，就必須想辦法減少應力集中的地方與降低應力集中程度。由于軸上的各個零部件安裝時要避免軸會轉動，還要在左端開一個槽，就可以放進進螺絲刀。 它的布置方案如圖3-7。 圖3-7 滾輪軸裝配圖 （3） 軸的校核 已知滾輪的壓軸力F=mg=25000N，滾輪的扭矩T=25000N*225mm=5625N*m 求支反力F=25000N （3-34） 1、計算彎矩 AB段Mmax=9×106N?mm BC段M=0 2、計算扭矩 T=5625N?m=5.62?105N?mm (3-35) 3、做彎矩圖與扭矩圖3-8所示。 4、應用第三強度理論校核有公式 σca=M2+Tα2W 其中=0.3；W=0.1d3=2700mm3 (3-36) =（9X106）2+（5.62X105X0.3）22700=58.6MPa 由表查得45鋼的許用彎曲應力σ-1=60MPa 58.6MPa＜60Mpa,故上述軸的設計合理。 軸受力分析及扭矩彎矩圖如圖3-8： 圖3-8 滾輪軸受力分析及扭矩彎矩圖 3.3.3鏈輪軸承的選擇 鏈輪的壓軸力Fp=533N,即徑向力Fr=533N,軸向力Fa=0,即該軸只受徑向力，不受軸向力。 鏈輪軸軸承的軸承選用深溝球軸承，其性能和特點是：主要受到的是徑向的載荷，同時也能夠承受一定的軸向載荷。接下來預算軸承的使用壽命，通過查找教材機械設計 第九版書P316，得： La=10660nCP? 注：對于球軸承?=3，對于滾子軸承ε=103 預算軸承的使用壽命為10年，每天工作8h，每年300天計算，則有： Lh=10×8×300=24000h 通過叉機械設計書，求的軸承的當量載荷： P=fdXFr+YFa 查機械設計表13-5，可知X=1，Y=0, fd=1.2則， P=1.2×533N=639.6N 所以，C=P360nLh、106=639.6360×24000×44106=1.18KN 通過查《機械設計基礎》P144，表15-3深溝球軸承（摘自GB276-89），可知，應該選取D的軸承為6007，滿足使用要求 。其主要參數(shù)為d=35，D=62，B=14。 3.4 伸縮貨叉的擾度和強度 設計的貨叉是插入貨架中存取貨物的部分,要使厚度盡可能的薄,還要使貨叉的前端擾度控制在最小范圍內，作為設計的目標。 貨叉各參數(shù)如下: W: 載荷 I ,I, I: 是下叉中叉和上叉重力方向慣性矩 E: 材料的縱彈性系數(shù) 貨叉的尺寸圖如圖3-9所示： 圖3-9 貨叉的尺寸圖 3.4.1下叉的受力分析 下叉的受力如圖3-10所示 圖3-10 下叉的受力分析 貨叉進行受力分析的時候，在AC段內取距A端為x的任意截面作為研究的對象，因此有該截面上產(chǎn)生的反力為P=W l/b ax l時的彎矩方程為： M= - P(x-a) （3-39） 用積分法求得BC端截面轉角為： i = i-dx= i- [+(x-a)] （3-40） BC端截面撓度為： = ix-dx= ix-[+(x-a)] （3-41） 當x= 0時,A端的截面轉角 i= -( +b) （3-42） 當x=l時，將式子（3-41）代入式子（3-40）與式子（3-39）之中，可以計算出在c