雙立柱巷道堆垛機的設(shè)計

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1、目 錄目目 錄錄設(shè)計總說明 .IINTRODUCTION .II第一章 緒論 .11.1 概述 .11.2 研究內(nèi)容 .21.3 堆垛機各機構(gòu)的總體方案設(shè)計概述 .31.3.1 堆垛機的設(shè)計要求和技術(shù)指標 .31.3.2 方案選擇 .51.3.2.1 門架方案選擇 .51.3.2.2 伸縮機構(gòu)方案選擇 .51.3.2.3 行走機構(gòu)方案選擇 .5第二章 堆垛機門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 .72.1 門架機構(gòu)特點 .72.2 門架的彎矩和擾度 .72.2.1 水平載荷產(chǎn)生的彎距 .82.2.2 行走走車輪的反力產(chǎn)生的彎距 .102.2.3 有叉取作業(yè)產(chǎn)生的彎矩 .112.3 設(shè)計數(shù)據(jù)計算校核 .112.3

2、.1 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計數(shù)據(jù)如下： .122.3.2 各部分的彎矩 .122.3.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲應(yīng)力 .14第三章 堆垛機伸縮貨叉機構(gòu)的設(shè)計計算 .153.1 齒輪齒條直線差動機構(gòu)工作原理 .153.2 貨叉的基本結(jié)構(gòu) .153.3 貨叉機構(gòu)的受力分析 .163.4 伸縮貨叉的擾度的計算 .163.4.1 上叉板撓度計算: .173.1.2 中叉板撓度計算 .183.1.3 下叉板撓度計算 .193.5 貨叉各參數(shù)的選擇 .203.6 貨叉相關(guān)零件的選取與校核 .213.6.1 伸縮行走軸承的選取校核 .22目 錄3.6.2 齒輪齒條與鏈輪鏈條的選取校核 .223.6.3 電動機與聯(lián)軸器的選取

3、校核 .233.6.4 齒輪強度校核 .23第四章 堆垛機行走機構(gòu)的設(shè)計計算 .264.1 堆垛機行走輪的設(shè)計計算 .264.2 行走裝置的電機與減速器的選取 .27結(jié) 論 .28致 謝 .29參考文獻 .30設(shè)計總說明I設(shè)計總說明自動化立體倉庫是物流中的重要組成部分，它是在不直接進行人工干預(yù)的情況下自動地存儲和取出貨物的系統(tǒng)。它是現(xiàn)代工業(yè)社會發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要的意義。堆垛機是自動化立體倉庫中最重要的起重堆垛設(shè)備，它能夠在自動化立體的巷道中來回穿梭運行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者相反地取出貨格內(nèi)的貨物運送到巷道口。本設(shè)計在確定雙立柱堆垛機的總體設(shè)計方案基礎(chǔ)上

4、，重點對貨叉伸縮機構(gòu)和行走機構(gòu)進行了詳細設(shè)計。設(shè)計了貨叉伸縮機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析了貨叉的受力圖，并推導(dǎo)出彎矩撓度公式，設(shè)計出貨叉的外部結(jié)構(gòu)尺寸，接著又設(shè)計校核了貨叉內(nèi)部零件的尺寸，最終設(shè)計出了滿足條件、靈活、適用、簡捷、方便的貨叉結(jié)構(gòu)，并選取出適宜的電機、減速器；介紹了堆垛機的行走機構(gòu)的設(shè)計計算，并確定了尺寸及電機、減速器的選取。關(guān)鍵詞： 自動化立體倉庫；堆垛機；伸縮機構(gòu)；行走機構(gòu) INTRODUCTIONIIINTRODUCTIONAutomated Warehouse is an important part of logistics, it is an automatic system

5、which can store and take out logistics without manual intervention. And it is a high-tech product with the development of the modern industry, meaningful to improve the productivity and to reduce cost.Stacker is the most important device of the automated warehouse. It can shuttle in the lane of the

6、automated warehouse, putting the goods from the throat into the latticework or taking out the goods from the latticework to the throat. The design of double-column stacking in determining the overall design scheme based on the machine, with emphasis on institutions and telescopic fork travel agencie

7、s in detail. Telescopic fork designed body structure design, analysis of the subject trying to fork and bending deflection formula derived, the design ships external structure size fork, followed by a fork design check, the size of the internal parts, the final design out to meet the conditions, fle

8、xible, applicable, simple, convenient fork structure, and select the appropriate motor, reducer; introduced the Stacker walking mechanism design calculation, and determine the size and motor, reducer selection .KEY WORDS: automated warehouse; stacker; telescopic gear.; running gear 廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢

9、業(yè)設(shè)計1雙立柱巷道堆垛機的設(shè)計雙立柱巷道堆垛機的設(shè)計伸縮機構(gòu)與行走機構(gòu)部分伸縮機構(gòu)與行走機構(gòu)部分第一章第一章 緒論緒論1.1概述自動化立體倉庫是物流中的重要組成部分，它是在不直接進行人工干預(yù)的情況下自動地存儲和取出物流的系統(tǒng)。作為現(xiàn)代工業(yè)社會發(fā)展的高科技產(chǎn)物，自動化立體倉庫對提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。而堆垛機是自動化立體倉庫中最重要的起重堆垛設(shè)備，它能夠在自動化立體的巷道中來回穿梭運行，將位于巷道口的貨物存入貨格；或者反向取出貨格內(nèi)的貨物運送到巷道口。目前國內(nèi)堆垛機的高度已達到 36 米，載重量達到 4200 公斤，貨物寬達到 4000mm。自動化立體倉庫中應(yīng)用堆垛機的行業(yè)涵蓋了機械制

10、造業(yè)、汽車制造業(yè)、紡織業(yè)、鐵路、卷煙、醫(yī)藥等眾多行業(yè)。因為這些行業(yè)的產(chǎn)品比較適合自動倉庫存儲。并且在當前物流過程中，用于生產(chǎn)過程庫用的自動化立體倉庫比成品庫用的多。其應(yīng)用更多地出現(xiàn)在經(jīng)濟較發(fā)達的地區(qū)，如華東、華南、華北地區(qū)。堆垛機的類型可分為有軌堆垛起重機、粗軌堆垛機和巷道式堆垛機三類。其中有軌堆垛起重機通常簡稱為堆垛機，它是由叉車、橋式堆垛機演變而來的，橋式堆垛機由于橋架笨重因而運行速度受到很大的限制，僅適用于出入庫頻率不高或者存放長條形原材料和笨重貨物的倉庫；粗軌堆垛機的優(yōu)點在于可以方便地為多個巷道服務(wù)；巷道式堆垛機是目前自動化立體倉庫中應(yīng)用最廣的堆垛機，它是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的

11、專用起重機，它的主要用途是在高層貨架的巷道內(nèi)穿梭運行，將位于巷道口的貨物存入貨格或者相反地取出貨格內(nèi)的貨物運送到巷道口。巷道堆垛機主要由運行機構(gòu)、起升機構(gòu)、裝有存取貨機構(gòu)的載貨臺、機架（車身）和電氣設(shè)備五部分組成（見圖 1.2） 。廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計2圖 1.1 雙立柱式巷道堆垛機巷道堆垛機的類型有多種，.按用途分：可分為單元型、揀選型、單元-揀選型三種；按控制方式分可分為應(yīng)急、手動、單機自動、聯(lián)機自動方式四種；按轉(zhuǎn)移巷道的方法分可分為固定式、轉(zhuǎn)移式和轉(zhuǎn)移車式三種；按照其金屬結(jié)構(gòu)的形式可分為單立柱和雙立柱兩種。1.2 研究內(nèi)容巷道式堆垛機作為自動化立體倉庫的核心物流設(shè)備,

12、不僅是立體倉庫中應(yīng)用最廣泛的物料搬運設(shè)備,也是物流倉儲系統(tǒng)中最重要設(shè)備. 本文由此對雙立柱巷道堆垛機的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行初步研究，設(shè)計內(nèi)容主要包括：(1) 堆垛機的門架的設(shè)計計算；(2) 堆垛機的貨叉伸縮機構(gòu)的設(shè)計計算；(3) 堆垛機的行走機構(gòu)的設(shè)計計算；(4) 堆垛機的升降機構(gòu)的設(shè)計計算；(5) 堆垛機的安全機構(gòu)的設(shè)計。整個設(shè)計由兩個同學(xué)完成，其中總體方案由兩人共同確定，本人主要負責(zé)完成廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計3伸縮機構(gòu)和行走機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。1.3 堆垛機各機構(gòu)的總體方案設(shè)計概述1.3.1 堆垛機的設(shè)計要求和技術(shù)指標有軌巷道堆垛機的主要用途是在高層貨架的巷道內(nèi)來回運行，將位于巷道口

13、入庫臺上的貨物存入貨位；或者將貨位內(nèi)的貨物取出送到巷道口的出庫臺上。由于使用場合的限制，巷道堆垛機在結(jié)構(gòu)和性能方面有以下特點及其要求：（1）整機結(jié)構(gòu)高而窄，其寬度一般不超過儲料單元的寬度，因此限制了整機布置和結(jié)構(gòu)選型。（2）金屬結(jié)構(gòu)件除應(yīng)滿足強度和剛度要求外，還要有較高的制造和安裝精度。（3）采用專門的取料裝置，常用多節(jié)伸縮貨叉或貨板機構(gòu)。（4）各電氣傳動機構(gòu)應(yīng)同時滿足快速、平穩(wěn)和準確。（5）配備可靠的安全裝置，控制系統(tǒng)應(yīng)具有一系列連鎖保護措施。本文所設(shè)計的雙立柱巷道堆垛機的具體技術(shù)如下：1、升降機構(gòu)的工作速度一般控制在 1525m/min，最高可達 45m/min，設(shè)計時選取 20m/min

14、。2、行走機構(gòu)的工作速度依據(jù)巷道長度和物料出入庫頻率而定，正常工作速度控制在 50100m/min，最高可達到 180m/min,設(shè)計時選取 90m/min。3、貨叉伸縮機構(gòu)的工作速度控制在 15m/min，最高可達 30m/min，設(shè)計時選取20m/min。4、堆垛機的滿載載重為 600kg。 廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計4圖 1.2 堆垛機總體結(jié)構(gòu)簡圖1.上橫梁 2.天軌導(dǎo)向輪 3.立柱 4.載貨臺頂輪 5.載貨臺導(dǎo)向輪 6.貨叉 7.卷揚 8.提升電機9. 傳動鏈條10. 雙聯(lián)鏈輪 11.下橫梁 13.行走輪 14.行走電機 15.提升鋼繩 16.載貨臺整個堆垛機的核心與關(guān)鍵

15、是升降機構(gòu)、行走機構(gòu)、貨叉伸縮機構(gòu)三個部分，其中：（1）升降機構(gòu)是使載貨臺垂直運動的機構(gòu)，由電動機、制動器、減速器、卷筒、鋼絲繩及防落安全裝置組成。鋼絲繩通過上橫梁兩側(cè)的定滑輪與載貨臺上的動滑輪聯(lián)接。垂直升降的支撐部件為立柱，立柱為一抗扭曲的箱形結(jié)構(gòu)，而導(dǎo)軌就裝在立柱的兩側(cè)，立柱上還裝有上下極限位置開關(guān)等部件。（2）行走機構(gòu)有電動機、聯(lián)軸節(jié)、制動器、減速器和行走輪組成。在其頂部設(shè)置導(dǎo)向輪沿固定在貨架上弦的導(dǎo)軌導(dǎo)行。下部裝有水平導(dǎo)輪沿貨架下部的水平導(dǎo)規(guī)導(dǎo)行，下橫梁的兩側(cè)還裝有緩沖器，防止堆垛機在巷道兩端因失控而產(chǎn)生很大的碰撞力。（3）貨叉伸縮機構(gòu)是堆垛機的取放物料裝置，它有前叉、中間叉、固定叉、

16、驅(qū)動齒輪等組成。廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計51.3.2 方案選擇1.3.2.1 門架方案選擇巷道式堆垛機的門架結(jié)構(gòu)可分為雙立柱單立柱式兩種。雙立柱結(jié)構(gòu)的門架由兩根立柱和上、下橫梁組成一個長方形的框架。這種結(jié)構(gòu)的強度和剛性都比較好，適用于各種起重量和起身高度的堆垛機。單立柱結(jié)構(gòu)的機架只有一根立柱和下橫梁。這種結(jié)構(gòu)質(zhì)量比較輕，制造工時和材料消耗少；但是剛性比較差，啟動制動時，柱頂水平振動比較大。從整個堆垛機的穩(wěn)定性來考慮，選擇雙立柱式。1.3.2.2 伸縮機構(gòu)方案選擇伸縮機構(gòu)是堆垛機中最主要的部分，最常用是采用伸縮貨叉。貨叉在貨臺的布置是與堆垛機的運行方向相垂直的，因而可以向兩旁伸出

17、，存取貨物。貨叉的長度也就是載物臺的寬度。它一般應(yīng)等于載物臺的寬度。由于存取貨物時貨叉伸出的距離已經(jīng)超過本身的長度，所以這種貨叉必須做成三節(jié)。三節(jié)伸縮式貨叉具有如下結(jié)構(gòu)特點：1.結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間??；2.傳動方式簡單，動作靈活；3.重量輕，可以減小運行慣性力。按驅(qū)動方式貨叉可分為：1.差動齒輪動驅(qū)動方式；2.齒輪齒條驅(qū)動方式；3.鏈輪鏈條傳動方式；4.液壓驅(qū)動方式。根據(jù)實際情況，減少安裝難度及節(jié)約成本，采用以齒輪齒條及鏈輪鏈條相混合驅(qū)動的三節(jié)伸縮貨叉。1.3.2.3 行走機構(gòu)方案選擇巷道式堆垛機一般有三種支承方式：地面支撐型、懸掛型、貨架支撐型。這三種支承方式的行走機構(gòu)布置有所區(qū)別。地面支撐型

18、特點：1.支撐在地面軌道上，用下部車輪支承和驅(qū)動；2.上部設(shè)水平導(dǎo)向輪；3.運行機構(gòu)布置在下部。用途：1.適于各種起重量和起身高度的倉庫；2.應(yīng)用最廣。懸掛型特點：1.在倉庫屋架上裝設(shè)軌道，起重機懸掛于軌道下翼緣上運行；2.倉庫貨架下部設(shè)導(dǎo)軌，堆垛機下部設(shè)水平導(dǎo)向輪靠在導(dǎo)軌上運行；3.運行機構(gòu)設(shè)在上部。用途：1.適用于起重量較小、起升高度較低的倉庫；2.便于轉(zhuǎn)移巷道；3.使用較小。貨架支承型：1.巷道兩側(cè)貨格頂部敷設(shè)軌道，堆垛機支承在兩側(cè)軌道上運行；2.廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計6倉庫貨架下部設(shè)導(dǎo)軌，起重機下部設(shè)水平導(dǎo)向輪靠在導(dǎo)軌上運行；3.運行機構(gòu)設(shè)在起重機上部。用途：1.適用

19、于起重量和起身高度均較小的倉庫；2.使用極少。從普及性、零件更換上考慮，選擇地面支撐型，行走機構(gòu)布置在下部。行走機構(gòu)方案采用下部支承下部驅(qū)動型，這種方式一般采用兩個或四個車輪，沿敷設(shè)在地面上的單軌行走。在堆垛機的頂部有兩組水平輪沿著固定在屋架下弦或貨架頂部水平桁架上的軌道導(dǎo)向。廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計7第二章 堆垛機門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算2.1 門架結(jié)構(gòu)特點 巷道式堆垛機的金屬結(jié)構(gòu)也稱門架，是整個堆垛機的承重結(jié)構(gòu)。門架主要由上橫梁、立柱、下橫梁和控制柜支座組成。上、下橫梁是由鋼板和型鋼焊接成箱形結(jié)構(gòu)，截面性能好，下橫梁上兩側(cè)的運行堆垛機由行走電機通過驅(qū)動軸驅(qū)動行走。輪軸孔在落地鏜銑

20、床一次裝夾加工完成，確保了主、被動輪軸線的平行，從而提高了整機運行平穩(wěn)性；立柱是由方鋼管制作，在方鋼管兩側(cè)一次焊接兩條扃鋼導(dǎo)軌 (材質(zhì) 16Mn)，導(dǎo)軌表面進行硬化處理，耐磨性好。在焊接中采用了具有特殊裝置的自動焊接技術(shù)，有效克服了整體結(jié)構(gòu)的變形；上橫梁焊于立柱之上，立柱與下橫梁通過法蘭定位，用高強度螺栓連接，整個主體結(jié)構(gòu)具有重量輕、抗扭、抗彎、剛度大、強度高等特點。2.2 門架的彎矩和撓度堆垛機的矩形門架是超靜定結(jié)構(gòu)。這里按角變位移法解如下： 堆垛機門架的設(shè)計計算參數(shù)： Q 上梁及附件重量1 Q 貨臺、貨物、附件的總重量2 Q 電氣控制盤的重量3 Q 卷揚裝置的重量4 q 柱的單位長度的平均

21、重量 作用在門架上的慣性力：H =（/g）Q 及 qh/gii1 (:減速度，g =9.8 米 /秒 )2 h h 下梁中心線分別到 Q Q 的中心高度1414 l立柱的中心距I 立柱 AB、DC 的斷面慣性距1上梁與下梁端部的偏轉(zhuǎn)角 R因構(gòu)件兩端變位產(chǎn)生的彎距 E：縱彈性模量 廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計8C由構(gòu)件的中間載荷在杠端產(chǎn)生的彎距，稱為載荷項。K = I / h 立柱的剛度 K=I/l 上下梁的剛度 111n=K/ K 剛度比 M彎距1分類為 a,可查出疲勞許用應(yīng)力為 12500 N/cm .故能滿足上述彎曲應(yīng)力條件.22.2.1 水平載荷產(chǎn)生的彎距作出作用于框架結(jié)構(gòu)的

22、慣性力圖解： 圖 2.1 框架結(jié)構(gòu)的慣性力圖解 1 圖 2.2 框架結(jié)構(gòu)的慣性力圖解 2圖 1 列出角變位移方程： M=2EK（2+-3R）AB1ABM=2EK（2+-3R）BA1BAM=2EK（2+）BC1BCM=2EK（2+）CB1CBM=2EK（2+-3R）+CCD1CDCD M=2EK（2+-3R）-CDC1DCDCM=2EK（2+）AD1ADM=2EK（2+）DA1DA廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計9其中載荷項：C=（1/h）H h(h -h ) +H h ( h - h ) +q h/12gCD212221223313221C=（1/h）H h(h -h ) +H h(

23、h - h )+q h/12gDC212221223321321有節(jié)點的彎距平衡方程式：M+ M=0 M +M=0BABCABADM+ M=0 M+ M=0CBCDDADC由隔離體靜力平衡方程式：M +M+ M +M+H h +H h + H h + q h/2g=0ABBACDDC11223321+=4 R +（n/6EK）(C- C-H h -H h - HABCDDCCD1122h -q h/2g)3321有上面各式，可先求出、 R 再帶入可求出ABCD上下梁內(nèi)力M M、M 、M； 、ADADBCCB立柱內(nèi)力M = -M、M= - MABADBABC M= - M、 M= - MCDCB

24、DCDA圖 2.2 列出角變位移方程式： M=2EK（2+-3R）-CAB1ABAB M=2EK（2+-3R）+CBA1BABAM=2EK(2+)BCBCM=2EK(2+)CBCBM=2EK（2+-3R）CD1CDM=2EK（2+-3R）DC1DCM=2EK(2+)ADADM=2EK(2+)DADA廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計10固端彎距（載荷項）C=（1/h）H h (h -h ) + q h/12gAB214414221C=（1/h）H h(h -h )+ q h/12gBA214421421C =C=C=C=C=CCDDCBCCBADDA有節(jié)點的彎距平衡方程式：M+ M=0

25、M+ M=0ABADBABCM+M=0 M+ M=0CBCDDCDA有隔離體靜力平衡方程式：M+ M+M+ M+ H h +q h/2gABBACDDC4421+=4R +(n/6EK)( C -C- H h -q h/2g)=0ABCDABBA4421 解上面各式，可先求出、R。ABCD再求出上下梁及立柱的內(nèi)力有水平載荷產(chǎn)生的彎距，可由圖 1 圖 2 疊加得出：M= M+ M M= M+ M1ABABAB1BCBCBCM= M+ M M= M+ M1CDCDCD1DADADA又有節(jié)點方程式可得M= -M M= -M M= -M M= -M1AB1AD1BC1BA1CD1CB1DA1DC門架立

26、柱端部的線變位 ：=+=h (R +R )12.2.2 由行走車輪的反力產(chǎn)生的彎距受力分析圖 2.3 如下：列出角變位移方程式：廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計11DBCalaAh1圖 2.3 車輪受力分析圖M=2EK（2+）2BCBCM=2EK（2+）2ABABM=2EK（2+）2BABAM=2EK（2+）2CBCBM=2EK（2+）2CDCDM=2EK（2+）2DCDCM=2EK（2+）+C2ADADM=2EK（2+）-C2DADA固端彎距：C=V a=n(2+n)C/2EK (n+1)(n+3) = -nc/2EK(n+1)(n+3)AB= - = -ADBC M=1/(n+1)

27、(n+3)(2n+3)2ABaV M=1/(n+1)(n+3)(n)2BAaV M=1/(n+1)(n+3)n(n+2)2DAaV 廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計12在此，M= - M M= - M M= - M M= - M2AB2DC2BA2BC2CB2CD2DA2ADV：行走車輪的反力，按 1/2（堆垛機總重量+載重）求出。2.2.3 有叉取作業(yè)產(chǎn)生的彎矩由于貨叉作業(yè)，在門架上及與行走方向成直角的方向增加了彎矩，產(chǎn)生了擾度。但是，此彎矩相比前兩種相差很大，而且不會在貨叉伸出的情況下行走，所以可以認為最大彎矩為 M 和 M 合成的彎矩。 122.3 設(shè)計數(shù)據(jù)計算校核2.3.1 框

28、架結(jié)構(gòu)的設(shè)計數(shù)據(jù)如下：上下梁選用鋼板加槽鋼的焊接件，其中槽鋼規(guī)格為 200*75*9，型號為20#B，I=8360 厘米 4立柱選用鋼板焊接， I=9000cm ） 4l=1.72m h =5.96m h =4.5m h =1.3m h =2.9m 1234Q =200kg Q =800kg Q =50kg Q =250kg1234q=0.85kg/cm /g=0.1 H =0.1Qii立柱重為 562 2 0.85=955kg堆垛機總重量（自重+載重）=200+800+50+250+955+400=2655kg載重增加 25%作為試驗載荷，為 600 （1+25%）=750kg根據(jù) 1.1.

29、3 的討論，關(guān)于載荷的補加系數(shù)，對堆垛機的沖擊系數(shù)取三類，即 1.4，作業(yè)系數(shù) M*=1.1。則載荷組合為 M*（S +S +S）。GLH2.3.2 各部分的彎矩n=K/K =Ih /I l=2.73111固端彎矩：C=33.11Nm C=12.5 NmABBAC=104.0 Nm C=101.1NmCDDCR=R +R =0.0018+0.00075=0.00255廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計13行走停止時產(chǎn)生振動的立柱上端的線變位： =1780 0.00255=4.54cm(注：值容許范圍一般在 2.55cm,符合要求)(1)由水平載荷產(chǎn)生的各部分的彎矩：M=M*（M+M）=1

30、.1 （186.5+76.5）=289.4 Nm 1ADADAD M= M*(M+M)=1.1 (170.7+73.4)=266.1 Nm1BCBCBCM= M*(M+M)=1.1 (178.2+73.4)=276.8 Nm 1CBCBCBM= M*(M+M)=1.1 (176.2+75)=276.3 Nm1DADADA (2)由行走輪的反力產(chǎn)生的各部分的彎矩:V=M*(8000-2300-2300)/2=4906kg固端彎矩: C=4906 45=220. 8Nm因此:M=87.4 Nm M=28.2 Nm M=133.4 Nm2AB2BA2DA最大彎矩:M= -289.4+87.4= -2

31、01 NmAB M= -266.1+28.2= -237.9 NmBA M=266.1-28.2=237.9 NmBC M=276.8+28.2=305.0 NmCB M= -276.8-28.2= -305.0 NmCD M= -276.3-87.4= -363.7 NmDC M=276.3+133.4=409.7 NmDA M=289.4-133.4=156.0 NmAD2.3.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲應(yīng)力 上下梁的斷面系數(shù) Z=498 cm ,柱的斷面系數(shù) Z =789cm313則:= -2560N/cm = -3010N/cmAB2BA2廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計14 =478

32、0 N/cm =613 N/cmBC2CB2 = -3870 N/cm = -4610 N/cmCD2DC2 =8230 N/cm =2870 N/cmDA2AC2隨著堆垛機往復(fù)運動,這些應(yīng)力交變出現(xiàn),在下梁 A 和 D 點產(chǎn)生最大應(yīng)力振幅.如用應(yīng)力比法,則 K= -2870/8230= -0.35,按切口分類為 a,可查出疲勞許用應(yīng)力為12500 N/cm .故能滿足上述彎曲應(yīng)力條件.2第三章 堆垛機伸縮貨叉機構(gòu)的設(shè)計計算3.1 齒輪齒條直線差動機構(gòu)工作原理如圖 3.1 所示為 1 個滾動齒輪和 2 個齒條組成的直線差動機構(gòu)。從動齒條 2 在滾動齒輪的上方, 根據(jù)相對運動原理, 滾動齒輪與固

33、定齒條的節(jié)點為二者的速度瞬心, 當廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計15滾動齒輪相對于固定齒條 1 滾動時, 從動齒條 2 將沿滾動齒輪中心運動方向, 以滾動齒輪中心倍的速度平行移動。這樣, 就形成了從動齒條 2 相對于滾動齒輪中心速度與行程的增倍機構(gòu), 為滿足堆垛機貨叉伸縮的動作要求提供了理論依據(jù)。圖 3.1 直線差動行程增倍機構(gòu)1、固定齒條 2、從動齒條 3 液動齒輪3.2 貨叉的基本結(jié)構(gòu)：貨叉是堆垛機中最主要組成的部分，所設(shè)計的貨叉是三節(jié)伸縮式貨叉,即由上叉、中叉、下叉以及導(dǎo)向行走滾子等構(gòu)成 它主要由電機、鏈輪、鏈條、齒輪、齒條、軸承等驅(qū)動傳動。結(jié)構(gòu)如圖 3.2 所示：廣東海洋大學(xué)

34、 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計16圖 3.2 貨叉結(jié)構(gòu)圖下叉固定在載貨臺的臺架上,其上有驅(qū)動大齒輪帶動中叉運動，中叉下方裝有行走輪，行走在下叉的槽上。中叉上的小軸上裝有四個小齒輪，中間兩個齒輪跟下叉的齒條相互運動，兩邊的齒輪跟上叉的齒條相互運動，從而把帶動上叉向前運動。.中叉可在齒輪、齒條的驅(qū)動下向前伸出自身長度的一半,上叉可向前伸出比自身稍長的長度.3.3貨叉機構(gòu)的受力分析在允許的范圍內(nèi)對計算工況適當簡化, 假設(shè)堆垛機在運動過程中立柱不發(fā)生變形, 根據(jù)貨叉的支承結(jié)構(gòu), 作受力分析簡圖如圖 3.3 所示。廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計17圖 3.3 貨叉機構(gòu)的受力分析圖中, a、b、c

35、、d、e、f、g、h、m 和n分別是各支點間的尺寸, 設(shè)、1I2I 分別是底叉、中叉和上叉的慣性矩, E是材料的彈性模量。3I3.4貨叉撓度的計算3.4.1 上叉板撓度計算貨叉在貨物的作用下, 在上叉板 D 處和 E 處產(chǎn)生支反力, 上叉板受力和撓度變形如圖 3.4 所示。圖 3.4上叉撓度簡圖由圖 3.3.2 可得到上叉板的 D、E 處支點反力轉(zhuǎn)角微分方程和撓度方程分別為：F=dQdedQdeFe)( i= （1）0322idEIeQxddx （2）0336idEIeQx廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計18當 x=d 時，=0，=0，所以0 （3）306EIeQdi 將式（3）代入式

36、（1）得 E 處的傾角316EIeQdi載荷 Q 在 E 點產(chǎn)生的撓度)(331mhEIeQd3.4.2 中叉板撓度計算由于載荷的作用, 在支點 B 處產(chǎn)生反力F ,設(shè)在 C 點的傾角為 , 撓度為。bF2i2假設(shè) h 為不變形部分的長度時中叉撓度簡圖如圖 3.5 所示。圖 3.5h 為不變形部分時中叉撓度簡圖由圖 3.5 求出 B、C 點的支反力及 BC 段的彎矩方程為 QbnFbQbnQFcxbQnxFMb則有撓曲線微分方程bEIQnxEIMdxd2222傾角和撓度方程分別為 （4）0222ibEIQnxdxdi廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計19 （5）00236xibEIQnx

37、因為當 x = b 時, = 0, = 0, 所以0 （6）206EIQnbi 則 x = b 時的傾角和撓度分別為223EIQnbi223EIQnhb把 b 段看成剛性, C 點作為固定端考慮, 如圖 3.6 所示, 設(shè)載荷 Q 在中叉產(chǎn)生的反力為dF和eF,這些反力在上叉產(chǎn)生的傾角為 i3, 撓度為 和 。34圖 3.6 C 點固定時中叉撓度簡圖產(chǎn)生的貨叉前端傾角和撓度分別為dFdEIQecEImhPid2222322)()(362223cmhdEIeQc產(chǎn)生的貨叉前端傾角和撓度分別為eFdEIQmdei2242)( )(36)(2224mmhdEIQmde廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生

38、畢業(yè)設(shè)計203.4.3 下叉板撓度計算假設(shè) 為不變形部分, 則載荷 Q 在 b 段產(chǎn)生的作用反力為和, 在 C 點產(chǎn)3lbFcF生的傾角, 產(chǎn)生的撓度, 如圖 3.7 所示。5i5d圖 3.7 下叉板撓度簡圖同理可求得下叉各支點的反力和反力產(chǎn)生的傾角和撓度為QbanFaQbanQFcgEIgaabFib156)( hgEIgaabFb156)(因此, 設(shè)載貨臺和立柱為剛性時, 貨叉前端的總傾角和總撓度為貨叉上、下、中叉的總和54321iiiiii54321貨叉在叉取貨物時的最大撓度一般規(guī)定不超過 15 mm 3.5 貨叉各參數(shù)的選擇設(shè) a=450mm b=240mm c=20mm d=300m

39、m e=100mm f=300mm故可取下叉、中叉、上叉叉長為：下叉 L = a+b+20=710mm 中叉 L =b+c+d +2 20=600mm12廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計21上叉 L = d+e+f+20=720mm3貨叉材料選用 Q235，彈性模量 E=200G。aP貨叉截面可看成矩形，慣性矩123bhI 當貨叉滿載 600kg 時，將各組數(shù)據(jù)帶入以上公式，得 =9.254mm 15mm滿足滿載需要。3.6 貨叉相關(guān)零件的選取與校核設(shè)計原始數(shù)據(jù)：載重 600kg，伸縮速度 20m/min3.6.1 伸縮行走軸承的選取校核設(shè)計所選取的軸承為深溝球軸承 6001，當貨叉伸

40、出到最外面的時候，同時承受載荷的軸承達到最少，為 16 個，則每各軸承所承受的壓力為 F=600 10/16=375N查得深溝球軸承 6001 的基本額定動載荷為=5100N，基本額定靜載荷rC=2380N,遠大于 375N,所選軸承符合要求。rC03.6.2 齒輪齒條與鏈輪鏈條的選取校核軸徑 d=20mm，鏈傳動比 i=1因為大齒輪運動使得中叉以速度 v 向前運動，中叉上的機構(gòu)又使得上叉以速度v 相對于中叉向前運動，所有上叉以 2v（即設(shè)計的 20m/min)前運動。即 v=10m/min. 設(shè)齒鏈輪的轉(zhuǎn)速為 n，所以對于大齒輪有如下關(guān)系n=v d上式中，有兩個未定參數(shù)：大齒輪轉(zhuǎn)速 n（與電

41、機相關(guān)） ，大鏈輪分度圓直徑，所有要與電動機聯(lián)動選擇，根據(jù)方案設(shè)計確定：1、齒輪廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計22大齒輪的模數(shù) m=0.8，分度圓直徑 d=128mm，齒數(shù) z=160 共 2 個小齒輪的模數(shù) m=0.8，分度圓直徑 d=28.8mm，齒數(shù) z=36 共 8 個 2.、齒條齒條的模數(shù) m=0.8，p=2.51mm根據(jù)貨叉伸出的長度 325mm，留 35mm 的余量，選取齒條的長度 360mm。齒數(shù) z=136，齒條兩端各預(yù)留 9.7mm 作為安裝空間。3、鏈輪鏈輪齒數(shù) Z=20 (k=6.3925) 節(jié)距 P=8mm 所以鏈輪的分度圓直徑為： d=pk=86.3925

42、=51.14mm. 共 2 個4、鏈條選擇滾子鏈型號為 05B 鏈，P=8mm 抗拉載荷為 4.4KN（單排）鏈輪上的滾子鏈長度為 375mm，節(jié)數(shù)為： 375/8=47 節(jié) 1 條 抗拉載荷為 4.4KN（單排） ，能承受扭矩為 4.4KN*d/2（d/260Nm所選電動機滿足需要。2、聯(lián)軸器由于伸縮機構(gòu)頻繁伸縮，要求電機頻繁正反轉(zhuǎn)，所以要求聯(lián)軸器適用于頻繁正反轉(zhuǎn)的場合，梅花形彈性聯(lián)軸器滿足需要，而且能用于多塵的情況下。型號選取 LM1-20。3.6.4 齒輪強度校核大齒輪分度圓直徑 d=128mm,模數(shù)為 m=0.8，齒數(shù) z=160，齒寬 b=9mm，7 級精度，齒輪材料為 45 鋼（調(diào)

43、質(zhì)） ，硬度為 240HBS。齒輪轉(zhuǎn)速為 25r/min。1、按齒根彎曲疲勞強度校核 2312ZmYYKTdSFFFK:載荷系數(shù) K= K K =1112.25=2.25AKVFK其中：使用系數(shù)=1，動載系數(shù) K =1AKV齒間載荷分配系數(shù) K =1，齒向載荷分配系數(shù)=2.25FKT :傳遞的扭矩，T =110 10 Nmm113廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計24Y:齒形系數(shù)，Y=2.45FFY:矯正系數(shù)，Y=1.65SS：齒寬系數(shù)，=1ddm：模數(shù)，m=0.8Z:齒數(shù)，Z=160MPaF33.761608 . 0165. 145. 21011025. 22233而，許用應(yīng)力： =/

44、SFFNKFEF其中：彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.90 1FNK齒輪彎曲疲勞極限 =500 MPaEF彎曲疲勞強度安全系數(shù) SF=1.25 SF=1.251.5 則： = 0.9500/1.25=360 MPaF 因為 ,所以齒輪對彎曲疲勞強度足夠。FF2、按齒面接觸疲勞強度校核H =2.5 EZubd1)2Kt(u2lim式中：載荷系數(shù)：K= K K =1111.292=1.292AKVHK其中：使用系數(shù)=1，動載系數(shù) K =1AKV齒間載荷分配系數(shù) K =1，齒向載荷分配系數(shù)=1.292HKZ :材料的彈性影響系數(shù), Z =189.8MPaEE21T1:傳遞的扭矩，T1=110103Nmmu:傳

45、動比，u=1b：齒寬，b=9mmd：分度圓直徑，d=128mm廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計25則 H =2.5=415MPa11289) 11 (10110292. 128 .18923許用應(yīng)力：=/SlimHNKlim其中：接觸疲勞壽命系數(shù)=0.90，HNK齒輪接觸疲勞極限 =600 MPa 彎曲疲勞強度安全系數(shù) S=1lim則：= 0.9600/1=540MPalim因為 P=2100kg825廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計27所選輪和鋼軌滿載要求。取輪軸直徑 d =50mm。軸上的軸承選取型號為 61810，基本尺寸為：d=50mm, D=65mm, B=7mm.行

46、走輪的轉(zhuǎn)速為 n=v/d=114.65r/min14. 325. 0904.2 行走裝置的電動機與減速器的選取 行走裝置在額定速度下必需的功率為：P=（KW） 其中，116120vWrrfdQWr1)2(式中，行走阻力 d行走輪軸的直徑rW 摩擦系數(shù) f滾動摩擦系數(shù) Q堆垛機的總重量由此，求得 P=KW15. 59 . 0612050/90) 1 . 02/503 . 0(2100則可選取電機型號為 Y2-160M1-2，轉(zhuǎn)速為 2930r/min,額定功率為 11KW，效率為 88%，且 11 88%=9.68kw 5.15kw，可選。為此，減速器的傳動比為 i=2930/114.65=25

47、.6則可選取減速器標準型號為 ZLY（硬齒面圓柱齒輪減速器） 。行走機構(gòu)的下部有支承與驅(qū)動外，還要有堆垛機頂部的固定裝置保持行走平穩(wěn)和支持貨叉伸出時產(chǎn)生的彎矩。采用軸承輪與熱軋邊角鋼行走。廣東海洋大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計28結(jié) 論本次“雙立柱巷道堆垛機的設(shè)計”屬于機構(gòu)與工程制圖設(shè)計，從門架設(shè)計以及幾個主要重點機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計著手，分析了堆垛機的運行機理。論文首先從堆垛機的特點及組成形式開始，接著分析門架的受力情況及推導(dǎo)出門架的彎矩及撓度關(guān)系式，再設(shè)計出數(shù)據(jù)進行校核，最終設(shè)計出了滿足承受重載，高而窄的雙立柱門架；重點設(shè)計了貨叉伸縮機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先分析貨叉的受力圖，并推導(dǎo)出彎矩撓度公式，

48、設(shè)計出貨叉的外部結(jié)構(gòu)尺寸，接著又設(shè)計校核了貨叉內(nèi)部零件的尺寸，最終設(shè)計出了滿足條件、靈活、適用、簡捷、方便的貨叉結(jié)構(gòu)，并選取出適宜的電機、減速器；介紹了堆垛機的行走機構(gòu)的設(shè)計計算，并確定了尺寸及電機、減速器的選取。本次設(shè)計囊括了大學(xué)四年所學(xué)知識的方方面面，是我在以后的學(xué)習(xí)工作之前，對各個學(xué)科課程的一次深入的綜合性的練習(xí)，鍛煉了自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，并為以后的工作學(xué)習(xí)打下良好的堅實的基礎(chǔ)；本次設(shè)計是對四年以來學(xué)習(xí)的總結(jié)，并鍛煉了總體設(shè)計的能力。由于本人能力有限，以及時間上的倉促，設(shè)計中難免有考慮不周與設(shè)計不正確的地方，希望各位老師能夠給予諒解，并提出您的寶貴建議，我將不勝感激！

49、鳴謝29鳴 謝能順利完成本次畢業(yè)論文設(shè)計，首先要感謝我的導(dǎo)師俞國燕老師的悉心教導(dǎo)，在此向她致以深深的謝意！本次論文設(shè)計從論文的選題、撰寫、修改直到打印完成都是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和勉勵下完成的。她淵博的學(xué)識、敏銳的思維、民主而嚴謹?shù)淖黠L(fēng)使我受益非淺；同時感謝學(xué)院的諸位老師，在這四年里以對我的教育和進行畢業(yè)設(shè)計工作中所給予的幫助，您們的不倦教誨和點撥是我今日點滴知識的來源。還有感謝舍友和各位班友的關(guān)心和幫助。最后，再次向他們表示衷心的感謝！參考文獻30 參考文獻1日吉國宏， 自動化倉庫堆垛機設(shè)計 ，北京：中國鐵道出版社，19792楊長暌， 起重機械 ，北京：機械工業(yè)出版社，19823濮良貴， 機械零件 ，北京：高等教育出版社，19824劉昌祺， 物流配送中心設(shè)計 ，北京：機械工業(yè)出版社，20015程育仁、繆龍秀、侯炳麟， 疲勞強度 ，北京：中國鐵道出版社，19906劉品、劉麗華、柳河、袁正友， 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) ，哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20007劉鴻文， 材料力學(xué) ，北京：高等教育出版社，19918王連明、陳鐵鳴， 機械設(shè)計 ，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，19989周驥平、王崗， 機械制造自動化技術(shù) ，北京：機械工業(yè)出版社，2001 10.機械設(shè)計聯(lián)合編寫組， 機械設(shè)計手冊 ，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1983附錄31