自動化立體倉庫堆垛機設(shè)計01

西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）自動化立體倉庫堆垛機設(shè)計DESIGNOFSTACKERCRANEFORAUTOMATICWAREHOUSE20012年6月西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文)第PAGEV頁摘要有軌式巷道堆剁起重機是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，通常簡稱為堆剁機。堆剁機是立體倉庫中最重要的起重運輸設(shè)備，是代表立體倉庫特征的標志。其主要用途是在高層貨架倉庫的巷道內(nèi)沿軌道運行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或是取出貨格內(nèi)的貨物運送到巷道口，完成出入庫作業(yè)。20世紀70年代初期，我國開始研究采用巷道式堆剁機的立體倉庫，不久便廣泛應(yīng)用于各行業(yè)和地區(qū)，有的已經(jīng)形成系列化，據(jù)不完全統(tǒng)計，到目前已建成三百余座。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，有軌巷道堆垛起重機的技術(shù)也在不斷提高和完善。世界主要工業(yè)國家都把著眼點放在開發(fā)性能可靠的新產(chǎn)品和采用高新技術(shù)上，更加注重實用性和安全性。如今，自動化立體倉庫及堆垛機已成為企業(yè)生產(chǎn)管理不可獲缺的重要組成部分。本文從實際問題出發(fā)，以現(xiàn)有設(shè)備為依托，先確定出堆垛機的總體結(jié)構(gòu)及各部分的結(jié)構(gòu)草圖，然后運用理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械設(shè)計、制造技術(shù)等專業(yè)知識，并查閱相關(guān)設(shè)計手冊，對其機械部分進行了詳細的設(shè)計計算，包括：機架、行走機構(gòu)、提升機構(gòu)、載貨臺和貨叉伸縮機構(gòu)。設(shè)計過程中，以實現(xiàn)堆垛機的機械性能為目的，在滿足其強度、剛度、運行穩(wěn)定性等要求的前提下，綜合考慮結(jié)構(gòu)的合理性和所選材料的經(jīng)濟性，力求達到高質(zhì)量、低成本。關(guān)鍵詞自動化立體倉庫堆垛機結(jié)構(gòu)設(shè)計AbstractTrackTunnel-StackerCraneisdevelopedbyaspecialcranewiththeemergenceofthree-dimensionalwarehouse,usuallyreferredtoasstackercrane.Stackercraneisthemostimportantliftingandtransportationequipmentinathree-dimensionalwarehouse,andisonecharacteristicofthree-dimensionalwarehouse.Itsmainuseisorbitalongtheroadwayintunnelofhigh-risewarehouse,putthegoodsthatbelocatedatthemouthofthetunnelintotheshelves,ortakeoutgoodsanddeliveredtothetunnelmouth,completethestorageoperations.Attheearly70’sof20th,Chinastartedtodevelopthethree-dimensionalwarehousewithstackercrane,andsoonhavebewidelyusedinvariousindustriesandregions，somehaveformedserialization.Accordingtoincompletestatistics,morethan300warehouseshavebeencompletednow.Withthedevelopmentofmodernindustry,thetechnologyofstackercraneisbeingimproved.Alltheworld'smajorindustrialcountriesfocusonthedevelopmentofnewproductswithreliableperformanceandtheuseofhigh-tech，andpaymoreattentiontothepracticalityandsafety.Atpresent,automaticthree-dimensionalwarehouseandstackercranehavebecomeanimportantcomponentofproductionmanagement.Thispaperstartsfromthepracticalproblems,andbasesonexistingequipments.Firstlyconfirmtheoverallstructureofstackercraneandthedraftofpartsofthestructure.ThenuseTheoreticalMechanics,MaterialMechanics,MachineDesignandManufacturingTechnology,andaccordingtorelevantdesignmanuals,elaboratesonitsmachineryparts,including:Rack,RunningMechanism,LiftingMechanism,LoadingStationsandTelescopicForkMechanism.Inthedesignprocess,consideringtherationalityofstructureandtheeconomyoftheselectedmaterialsinordertoachievethemechanicalpropertiesofstackerandrequestofstrength,stiffness,runningstability,attempttoreachtheaimofhigh-quality,low-cost.KeywordsAutomaticThree-DimensionalWarehouseStackerCraneDesignofStructure目錄第一章緒論 11.1自動化立體倉庫概述 11.2自動化立體倉庫的發(fā)展 11.3發(fā)展自動化立體倉庫的必要性 21.4自動化立體倉庫中的堆垛起重機 41.5巷道式堆垛起重機的結(jié)構(gòu)及設(shè)計要點 51.5.1機架 51.5.2行走機構(gòu) 51.5.3提升機構(gòu) 51.5.4載貨臺及貨叉 51.5.5電器設(shè)備 61.5.6安全保護裝置 6第二章堆垛機機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 72.1自動化立體倉庫的結(jié)構(gòu)尺寸及運行條件 72.2機架設(shè)計概述 72.2.1機架設(shè)計應(yīng)滿足的一般要求 72.2.2機架的設(shè)計步驟 72.3上導(dǎo)軌設(shè)計 92.3.1導(dǎo)軌類型的確定 92.3.2導(dǎo)軌材料的確定 92.3.3導(dǎo)軌截面形狀的確定 92.4上橫梁設(shè)計 112.5立柱設(shè)計 142.6下導(dǎo)軌設(shè)計 192.6.1導(dǎo)軌類型的選擇 192.6.2滾動直線導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)與特點 192.6.3滾動直線導(dǎo)軌副的計算 20第三章行走機構(gòu)的設(shè)計 253.1電動機的選擇 253.1.1選擇電動機應(yīng)綜合考慮的問題 253.1.2電動機的選擇 253.2傳動裝置的設(shè)計 263.2.1傳動方案的確定 263.2.2第一級減速齒輪副的計算 283.2.3第二級減速齒輪副的計算 323.2.4齒輪齒條副幾何尺寸的確定及計算 363.2.5軸的計算 373.3行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 42第四章提升機構(gòu)的設(shè)計 434.1電動機的選擇 434.2傳動滾子鏈的設(shè)計計算 434.2.1滾子鏈幾何尺寸的計算 434.2.2滾子鏈靜強度計算 444.2.3鏈輪幾何尺寸計算 454.3提升滾子鏈的設(shè)計計算 474.3.1滾子鏈幾何尺寸的計算 474.3.2鏈輪幾何尺寸的計算 48第五章載貨臺與貨叉伸縮機構(gòu)的設(shè)計 495.1電動機的選擇 495.2傳動機構(gòu)的計算 505.2.1圓錐齒輪副的計算 505.2.2齒輪齒條副的計算 535.2.3傳動軸的設(shè)計 575.3導(dǎo)軌與叉板的設(shè)計 595.3.1導(dǎo)軌的計算 595.3.2板件尺寸的確定 605.4載貨臺結(jié)構(gòu)圖 61結(jié)論 63致謝 65參考文獻 66附錄Ⅰ畢業(yè)實習(xí)報告 67西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文)第90頁第一章緒論1.1自動化立體倉庫概述自動化立體倉庫是物流系統(tǒng)中的重要組成部分，它是在不直接進行人工處理的情況下能夠自動地存儲和取出物料的系統(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、降低成本有著重要意義。自動化立體倉庫（AS/RS）是由立體貨架、有軌巷道堆垛機、出入庫托盤輸送機系統(tǒng)、尺寸檢測條碼閱讀系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、計算機管理系統(tǒng)以及其他如電線電纜、橋架、配電柜、調(diào)節(jié)平臺、鋼結(jié)構(gòu)平臺等輔助設(shè)備組成的復(fù)雜的自動化系統(tǒng)。運用一流的集成化物流理念，采用先進的控制、總線、通訊和信息技術(shù)，通過以上設(shè)備的協(xié)調(diào)動作，按照用戶的需要完成指定貨物的自動有序、快速準確、高效的入庫出庫作業(yè)。1.2自動化立體倉庫的發(fā)展立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)力和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫；50年代末60年代初，出現(xiàn)了由司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術(shù)，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，目前已成為當今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。我國對立體倉庫及其物料搬運設(shè)備的研制開始并不晚，于1963年研制成功第一臺橋式堆垛起重機（北京起重運輸機械研究所機械部），1973年開始研制我國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫，該倉庫1980年投入運行。到2003年為止，我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過200座。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強的出入庫能力、采用計算機進行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點，現(xiàn)今已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。自動化立體倉庫應(yīng)用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國自動化立體倉庫應(yīng)用的行業(yè)主要有機械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、機場、港口等。1.3發(fā)展自動化立體倉庫的必要性自動化立體倉庫相對于以往的倉儲設(shè)備，具有以下幾個方面的優(yōu)勢：一、提高空間利用率早期立體倉庫的構(gòu)思，其基本出發(fā)點就是提高空間利用率，充分節(jié)約有限且寶貴的土地資源。在西方有些發(fā)達國家，提高空間利用率的觀點已有更廣泛深刻的含義，節(jié)約土地，已與節(jié)約能源、環(huán)境保護等更多的方面聯(lián)系起來。有些企業(yè)甚至把空間的利用率作為系統(tǒng)合理性和先進性考核的重要指標來對待。立體倉庫的空間利用率與其規(guī)劃緊密相連。一般來說，自動化高架倉庫空間利用率為普通平庫的2~5倍。這是相當可觀的。二、便于形成先進的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平傳統(tǒng)倉庫只是貨物儲存的場所，保存貨物是其唯一的功能，是一種“靜態(tài)儲存”。自動化立體倉庫采用先進的自動化物料搬運設(shè)備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要自動存取，而且可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行有機的連接，并通過計算機管理系統(tǒng)和自動化物料搬運設(shè)備使倉庫成為企業(yè)生產(chǎn)物流中的一個重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件和自制生產(chǎn)件進入自動化倉庫儲存是整個生產(chǎn)的一個環(huán)節(jié)，短時儲存是為了在指定的時間內(nèi)，將物料自動輸出到下一道工序進行生產(chǎn)，從而形成一個自動化的物流系統(tǒng)，這是一種“動態(tài)儲存”，也是當今自動化倉庫發(fā)展的一個明顯的技術(shù)趨勢。生產(chǎn)管理是企業(yè)管理的一個重要組成部分，主要包括產(chǎn)品規(guī)劃，生產(chǎn)組織，物流規(guī)劃，外購?fù)庠O(shè)，產(chǎn)品質(zhì)量，成本測算等內(nèi)容。自動化立體倉庫系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程的一個中心環(huán)節(jié)，幾乎參與了生產(chǎn)管理的全過程。三、加快貨物的存取節(jié)奏，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率建立以自動化立體倉庫為中心的物流系統(tǒng)，其優(yōu)越性還表現(xiàn)在自動化高架庫具有快速的出入庫能力，能快速妥善地將貨物存入高架庫中，也能快速及時并自動地將生產(chǎn)所需的零部件和原材料送達生產(chǎn)線。這一特點是普通平庫所不能達到的。同時，自動化立體倉庫的實現(xiàn)是減輕工人勞動強度的最典型的例子。這種勞動強度的減輕是綜合的，具體包括：1）采用自動巷道式堆垛機取代人工存放貨物和人工取貨，既快捷又省力。由于工人不必進入倉庫內(nèi)工作，工作環(huán)境大為改善。2）采用計算機管理系統(tǒng)對貨物進行管理，大大增強了貨物的管理能力，使倉庫管理科學(xué)化，準確性和可靠性有質(zhì)的提高，入出庫管理、盤庫、報表等工作量變得簡單快捷，工人的勞動強度大幅降低。3）立體倉庫系統(tǒng)輔以庫前輔助輸送設(shè)備，使貨物出入庫變得簡單方便。4）自動化立體倉庫系統(tǒng)所需要的操作人員和系統(tǒng)維護人員很少，可以節(jié)省人力物力，節(jié)約了資金。四、減少庫存資金積壓據(jù)統(tǒng)計，由于歷史原因造成管理手段落后，物資管理零散，使生產(chǎn)管理和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的緊密聯(lián)系難以到位。為了達到預(yù)期的生產(chǎn)能力和滿足生產(chǎn)要求，就必須準備充足的原材料和零部件。這樣庫存積壓就成為一個較大的問題。如何降低庫存資金積壓和充分滿足生產(chǎn)需要，已成為大型企業(yè)不得不面對的重要問題。立體倉庫系統(tǒng)是解決這一問題的最有效的手段之一。1）以自動化立體倉庫為中心的工廠物流系統(tǒng)，解決了生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的流通問題和供求矛盾，使原材料的供給和零部件的生產(chǎn)數(shù)量和生產(chǎn)所需的數(shù)量可以達到一個最佳值。2）計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立使原材料和零部件外購件的采購更及時和滿足實際需求。3）計算機管理系統(tǒng)的建立加強了宏觀調(diào)空功能，使生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)生產(chǎn)量更能滿足實際需求。4）建立成品庫和半成品庫，以解決市場供需的暫時的不一致，充分發(fā)揮企業(yè)的生產(chǎn)潛力。如前所述，自動化立體倉庫在多個方面具有無可比擬的優(yōu)勢，這些正是一個現(xiàn)代化企業(yè)所要求和追求的。綜觀國內(nèi)外的大型企業(yè)，自60年代始逐步采用自動化物流系統(tǒng)以來，到今天，立體倉庫已成為企業(yè)生產(chǎn)管理不可缺少的重要組成部分。1.4自動化立體倉庫中的堆垛起重機堆垛機是自動化立體倉庫中最重要的搬運、起重、堆垛設(shè)備，對立體倉庫物料的出入庫效率有著重要的影響，是立體倉庫能否達到設(shè)計要求和體現(xiàn)其優(yōu)點的關(guān)鍵設(shè)備之一，通常將其分為橋式堆垛起重機和巷道式堆垛起重機兩種。橋式堆垛起重機是在橋式起重機的基礎(chǔ)上，結(jié)合叉車的特點發(fā)展起來的。在從起重小車懸垂下來的剛性立柱上有可升降的貨叉，立柱可以繞垂直中心線轉(zhuǎn)動，因此貨架間需要的巷道寬度比叉車作業(yè)時所需要的小。這種起重機支承在兩側(cè)高架軌道上運行，除一般單元貨物外還可堆運長物件。起重量和跨度較小時也可在懸掛在屋架下面的軌道上運行，這時它的起重小車可以過渡到鄰跨的另一臺懸掛式堆垛起重機上。立柱可以是單節(jié)的或多節(jié)伸縮式的。單節(jié)立柱結(jié)構(gòu)簡單、較輕，但不能跨越貨垛和其他障礙物，主要適用于有貨架的倉庫。多節(jié)伸縮式的一般有2~4節(jié)立柱，可以跨越貨垛，因此也可用于單元貨物直接堆碼成垛的無架倉庫。巷道式堆垛起重機專用于高架倉庫。起重機在貨架之間的巷道內(nèi)運行，主要用于搬運裝在托盤上或貨箱內(nèi)的單元貨物；也可以開到相應(yīng)的貨格前，由機上人員按出庫要求揀選貨物出庫。巷道式堆垛起重機由起升機構(gòu)、運行機構(gòu)、貨臺司機室和機架等組成。起升機構(gòu)采用鋼絲繩或鏈條提升載貨臺。機架有一根或兩根立柱，貨臺上的貨叉可以伸向巷道兩側(cè)的貨格存取貨物。貨叉一般為三節(jié)伸縮式，用齒輪齒條傳動或鏈傳動實現(xiàn)伸縮。這種起重機大多在地面上的一根鋼軌上運行，水平輪裝在頂部；高度不大時也可以懸掛在巷道頂部的工字鋼下翼緣上運行，水平輪裝在下部；起重量較小時，可以直接在貨架頂部鋪設(shè)的軌道上運行。巷道式堆垛起重機采用電力驅(qū)動，其控制方式有：eq\o\ac(○,1)手動控制；eq\o\ac(○,2)半自動控制，即起升和運行機構(gòu)由人操作來改變速度，但在制動時機構(gòu)能使貨叉自動對準貨格；eq\o\ac(○,3)自動控制，起重機備有自動認址系統(tǒng)。隨著自動化立體倉庫的不斷發(fā)展，巷道式堆垛機逐漸取代了橋式堆垛機，其原因主要有以下幾點：1）與巷道式堆垛機相比，自重很大，必須用比較堅固的建筑結(jié)構(gòu)；2）為使堆垛機的大梁通過，在倉庫天棚與貨架之間要有很大的凈空間；3）橋式堆垛機的通告寬度大，而且也受大梁的跨度的限制。1.5巷道式堆垛起重機的結(jié)構(gòu)及設(shè)計要點堆垛機主要由機架、行走機構(gòu)、提升機構(gòu)、載貨臺及貨叉、電器控制和各種安全保護裝置構(gòu)成。1.5.1機架機架是由上橫梁、立柱和下橫梁構(gòu)成的框架，它是堆垛機的主要承載構(gòu)件，整機結(jié)構(gòu)高而窄，立柱一般由方管制成。如果堆垛機的高度很高、起重量較大、運行速度較快，立柱最好由圓管制成。上橫梁及下橫梁一般由槽鋼和鋼板焊接而成。堆垛機的機架沿天軌運行，為防止框架傾倒，在上橫梁上裝有導(dǎo)向輪。天軌一般由角鋼、槽鋼或熱扎H型鋼制成。1.5.2行走機構(gòu)行走機構(gòu)主要由電機減速器、行走車輪、導(dǎo)向輪等組成。在堆垛機下橫梁的下面裝有兩個車輪，車輪一般由鑄鋼制成。在每個車輪的側(cè)面有兩個導(dǎo)向輪，以保證堆垛機能夠在地軌上正常行駛。軸裝式電機減速器裝在前面的車輪上，它帶動堆垛機在地軌上運行，當切斷電機電源時，電機能夠自動制動，使堆垛機停止在立體庫的巷道中。1.5.3提升機構(gòu)提升機構(gòu)主要由電機減速器、驅(qū)動鏈輪、驅(qū)動鏈條、升降鏈輪、升降鏈條、配重塊等組成。升降鏈條與載貨臺相連接，它與升降鏈輪、力柱的鏈輪及載貨臺組成封閉結(jié)構(gòu)。當電機減速器通過驅(qū)動鏈輪帶動升降鏈輪旋轉(zhuǎn)時，升降鏈輪再通過升降鏈條帶動載貨臺上下運動。1.5.4載貨臺及貨叉載貨臺主要由槽鋼、方管及鋼板焊接而成。在它的每個側(cè)面裝有四個導(dǎo)向輪和一個頂輪，以保證載貨臺能夠沿著升降軌道正常行駛。貨叉是堆垛機中最主要的部分，它主要由電機減速器、鏈輪、鏈條、齒輪、齒條、下叉、中叉、上叉、軸承等組成。下叉?zhèn)让嫜b有軸承并固定在載貨臺的臺架上，中叉的下板與工字型導(dǎo)軌相連，上叉的頂板與立板相連，在立板上裝有軸承。貨叉電機通過鏈輪、鏈條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪帶動齒條及中叉運動，同時中叉中的鏈輪通過鏈條帶動上叉沿著中叉的工字形導(dǎo)軌運動。1.5.5電器設(shè)備電器設(shè)備主要包括電力拖動、控制、檢測和安全保護。在電器拖動方面目前主要采用交流變頻調(diào)速及交流變極調(diào)速。堆垛機的控制一般采用可編程控制器（PLC）及計算機等。堆垛機必須有自動認址、貨位虛實等檢測功能。電力拖動要同時滿足快速、平穩(wěn)和準確三方面的要求。1.5.6安全保護裝置堆垛機是一種起重機械，它要在又高又窄的巷道內(nèi)高速運行。為保證人身及設(shè)備的安全，堆垛機必須有完善的安全保護措施。主要的安保措施有：終端極限限位保護。堆垛機在行走、升降和伸縮貨叉的終端都應(yīng)設(shè)有限位保護裝置。聯(lián)鎖保護。堆垛機在行走與升降時，貨叉伸縮電路要自動切斷；相反貨叉伸縮時，行走與升降電路切斷。正位虛實檢測控制。只有堆垛機在垂直和水平方向停準時，貨叉才能伸縮。另外，堆垛機到某貨格入庫，在伸叉存入貨物前，需要先探測貨格內(nèi)有無貨物，以防止雙重入庫，造成事故。載貨臺斷鏈保護。堆垛機正常工作時，起升導(dǎo)軌兩側(cè)的偏心輪與導(dǎo)軌脫開，使載貨臺能夠沿著起升導(dǎo)軌上下運動。當由于以外及長期使用等原因造成提升鏈條突然斷裂時，偏心輪通過連桿機構(gòu)及彈簧作用卡在起升導(dǎo)軌的兩側(cè)，使載貨臺不致突然下落。斷電保護。如果載貨臺升降過程中突然斷電，則通過升降電機制動使載貨臺不致于降落下來。第二章堆垛機機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1自動化立體倉庫的結(jié)構(gòu)尺寸及運行條件堆垛機作為自動化立體倉庫中重要的起重設(shè)備，應(yīng)該充分滿足生產(chǎn)中所需的要求，其結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)根據(jù)所應(yīng)用的立體倉庫的規(guī)格及所搬運貨物的體積、重量等參數(shù)進行設(shè)計。本文所涉及的自動化立體倉庫應(yīng)用于汽車發(fā)動機零部件生產(chǎn)的物流系統(tǒng)，所存儲的貨物主要為發(fā)動機汽缸的鑄件、半成品及成品。根據(jù)貨物的尺寸和生產(chǎn)規(guī)模的要求，該立體倉庫的貨格尺寸為80×70×80cm，貨架總共為15層，30列，貨架最底層距離地面高度為50cm，因此倉庫貨架的整體尺寸為24×0.8×12.5m。堆垛機搬運的貨物的重量不超過50kg，托盤重量小于5kg，從安全方面考慮，同時為使堆垛機的運行能力能夠充分滿足生產(chǎn)要求，保證生產(chǎn)活動的順利進行，將堆垛機的最大承載能力定為100kg。堆垛機的行走速度為80m/s,載貨臺提升速度為0.2m/s，貨叉伸縮速度為0.2m/s。2.2機架設(shè)計概述2.2.1機架設(shè)計應(yīng)滿足的一般要求機架的設(shè)計主要應(yīng)保證其剛度、強度及穩(wěn)定性的要求，在此前提下，還應(yīng)使機架的重量盡量輕，以節(jié)約材料，降低成本。而且機架還要有良好的抗振性，能夠?qū)⑹芷日駝拥恼穹拗圃谠试S范圍內(nèi)。運行時噪聲小，溫度場分布合理，熱變形對機架精度的影響小。結(jié)構(gòu)合理，工藝性好，便于安裝與調(diào)整。另外有導(dǎo)軌的機架要求導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。2.2.2機架的設(shè)計步驟一、初步確定機架的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸機架的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，取決于安裝在它內(nèi)部與外部的零件和部件的形狀與尺寸，裝配情況、安裝與拆卸等要求。同時也取決于工藝、所承受的載荷、運動等情況。然后，綜合上述情況，利用經(jīng)驗公式或有關(guān)資料提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，同時結(jié)合設(shè)計人員的經(jīng)驗，并參考現(xiàn)有同類型機架，初步擬定出機架的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。堆垛機機架結(jié)構(gòu)草圖如圖2.1所示，由上橫梁、底板和兩根立柱構(gòu)成框形結(jié)構(gòu)。為了便于安裝零件和減輕堆垛機機架的重量，上橫梁選擇熱扎普通槽鋼。對于立柱的截面形狀有圓形、矩形和工字形三種選擇。當截面面積相同時，圓形截面有較高的抗扭剛度，宜用于受扭為主的機架；工字形截面的抗彎強度最大，但抗扭性很低，宜用于承受純彎的機架；矩形截面抗彎、抗扭分別低于工字形截面和圓形截面，但其綜合剛性最好（各種形狀的截面，其封閉空圖2.1機架結(jié)構(gòu)草圖心截面的剛度比實心截面的剛度大）。堆垛機在行進和升降貨臺的過程中，拉、壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)均會出現(xiàn)，對抗彎性和抗扭性都有要求，而且所提升的貨物不是很重，因此選擇矩形空心截面。另外，截面面積不變，曾大封閉空心截面的外形輪廓尺寸，減小壁厚，亦可提高截面的抗彎、抗扭剛度。即在滿足相同剛度要求的情況下，通過使用空心的、大尺寸截面，可以節(jié)省材料，減小立柱重量，節(jié)約成本。根據(jù)立體倉庫貨架的尺寸，兩立柱軸線間距離為1.0m。由于堆垛機上導(dǎo)軌與倉庫貨架最頂端橫梁等高，載貨臺最低位置應(yīng)與貨架最底層等高，所以立柱長度初定為11.8m。二、常規(guī)計算常規(guī)計算是利用理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)等固體力學(xué)理論和計算公式，對機架進行強度、剛度和穩(wěn)定性等方面的校核，而后修改設(shè)計，以滿足設(shè)計要求。2.3上導(dǎo)軌設(shè)計2.3.1導(dǎo)軌類型的確定上導(dǎo)軌基本不承受載荷，主要起導(dǎo)向作用，因此在選擇導(dǎo)軌類型時主要從滿足導(dǎo)向精度方面考慮，即運動的直線度。由[2]P9-107表9.3-1，選擇塑料導(dǎo)軌。該類型導(dǎo)軌在普通的金屬滑動導(dǎo)軌副中的一件（一般在移動件）的導(dǎo)軌面上，用釘接、粘接或噴涂上一層通用的工程塑料板、纖塑層壓板或者專用的導(dǎo)軌軟帶和耐磨涂層。塑料導(dǎo)軌的優(yōu)點在于：（1）有良好的自潤滑性和耐磨性。（2）對金屬的摩擦系數(shù)小，因而能降低滑動件驅(qū)動力，提高傳動效率。（3）靜、動摩擦系數(shù)相接近，使滑動平穩(wěn)。（4）加工簡單，表面可用通用機械加工方法（銑、刨、磨等）加工。（5）由于塑料較軟，落入導(dǎo)軌中的塵屑、磨粒可嵌入其中，不會對金屬導(dǎo)軌面產(chǎn)生拉傷。（6）磨損后，拆除舊的塑料層，更換新的即可。（7）可以減小導(dǎo)軌重量。2.3.2導(dǎo)軌材料的確定塑料材料，查[1]P3-254表3-3-20，選擇聚酰胺（尼龍66），該材料機械性能較好，可替代金屬用作工程結(jié)構(gòu)，在各種環(huán)境下均能保持優(yōu)良的性能。金屬材料，查[1]P3-74表3-1-29，選擇灰鑄鐵HT200，具有較好的耐磨性和良好的減振性，鑄件粗加工后，需要進行人工時效處理。2.3.3導(dǎo)軌截面形狀的確定直線運動導(dǎo)軌的截面形狀主要有四種：矩形、三角形、燕尾形和圓柱形，并可互相組合，每種導(dǎo)軌副之中還有凹凸之分。根據(jù)實際情況，由[2]P9-108表9.3-2，選擇雙三角形導(dǎo)軌組合方式，如圖2.2所示，該方式不需要鑲條調(diào)整間隙，接觸剛度好，導(dǎo)向性和精度保持性好。圖2.2滑動導(dǎo)軌剖面每條導(dǎo)軌為對稱凹形三角形導(dǎo)軌，這樣利于保存潤滑油。盡管凹形容易留有灰塵，但如前所述，塑料導(dǎo)軌可以減小塵粒對導(dǎo)軌的磨損。另外，三角形導(dǎo)軌面磨損后能自動補償，減小間隙。導(dǎo)軌上部固定于貨架上，每段導(dǎo)軌長度在貨架設(shè)計中確定，此處不作處理。導(dǎo)軌下部固定于堆垛機上橫梁，為減輕堆垛機重量，將其制作成兩個長為100mm的滑塊，對稱焊接在上橫梁槽鋼上。查[2]P9-110表9.3-5，得導(dǎo)軌截面尺寸如下：表2-1導(dǎo)軌截面尺寸BbAα20mm2mm70mm90°導(dǎo)軌上、下部分結(jié)構(gòu)尺寸如圖2.3所示：(a)(b)圖2.3導(dǎo)軌尺寸2.4上橫梁的設(shè)計上橫梁通過焊接與兩根立柱聯(lián)接，保持立柱間的相對穩(wěn)定性。另外，上導(dǎo)軌的滑動部分固定于上橫梁上，對其產(chǎn)生下壓力。為保證上橫梁具有一定的剛度、強度和良好的穩(wěn)定性，按照GB/T707-1988標準，選用熱扎槽鋼材料制作。查[1]P3-112表3-1-53，初選槽鋼型號為10號，其尺寸參數(shù)如下：圖2.4槽形鋼截面尺寸表2-2槽形鋼尺寸尺寸/mm截面面積cm2hbDtrr110044.212.748參考數(shù)值x-xy-yZ0Wx/cm3Ix/cm4ix/cmWy/cm3Iy/cm4iy/cm/cm39.71983.957.825.61.411.52按GB/T699-1999，JB/T6397-1992標準，選上橫梁材料為45號鋼。根據(jù)材料力學(xué)，上橫梁可看作兩端固定梁，受滑塊的下壓力。當堆垛機行走時，滑塊所受的摩擦力方向為軸向，在此處可忽略不計。其剪力圖、彎矩圖如圖2.4所示：圖2.4上橫梁受力圖其中，q—勻布載荷，M—彎矩，Q—剪力計算最大彎矩和最大剪力：其中，V—導(dǎo)軌下部的體積，m—導(dǎo)軌下部質(zhì)量，—材料密度，查[1]P1-6表1-1-4，灰鑄鐵密度為7.25t/m3（2-1）（2-2）梁的橫截面對中性軸的慣性矩IY=25.6cm4在受拉一邊的最大拉應(yīng)力：（2-3）查[1]P3-13表3-1-7，材料的強度極限：，材料的屈服極限：材料的許用應(yīng)力為：其中，S—安全系數(shù)，S=S1S2S3查[1]P1-115表1-1-92，則：在受壓一邊的最大壓應(yīng)力：（2-4）橫梁所受的最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力均未超出許用值，符合要求中性軸以下半個橫截面面積對中性軸的靜面矩為：（2-5）最大切應(yīng)力為：（2-6）梁所受的最大切應(yīng)力遠小于許用切應(yīng)力，滿足要求2.5立柱設(shè)計立柱支撐著載貨臺，是主要的受力部件。因此立柱的抗彎、抗扭強度對堆垛機的力學(xué)性能起著決定性的作用。兩根立柱之間，由上下橫梁連接，下端固定于底板上。立柱上安裝有鏈輪、鏈條，可通過電機帶動載貨臺的升降運動。立柱體積較大，因此在滿足力學(xué)性能要求的前提下，應(yīng)盡量減小立柱的橫截面面積，以降低重量，按GB/T6728-1986標準，選擇結(jié)構(gòu)用冷彎矩形空心型鋼，查[1]P3-134表3-1-66，初選尺寸為80×60mm，壁厚4.0mm，截面面積為10.147cm2；按GB/1591-1994標準，查[1]P3-19表3-1-8，選擇Q345低合金結(jié)構(gòu)鋼，該材料綜合力學(xué)性能良好，低溫性能亦可，有良好的塑性、焊接性和冷彎性，材料的強度極限為σb=470MPa，屈服極限為σs=345MPa。在工作中，立柱處于最大受力狀態(tài)時，有以下兩種情況：（1）當載貨臺位于立柱最頂部，貨叉完全伸出，并載有貨物時，立柱所受彎矩最大；（2）載貨臺載有貨物，從立柱頂部向下加速運動時，或載貨臺從下向上提升貨物，在接近立柱頂部作減速運動時，立柱受到載貨臺與貨物對其靜應(yīng)力和動應(yīng)力的影響。下面對這兩種情況分別進行討論。第一種情況：立柱與載貨臺相對靜止，可將其看作一個整體，貨物對其有勻布載荷，受力分析如圖2.5所示，畫其軸力圖和彎矩圖：圖2.5力柱受力圖a由圖可得：（0≤x≤l）（2-7）（0≤x≤l）（2-8）其中，—立柱到載貨臺邊緣的距離，由軸力FN產(chǎn)生的壓應(yīng)力為：在彎矩作用下，以立柱軸線為中性軸，則最大拉應(yīng)力等于最大壓應(yīng)力，查[1]P3-134表3-1-66，該軸慣性矩I=87.905cm4，由式（2-4），則：查[1]P1-115表1-1-92，有：則：第二種情況：在已知加速度的情況下，構(gòu)件的內(nèi)力計算，可以應(yīng)用理論力學(xué)中的動靜法。即在構(gòu)件運動的某一時刻，給每個質(zhì)點虛加上慣性力，則該慣性力與構(gòu)件上的已知載荷和支反力，在形式上構(gòu)成一組平衡力系。于是，構(gòu)件可按這種假想的平衡狀態(tài)來計算內(nèi)力以及應(yīng)力。根據(jù)該理論有：（2-9）其中，qd—動載荷集度，qst—靜載荷集度，Δld—動伸長量，Δlst—靜伸長量，Kd—動荷因數(shù)，a—加速度為減小沖擊載荷與慣性力，將a初定為1.5m/s2則另外，根據(jù)壓桿穩(wěn)定性的概念，對于豎直受軸向壓力的桿件，由于材料的不均勻和壓力存在偏心，會使桿件的軸線發(fā)生彎曲。此時，若存在橫向干擾力，則彎曲程度將會增大，即跨中撓度δ增大。當偏心壓力很大時，微小的干擾外力也會引起顯著的撓度曾量，這意味著該桿件此時已不能正常工作，壓桿的平衡失去了穩(wěn)定性，簡稱為壓桿失穩(wěn)，此時的軸向壓力稱為臨界壓力，用Fcr表示。對于細長的壓桿，當壓力接近上述臨界力時，將會因撓度增加過快而不能正常工作；對于中等長度的鋼壓桿來說，隨著壓力的增加，由于彎壓聯(lián)合作用，在危險截面附近將先出現(xiàn)屈服區(qū)，最終發(fā)生彎折而喪失承載能力。因此，該臨界壓力為壓桿承載能力的上限。堆垛機立柱可看作兩端固定的細長壓桿，在軸向力作用下處于微平衡狀態(tài)，當材料是在線彈性范圍內(nèi)工作時，即可應(yīng)用撓曲線的近似微分方程，如圖2.6建立坐標系，（2-10）距原點為z的任意橫截面上的彎矩為：將其代入上式中引用記號圖2.6力柱受力圖b則有二階齊次線形微分方程此微分方程的通解為：式中，A和B為積分常數(shù)。壓桿兩端的位移邊界條件是：利用前一個邊界條件可得于是有再利用后一個邊界條件，可得到如果A等于零，則壓桿各橫截面的撓度均為零，不符合現(xiàn)在的情況。所以欲使壓桿處于平衡狀態(tài)，則必有：滿足此條件的kl值為：將k值代回原式，得（2-11）顯然，能使壓桿保持微彎平衡狀態(tài)的最小軸向壓力是n=1時，即查[1]P1-7表1-1-6，合金鋼的彈性模量E=206GPa因此立柱能夠保持微平衡狀態(tài)2.6下導(dǎo)軌設(shè)計2.6.1導(dǎo)軌類型的選擇下導(dǎo)軌承受著堆垛機全部的重量，因此對其各方面的性能均有很高的要求。根據(jù)經(jīng)驗，選擇滾動導(dǎo)軌。滾動導(dǎo)軌是在相配合的兩導(dǎo)軌面之間，放置滾動體或滾動支承，使導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)成為滾動摩擦。滾動導(dǎo)軌的最大優(yōu)點是摩擦因數(shù)小，動、靜摩擦因數(shù)差很小，因此，運動輕便靈活，運動所需功率小，摩擦發(fā)熱少，精度保持性好，低速運行平穩(wěn)性好，移動精度和定位精度高。另外，滾動導(dǎo)軌還具有潤滑簡單（有時可用油脂潤滑），高速運動時不會像滑動導(dǎo)軌那樣因“動壓效應(yīng)”而使導(dǎo)軌起浮的優(yōu)點。由[2]P9-125表9.3-43，選擇滾動導(dǎo)軌中的滾動直線導(dǎo)軌副。2.6.2滾動直線導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)與特點一、結(jié)構(gòu)滾動直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當導(dǎo)軌與滑塊作相對運動時，鋼球沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向器進入返向孔后再進入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進行滾動運動，返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進入滾塊內(nèi)部。鋼球承載的形式，與角接觸球軸承相似，一個滑塊就像是4個直線運動的角接觸球軸承。導(dǎo)軌軸的安裝形式可以水平或傾斜，可根據(jù)實際需要，將多條導(dǎo)軌連接成長導(dǎo)軌。二、特點（1）動、靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動性極好。有利于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。驅(qū)動功率小。（2）承載能力大，剛度高。（3）能實現(xiàn)高速直線運動，其瞬時速度比滑動導(dǎo)軌提高10倍左右。（4）采用滾動直線導(dǎo)軌副可以簡化設(shè)計、制造和裝配工作，保證質(zhì)量，縮短時間，降低成本。導(dǎo)軌副具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件的加工精度。2.6.3滾動直線導(dǎo)軌副的計算一、已知條件堆垛機重量：另外載貨臺約重150kg，貨物重100kg，驅(qū)動電機、提升電機、鏈條、鏈輪等其它零部件共重約250kg，則堆垛機總重量約為700kg，移動速度，運動環(huán)境：常溫，無外力沖擊作用。按照以上條件，由《機械設(shè)計手冊》，選擇GGB30AA2P2×3000-3型滾動直線導(dǎo)軌副。二、導(dǎo)軌額定壽命的計算滾動直線導(dǎo)軌副額定壽命的計算與滾動軸承基本相同（2-11）式中，L—額定壽命（kN）Ca—額定動載荷（kN）P—當量動載荷（kN）Fmax—受力最大的滑塊所受的載荷（kN）ε—指數(shù)，當滾動體為滾珠時，ε=3K—額定壽命單位，K=50km—硬度系數(shù)由于產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC，故通?？扇　獪囟认禂?shù)，查[2]P9-127表9.3-45，—接觸系數(shù)，查[2]P9-127表9.3-46，—溫度系數(shù)，查[2]P9-127表9.3-47，—溫度系數(shù)，查[2]P9-127表9.3-48，查[2]P9-131表9.3-51，（2-12）三、導(dǎo)軌壽命時間的計算（2-13）式中Lh—壽命時間La—導(dǎo)軌行程長度，取La=3mn—每分鐘往返次數(shù)，取n=1按每年工作日為260天，兩班工作制，每班8小時四、摩擦力摩擦阻力受結(jié)構(gòu)型式、潤滑劑的黏度、載荷及運動速度的影響而略有變化，預(yù)緊后，摩擦力增大。摩擦力可按下式計算（2-14）式中，F(xiàn)—法向載荷f—密封件阻力，每個滑塊座f=5Nμ—滾動摩擦力系數(shù)當所受載荷低于額定靜載荷10%時，由于載荷過小，滾珠間相互摩擦的阻力和潤滑脂的阻力占有較大比例。這是摩擦力并不隨法向載荷的降低而成正比例地下降。實驗表明，當；當，，當時，值將急劇增大查[2]P9-131表9.3-51，（2-15）因此，若采用此型號導(dǎo)軌，摩擦阻力將過大，消耗電機功率，產(chǎn)生振動。將滾動直線導(dǎo)軌副的型號改為GGB25AA2P2×3000-3，查[2]P9-131表9.3-51，額定動載荷，額定靜載荷取重新計算額定壽命與壽命時間按每年工作日為260天，兩班工作制，每班8小時五、安裝與使用1．基礎(chǔ)件上安裝導(dǎo)軌副的安裝平面的精度要求根據(jù)[2]P9-136表9.3-60，有安裝側(cè)基面平行度誤差δb=0.02mm安裝基面高度誤差δh=k·b式中k—計算系數(shù)，k=0.00008b—兩導(dǎo)軌軸線間距，b=200mm則δh=0.00008×200=0.016mm圖2.7滾動導(dǎo)軌安裝精度基礎(chǔ)件滑塊安裝面的高度誤差δs=0.00004b=0.00004×200=0.008mm2．導(dǎo)軌副在連接基準面的固定結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)軌軸和滑塊座與側(cè)基準面靠上定位臺階后，應(yīng)從另一面預(yù)緊后再固定，預(yù)緊固定方法，查[2]P9-136圖9.3-10，選用緊固螺釘固定，螺釘?shù)臄?shù)量和位置，與導(dǎo)軌軸安裝螺釘孔的數(shù)量和位置相同，滑塊座上的螺孔為通孔。3．雙導(dǎo)軌定位在同一平面內(nèi)平行安裝兩條導(dǎo)軌，如果振動和沖擊不大，可以一條導(dǎo)軌側(cè)面定位，導(dǎo)軌軸按照下列步驟安裝：（1）將基準側(cè)的導(dǎo)軌軸基準面（刻有小溝槽的一側(cè)）緊靠裝配面，對準螺孔，將導(dǎo)軌軸輕輕地用螺栓予以固定。（2）上緊導(dǎo)軌軸側(cè)面的預(yù)緊裝置，使導(dǎo)軌的軸基準側(cè)面緊緊靠在裝配表面。（3）按規(guī)定值用力矩扳手逐個擰緊導(dǎo)軌軸的安裝螺釘。從中間開始按交叉順序向兩端擰緊。查[2]P9-139表9.3-62，擰緊力矩取12N·m。（4）非基準側(cè)的導(dǎo)軌軸與基準側(cè)的安裝次序相同，只是側(cè)面需輕輕靠上，不要預(yù)緊，否則反而引起過定位，影響運行的靈敏性和精度。4．滑塊座的安裝（1）將工作臺置于滑塊座的平面上，并對準安裝螺釘孔，輕輕地予以緊固。（2）擰緊基準側(cè)滑塊座側(cè)面的壓緊裝置，使滑塊座基準側(cè)面緊緊靠在工作臺的側(cè)基面。（3）按對角線順序，逐個擰緊基準側(cè)和非基準側(cè)滑塊座上各個螺栓。安裝完畢后，檢查其全行程內(nèi)運行是否輕便、靈活、無停頓阻滯現(xiàn)象。摩擦阻力在全行程內(nèi)不應(yīng)有明顯的變化。第三章行走機構(gòu)的設(shè)計行走機構(gòu)的作用是傳遞電動機的功率，將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，使堆剁機沿導(dǎo)軌做往復(fù)運動。行走機構(gòu)主要由驅(qū)動電機和傳動裝置兩部分組成。3.1電動機的選擇3.1.1選擇電動機應(yīng)綜合考慮的問題1．根據(jù)機械的負載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動機類型。2．根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的溫升限制、過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電動機的功率和冷卻通風(fēng)方式。3．根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵以及腐蝕和易燃易爆氣體等，考慮必要的保護方式，選擇電動機的結(jié)構(gòu)型式。4．根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標準對功率因數(shù)的要求，確定電動機的電壓等級和類型。5．根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程性能的要求，以及機械減速機構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速。3.1.2電動機的選擇一、電動機類型的選擇本論文設(shè)計的堆垛機在封閉的車間內(nèi)運行，雜塵較少，工作環(huán)境為常溫下工作，另外要求電機能夠正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，而且正反轉(zhuǎn)切換和啟停較為頻繁。根據(jù)這些條件，查[1]P22-10表22-1-6，運行平穩(wěn)、斷續(xù)工作所適用的電動機類型為籠型三相異步電動機。二、轉(zhuǎn)速的選擇電動機額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而定的。在確定電動機轉(zhuǎn)速時，必須考慮機械減速機構(gòu)的傳動比值，兩者相互配合，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟全面比較再確定。當電動機功率一定時，電動機的轉(zhuǎn)速愈低，則其尺寸愈大，價格愈貴，且效率也較低，如選用高速電動機，勢必加大機械減速機構(gòu)的傳動比，致使機械傳動部分變得復(fù)雜。對于堆垛機而言，工作速度較低，需要頻繁地正、反轉(zhuǎn)切換，為縮短正、反轉(zhuǎn)過渡時間，提高生產(chǎn)效率，降低消耗，減小噪聲，節(jié)省投資，應(yīng)選用低速電動機。三、電動機功率計算對于直線運動機械，查[1]P22-13表22-1-10，電動機功率的計算公式為：（3-1）式中F—作用力，Nv—運動速度，v=80m/minη—電動機傳動效率，取η=0.75則查[1]P22-62表22-1-33，選擇Y160M三相異步電動機，額定轉(zhuǎn)速v=974r/min3.2傳動裝置的設(shè)計3.2.1傳動方案的確定為了將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為堆剁機直線運動，可以選擇齒輪齒條傳動，或滾珠絲杠傳動。滾珠絲杠傳動是絲杠和螺母間以滾球為滾動體的螺旋轉(zhuǎn)動副，其優(yōu)點主要有以下幾個方面：1．傳動效率高達0.9~0.98，有利于主機的小型化及減輕勞動強度；2．摩擦力小，接觸剛度高，使溫升及熱變形減小，有利于改善主機的動態(tài)特性和提高工作精度。3．傳動無間隙，無爬行，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳動精度高。4．已經(jīng)實現(xiàn)系列尺寸標準化，可根據(jù)實際需要直接選取。但是，滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對滾珠所用的材料有嚴格要求，成本較高，承受徑向載荷的能力差。在本設(shè)計中，巷道長度為24m，絲杠中間不能設(shè)置支撐裝置，跨度過大，抗振性差，而且對其抗彎強度的要求必將提高，勢必增加所用材料的成本。另外，為獲得所要求的精度，需將絲杠分成多段制造，最后裝配成長絲杠，因此，在每段絲杠的聯(lián)結(jié)處，其力學(xué)性能降低，當螺母經(jīng)過時容易產(chǎn)生振動。維修、更換零件困難。與滾珠絲杠副相比，齒輪齒條傳動的不足在于存在間隙，因此在堆垛機反向運動時，會產(chǎn)生傳動誤差，影響傳動精度。但堆垛機并非高精密器械，對定位精度的要求不是很高，因此可以忽略間隙的影響。齒輪齒條傳動的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，成本低，齒輪磨損后易于更換，裝配方便，縮短維修時間。另外，齒條安裝于地面上，可以一定的長度分段固定，提高了傳動的穩(wěn)定性。由以上分析可以看出，選用齒輪齒條傳動，在結(jié)構(gòu)性、經(jīng)濟性等方面勻較滾珠絲杠副合理。另外，按照齒輪齒條傳動計算，堆垛機的行走速度為：（3-2）式中d—齒輪直徑n—齒輪轉(zhuǎn)速若將電機直接與齒輪連接，齒輪轉(zhuǎn)速為974r/min，則有：圖3.1二級減速裝置顯然齒輪直徑過小，不能滿足強度要求，因此需要采用二級減速傳動，降低齒輪轉(zhuǎn)速，以增大齒輪的直徑。減速機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3.1所示。3.2.2第一級減速齒輪副的計算已知條件：電動機功率P=15kW，輸出轉(zhuǎn)速n1=974r/min，轉(zhuǎn)動比初定為i=2.5。選小齒輪材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，查[1]P3-27表2-1-19，硬度241HB~286HB，平均取為260HB。大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查[1]P3-15表3-1-7，硬度207HB~302HB，平均取為250HB。按齒面接觸疲勞強度計算1．初步計算轉(zhuǎn)矩（3-3）齒寬系數(shù)查[3]P119表2-48，接觸疲勞極限查[3]P151圖2-80，許用接觸應(yīng)力（3-4）式中ZNT—壽命系數(shù)，查[3]P154表2-87，ZNT=1.6ZL—潤滑系數(shù)，ZV—速度系數(shù)，ZR—粗糙度系數(shù)，查[3]P155表2-88，ZLZVZR=1.0ZW—齒面工作硬化系數(shù)，查[3]P表2-90，SHmin—最小安全系數(shù)，查[3]P156表2-91，SHmin=1.10則初步計算小齒輪直徑（3-5）取小齒輪齒寬（3-6）2．校核計算圓周速度（3-7）精度等級查[3]P217表2-137，選8級精度齒數(shù)和模數(shù)查[3]P117表2-46，取齒數(shù)查[3]P42表2-4，取則使用系數(shù)查[3]P130表2-58，KA=1.25動載荷系數(shù)查[3]P135表2-69，KV=1.16齒間載荷分配系數(shù)（3-8）（3-9）則（3-10）齒向載荷分布系數(shù)查[3]P139表2-75，（3-11）載荷系數(shù)（3-12）彈性系數(shù)查[3]P144表2-81，節(jié)點區(qū)域系數(shù)查[3]P144圖2-73，驗算（3-13）計算結(jié)果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無須調(diào)整3．齒輪主要尺寸小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù)小齒輪直徑大齒輪直徑中心距齒寬取輸出轉(zhuǎn)速齒根彎曲疲勞強度驗算重合度系數(shù)（3-14）齒間載荷分配系數(shù)查[3]P142表2-79，（3-15）齒頂?shù)烬X根的輪齒高度齒向載荷分布系數(shù)（3-16）載荷系數(shù)（3-17）復(fù)合齒形系數(shù)查[3]P149圖2-78，彎曲最小安全系數(shù)查[3]P156表2-91，彎曲疲勞極限查[3]P152圖2-80，彎曲壽命系數(shù)查[3]P157表2-92，尺寸系數(shù)查[3]P159表2-95，許用彎曲應(yīng)力（3-18）驗算（3-19）計算結(jié)構(gòu)表明，傳動無嚴重過載，齒輪尺寸無須調(diào)整3.2.3第二級減速齒輪副的計算齒輪材料與上一步相同，小齒輪40Cr鋼，大齒輪45鋼，初定傳動比i=3按齒面接觸疲勞強度計算1．初步計算轉(zhuǎn)矩齒寬系數(shù)查[3]P119表2-48，接觸疲勞極限查[3]P151圖2-80，許用接觸應(yīng)力式中ZNT—壽命系數(shù)，查[3]P154表2-87，ZNT=1.6ZL—潤滑系數(shù)，ZV—速度系數(shù)，ZR—粗糙度系數(shù)，查[3]P155表2-88，ZLZVZR=1.0ZW—齒面工作硬化系數(shù)，查[3]P表2-90，SHmin—最小安全系數(shù)，查[3]P156表2-91，SHmin=1.10則初步計算小齒輪直徑為保證則有由取小齒輪齒寬2．校核計算圓周速度精度等級查[3]P217表2-137，選9級精度齒數(shù)和模數(shù)查[3]P117表2-46，取齒數(shù)查[3]P42表2-4，取則使用系數(shù)查[3]P130表2-58，KA=1.25動載荷系數(shù)查[3]P135表2-69，KV=1.16齒間載荷分配系數(shù)則齒向載荷分布系數(shù)查[3]P139表2-75，載荷系數(shù)彈性系數(shù)查[3]P144表2-81，節(jié)點區(qū)域系數(shù)查[3]P144圖2-73，驗算計算結(jié)果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無須調(diào)整3．齒輪主要尺寸小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù)小齒輪直徑大齒輪直徑中心距齒寬取輸出轉(zhuǎn)速齒根彎曲疲勞強度驗算重合度系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)查[3]P142表2-79，齒頂?shù)烬X根的輪齒高度齒向載荷分布系數(shù)載荷系數(shù)復(fù)合齒形系數(shù)查[3]P149圖2-78，彎曲最小安全系數(shù)查[3]P156表2-91，彎曲疲勞極限查[3]P152圖2-80，彎曲壽命系數(shù)查[3]P157表2-92，尺寸系數(shù)查[3]P159表2-95，許用彎曲應(yīng)力驗算計算結(jié)構(gòu)表明，傳動無嚴重過載，齒輪尺寸無須調(diào)整3.2.4齒輪齒條副幾何尺寸的確定及計算齒輪齒數(shù)模數(shù)螺旋角壓力角齒頂高系數(shù)頂隙系數(shù)齒輪變位系數(shù)查[3]P271表3-2，齒寬齒輪，齒條齒條基準面至齒頂高的距離齒條長度齒輪分度圓直徑齒頂高齒輪齒條齒根高齒輪齒條齒高齒輪齒條齒輪中心到齒條中線的距離齒條齒距齒條齒數(shù)，取整3.2.5軸的計算軸選用45鋼，齒輪在軸上的定位方式，軸向以軸肩和套筒固定，結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，軸上不需開槽、鉆孔，因而不會影響軸的疲勞強度；周向以平鍵固定，制造簡單，裝卸方便，對中心性好。兩端選用角接觸球軸承,采用鎖口在內(nèi)圈，面對面排列，該方式可承受雙向軸向載荷，通過預(yù)緊可提高軸的剛度和旋轉(zhuǎn)精度。一、軸Ⅰ的計算軸Ⅰ為電動機圓柱形軸伸，查電機安裝尺寸，軸徑為25mm。疲勞強度安全系數(shù)校核疲勞極限查[1]P6-4表6-1-1，有效應(yīng)力集中系數(shù)查[1]P6-25表6-1-30，表面質(zhì)量系數(shù)查[1]P6-27表6-1-36，尺寸影響系數(shù)查[1]P6-26表6-1-34，應(yīng)力折算系數(shù)查[1]P6-26表6-1-33，平均應(yīng)力查[1]P6-22表6-1-25，截面模數(shù)查[1]P6-23表6-1-28，應(yīng)力幅（3-20）（3-21）彎曲安全系數(shù)（3-22）扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)（3-23）許用安全系數(shù)查[1]P6-22表6-1-26，復(fù)合安全系數(shù)（3-24）二、軸Ⅱ的計算按扭轉(zhuǎn)強度計算軸徑（3-25）式中A—系數(shù)，查[1]P6-20表6-1-19，A=110P—軸所傳遞的功率，kWn—軸的工作轉(zhuǎn)速，r/min，取d=38mm初步設(shè)計軸Ⅱ的主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.2所示：圖3.2軸Ⅱ結(jié)構(gòu)草圖查[1]P5-194表5-3-18，選擇平鍵尺寸及公差如圖3.3所示：疲勞強度安全系數(shù)校核疲勞極限查[1]P6-4表6-1-1，有效應(yīng)力集中系數(shù)查[1]P6-25表6-1-30，表面質(zhì)量系數(shù)查[1]P6-27表6-1-36，(a)A—A截面平鍵(b)B—B截面平鍵圖3.3平鍵尺寸結(jié)構(gòu)尺寸影響系數(shù)查[1]P6-26表6-1-34，應(yīng)力折算系數(shù)查[1]P6-26表6-1-33，平均應(yīng)力查[1]P6-22表6-1-25，截面模數(shù)查[1]P6-23表6-1-28，應(yīng)力幅彎曲安全系數(shù)扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)許用安全系數(shù)查[1]P6-22表6-1-26，復(fù)合安全系數(shù)三、軸Ⅲ的計算按扭轉(zhuǎn)強度計算軸徑，取d=54mm初步設(shè)計軸Ⅲ的主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.4所示：圖3.4軸Ⅲ結(jié)構(gòu)草圖查[1]P5-194表5-3-18，選擇平鍵尺寸及公差，如圖3.5所示。疲勞強度安全系數(shù)校核疲勞極限查[1]P6-4表6-1-1，有效應(yīng)力集中系數(shù)查[1]P6-25表6-1-30，圖3.5平鍵尺寸結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量系數(shù)查[1]P6-27表6-1-36，尺寸影響系數(shù)查[1]P6-26表6-1-34，應(yīng)力折算系數(shù)查[1]P6-26表6-1-33，平均應(yīng)力查[1]P6-22表6-1-25，截面模數(shù)查[1]P6-23表6-1-28，應(yīng)力幅彎曲安全系數(shù)扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)許用安全系數(shù)查[1]P6-22表6-1-26，復(fù)合安全系數(shù)3.3行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖通過前面的設(shè)計與計算，利用AutoCAD繪制行走機構(gòu)裝配圖，如圖3.6所示：圖3.6行走機構(gòu)第四章提升機構(gòu)的設(shè)計提升機構(gòu)工作原理：提升機構(gòu)采用鏈傳動方式，由電動機通過鏈條驅(qū)動傳動鏈輪旋轉(zhuǎn)，并進行一級減速，再由傳動鏈輪帶動提升鏈輪實現(xiàn)載貨臺的升降運動。4.1電動機的選擇電動機功率計算載貨臺提升速度為0.2m/s（4-1）查[1]P22-94表22-1-61，選擇YCJ120減速三相異步電動機，額定功率，輸出轉(zhuǎn)速4.2傳動滾子鏈的設(shè)計計算4.2.1滾子鏈幾何尺寸的計算傳動比取則小鏈輪齒數(shù)取大鏈輪齒數(shù)設(shè)計功率查[1]P13-104表13-2-3，工況系數(shù)（4-2）單排鏈條傳遞的功率查[1]P13-104表13-2-4，小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，查[1]P13-104表13-2-5，排數(shù)系數(shù)，（4-3）鏈條節(jié)距查[1]P13-105圖13-2-1，選擇鏈條號為08A，驗算小鏈輪軸孔直徑查[1]P13-106表13-2-6，初定中心距（4-4）取以節(jié)距計的初定中心距（4-5）鏈條節(jié)數(shù)查[1]P13-106表13-2-7，系數(shù)k=11.7（4-6）圓整，取鏈條長度（4-7）計算中心距式中查[1]P13-106表13-2-7，實際中心距（4-8）鏈條速度（4-9）有效圓周力（4-10）4.2.2滾子鏈靜強度計算（4-11）式中—靜強度安全系數(shù)—鏈條極限拉伸載荷，查[1]P13-102表13-2-1，—離心力引起的里，—鏈條質(zhì)量，查[1]P13-108表13-2-9，—鏈條速度—懸垂力，在和中取較大者（其中，系數(shù)查[1]P13-108圖13-2-3，?。S用安全系數(shù)