单柱巷道式堆垛机设计【仓储自动化立体货架立体仓库】
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1 机械制造 装备 课程设计说明书 课程名称 机械制造 装备 设计 题目名称 单柱巷 道式 堆 垛机 学生学院 专业班级 学生姓名 指导教师 2016 年 01 月 5 日 2 目录 1 设计原始数据 . 12 2 工作条件 . 12 3 整体方案 . 12 4 堆垛机起升机构设计 . 13 升机的主要组成部分 . 13 动机功率计算 . 14 的设计 . 15 . 16 5 堆垛机行走机构设计 . 17 述 . 17 . 18 择轨道 . 19 . 19 . 21 6 堆垛机货叉设计 . 22 叉传动装置的总体选型 . 22 . 23 . 24 条的计算 . 25 7 立体仓库货架设计 . 28 . 28 . 28 . 28 8 总结 . 30 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 单柱巷道式堆垛机设计 1 设计原始 数据 总体 长度 (m) 载重 (水平行 走速度 m/s 垂 直 升 降速度 m/s 货 叉 运 行速度 m/s 00 工作 条件 1) 工作情况：两班制工作（每班按 8h 计算） 2) 工作环境：室内，灰尘较小 3) 使用期限：折旧 期 8 年， 4 年一次大修 ; 4) 制造条件及批量：普通中 批量 3 整体 方案 单柱巷道式堆垛机主 要由 起升机构 、行走 机构 、货叉、货架组成，完成物品的自动运输和存放，实现无人仓库 高效 的作业 方式 。本 文 设计的 单柱 巷道式堆垛机 主要 为 小 型货 物 （ 最大重量 不 超过 1000N） 而 设计。具 体的 设计 图 如下图： 13 4 堆垛 机起 升 机构设计 升机的主要组成部分 电机的动力通过联轴节器来带动链轮运行，从而带动链条提升货物。因为提升机的主要靠轴的转动， 从而带动链轮的运转， 通过链条带动托台上升和下降，所以在设计的过程中 ， 对轴的要求是非常高的。这里使用单独电动机控制起升机构，同时为防止停电时起升平台掉落，造成损害或安全事故，这里选用带刹车功能的制动电机。因此主要组成部分为：电机、滑筒、链、链轮、立柱。下图为总体结构图： 1. 链条式起升方式 链条式起升方式是利用链条链轮进行传动，从而提升货物。 14 采用链条式起升方式，需要首先用传动链将动能传递到立柱顶部，再通过起重链来提升货物。链传动通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传动。链传动无弹性滑动和整体打滑现象，能保证准确的传动比和很高的传动效率。有链条挠性构件，不需要安装 太紧，故对轴的压力不大，链传动的整体尺寸较小，结构紧凑，同时能在高温和潮湿条件下工作。链与钢丝绳相比，优点是挠性大，链轮齿数可以很少，因而直径小，结构紧凑，其缺点是对冲击的敏感性大，突然破短的可能性大，磨损也较快。另外不能用于高速，起重链用于起重量小，起升高度小，起升速度低的机械。 起降滑筒结构主要滑筒、导向轮组等零部件组成。起降滑筒结构主要用来固定载货台，承受着货台和货物的重量，设计是要满足强度和刚度要求。载货台模块包含多个导向轮组，导向轮组主要由导向轮、轴承和导向轮轴组成。导向轮 组主要与立柱或导轨接触，使载货台模块与立柱模块连接起来。下图为起降滑筒结构： 动机功率计算 通常我们选择电动机的首先要考虑电动机能够提供负载所需要的转矩和转速。起升电机所需功率可按起升机构在满载荷稳定工作时的静功率计算，由 : 式中 P 一最大起升载荷 (N); 15 v 一额定起升速度 (m/ 一起升机构总效率。 起升平台和货物总重： 滑筒， V=s 则， 考虑到其他不确定因素，查表取升降电机型号 0制动电机， =n=1440r/根据 机构所需静功率选择起升机构电动机。选择电动机后还要对电动机进行过载能力及发热的校核。起升机构要求电动机在有电压损失时，可吊起 1. 25 倍的额定起重量。故电动机的功率应符合式的要求，以保证具有足够的过载能力。 式中 ; N); m/ 步电动机取 H =2. 1，直流电动机取 H =1. 4; 经校核符合要求。 的设计 轴是机器中的重要零件， 其功能在于支承转动零件， 使转动零件具有确定的工作位置， 并传递运动和动力。 一般情况下， 合理的结构和足够的强度是轴的设计必须满足的基本要求。 如果轴的结构设计不合理， 会影响轴的加工和装配工艺性， 增加制造成本， 乃至影响轴的强度和刚度。 如果轴的强度不足， 则会发生塑性变形或断裂失效， 使其不能正常工作。 轴的一般设计步骤是： 1 按工作要求选择材料。 估算轴的基本直径。 3 轴的结构设计。 1、估算轴的基本直径 轴的设计中， 一般是按轴所传递的转矩估算出轴上受扭转轴段的最小直径，并以其作为基本参考尺寸进行轴的结构设计。 在本课题中的主轴所选用的材料是 45 钢， 通过查表可得 =60 =103 P= =已知 n=01440= =所求 d 应为受扭转轴段的直径， 即带传动轮处的轴径。 因考虑到其它因素的影响， 即取标准直径 d=40 2、 轴的结构设计 (1) 初定各轴段的直径 综合考虑联轴器的连接等因素，计算并查机械手册确定各轴端的直径为： 各轴端的直径 16 （ 2）确定各轴段长度 (3) 传动零件的周向固定，链轮处与带传动处均采用 A 型普通平键，链轮处为键 16 9 (4) 其它尺寸， 为了加工方便， 参照 6209 C 型轴承的安装尺寸（见轴承手册），轴上过度圆角半径全部取 r=1端倒角为 2 45。 传动的主要参数选择 传动比 过大时，会导致小链轮 包角 过小， 同时 啮合齿数 减少， 这将加速链轮轮齿的磨损且容易出现跳 齿现象 ，故包角最好不小于 。为此 ，限制传动比 了保证 托 台 沿 立柱竖直运动 ， 主 、 从动链轮大小相同，所以传动比 。 在本设计中， 由于链速为 s,属于低速。小链轮的齿数 依据链速参考表选取。 应该按传动比 i 来确定齿数， 查表 取 7。 算功率 式中 P 传递的功率， 工况系数，查表知 主动链轮齿数系数，查表知 多排链系数，单排链 。 号和节距 取 减速器的传动比为 i=则 17 计算功率 链的节距可查表选出链号 为 20A，则 链条节距查表为 p=定 润滑 方式 v6m/s,在低速 范围内， 符合条件。 由 v=s 和 链号 20A 查表确定润滑方式为 定期 人工润滑方式。 6. 链轮 选用 45 钢调质回火（ 4050） 5 堆垛 机 行 走机 构 设计 述 行走速度，即。载重，自重。 机构利用级别 (摘自 3811利用级别 总运转小时数 t/h 理论平均日工作小时数 /h: 附注 2500 2； 4 不经常繁忙地使用 5000 4； 8 繁忙地使用 0000 8； 16 繁忙地使用 00000 16 繁忙地使用 机构载荷情况 载荷情况 附注 ） 机构经常承受轻小载荷，偶尔承受最大载荷 ） 机构经常承受中等载荷，较少承受最大载荷 ） 机构经常承受较大载荷，也常承受最大载荷 重） 机构经常承受最大载荷 18 机构工作类型的分类 (摘自 3811载荷情况 机构利用级 别 6 8 ） 5 7 ） 6 8 ） 7 重） 8 由行走机构的工作要求得到机构利用级别为 构载荷情况为 从而确定机构的工作类型为 定车轮直径 车轮踏面疲劳强度计算（摘自 3811 名称 车轮踏面疲劳强度计算 车轮踏面疲劳强度计算 公式 符号意义 取，取车轮转速。 载物前，堆垛机两轮受力不均匀， 设不均匀系数为 主动轮计算。 19 取，则可得： 取车轮。 择轨道 无轮缘车轮踏面形状和尺寸与轨道的匹配 (摘自 D/2 /道 轨道 轨道 轨道 160 40 9kg/m 12kg/m _ _ 200 40 9kg/m 12kg/m _ _ 250 45 9kg/m 12kg/m 15kg/m _ 315 980 15kg/m 22kg/m 30kg/m 38kg/m 轻轨的尺寸规格 (摘自 11264型号 截面尺寸 轨高 A 底宽 B 头宽 C 头高 D 腰高 E 底高 F 腰厚 t 理论质量 W/12 道尺寸图 根据车轮直径大小，确定轨道型号为 12 以及其尺寸规格。 择减速电机 20 考虑其它运行阻力，添加阻力系数 故选取减速电机查看 速电机进行选型，考虑过载等，选取减速电机 57 =速电机参数图 21 减速电机尺寸图 电机与减速器搭配图 车轮主轴 轴常用几种材料的及值 轴的材料 20 35 45 4035525 2035 2545 3555 149126 135112 126103 11297 由计算可得，车轮主 轴的最小直径为 30 22 6 堆垛 机 货 叉设计 叉传动装置的总体选型 货叉主要完成货物的承载作用，利用货叉本身的伸缩板完成货物从货架上取下，或者把货物放到货架上。 1）设计参数 2）传动 方案选择 货叉 主要完成 载 货作用，所 承受 的 力 较大， 因 此需要 进行 多级减速 ，首先 由电机开始通过减速器进行减速，接着通过带轮进行二级减速 ， 传递力矩在 齿轮 齿条上。由于 货架平板 需要进行 伸缩 ，因此采用双齿条齿轮机构完成 伸缩作用。 3）电机选择， 由摩擦力 *m*g=00*33N。 查表知： v 带 = 齿 =9 则传动装置的总效率为： 总 = 带 齿 齿 齿 =机运行静功率： f *V=210W 故选电机型号为：直流无刷电机 80率为 P=250W，转速为 000r/重（ 运行速度（ m/s） 运行阻力系数 100 3 4）确定传动比 选取驱动齿轮轮直径 D=50齿n 60Dv = 0 320 =i 总 =齿 i 减 =25，即 i 带 =）确定减速器 选取减速器型号为： 速轴许用扭矩为 70N*m，减速比为 25 动装置的运动和动力参数计算 1） 各轴的转速计算： n 0000 rn m 减120r/n 2带） 各轴的输入功率计算 m=25W 0 减 =91W =89W =4= =） 各轴的输入转矩计算 550P0/1=9550P1/4 550P2/3625N 叉带传动设计计算 1） 传入功率 91W， 取工况系数 计功率 ： a*)确定同步 带 型号和 节距：由设计功率： 20r/s 查 表得选带的型号为H， 节距为 )选 择小带轮齿数： 查表 得：小带轮齿数： 4， 大带轮 齿数 1*i=标准 齿数： 2 4)确定 节圆直径： =)确定 同步带节线长度： 定中心距 )(1021 ）（ 故 0初定 =200a* =最 接近计算 值 的标准 节 线长 35)计算 同步 带 齿 数 ： =50 7）传动 中心距 故0计算 0=其中 求得0=取0=203） 确定同 步 带 宽 度： 定 H 型 同步带基准额定功率 其中： :许 用工作压力 ： m：单位 长度质量： V=s 代入得 ： 算 小带轮啮合齿数 ： 定实际 带宽： b 初选 P 满足 设计要求 综上 ,带 轮 参数如下表 : 2 d1(d2(14 22 9 H 型同步 带 参数 25 Pb(p(b(2 叉传动齿轮、齿条的计算 知输入功率 齿轮的转速 于 为齿轮齿条 传动 ，故 齿数比 。 由电动机驱动，寿命为 8 年（设每年工作 300 天）， 2 班制，则： 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 传动方案，选用直齿轮 齿条 传动， 为一般工作机器，速度不高，故选用8 级精度 料选择。查表得：选择小齿轮材料为 40质），硬度为 280条为45 钢（调质），硬度为 240者材料硬度差为 40 选小齿轮齿数 9 按齿面接触强度设计 2131 )( 定公式内的各计算数值 选载荷系数 ）计算小齿轮传递的转矩 23625N 宽系数 d ：由机械设计课本 0 d =1 机械设计课本由 0=）由机械设计课本 0 21，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度 6001H 条的接触疲劳强度 2 550)计算应力循环次数：由机械设计课本 01 60=60 1（ 2 8 300 8） =108 触疲劳寿命系数：查机械设计课本 10 : 轮的接触疲劳许用应力：取失效概率为 1%,安全系数 S=1,应用机械设计课本 0 : H 1 = =570算： 26 小齿轮的分度圆直径 2131 )( 其中 齿轮齿条传动比求得 算圆周速度 v 100060 11 t 4 7 . 3 2 1 4 6 5 3 . 6 3 /6 0 1 0 0 0 计算齿宽 b 和模数 b=计算齿宽和齿高之比计算载荷系数 K 查机械设计课本 0 2 使用系数 据 v=s， 8 级精度 , 查课本由 10动载系数 机械设计课本 0 机械设计课本由 10 : 1。 故载荷系数 : K= 实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 算模数 m m = 2)按齿根弯曲强度设计 (21213确定各公示内的计算数值 荷系数 K K= 选齿宽系数 ：按对称布置，由表查得 1 查取齿形系数 应力校正系数 机械设计课本 10 : 27 齿形系数 力校正系数 算小齿轮的 Y 查课本 表 10弯曲疲劳强度极限 : 小齿轮 查课本由 10弯曲疲劳寿命系数 : 取弯曲疲劳安全系数 S= M P 111 0 13 111 Y 计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数。取 m=可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径 计算应有的齿数。于是由 : 会 发生 根 切。当 齿数 调整为 19 齿 ，即 d=周速度 ： V= 与 设定的速度 V=s， 相近，符合要求。 3)几何尺寸计算 齿轮 几何参数计算： 按 齿宽系数 b= 齿 顶高： 齿根 高： =顶 圆： 齿根 圆直径： 齿条 几何参数计算 : 齿根 高： = 顶高： 齿条宽度 ： 齿条 高度： H= h 为 齿轮底部到齿条 底部的 高度 齿距 ： P= 厚： S= 齿 槽宽： e= 中心距 ： L=8 7 立体 仓库货 架 设计 架概述 仓储自动化建设是一项系统工程，立体货架在整个系统里起到储存货物的作用。 与起升机、堆垛机之间有运动配合。 计参数 立体仓库为 8 列 7 层 总高度为 架每层 8 格 货格尺寸：长 *宽 *高=550*500*550压力分析 货架作用是承载，所以必须具备一定刚度、强度。所以用 单个货格中最主要的受力部位进行静压力有限元分析如下 : 1）算例属性 算例名称 算例 2 分析类型 静应力分析 网格类型 混合网格 热力效果 : 打开 热力选项 包括温度载荷 零应变温度 298 括 的液压效应 关闭 解算器类型 面内效果 : 关闭 软弹簧 : 关闭 惯性卸除 : 关闭 不兼容接合选项 自动 大型位移 关闭 计算自由实体力 打开 29 摩擦 关闭 使用自适应方法 : 关闭 结果文件夹 档 (C:E械装备设计 ) 单位系统 : 公制 (长度 /位移 度 速度 弧度 /秒 压强 /应力 N/m2 2）载荷和夹具 载 荷 名称 装入图象 载荷细节 压力体 : 1 面 类型 : 垂直于所选面 值 : 250 单位 : N/m2 3）算例结果 30 结论 受力变形在可接受范围内，能够达到产品要求。 8 总结 本次 课程设计中，组员通过 观察 分析 现 有的堆垛机 的 结构和功能原理 ， 在 自行 拟定的参数下，重新对堆垛机的结构进行 了设计 。 本 项目课程 设计 中， 小 组成员一方 面都现在有 的 设备进行测量，另一方面， 通过 比较各 比较 各 个方案 ， 分析 方案的 优 点和缺 点 ，进而 设计 出 本作品的最 优 方案。 在 进行参数拟定过程中， 课程 设计小组成员通过查阅大 量 的 文献 ，包括机械设计手册 ，以及 堆垛机的行业标准进行参数拟定和零件选型，力求所设计的方案 符合 相关的标准。 在 进行设计计算过程 中 ，也 参考 了 前 人的设计计算过程， 严格按 照公式进行计算， 对于一些难以计算的函数，也采用 件 进行计算。 作品 在进行三维建模过程中，采用 行绘图 ，并对关键的受力零件采用有 限元 分析 软件进行 分析，从结果 得知 ，设计方案 满足 使用要求。 最 后，感谢 组员 们的团 结 一致，在遇到问题时能够相互解答， 因 此能够在有限的时间内完成高质量的课程设计。最 后 感谢 肖 老师和实验室老师的指导。 单柱巷道式堆垛机设计 单柱巷道式堆垛机总体方案设计 主要由起升机构、行走机构、货叉、货架组成，完成物品的自动运输和存放，实现无人仓库高效的作业方式。 总体长度 (m) 重 (100 水平行走速度（ m/s） 直升降速度（ m/s） 叉运行速度（ m/s） 作成绩 组成：电动机、立柱、链条、 链轮、导向轮等 原理：电机的动力通过联轴节器来带动链轮运行，从而带动链条提升货物。 一、起升机构总体结构 工作成绩 采用链条式起升方式，需要首先用传动链将动能传递到立柱顶部，再通过起重链来提升货物。链传动通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传动。 一、起升机构 工作成绩 起降滑筒结构主要滑筒、导向轮组等零部件组成。主要用来固定载货台，承受着货台和货物的重量。载货台模块包含多个导向轮组，导向轮组主要由导向轮、轴承和导向轮轴组成。导向轮组主要与立柱或导轨接触，使载货台模块与立柱模块连接起来。 一、起升机构 起降滑筒结构 工作成绩 二、 行走机构 总体结构 工作成绩 二、行走机构 工作成绩 货叉主要完成货物的承载作用，利用货叉本身的伸缩板完成货物从货架上取下，或者把货物放到货架上。 三、货叉总体结构 工作成绩 电动机和行星减速器直接串联，进行减速，接着再通过带传动进行进一步减速。 三、货叉 工作成绩 货叉的伸缩板传动上采用双齿条齿轮机构，实现货叉的二次伸缩功能，扩大取货的范围 三、货叉 工作成绩 仓储自动化建设是一项系统工程，立体货架在整个系统里起到储存货物的作用 。 四、货架 工作成绩 物货架作用是承载，所以必须具备一定刚度、强度。所以用 根据分析的结果可知：受力变形在可接受范围内，能够达到产品要求。 四、货架静压力分析 谢谢 机械制造 装备 课程设计说明书 课程名称 机械制造 装备 设计 题目名称 单柱巷 道式 堆 垛机 学生学院 专业班级 学生姓名 指导教师 2016 年 01 月 5 日 目录 1 设计原始数据 . 1 2 工作条件 . 1 3 整体方案 . 1 4 堆垛机起升机构设计 . 2 升机的主要组成部分 . 2 动机功率计算 . 3 的设计 . 4 . 5 5 堆垛机行走机构设计 . 6 述 . 6 . 7 择轨道 . 8 . 8 . 10 6 堆垛机货叉设计 . 11 叉传动装置的总体选型 . 11 . 12 . 13 条的计算 . 14 7 立体仓库货架设计 . 17 . 17 . 17 . 17 8 总结 . 19 1 单柱巷道式堆垛机设计 1 设计原始 数据 总体 长度 (m) 载重 (水平行 走速度 m/s 垂 直 升 降速度 m/s 货 叉 运 行速度 m/s 00 工作 条件 1) 工作情况：两班制工作（每班按 8h 计算） 2) 工作环境：室内，灰尘较小 3) 使用期限：折旧期 8 年， 4 年一次大修 ; 4) 制造条件及 批量：普通中 批量 3 整体 方案 单柱巷道式堆垛机主 要由 起升机构 、行走 机构 、货叉、货架组成，完成物品的自动运输和存放，实现无人仓库 高效 的作业 方式 。本 文 设计的 单柱 巷道式堆垛机 主要 为 小 型货 物 （ 最大重量 不 超过 1000N） 而 设计。具 体的 设计 图 如下图： 2 4 堆垛 机起 升 机构设计 升机的主要组成部分 电机的动力通过联轴节器来带动链轮运行，从而带动链条提升货物。因为提升机的主要靠轴的转动， 从而带动链轮的运转， 通过链条带动托台上升和下降，所以在设计的过程中， 对轴的要求是非常高的。这里使用 单独电动机控制起升机构，同时为防止停电时起升平台掉落，造成损害或安全事故，这里选用带刹车功能的制动电机。因此主要组成部分为：电机、滑筒、链、链轮、立柱。下图为总体结构图： 1. 链条式起升方式 链条式起升方式是利用链条链轮进行传动，从而提升货物。 3 采用链条式起升方式，需要首先用传动链将动能传递到立柱顶部，再通过起重链来提升货物。链传动通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传动。链传动无弹性滑动和整体打滑现象，能保证准确的传动比和很高的传动效率。有链条挠性构件，不需要安装太紧，故对轴的压力不大，链传动的整 体尺寸较小，结构紧凑，同时能在高温和潮湿条件下工作。链与钢丝绳相比，优点是挠性大，链轮齿数可以很少，因而直径小，结构紧凑，其缺点是对冲击的敏感性大，突然破短的可能性大，磨损也较快。另外不能用于高速，起重链用于起重量小，起升高度小，起升速度低的机械。 起降滑筒结构主要滑筒、导向轮组等零部件组成。起降滑筒结构主要用来固定载货台，承受着货台和货物的重量，设计是要满足强度和刚度要求。载货台模块包含多个导向轮组，导向轮组主要由导向轮、轴承和导向轮轴组成。导向轮组主要与立柱或导轨接触，使载货台模 块与立柱模块连接起来。下图为起降滑筒结构： 动机功率计算 通常我们选择电动机的首先要考虑电动机能够提供负载所需要的转矩和转速。起升电机所需功率可按起升机构在满载荷稳定工作时的静功率计算，由 : 式中 P 一最大起升载荷 (N); 4 v 一额定起升速度 (m/ 一起升机构总效率。 起升平台和货物总重： 滑筒， V=s 则， 考虑到其他不确定因素，查表取升降电机型号 0制动电机， =n=1440r/根据机构所需静功率选择起升机构电动机。 选择电动机后还要对电动机进行过载能力及发热的校核。起升机构要求电动机在有电压损失时，可吊起 1. 25 倍的额定起重量。故电动机的功率应符合式的要求，以保证具有足够的过载能力。 式中 ; N); m/ 步电动机取 H =2. 1，直流电动机取 H =1. 4; 经校核符合要 求。 的设计 轴是机器中的重要零件， 其功能在于支承转动零件， 使转动零件具有确定的工作位置， 并传递运动和动力。 一般情况下， 合理的结构和足够的强度是轴的设计必须满足的基本要求。 如果轴的结构设计不合理， 会影响轴的加工和装配工艺性， 增加制造成本， 乃至影响轴的强度和刚度。 如果轴的强度不足， 则会发生塑性变形或断裂失效， 使其不能正常工作。 轴的一般设计步骤是： 1 按工作要求选择材料。 估算轴的基本直径。 3 轴的结构 设计。 1、估算轴的基本直径 轴的设计中， 一般是按轴所传递的转矩估算出轴上受扭转轴段的最小直径，并以其作为基本参考尺寸进行轴的结构设计。 在本课题中的主轴所选用的材料是 45 钢， 通过查表可得 =60 =103 P= =已知 n=01440= =所求 d 应为受扭转轴段的直径， 即带传动轮处的轴径。 因考虑到其它因素的影响， 即取标准直径 d=40 2、 轴的结构设计 (1) 初定各轴段的直径 综合考虑 联轴器的连接等因素，计算并查机械手册确定各轴端的直径为： 各轴端的直径 5 （ 2）确定各轴段长度 (3) 传动零件的周向固定，链轮处与带传动处均采用 A 型普通平键，链轮处为键 16 9 (4) 其它尺寸， 为了加工方便， 参照 6209 C 型轴承的安装尺寸（见轴承手册），轴上过度圆角半径全部取 r=1端倒角为 2 45。 传动的主要参数选择 传动比 过大时，会导致小链轮 包角 过小， 同时 啮合齿数 减少， 这将加速链轮轮齿的磨损且容易出现跳 齿现象 ，故包角最好不小 于 。为此 ，限制传动比 了保证 托 台 沿 立柱竖直运动 ， 主 、 从动链轮大小相同，所以传动比 。 在本设计中， 由于链速为 s,属于低速。小链轮的齿数 依据链速参考表选取。 应该按传动比 i 来确定齿数， 查表 取 7。 算功率 式中 P 传递的功率， 工况系数，查表知 主动链轮齿数系数，查表知 多排链系数，单排链 。 取 减速器的传动比为 i=则 6 计算功率 链的节距可查表选出链号 为 20A，则 链条节距查表为 p=定 润滑 方式 v6m/s,在低速 范围内， 符合条件。 由 v=s 和 链号 20A 查表确定润滑方式为 定期 人工润滑方式。 6. 链轮 选用 45 钢调质回火（ 4050） 5 堆垛 机 行 走机 构 设计 述 行走速度，即。载重，自重。 机构利用级别 (摘自 3811利用级别 总运转小时数 t/h 理论平均日工作小时数 /h: 附注 2500 2； 4 不经常繁忙地使用 5000 4； 8 繁忙地使用 0000 8； 16 繁忙地使用 00000 16 繁忙地使用 机构载荷情况 载荷情况 附注 ） 机构经常承受轻小载荷，偶尔承受最大载荷 ） 机构经常承受中等载荷，较少承受最大载荷 ） 机构经常承受较大载荷，也常承受最大载荷 重） 机构经常承受最大载荷 7 机构工作类型的分类 (摘自 3811载荷情况 机构利用级别 6 8 ） 5 7 ） 6 8 ） 7 重） 8 由行走机构的工作要求得到机构利用级别为 构载荷情况为 从而确定机构的工作类型为 定车轮直径 车轮踏面疲劳强度计算（摘自 3811 名称 车轮踏面疲劳强度计算 车轮踏面疲劳强度计算 公式 符号意义 取，取车轮转速。 载物前，堆垛机两轮受力不均匀，设不均匀系数为 主动轮计算 。 8 取，则可得： 取车轮。 择轨道 无轮缘车轮踏面形状和尺寸与轨道的匹配 (摘自 D/2 /道 轨道 轨道 轨道 160 40 9kg/m 12kg/m _ _ 200 40 9kg/m 12kg/m _ _ 250 45 9kg/m 12kg/m 15kg/m _ 315 980 15kg/m 22kg/m 30kg/m 38kg/m 轻轨的尺寸规格 (摘自 11264型号 截面 尺寸 轨高 A 底宽 B 头宽 C 头高 D 腰高 E 底高 F 腰厚 t 理论质量 W/12 道尺寸图 根据车轮直径大小，确定轨道型号为 12 以及其尺寸规格。 择减速电机 9 考虑其它运行阻力，添加阻力系数 故选取减速电机查看 速电机进行选型，考虑过载等，选取减速电机 57 =速电机参数图 10 减速电机尺寸图 电机与减速器搭配图 车轮主轴 轴常用几种材料的及值 轴的材料 20 35 45 4035525 2035 2545 3555 149126 135112 126103 11297 由计算可得，车轮主轴的最小直径为 30 11 6 堆 垛 机 货 叉设计 叉传动装置的总体选型 货叉主要完成货物的承载作用，利用货叉本身的伸缩板完成货物从货架上取下，或者把货物放到货架上。 1）设计参数 2）传动 方案选择 货叉 主要完成 载 货作用，所 承受 的 力 较大， 因 此需要 进行 多级减速 ，首先 由电机开始通过减速器进行减速，接着通过带轮进行二级减速 ， 传递力矩在 齿轮 齿条上。由于 货架平板 需要进行 伸缩 ，因此采用双齿条齿轮机构完成伸缩作用。 3）电机选择， 由摩擦 力 *m*g=00*33N。 查表知： v 带 = 齿 =9 则传动装置的总效率为： 总 = 带 齿 齿 齿 =机运行静功率： f *V=210W 故选电机型号为：直流无刷电机 80率为 P=250W，转速为 000r/重（ 运行速度（ m/s） 运行阻力系数 100 2 4）确定传动比 选取驱动齿轮轮直径 D=50齿n 60Dv = 0 320 =i 总 =齿 i 减 =25，即 i 带 =）确定减速器 选取减速器型号为： 速轴许用扭矩为 70N*m，减速比为 25 动装置的运动和动力参数计算 1） 各轴的转速计算： n 0000 rn m 减120r/n 2带） 各轴的输入功率计算 m=25W 0 减 =91W =89W =4= =） 各轴的输入转矩计算 550P0/1=9550P1/3 550P2/3625N 叉带传动设计计算 1） 传入功率 91W， 取工况系数 计功率 ： a*)确定同步 带 型号和 节距：由设计功率： 20r/s 查 表得选带的型号为H， 节距为 )选 择小带轮齿数： 查表 得：小带轮齿数： 4， 大带轮 齿数 1*i=标准 齿数： 2 4)确定 节圆直径： =)确定 同步带节线长度： 定中心距 )(1021 ）（ 故 0初定 =200a* =最 接近计算 值 的标准 节 线长 35)计算 同步 带 齿 数 ： =50 7） 传动 中心距 故0计算 0=其中 求得0=取0=203） 确定同 步 带 宽 度： 定 H 型 同步带基准额定功率 其中： :许 用工作压力 ： m：单位 长度质量： V=s 代入得 ： 算 小带轮啮合齿数 ： 定实际 带宽： b 初选 P 满足 设计要求 综上 ,带 轮 参数如下表 : 2 d1(d2(14 22 9 H 型同步 带 参数 14 Pb(p(b(2 叉传动齿轮、齿条的计算 知输入功率 齿轮的转速 于 为齿轮齿条 传动 ，故 齿数比 。由电动机驱动，寿命为 8 年（设每年工 作 300 天）， 2 班制，则： 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 传动方案，选用直齿轮 齿条 传动， 为一般工作机器，速度不高，故选用8 级精度 料选择。查表得：选择小齿轮材料为 40质），硬度为 280条为45 钢（调质），硬度为 240者材料硬度差为 40 选小齿轮齿数 9 按齿面接触强度设计 2131 )( 定公式内的各计算数值 选载荷系数 ）计算小齿轮传递的转矩 23625N 宽系数 d ：由机械设计课本 0 d =1 机械设计课本由 0=）由机械设计课本 0 21，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度 6001H 条的接触疲劳强度 2 550)计算应力循环次数：由机械设计课本 01 60=60 1（ 2 8 300 8） =108 触疲劳寿命系数：查机械设计课本 10 : 轮的接触疲劳许用应力：取失效概率为 1%,安全系数 S=1,应用机械设计课本 0 : H 1 = =570算： 15 小齿轮的分度圆直径 2131 )( 其中 齿轮齿条传动比求得 算圆周速度 v 100060 11 t 4 7 . 3 2 1 4 6 5 3 . 6 3 /6 0 1 0 0 0 计算齿宽 b 和模数 b=计算齿宽和齿高之比计算载荷系数 K 查机械设计课本 0 2 使用系数 据 v=s， 8 级精度 , 查课本由 10动载系数 机械设计课本 0 机械设计课本由 10 : 1。 故载荷系数 : K= 实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 算模数 m m = 2)按齿根弯曲强度设计 (21213确定各公示内的计算数值 荷系数 K K= 选齿宽系数 ：按对称布置，由表 查得 1 查取齿形系数 应力校正系数 机械设计课本 10 : 16 齿形系数 力校正系数 算小齿轮的 Y 查课本 表 10弯曲疲劳强度极限 : 小齿轮 查课本由 10弯曲疲劳寿命系数 : 取弯曲疲劳安全系数 S= M P 111 0 13 111 Y 计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数。取 m=可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径 计算应有的齿数。于是由 : 会 发生 根 切。当 齿数 调整为 19 齿 ，即 d=周速度 ： V= 与 设定的速度 V=s， 相近，符合要求。 3)几何尺寸计算 齿轮 几何参数计算： 按 齿宽系数 b= 齿 顶高： 齿根 高： =顶 圆： 齿根 圆直径： 齿条 几何参数计算 : 齿根 高： = 顶高： 齿条宽度 ： 齿条 高度： H= h 为 齿轮底部到齿条 底部的 高度 齿距 ： P= 厚： S= 齿 槽宽： e= 中心距 ： L=7 7 立体 仓库货 架 设计 架概述 仓储自动化建设是一项系统工程，立体货架在整个系统里起到储存货物的作用。 与起升机、堆垛机之间有运动配合。 计参数 立体仓库为 8 列 7 层 总高度为 架每层 8 格 货格尺寸：长 *宽 *高=550*500*550压力分析 货架作用是承载，所以必须具备一定刚度、强度。所以用 单个货格中最主要的受力部位进行静压力有限元分析如下 : 1）算例属性 算例名称 算例 2 分析类型 静应力分析 网格类型 混合网格 热力效果 : 打开 热力选项 包括温度载荷 零应变温度 298 括 的液压效应 关闭 解算器类型 面内效果 : 关闭 软弹簧 : 关闭 惯性卸除 : 关闭 不兼容接合选项 自动 大型位移 关闭 计算自由实体力 打开 18 摩擦 关闭 使用自适应方法 : 关闭 结果文件夹 档 (C:E械装备设计 ) 单位系统 : 公制 (长度 /位移 度 速度 弧度 /秒 压强 /应力 N/m2 2）载荷和夹具 载 荷 名称 装入图象 载荷细节 压力体 : 1 面 类型 : 垂直于所选面 值 : 250 单位 : N/m2 3）算例结果 19 结论 受力变形在可接受范围内，能够达到产品要求。 8 总结 本次 课程设计中，组员通过 观察 分析 现 有的堆垛机 的 结构和功能原理 ， 在 自行 拟定的参数下，重新对堆垛机的结构进行 了设计 。 本 项目课程 设计 中， 小 组成员一方面都现在有 的 设备进行测量，另一方面 ， 通过 比较各 比较 各 个方案 ， 分析 方案的 优 点和缺 点 ，进而 设计 出 本作品的最 优 方案。 在 进行参数拟定过程中， 课程 设计小组成员通过查阅大 量 的 文献 ，包括机械设计手册 ，以及 堆垛机的行业标准进行参数拟定和零件选型，力求所设计的方案 符合 相关的标准。 在 进行设计计算过程 中 ，也 参考 了 前 人的设计计算过程， 严格按 照公式进行计算， 对于一些难以计算的函数，也采用 件 进行计算。 作品 在进行三维建模过程中，采用 行绘图 ，并对关键的受力零件采用有 限元 分析 软件进行 分析，从结果 得知 ，设计方案 满足 使用要求。 最 后 ，感谢 组员 们的团 结 一致，在遇到问题时能够相互解答， 因 此能够在有限的时间内完成高质量的课程设计。最 后 感谢 肖 老师和实验室老师的指导。 机械制造 装备 课程设计说明书 课程名称 机械制造 装备 设计 题目名称 单柱巷 道式 堆 垛机 学生学院 专业班级 学生姓名 指导教师 2016 年 01 月 5 日 目录 1 设计原始数据 . 1 2 工作条件 . 1 3 整体方案 . 1 4 堆垛机起升机构设计 . 2 升机的主要组成部分 . 2 动机功率计算 . 3 的设计 . 4 . 5 5 堆垛机行走机构设计 . 6 述 . 6 . 7 择轨道 . 8 . 9 . 11 6 堆垛机货叉设计 . 11 叉传动装置的总体选型 . 11 . 13 . 13 条的计算 . 14 7 立体仓库货架设计 . 17 . 17 . 17 . 18 8 总结 . 20 1 单柱巷道式堆垛机设计 1 设计原始 数据 总体 长度 (m) 载重 (水平行 走速度 m/s 垂 直 升 降速度 m/s 货 叉 运 行速度 m/s 00 工作 条件 1) 工作情况：两班制工作（每班按 8h 计算） 2) 工作环境：室内，灰尘较小 3) 使用期限：折旧期 8 年， 4 年一次大修 ; 4) 制造条件及批量：普通中 批量 3 整体 方案 单柱巷道式堆垛机主 要由 起升机构 、行走 机构 、货叉、货架组成，完成物品的自动运输和存放，实现无人仓库 高效 的作业 方式 。本 文 设计的 单柱 巷道式堆垛机 主要 为 小 型货 物 （ 最大重量 不 超过 1000N） 而 设计。具 体的 设计 图 如下图： 2 4 堆垛 机起 升 机构设计 升机的主要组成部分 电机的动力通过联轴节器来带动链轮运行，从而带动链条提升货物。因为提升机的主要靠轴的转动， 从而带动链轮的运转， 通过链条带动托台上升和下降，所以在设计的过程中， 对轴的要求是非常高的。这里使用单独电动机控制起升机构，同时为防止停电时起升平台掉落，造成损害或安全事故，这里选用带刹车功能的制动电机。因此主要组成部分为：电机、滑筒、链、链轮、立柱。下图为总体结构图： 1. 链条式起升方式 链条式起升方式是利用链条链轮进行传动，从而提升货物。 3 采用链条式起升方式，需要首先用传动链将动能传递到立柱顶部，再 通过起重链来提升货物。链传动通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传动。链传动无弹性滑动和整体打滑现象，能保证准确的传动比和很高的传动效率。有链条挠性构件，不需要安装太紧，故对轴的压力不大，链传动的整体尺寸较小，结构紧凑，同时能在高温和潮湿条件下工作。链与钢丝绳相比，优点是挠性大，链轮齿数可以很少，因而直径小，结构紧凑，其缺点是对冲击的敏感性大，突然破短的可能性大，磨损也较快。另外不能用于高速，起重链用于起重量小，起升高度小，起升速度低的机械。 起降滑筒结构主要滑筒、导向轮组等零部件组成。起 降滑筒结构主要用来固定载货台，承受着货台和货物的重量，设计是要满足强度和刚度要求。载货台模块包含多个导向轮组，导向轮组主要由导向轮、轴承和导向轮轴组成。导向轮组主要与立柱或导轨接触，使载货台模块与立柱模块连接起来。下图为起降滑筒结构： 动机功率计算 通常我们选择电动机的首先要考虑电动机能够提供负载所需要的转矩和转速。起升电机所需功率可按起升机构在满载荷稳定工作时的静功率计算，由 : 式中 P 一最大起升载荷 (N); 4 v 一额定起升速度 (m/ 一起升机构总效率。 起升平台和货物总重： 滑筒， V=s 则， 考虑到其他不确定因素，查表取升降电机型号 0制动电机， =n=1440r/根据机构所需静功率选择起升机构电动机。选择电动机后还要对电动机进行过载能力及发热的校核。起升机构要求电动机在有电压损失时，可吊起 1. 25 倍的额定起重量。故电动机的功率应符合式的要求，以保证具有足够的过载能力。 式中 ; N); 度 (m/ 步电动机取 H =2. 1，直流电动机取 H =1. 4; 经校核符合要求。 的设计 轴是机器中的重要零件， 其功能在于支承转动零件， 使转动零件具有确定的工作位置， 并传递运动和动力。 一般情况下， 合理的结构和足够的强度是轴的设计必须满足的基本要求。 如果轴的结构设计不合理， 会影响轴的加工和装配工艺性， 增加制造成本， 乃至影响轴的强度和刚度。 如果轴的强度不足， 则会发生塑性变形或断裂失效， 使其不能正常工作。 轴的一般设计步骤是： 1 按工作要求选择材料。 估算轴的基本直径。 3 轴的结构设计。 1、估算轴的基本直径 轴的设计中， 一般是按轴所传递的转矩估算出轴上受扭转轴段的最小直径，并以其作为基本参考尺寸进行轴的结构设计。 在本课题中的主轴所选用的材料是 45 钢， 通过查表可得 =60 =103 P= =已知 n=01440= =所求 d 应为受扭转轴段的直径， 即带传动轮处的轴径。 因考虑到其它因素的影响， 即取标准直径 d=40 2、 轴的结构设计 (1) 初定各轴段的直径 综合考虑联轴器的连接等因素，计算并查机械手册确定各轴端的直径为： 各轴端的直径 5 （ 2）确定各轴段长度 (3) 传动零件的周向固定，链轮处与带传动处均采用 A 型普通平键，链轮处为键 16 9 (4) 其它尺寸， 为了加工方便， 参照 6209 C 型轴承的安装尺寸（见轴承手册），轴上过度圆角半径全部取 r=1端倒角为 2 45。 传动的主要参数选择 传动比 过大时，会导致小链轮 包角 过小， 同时 啮合齿数 减少， 这将加速链轮轮齿的磨损且容易出现跳 齿现象 ，故包角最好不小于 。为此 ，限制传动比 了保证 托 台 沿 立柱竖直运动 ， 主 、 从动链轮大小相同，所以传动比 。 在本设计中， 由于链速为 s,属于低速。小链轮的齿数 依据链速参考表选取。 应该按传动比 i 来确定齿数， 查表 取 7。 算功率 式中 P 传递的功率， 工况系数，查表知 主动链轮齿数系数，查表知 多排链系数，单排链 。 取 减速器的传动比为 i=则 6 计算功率 链的节距可查表选出链号 为 20A，则 链条节距查表为 p=定 润滑 方式 v6m/s,在低速 范围内， 符合条件。 由 v=s 和 链号 20A 查表确定润滑方式为 定期 人工润滑方式。 6. 链轮 选用 45 钢调质回火（ 4050） 5 堆垛 机 行 走机 构 设计 述 行走速度，即。载重，自重。 机构利用级别 (摘自 3811利用级别 总运转小时数 t/h 理论平均日工作小时数 /h: 附注 2500 2； 4 不经常繁忙地使用 5000 4； 8 繁忙地使用 0000 8； 16 繁忙地使用 00000 16 繁忙地使用 7 机构载荷情况 载荷情况 附注 ） 机构经常承受轻小载荷，偶尔承受最大载荷 ） 机构经常承受中等载荷，较少承受最大载荷 ） 机构经常承受较大载荷，也常承受最大载荷 重） 机构经常承受最大载荷 机构工作类型的分类 (摘自 3811载荷情况 机构利用级别 6 8 ） 5 7 ） 6 8 ） 7 重） 8 由行走机构的工作要求得到机构利用级别为 构载荷情况为 从而确定机构的工作类型为 定车轮直径 车轮踏面疲劳强度计算（摘自 3811 名称 车轮踏面疲劳强度计算 车轮踏面疲劳强度计算 公式 8 符号意义 取，取车轮转速。 载物前，堆垛机两轮受力不均匀，设不均匀系数为 主动轮计算。 取，则可得： 取车轮。 择轨道 无轮缘车轮踏面形状和尺寸与轨道的匹配 (摘自 D/2/道 轨道 轨道 轨道 160 40 9kg/m 12kg/m _ _ 200 40 9kg/m 12kg/m _ _ 250 45 9kg/m 12kg/m 15kg/m _ 315 980 15kg/m 22kg/m 30kg/m 38kg/m 9 轻轨的尺寸规格 (摘自 11264型号 截面尺寸 轨高 A 底宽 B 头宽 C 头高 D 腰高 E 底高 F 腰厚 t 理论质量 W/12 道尺寸图 根据车轮直径大小，确定轨道型号为 12 以及其尺寸规格。 择减速电机 10 考虑其它运行阻力，添加阻力系数 故选取减速电机查看 速电机进行选型，考虑过载等，选取减速电机 57 =速电机参数图 减速电机尺寸图 11 电机与减速器搭配图 车轮主轴 轴常用几种材料的及值 轴的材料 20 35 45 4035525 2035 2545 3555 149126 135112 126103 11297 由计算可得，车轮主轴的最小直径为 30 6 堆垛 机 货 叉设计 叉传动装置的总体选型 货叉主要完成货物的承载作用，利用货叉本身的伸缩板完成货物从货架上取下，或者把货物放到货架上。 12 1）设计参数 2）传动 方案选择 货叉 主要完成 载 货作用，所 承受 的 力 较大， 因 此需要 进行 多级减速 ，首先 由电机开始通过减速器进行减速，接着通过带轮进行二级减速 ， 传递力矩在 齿轮 齿条上。由于 货架平板 需要进行 伸缩 ，因此采用双齿条齿轮机构完成伸缩作用。 3）电机选择， 由摩擦力 *m*g=00*33N。 查表知： v 带 = 齿 =9 则传动装置的总效率为： 总 = 带 齿 齿 齿 =机运行静功率： f *V=210W 故选电机型号为：直流无刷电机 80率为 P=250W，转速为 000r/）确定传动比 选取驱动齿轮轮直径 D=50齿n 60Dv = 0 320 =i 总 =齿 i 减 =25，即 i 带 =）确定减速器 选取减速器型号为： 速轴许用扭矩为 70N*m，减速比为 25 载重（ 运行速度（ m/s） 运行阻力系数 100 3 动装置的运动和动力参数计算 1） 各轴的转速计算： n 0000 rn m 减120r/n 2带） 各轴的输入功率计算 m=25W 0 减 =91W =89W =4= =） 各轴的输入转矩计算 550P0/1=9550P1/2=9550P2/3625N 叉带传动设计计算 1） 传入功率 91W， 取工况系数 计功率 ： a*)确定同步 带 型号和 节距：由设计功率： 20r/s 查 表得选带的型号为H， 节距为 )选 择小带轮齿数： 查表 得：小带轮齿数： 4， 大带轮 齿数 1*i=标准 齿数： 2 4)确定 节圆直径： =4 5)确定 同步带节线长度： 定中心距 )(1021 ）（ 故 0初定 =200a* =最 接近计算 值 的标准 节 线长 35)计算 同步 带 齿 数 ： =50 7）传动 中心距 故0计算 0=其中 求得0=取0=203） 确定同 步 带 宽 度： 定 H 型 同步带基准额定功率 其中： :许 用工作压力 ： m：单位 长度质量： V=s 代入得 ： 算 小带轮啮合齿数 ： 定实际 带宽： b 初选 P 满足 设计要求 综上 ,带 轮 参数如下表 : 2 d1(d2(14 22 9 H 型同步 带 参数 Pb(p(b(2 叉传动齿轮、齿条的计算 知输入功率 齿轮的转速 于 为齿轮齿条 传动 ，故 齿数比 。由电动机驱动，寿命为 8 年（设每年工作 300 天）， 2 班制，则： 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 传动方案，选用直齿轮
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