毕业设计（论文）-10吨叉车升降机构分析与设计.doc

毕业设计10吨叉车升降机构分析与设计学生姓名： 刘铭浩 学号： 112011327 系 部： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 冯志强 二一五 年 六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 10吨叉车升降机构分析与设计 系部： 机械工程系 专业：机械设计制造及其自动化 学号：112011327学生： 刘铭浩 指导教师（含职称）： 冯志强（高工） 1设计的主要任务及目标通过调研和查阅相关资料文献，掌握叉车升降机构主要用途和工作原理。应用所学相关基础知识和专业知识，分析叉车升降机构结构、载荷，对主要受力件强度进行计算分析，应用CAD三维造型或二维设计技术完成课题总成和关键零件结构设计和计算说明书。编写毕业设计论文。2设计的基本要求和内容1）掌握叉车升降机构的结构及工作原理。绘制结构简图和原理简图；2）了解零部件材料及制造、热处理工艺；3）了解叉车升降机构的失效模式；4）制作叉车升降机构的装配总图；5）对叉车升降机构及关键零件结构进行计算分析，重点是对失效件的分析；6）编写毕业设计论文，总结设计取到的效果与体会，提出自己的论点和改进建议等。3主要参考文献汽车设计、汽车理论、汽车构造、机械工程设计手册等。4进度安排序号设计各阶段名称起 止 日 期1调研、查阅参考文献，收集资料，理解课题目标，确定设计思路，完成开题报告3月03日至3月23日2毕业设计开题报告检查，毕业设计开题辅导3月24日至4月13日3结构原理分析计算，设计毕业，准备中期检查4月14日至5月04日4编写毕业设计论文，准备中期检查5月05日至6月01日5毕业设计论文整理，完成毕业论文答辩6月02日至6月22日审核人： 年 月 日十吨叉车升降机构分析与设计摘 要:叉车是一种具有装卸功能和搬运功能的机车，机动性好，使用起来比较灵活，可以在不同的条件下达到装卸搬运货物的要求，通常适用于港口、货场、仓库等处，也可以在船舱和集装箱内等条件下进行装卸工作，随着科学技术的发展和工业化水平的不断提高，叉车的使用和需求也越来越大，正逐渐在装卸搬运业占有不可替代的位置。叉车的主要功能是装卸和搬运，然而实现这些功能的装置是叉车的升降机构，它是叉车的核心装置，也是实现物流机械化，减轻工人工作负担，提高工作效率的主要工具。所以叉车的升降机构是叉车最重要的组成部分。从目前叉车市场来看，国内市场主要被中低端占据，然而从中国的发展角度和行业对叉车的需求角度来看，中国叉车未来的发展方向必定是高端化和技术化，因此研究叉车的意义重大。关键词:叉车；门架；升降机构Ten tons forklift lifting mechanism analysis and designAbstract: Forklift truck is a has the functions of loading and unloading and handling of locomotive, good mobility, use is flexible can reach the cargo handling requirements under different conditions, usually used in the port, the freight yard, warehouse, etc., can also be used for loading and unloading in the cabin and container conditions, with the continuous improvement of science and technology development and industrialization level, the use of forklift trucks and demand is more and more big is gradually in the loading and unloading handling industry occupies an irreplaceable position. The main function of the forklift truck is loading, unloading and handling, however, to achieve these features of the device is forklift lifting mechanism, it is the core device of fork truck, but also to achieve mechanization of logistics, reducing the workload of workers, a primary tool for increasing work efficiency. So forklift lifting mechanism is the most important part of forklift truck. From the forklift market point of view, the domestic market is mainly occupied in the low-end. However, from the perspective of the development and trade of China of fork lift truck demand point of view, the future development direction of Chinas Forklift must be high-end technology. Therefore, the study of the forklift is of great significance.keywords: forklift; mast; lifting mechanismII目 录1 绪论11.1 叉车升降机构设计选题的目的和意义11.2 叉车的过去和现在以及未来12 叉车升降机构设计总述32.1 门架的简介及设计概况32.2 门架系统的运动及相关装置配合问题43 货叉的设计计算63.1 货叉基本参数和尺寸的确定63.2 货叉的计算简图63.3 货叉的强度验算73.3.1 计算载荷P的确定83.3.2 安全系数n的确定83.3.3 计算最大正应力93.3.4 强度验算93.4 货叉的刚度校核93.5 货叉挂钩形式的确定103.6 货叉与挂钩焊接强度验算104 叉架的设计计算125 叉车门架的设计135.1 门架系统的构造原理135.2 门架强度的计算概况145.3 计算滚轮压力155.4 门架立柱截面几何性质155.5 内门架强度计算185.5.1 门架立柱断面翼缘厚度校核185.5.2 门架立柱断面腹板高度校核195.5.3 门架立柱的弯矩校核195.6 外门架强度计算215.6.1 计算D点整体弯曲215.6.2 校核局部弯曲应力225.7 门架刚度计算225.7.1 门架刚度的计算状态225.7.2 确定门架端部产生的各水平位移245.7.3 校核挠度266 滚轮组件的安装及计算276.1 内门架与外门架滚轮的设计276.1.1 轴的计算276.1.2 轴承的选择286.1.3 导轮的设计296.1.4 轴用挡圈296.1.5 孔用挡圈296.2 叉架与内门架滚轮的设计307 倾斜机构设计317.1 倾斜机构简介317.2 倾斜机构设计工况317.3 倾斜油缸的布置方案317.4 倾斜机构设计327.4.1 倾斜油缸受力分析及负荷计算327.4.2 倾斜油缸缸径，活塞杆直径计算337.4.3 油缸行程计算337.4.4 油缸作用时间计算357.4.5 稳定性校核357.4.6 油缸壁厚的计算367.4.7 活塞杆强度计算377.4.8 缸体螺纹连接计算377.4.9 缸底厚度及缸底的焊缝强度计算388 总 结39参考文献40致 谢41IIII太原工业学院毕业设计1 绪论1.1 叉车升降机构设计选题的目的和意义叉车是一种应用普遍的机动灵活的流动式装卸搬运机械，是物料搬运机械的一种，是实现物流作业机械化，降低工人在搬运过程中的劳动强度，提高工作效率的主要工具。叉车的显著特点是机动灵活、通用性强、活动范围大等，因此叉车被普遍应用于货场、油田、港口码头、机场、仓库以及工矿企业等部门，用来实现机械化装卸、堆垛和短距离运输，是物流系统不可缺少的机械设备。而叉车中进行装卸作业的主要工作装置是叉车升降系统，货物的卸放、堆垛最终都是由其完成的，所以它是叉车最重要的组成部分。在我国国民经济的发展中，各行各业对叉车的需求量逐年增加，尤其是近几年物流热刺激市场需求，叉车市场拓展空间巨大。 1.2 叉车的过去和现在以及未来 我国叉车行业开始于20世纪50年代末，由于当时国内叉车技术的匮乏，所以早期产品主要以仿制前苏联产品为主。从70年代后期到80年代中期，国内叉车界共组织了2次联合设计，各厂纷纷引进国外先进技术。自90年代开始，一些叉车企业在原有叉车技术的基础上积极研究探讨，对叉车的进一步更新和系列化做出了贡献，但是即使这样我国叉车的整体水平与世界先进水平仍然还有很大差距，因此我国每年仍需从国外进口一些优秀的叉车产品。所以中国叉车能否在国际市场中占有一席之地，叉车的发展就显得格外重要，意义重大，任务艰巨。 国际上生产叉车排名前几位的厂家有林德、丰田、纳科、永恒力、小松、TCM、力至优等著名公司。这些世界上著名叉车的特点是：叉车的品种类型比较多，在技术方面处于领先水平，各自特色比较鲜明，最重要的是在提高作业效率、人机工程、节能、环保及安全性等方面的技术发展非常快，追求各性化和系列化，最大限度地满足客户的需求。目前全球大概有240家叉车生产企业，年生产叉车约在50万台左右。由于叉车行业的暴利因素，好多厂家开始进行非公平的地下行业竞争，由此带来了叉车行业的低迷状态，好多厂家便开始寻找低廉的材料和成本的考虑，同样受到这一因素影响，由于中国是世界第一制造大国，而且人口众多，导致劳动力廉价，所以有好多厂家便把矛头指向中国，于是中国就出现好多国外企业，任何事情都有两面性，缺点是把污染带到了中国，环境受到影响，但是也带来了好处，它促进中国的经济发展，同时也把先进的技术带到了中国，为中国叉车行业的发展做出了贡献。可见中国的叉车市场是巨大的。 目前的环境问题不容忽视，雾霾横行，沙尘肆虐，因此，环保型叉车将成为市场主流，这样的设计更加人性化，也更加符合人类的生产生活需求，这一想法既新颖又符合创新理论；其次，自动仓储系统、大型超市的纷纷出现，起到了促进作用。未来的叉车将会出现更加科学化和系统化。人们的作业方式将会越来越轻松。 2 叉车升降机构设计总述2.1 门架的简介及设计概况 门架作为叉车升降机构的主要部件，主要担任装卸货物和起升货物，而且对于叉车的整体性能又有很重要的影响，基本上叉车的门架有两部分组成，他们是内外两节，内门架和外门架都有两根立柱，然而门架承载的主要构件正是立柱，而且又是内门架作升降运动的导轨。左立柱和右立柱之间连上横梁，组成形或其他封闭形状的框架(图2-1)。大多数为槽形截面的立柱式外门架，截面型式较多的立柱是内门架，它们有槽形、工字形和各种异形形状。立柱截面周边不封闭，杆件长度远大于截面的厚度和高度，因此，这属于力学上的开口薄壁杆范畴。（a）内门架 （b）外门架图2-1 门架结构简图1立柱 2横梁 叉车的内门架和外门架里、外嵌套，用起升油缸可以使内门架可在外门架内移动，使之成为可伸缩的结构。加工要求，门架布置在前轴的前边，车的前方，这是它在布置方面的情况。用型钢焊成的平面框架有内架、外架和叉架，起升油缸和链滑轮组和內架、外架和叉架重量占了工作装置总重的绝大部分，且集中在位于前轴外边的门架平面内，是影响叉车抵抗向前翻倒的不利因素。由于门架在司机的前面，所以司机的视线会被组成门架系统的多数构件及起升油缸和链油轮组挡住。在设计时，为了避免不利因素的影响，应必须必须注意以下两点：一是在工作装置能正常工作的情况下，要尽可能地将它放在靠近前轴的位置上；二是在关于司机视野情况时，在叉车无货物条件行驶下，司机可以看见货叉叉尖，在货叉有货物的情况下，司机可以清楚地观察到货物的情况，以免发生不必要的危险和意外。2.2 门架系统的运动及相关装置配合问题门架系统的运动与相关装置配合问题（图2-2）是：货叉固定在货叉架横梁上；由于链条对叉架的牵引，以其纵、侧向滚轮为“车轮”，其升降运动的活动导轨是内门架；由于升液压缸对内门架的顶推，同样把纵、侧向滚轮作为“车轮”，利用外门架为“固定导轨”实现升降；把外门架的下铰座铰接在驱动桥壳或车架上，整个门架系统的前、后倾运动依靠两个并列的倾斜液压缸来实现。起升液压缸分成两个，下端以半球面支承在外门架后侧，中部受外门架“扶持”，上端顶在一个浮动横梁上，自由提升结束后即与内门架上横梁重叠。起升链条的一端固定在起升液压缸筒上（相当于固定在外门架上），中部绕过固定在浮动横梁上的链轮后，另一端挂住叉架。图2-2 门架示意图 门架部分参数见下表：表2-1 10t液压叉车门架主要性能参数特 性额定起重量Load Capacitykg10000载荷中心距Load centermm600尺 寸标准二级门架额定起重时最大货叉高度mm3000货叉架ISO标准型级货叉厚度Tmm75货叉宽度Wmm175货叉长度Lmm1220货叉间距范围最小最大MINMAXmm4002140门架前后倾角前倾/后倾 F/Rdeg6/12速 度最大行驶速度（无载）km/h11起升速度（满载）mm/s220153 货叉的设计计算3.1 货叉基本参数和尺寸的确定 货叉的主要尺寸有货叉水平段长度；货叉垂直段高度；货叉断面尺寸(为货叉厚度，为货叉宽度等)（图3-1）。图3-1 货叉的结构和尺寸货叉尺寸主要决定于起重量Q、载荷中心距c，根据题意，已知起重量Q=10吨，按ISO/DIS1214-79标准规定，载荷中心距离为c=600mm,由ISO/DIS2326-81和ISO2382-77标准，查出货叉的基本参数和尺寸为货叉长度：；货叉垂直高度：；货叉断面尺寸：；货叉两铰支点中心距：；货叉外伸距：；据机械设计手册选择材料为40Cr钢，热处理工艺选用调质处理40Cr钢屈服强度。3.2 货叉的计算简图 货叉和叉架的联接形式不同，其支承类型不同，依据ISO2328-77标准规定，10吨叉车货叉和叉架的联接形式为挂钩型。上支承可简化为活动铰支座。按照这种简化，货叉可看作一次超静定刚架（图3-2）。与此同时，考虑到挂钩型货叉上部的挂钩处有安装间隙，并非绝对不能转动，因此，货叉又可简化为支承在两个铰接支座上的静定刚架（图3-3）。图3-2 超静定刚架计算简图图3-3 静定刚架计算简图这两种计算简图， 为确保安全考虑， 货叉的强度和刚度均按静定刚架进行计算。3.3货叉的强度验算 （a） (b)(c) (d)图3-4 货叉强度验算计算简图 货从叉所受的集中载荷P力作用的内力图(图3-4)来看, 水平段受弯矩和剪力, 垂直段受弯矩和拉力, 危险截面支座A以下垂直段的最大正应力为 （式3-1）式中P货叉的计算载荷，N； C标准载荷中心距，mm； a货叉厚度；mm；b货叉截面宽度，mm。3.3.1计算载荷P的确定 （式3-2）式中 Q起重量，Q=10t=17640N K1动载荷系数，由文献1推荐，取K1=1.2； K2偏载荷系数，由文献1推荐，取K2=1.3.由此得出 3.3.2 安全系数n的确定 强度计算时，安全系数应满足以下条件:其中n强度安全系数；材料屈服极限；危险截面处应力（即最大正应力）；注：与单位相同。此次设计选择安全系数为n=3。3.3.3 计算最大正应力 （式3-3）3.3.4 强度验算把数据代入式3-1, 得出因为,所以货叉满足强度要求。3.4 货叉的刚度校核 货叉的刚度通常校核叉尖处的静挠度，即以额定载荷之半作为计算载荷（）, 按等截面静定刚架来计算又尖处的挠度，计算方法用简便的弯矩图乘法（图3-5）。（a）计算图 （b）MP弯矩图 （c）弯矩图图3-5 货叉叉尖挠度计算图 由此可得叉尖的挠度 （式3-4）式中 货叉的截面惯性矩，；货叉的弹性模量，；货叉的额定截荷，.代人数据, 得出 叉尖的许用挠度为 （式3-5）由于,所以货叉满足刚度要求。3.5 货叉挂钩形式的确定由于焊接形式货叉制造简单, 安装拆卸便捷, 所以, 货叉与挂钩的联接大多会采用非整体的焊接形式。3.6 货叉与挂钩焊接强度验算挂钩尺寸根据ISO2328-77标准规定，z=17.5mm，M=31mm，s=50mm，K=H=5mm，b=120mm，G=36mm（图3-6）。图3-6 挂钩尺寸与焊接强度验算挂钩的水平段受弯矩和拉力, 垂直段受弯矩。根据起重机焊接强度的计算规范, 由拉伸应力和剪切应力所组成的复合应力, 按等效应力来进行计算, 其计算公式为 （式3-6）式中 挂钩所受的水平力, N； 焊缝总长度，cm； 所受垂直力，N。代入数据, 得出 则 货叉与挂钩焊接的焊条选用TB13-2, 焊条的抗拉强度,焊条的许用应力由于所以，货叉与挂钩满足焊接强度。4 叉架的设计计算 图4-1 叉架受力图 如图4-1所示，叉架一般按简支梁计算其上横梁悬壁根部A-A截面处的应力（MPa），其计算式为 （式4-1）式中 L货叉最外悬挂点到叉架上横梁臂端根部的距离，mm； h叉架上横梁悬壁端根部截面净高度，mm； b叉架上横梁悬壁端根部截面净宽度，mm，b=M=31mm； Fp垂直载荷，N。Fp=9800Q/2，即额定起重量的一半； F纵向载荷，N。F=Fpm/h2，见表4-1，m=c+a+0.5b，a为货叉厚度,c为载荷中心距，c=500mm。表4-1 货叉安装尺寸h2起重量/t0.50.7512.52.754.7556h2/mm307383478599取 h=120mm、h2=383mm、L=200mm，知a=40mm、b=31mm 、c=500mm代入式4-1中，得 由第三章知而此处 所以 叉架满足要求。叉架的其它部分为超静定的框架结构，强度与刚度较大，不必计算校核。 5 叉车门架的设计5.1门架系统的构造原理 图5-1为门架结构简图，内门架1和外门架2都是由两根柱和一个或两个端梁焊成的框架。内架仅有一个上端梁，下部有一个很弱的横系杆。外架有上端梁及下端梁，为不妨碍内架，上端梁放在立柱顶端后翼缘后边。中部由横梁加强，其两侧伸出有联接倾斜油缸的铰轴。左右立柱异型槽钢，其开口相对。叉架和内架上的各滚轮组分别安放在内架和外架立柱的槽内，滚轮组构成叉架，内架和外架相互之间的活动联系，起传力和保证有正确动力的导向作用。起升链滑轮组包含两套对称布置的起升链和动，滑轮座固定在内架上梁。起升油缸的上、下支座的支承分别固定在内架上梁和外加下梁上，为保证安置在期间的起升油缸受纯压力，支座的支承表面常为球面。链的一端固定在外架的下梁或立柱上，另一端与叉架相连接。图5-1 叉车门架结构1内门架 2外门架 3叉架 4货叉 5货物 6导向滚轮 7倾斜油缸5.2门架强度的计算概况 选择门架材料为16Mn，其剪切弹性模量为:G=8.4105Kg/cm2，弹性模量为：E=2.1106Kg/cm2。抗拉、抗压，抗剪，屈服点。 当叉车满载、货叉起升到最大高度、门架前倾最大角度时，门架受力最大(图5-2)。在与门架垂直的平面内，取叉架为自由体，即可求出内门架对又架滚轮的反压力Pl、P2。44 （式5-1）式中 Q额定起重量，Kg； G1货叉和叉架的自重，Kg； S链条总拉力，Kg； 门架最大前倾角，度； k动力载荷系数，K=K1（动力系数）K2（货物偏载系数）。图5-2 门架载荷作用图其中Q=10000Kg、 、G1=250Kg、h2=370mm、K=1.2。代入式5-1得到 由于链条拉力和门架前倾对滚轮压力所起的、数值上近乎相等的减载和增载作用，为了使计算简化，将其略去不计，按门架直立状态进行计算。5.3 计算滚轮压力（图5-3）门架直立时，由此内门架滚轮压力为 （式5-2）知h1=480mm，h2=370mm外门架滚轮压力为： （式5-3） 图5-3 门架滚轮压力计算图5.4 门架立柱截面几何性质此叉车内外门架立柱的截面尺寸相同，在计算开口薄壁杆件受弯扭综合作用时，除了一般的截面几何性质以外(静矩、惯性矩、抗弯模量等)，还要计算一些与截面翘曲有关的附加截面几何特性。 （a）立柱截面 （b）扇性坐标(c)扇性静矩图5-4 门架立柱截面几何性质图5-4（a）为门架立柱截面图，5-4（a）为扇性坐标图，5-4（a）为扇性静矩图。此次设计起重量为10t，根据机械课程设计简明手册选择槽钢型号为16a，其相应截面尺寸分别为：h=15.2cm、t1=1.4cm、t2=1.8cm、b=5.2cm,各参数值见表5-1。表5-1 门架立柱截面结构尺寸及几何特性名称符号单位量值截面面积Fcm232.44形心X0cm1.19弯曲中心XAcm1.88截面惯性矩Jxcm41490.98Jycm4109.53截面抗弯模量Wxcm3175.41Wycm327.31纯抗扭惯性矩JKcm439.42扇性惯性矩cm64445.07约束扭转特性kcm-10.06静矩Smaxcm4127.23参数计算如下:截面面积： 形心位置：弯心位置： 线性截面惯性矩（截面惯性矩）： 线性抗弯截面模量（截面抗弯模量）： 纯抗扭惯性矩:扇性惯性矩： 静矩： 约束扭转特性：由于Wy和Wx比值约为15.57%，大于15%，所以此门架平面内载荷不必进行计算。5.5 内门架强度计算5.5.1 门架立柱断面翼缘厚度校核 应用局部弯曲应力计算公式： （式5-3）得到： （式5-4）式中：材料屈服极限，16Mn钢的=3500Kg/cm2；P滚轮压力，P=P1=P2=2046.47Kg。所以得到 由于1.34mm1.8mm，知此翼缘厚度设计合理。5.5.2 门架立柱断面腹板高度校核根据滚轮的接触应力来求腹板高度 （式5-5）式中：P滚轮压力，2046.47Kg；滚轮踏面宽度，50mm；Enp导轨和滚轮材质的综合当量弹性模量，钢制滚轮时， Enp=2.1104Kg/mm2。 Pnp导轨和滚轮的当量曲率半径，圆柱形滚轮对平面导轨时，Pnp=R=43mm。与滚轮材质和导轨表面硬度有关的许用接触应力，常用 6080Kg/mm2。取代入公式得由，知符合要求。由的等式经转换得：取滚轮的实际半径为计算半径的两倍，即:R实际=2R，则R实际=230.7=61.4mm（取62mm），则腹板高度为：由知，此尺寸设计合格。5.5.3 门架立柱的弯矩校核内门架被当作外伸悬臂梁对待，按一端铰支、一端自由的单根薄壁杆来计算。在垂直于门架的平面内计算门架立柱中产生的最大弯矩。简化计算的整体强度安全系数应大于4，校核翼缘的局部弯曲强度安全系数N局应不小于1.2，最危险截面在B点(图5-5)。叉车起重链条的一端固定在起升油缸缸筒上，链条拉力S对缸筒产生的力矩通过活塞杆在内门架和上端产生推力，其方向垂直于门架平面，使内门架弯曲。在截面B上的这个附加弯矩数值极小，忽略不计。截面B的计算弯矩可得：1.整体弯曲正应力已知许用弯曲应力为（取N值为4）： 由可知整体安全。图 5-5 门架立柱2.整体弯曲剪应力 （式5-6） 式中P截面剪力，Kg；S所求应力点以外的截面面积对中性轴的静矩，cm3；Jx截面对中性轴X的惯性矩，cm4;b所求应力点处的截面宽度，cm。得到许用剪切应力为： 由知满足要求。3.局部弯曲应力B点局部变异应力： （式5-7） 式中K0=2、t=t2=1.8cm则有局部许用弯曲应力为（取N局=1.2）由，局部危险点安全。5.6 外门架强度计算外门架是外形封闭的复杂刚架结构由左右立柱和多根横梁组成。通过立柱和横梁的弯曲中心的纵轴不在同一平面内，所以外门架不是一个平面薄壁框架结构。外门架立柱在外载荷作用下产生的弯曲变形和约束扭转变形与内门架立柱情况相似。因此把外门架简化为单根立往计算，通过支座约束来考虑横梁的影响。外门架立柱在垂直门架平面内的整体弯曲，门架前倾的影响.不考虑，从门架下滚轮接触点至立柱与倾斜图5-6外门架强度计算简图油缸连接处的一整段内，都承受最大弯矩Mbmax的作用。门架滚轮压力对外门架立柱还产生约束扭转。立住与横梁均可看成铰支联接，可以接受立柱的截面翘曲，但不要截面转动。外门架强度计算简图图5-6，危险截面在D点。知H0=1866mm、h0=520mm、h1=480mm。5.6.1 计算D点整体弯曲链条拉力S对起升油缸产生力矩，通过活塞杆及内门架使门架滚轮压力增加，门架弯曲增加。门架滚轮压力增量为： （式5-8）其中S链条拉力，Kg；a2链条与轴中心距，cm；Hmax最大起升高度，cm。知Hmax=300cm，取a2=6cm，求得 （式5-9）则有所以D点最大弯矩为：则整体弯曲应力为：前面已经得到，许用弯曲应力为:由可知，符合要求。5.6.2 校核局部弯曲应力 （式5-10）同样，已由前面得到局部许用弯曲应力：由知，符合要求。5.7 门架刚度计算5.7.1 门架刚度的计算状态门架的刚度条件是指当满载的货叉起升到最大高度，前倾至最大角度时，门架顶端的水平挠度应小于许用值。门架计算简图如图5-7所示。图5-7 门架刚度计算状态简图其中各已知参数分别为：起重量Q=10000Kg、起升高度H=3000mm、载荷中心C=600mm、前倾角、滑架重量G1=250Kg、门架立柱惯性矩J0=J1=J=1490.98cm4。门架各尺寸分别为：h0=520mm、h1=480mm、h2=370mm、H0=1866mm、H1=1830mm、H=3211mm C0=380mm、C1=300mm、l0=665mm、l1=260mm。滑架通过滚轮传给内门架和力按下式计算，参看图5-8 图5-8 门架计算简图 （ 式5-11） 可以把力P1、P2对门架的作用分解为一个力偶与一个集中力，内门架端部力偶以M1表示，外门架端部的力偶以M0来表示，参看图5-3及图5-7来求其值。 （式5-12）另外伸缩式门架在端部力偶和集中力作用下，端部产生的水平位移f（挠度）是由三部分组成的：外门架端部水平位移f0、内门架端部水平位移f1和内门架绕外门架端部转动角在内门架端部引起的水平位移，见图5-9。 （式5-13）式中、力偶M作用在外门架端部产生水平位移和转角；、集中力P1-P2作用在外门架端部产生水平位移和转角；、由力偶M及集中力P1-P2作用在内门架端部的产生的水平位移。 图5-9 门架变形图5.7.2 确定门架端部产生的各水平位移由图5-10弯矩图用图乘法可求出在力偶M0作用下外门架端部产生水平位移fM0: （式5-14）图5-10 外门架计算简图 同样，由力偶M1作用在内门架端部产生的水平位移fM1为： （式5-15）力偶M0作用下，内门架绕外门架端部转动角度可参照图5-10用图乘法来求。由集中力P1-P2和作用，在外门架端部引起和水平位移f0p为：同理，由力P1-P2的作用引起的内门架端部水平位移f1p为：由于集中力P1-P2的作用，在外门架的端部使内门架绕外门架端部而转动产生的角度为： （式5-16）5.7.3 校核挠度通过上面的计算，可以求出伸缩式门架在端部力偶和集中力作用下端部产生的水平位移f（挠度）。其值为： （式5-17）其许用挠度值为： （式5-18）由知，满足刚度要求。6 滚轮组件的安装及计算6.1 内门架与外门架滚轮的设计导行滚轮分为两组，即纵向及侧向，分别由四个滚轮组成。前者在垂直于门架的平面内，而后者在门架自身的平面内起传力和导行作用。它们的构造示于图6-1上。纵向滚轮受力较大，故直径也大且用滚动轴承，侧向滚轮受力小，直径也小，故用滑动轴承或滚针。 （a）纵向滚轮 （b）侧向滚轮图6-1 滚轮构造6.1.1 轴的计算滚轮轴在门架升降时主要受切应力，为此要根据轴的切应力要求来计算。对于圆形截面梁，由切应力互等定理，在横截面边缘各点处切应力与周边相切。因此即使在平行于中性轴的同一横线上，各点处切应力也不尽相同，但经过分析表明，圆截面上最大弯曲切应力仍发生在其中性轴上，并可近似认为在中性轴上各点处的切应力平行于剪力，且沿中性轴均匀分布，于是得圆截面梁的最大弯曲切应力为： （式6-1）已知及 于是可得 （式6-2）式中R圆形截面的半径，mm；IZ圆形截面对中性轴的惯性矩，mm3；SZ,max半圆截面对中性轴的静矩，mm3；该轴的材料选用45号钢，根据机械设计手册可以查到=3040MPa，取=35 MPa。由 （式6-3）于是得到考虑到门架的重量，选择半径为12.5mm，则滚轮轴的直径为25mm。6.1.2 轴承的选择 根据机械设计手册选择深沟球轴承，代号为6405，如图6-2所示：图6-2 深沟球轴承表6-1 6405轴承相关数值名称单位符号量值基本尺寸mmd2580B21da(min)34Da(max)71ra(max)1.5其他尺寸mmd242.3D262.7r(min)1.5基本额定静载荷KNCo38.2基本额定动载荷KNC19.2极限转速(r/min)脂8500极限转速(r/min)油11000重量kgW0.5296.1.3导轮的设计门架的宽度为121mm，轴承的外径为80mm，为了使门架在运动时能够平稳，故此导轮的的内径为80mm，外径为120mm，结构如图6-3所示：图6-3 滚轮6.1.4 轴用挡圈根据轴的尺寸选择轴用挡圈，如图6-4所示：图6-4 轴用挡圈表6-2 轴用挡圈尺寸轴径 d025mmd基本尺寸23.2mm极限偏差(+0.21,-0.42)s基本尺寸1.2mm极限偏差(+0.05,-0.13)d12mmb3.32mmh3.32mm沟槽 d2基本尺寸23.9mm极限偏差(0,-0.21)沟槽 m基本尺寸1.3mm极限偏差(+0.14,0)沟槽 n1.7mm孔 d335mm每1000个钢挡圈重量约为1.90 kg6.1.5 孔用挡圈根据导轮内径的尺寸选择孔用挡圈，如图6-5所示：图6-5 孔用挡圈表6-3 孔用挡圈尺寸孔径d080mmD基本尺寸85.5mm极限偏差(+1.30,-0.54)S基本尺寸2.5mm极限偏差(+0.07,-0.22)d13mmb6.8mm沟槽 d2基本尺寸83.5mm极限偏差(+0.35,0)沟槽 m基本尺寸2.7mm极限偏差(+0.14,0)沟槽 n5.3mm轴d363mm每1000个钢挡圈得重量约为22.0 kg。6.2叉架与内门架滚轮的设计由于该滚轮的受力与内门架的滚轮基本相同，故在此不做计算。7 倾斜机构设计7.1 倾斜机构简介门架倾斜机构是利用倾斜油缸的伸缩运动使门架完成前倾或后倾动作。门架倾角是指叉车在无载的条件下，在平坦的地面上门架相对其垂直位置向前或向后倾斜的最大角度.门架前倾角的作用是为了叉车在工作叉取货物和卸放货物的方便。后倾角的作用是为了进一步确保叉车在工作中的安全，因为当叉车装载货物行驶时，如果货物不慎从货叉上滑落,这样叉车行使的纵向稳定性可能会出现问题。叉车在水平地面上叉卸货物时的最小前倾角与仓库地面的正常坡度角之和一般不大于门架前倾角。增大门架后倾角,有利于确保叉车的安全性，但后角不能无限的加大，因为要受到叉车结的限制，轮胎的类型还会影响门架倾角。叉车叉货时，后轮负荷大于前轮负荷,前后轮胎变形程度也不会相同，将会导致门架的前倾角减小。叉车满载行驶时，前轮负荷大于后轮负荷，会导致门架的实际后倾角减小。为此，对于充气轮胎的叉车,门架的前后倾角都应根据进行调节。7.2 倾斜机构设计工况门架倾斜机构的计算主要是确定倾斜油缸的最大拉力和行程，计算倾斜油缸的的相关尺寸参数，计算缸壁、缸底厚度，并对活塞杆强度、稳定性进行计算与校核。工况：10t的货物上升至最高位置，且达到max，超载系数1.1。已知参数：门架前后倾角为6/12；门架离地间隙100mm；门架离铰点160mm。1.倾斜油缸布置在门架两侧，分别与车架及外门架铰接。2.倾斜油缸型式及数目：双作用活塞杆式，2个。3.倾斜油缸行程及长度：作图法求解。倾斜油缸工作工况如图所示：图7-1 倾斜油缸工作工况示意图7.3 倾斜油缸的布置方案两个倾斜油缸，直接布置在门架两侧，不但可使结构简化布置方便，在很大范围内减少倾斜油缸的受力和行程，从而减少油缸尺寸,更能降低生产成本。7.4 倾斜机构设计7.4.1 倾斜油缸受力分析及负荷计算数值：Q=18001.1=1980KgG1货叉，滑架重量，250Kg G2起升油缸等重量，100KgG3外门架重，120Kg G4柱塞重，15Kg(门架升至最大高度时，货物重心至门架铰点之距=3000-100-160+500=3240mm考虑倾角可知： L=3240/0.9=3600mm；(门架升至最大高度时，货叉，滑架重心至门架铰点之距) L1=3288 mm ； (门架升至最大高度时，起升油缸及内门架起重链等重心高) L2=2220 mm；(门架升至最大高度时，外门架重心高 ) L3=1000 mm ；(门架升至最大高度