机械毕业设计（论文）-垂直回转式立库设计【全套图纸】.doc

黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 国内外研究现状11.2 整体垂直回转立库在现代发展中的重要作用21.3 整体垂直回转立库的特点3第2章 总体方案设计42.1 整体垂直回转式立库的工作原理42.2 整体垂直回转式立库的系统构成62.2.1 箱斗装置62.2.2 天、地轴装置72.2.3 平衡杆及平衡杆导轨82.2.4 张紧装置82.2.5机架、底座与箱体82.2.6电气控制系统82.3 本章小结9第3章 零件的选择103.1立库的尺寸确定及安装103.2 箱斗组合机构设计123.2.1 箱斗尺寸123.2.2 箱斗装置及其基本结构设计123.2.3 链条选择123.2.4 传动链轮尺寸确定133.2.5 箱斗个数及链节数133.3天、地轴设计143.4箱斗干涉条件和平衡杆导轨方程建立143.5机架结构设计213.6电动机及减速器的选择223.7立库外型尺寸计算233.7.1立库宽度计算233.7.2立库厚度计算243.7.3立库高度253.8 本章小结26第4章 零件的校核274.1箱斗刚度校核274.2天轴校核304.3 地轴校核324.4 本章小结33结论34致谢35参考文献36摘 要 垂直回转式立体仓库属于物流仓储设备中垂直式旋转货架，其减速机将电动机输入扭矩通过链传动传给地轴，地轴旋转带动同地轴两端链轮啮合的链条运动。储物箱斗两端有拉杆，拉杆端连接在链条之上，随链条一同运动。为保持箱斗在运行示始终保持平稳，在箱斗两端设计安装由平衡导杆，导杆一端固定在箱斗上，另一端装有导轮，导轮在平衡杆导轨内滚动。立库的运行操作由计算机控制。在货物存储时，箱斗沿着轨道在上下方向进行垂直和旋转运动，根据给定的货格指令，将选取货物所在的货格移动至设置的存取货口处。垂直回转式立库主要是为提高办公、管理自动化及其效率而设计，能够集存取、拣选、计划、统计和管理于一体，是具有自动化程度高、定位准确、移动迅速、效率高等特点的仓储设备。可以广泛应用于各行各业以及配送中心等，具有强大的生命力和发展前途。关键词：立体仓库；仓储设备；垂直式旋转货架；箱斗全套图纸，加153893706IIABSTRACT Vertical rotation warehouse belongs to the carousel vertical logistics warehousing equipment, the reducer motor input torque to the shaft through the chain, chain motion axis is driven to rotate with the shaft ends of sprocket. Both ends of storage hopper with a pull rod, rod end is connected onto the chain, the chain together with motion. In order to keep the box in the operation is always stable, in the box are installed by the balance design of guide rod, the guide rod is fixed on the box, the other end is provided with a guide wheel, guide wheel rolling on the balance rod guide rail. Operation of the warehouse is controlled by computer. In storage, the box along the track in the vertical direction is vertical and rotary motion, the prices of goods according to the given instruction, will select the goods where the goods lattice mobile to access goods port. Vertical rotary warehouse is designed for improving office, management automation and efficiency, to set access, selection, planning, statistics and management in one, with a high degree of automation, accurate positioning, moving quickly, high efficiency of storage equipment. Can be widely used in all walks of life as well as the distribution center, has a strong vitality and development prospects.Keywords: warehouse; storage equipment; vertical carousel; hopperII第1章 绪 论1.1 国内外研究现状我国仓储设施一向较为落后，长期以来都是采用传统的人工管理。由于机电一体化的自动化立体仓库具有占地面积小、库存容量大、出入库频率高、自动化程度高、信息量多、管理快而准以及安全可靠等优点，近年来在世界范围内发展极为迅速。目前在我国办公管理设施中，立库尚未得到广泛的应用，对有形文书、文件及货单票据的管理与归类主要是依靠普通文件柜，占地面积大，工作效率低，基本依赖手工整理完成。虽然计算机管理基本达到普及，但是未能实现实物与计算机并轨、并网的同步管理，极大的影响着办公自动化管理工作，达不到国际规范化、标准化的管理水平。特别是文书、文件及货单票据经过多年不断累计的增加，必须需要一种便利、快捷设备帮助访问与查询。自动化立体仓储设备于20世纪80年代。由于社会生产力发展的推动，欧美以及日本等国家如今已经拥有了系列化的自动仓储设备。我国自20世纪90年代初开始研制和整机生产旋转式立库，上海电气自动化研究所90年代初期就在国际竞标中取得了香港中国人民银行地下金库投标的胜利，生产了42台ZGK-3型旋转式自动柜库，用于存放我国发行的42亿港币，标志着我国的自动化立体仓储设备开始自主设计生产并向前发展。 自动化立体仓库又称立库、高层货架仓库、自动仓储SARS (Automatic Storage & Retrieval System)，属于物流仓储设备中垂直式旋转货架（Vertical rotary shelf）, 是一种用高层立体货架 (托盘系统) 储存物资，用电子计算机控制管理和用自动控制堆垛运输车进行存取作业的仓库。其的功能从单纯地进行物资的储存保管，发展到担负物资的接受、分类、计量、包装、分拣、配送、存档等多种功能。随着我国加入WTO，世界经济一体化在我国进程的进一步加快，国民经济的高速成长以及与世界经济管理的接轨，工业自动化与办公室文书处理及工作量将成倍增加，由此促进办公管理系统与计算机联网的自动化信息管理系统的形成，促进办公自动化发展的加速进行，降低办公管理的运营成本，提高工作管理素质与水平，因而具有极大的社会经济意义。我国的自动化立体仓库设计生产起步较晚，和日、美、德等国仍有较大的差距。我国现已加入WTO，国际间竞争将更加激烈，同国际接轨是一项艰巨而复杂的任务。物流的发展是科技兴国的重要组成部分，尤其是在我国这样一个制造业大国，物流自动化程度的高低是生产制造水平的重要体现。所以，作为物流仓储设备之一的垂直回转式立体仓库在全世界，尤其是在中国，有广阔的发展空间和市场前景。1.2 整体垂直回转立库在现代发展中的重要作用自古以来物流就伴随着人类社会共同向前发展，成为人们生活中不可缺少的组成部分。物流技术是现代科学技术与工业发展相结合的产物，物流系统的现代化，直接影响先进的物料流程的实现，也影响生产水平和效率。自动化立体仓库是先进物流系统的重要组成部分，已成为加快物流、降低成本、缩短生产周期、加速资金周转、提高经济效益的重要手段。 自动化立体仓库又称立库、高层货架仓库、自动仓储SARS (Automatic Storage & Retrieval System)，属于物流仓储设备中垂直式旋转货架（Vertical rotary shelf）, 是一种用高层立体货架 (托盘系统) 储存物资，用电子计算机控制管理和用自动控制堆垛运输车进行存取作业的仓库。其的功能从单纯地进行物资的储存保管，发展到担负物资的接受、分类、计量、包装、分拣、配送、存档等多种功能。在现代工业生产发展中，自动化立库可以广泛的应用于军工、汽车、电子、银行、保险、人寿、公安、劳动人事、图书馆、档案、影视业、医药、化妆品以及生物医学等社会生产生活各个方面。特别是柔性化制造与计算机集成系统形成，自动化工业生产对与之配套的仓储设备要求越来越高。为了适应当今社会发展中，人们思维多样化、产品个性化、多品种、多规格、小批量、出入库频繁的工业品生产的要求，规模较小、反应速度快、用途更广泛的小型自动化立体仓库需求量在不断增加。而自动化立式柜库作为具备这类功能的主要储存设备，也就随之得到广泛的发展。垂直回转式立体仓库作为一种新型的机电一体化仓储系统，由于其体积小，在充分地利用了地面与空间的基础上，实现货物到人、便于有效的组织管理、形成良好的工作环境、减少存取时间、防尘和安全性高等优点，大大的提高了工作效率，因而受到了越来越多的关注，在全世界范围内迅速普及开来。 随着科学技术的不断进步，计算机智能化的不断发展，人们生活方式的逐渐转变以及思维的不断发散，自动化立体仓库在经历了过去几十年不断发展和完善后，必将迎来更广阔的发展前景：技术方面，该产品将更加智能化，微机管理系统将更加完善，可实现网络远程控制，同其他设备联接可构成强大的办公管理系统。工作程序将更加简洁流畅，工作效率进一步提高。材料方面，目前立库几乎全用金属材料制成，不但使成本长期居高不下，而且使整机重量大大增加，给安装带来极大不便，体积庞大，外形受影响。随着技术进步，可用廉价的非金属材料来代替部分零部件，如用刚度较高的非金属材料来制成储物箱斗、导轨等，用耐火材料制成机体外面板等等。其他方面，安全检测、保密及报警系统将更加完善，有灵敏的防潮、放火、防尘、防虫系统，结构设计及布局更加人性化，用途多样化。1.3 整体垂直回转立库的特点有别于传统的书架、文件柜和保险柜，自动化立库是能够集存取、拣选、计划、统计和管理于一体，具有自动化程度高、定位准确、移动迅速、效率高的仓储设备。在计算机的统一管理下，具备记忆能力、计算货物数量、货号、分析货种的变化以及其他输入、输出功能，与网络通讯形成完成的仓储管理系统，是自动化生产、流通、管理发展中的现代化管理设备，可以广泛的应用在各行各业以及配送中心等，具有强大的生命力和发展前途。本次毕业设计题目是垂直回转式立体仓库，其主要应用于各企事业单位、图书馆、人事部门、公安部门及其他文档繁多管理困难的部门，在一定程度上缓解文档管理困难、工作效率低等难题，并在一定程度上改善我国自动化立体仓储设备落后的现状，加快现代化发展步伐。垂直回转式立库是机电一体化新产品，其主要特点有： 1 操作使用方便。只要给定所要选取的货位，按动操作键盘的按钮后，货物即可移至存取货口处（一般为10秒）。2 货物拣选准确率高。具有自行统计、查找等功能，有效地组织生产、使用与管理。3 占地面积小，容积率高，存放品种多，能够充分的利用地面和空间高度。4 内部货架的高度、货架内的格板及是否使用抽屉等可以按照存放货物品种、规格及尺寸等进行规划设计，以满足不同货物的存储需要。5 存取物窗口距地面高度800mm，完全按照一般成年人取物高度设计，操作方便舒适。6 操作安全性能可靠。在存取物口处设有红外检测系统，运动部位有安全保护开关及紧急制动开关等，最大限度保证了人机安全。7 单位储存成本低，适用于多品种、少批量高效率的存取。8. 保密性能好。货物在库内为全封闭状态保存，可以通过计算机系统进行设置一级或多级密码，未经密码授权人员的许可，无法进行操作。可以装备报警、监视系统，并根据不同行业的要求添加防火、防盗、防鼠、防虫及防潮等功能。第2章 总体方案设计2.1 整体垂直回转式立库的工作原理垂直回转式立库是一种现代社会广泛应用的机电一体化产品，尤其是中小型回转式立库，因其方便、安全、美观、高效等特点，近年来越来越受到社会青睐。因此，在对中小型回转式立库的设计时，除了满足功能要求外，同时还要满足使用方便、安全可靠、经济合理、外形美观等各方面的要求，使所设计的产品能真正为社会所接受，并拥有广阔的发展前景。柜库作为一种新型的仓储系统，在充分地利用了地面与空间的基础上，实现货物到人、便于有效的组织管理、形成良好的工作环境、减少存取时间、防尘和安全性高等优点，大大提高了工作效率。典型垂直回转式立库如图2-1所示，其基本工作原理如图2-2所示。图2-1垂直回转式立库 图2-2 立库工作原理1. 箱斗 2.天轴链轮 3.天轴 4.机架 5.链条 6.拉杆 7.电动机8.地轴 9.传动大链轮 10.传动小链轮 11.减速机 12.底座 13.地轴链轮 由立库工作原理图不难看出，减速机将电动机输入扭矩通过链传动传给地轴，地轴旋转带动同地轴两端链轮啮合的链条运动。储物箱斗两端有拉杆，拉杆端连接在链条之上，随链条一同运动。为保持箱斗在运行时始终保持平稳，在箱斗两端设计安装有平衡导杆，导杆一端固定在箱斗上，另一端装有导轮，导轮在平衡杆导轨内滚动。立库的运行操作由计算机控制。在货物存储时，箱斗沿着轨道在上下方向进行垂直和旋转运动，根据给定的货格指令，将选取货物所在的货格移动至设置的存取货口处。图2-3所示为垂直回转立库的运动模拟图，可见箱斗在运行过程中始终保持平动，且根据给定指令随链条的运动反复回转。图2-3 垂直回转式立库运动模拟简图2.2 整体垂直回转式立库的系统构成 如图2-2所示，柜库结构主要由以下部分组成：2.2.1 箱斗装置图2-4 箱斗装置尼龙垫块储物箱斗平衡导杆平衡导轮链条拉杆箱斗又称为挂斗、存储货架或垂直翻转货架。箱斗架挂在两条传动链条上，随着链条的运动作垂直回转运动。箱斗装置是立库最重要的部件，其刚度直接影响立库的工作性能及安全性，主要作用是存放文档、工具或物料。箱斗装置主要包括箱斗、拉杆及拉杆轴盘等。2.2.2 天、地轴装置（a）链轮天轴滚针轴承槽钢轴承座（b）图2-5 天、地轴装置（a）天轴装置 （b）地轴装置轴承轴承座地轴链轮传动链轮轴承轴承座地轴天、地轴为上下传动轴，地轴为主动轴，天轴为被动轴。主要承载货物和存储货箱的重量。轴的两端安装有链轮等传动机构，带动货箱斗进行垂直与回转运动。天轴本身固结在机架之上，主要承受径向载荷。地轴通常是一根通轴，一端与传动链轮、电动机的减速箱连接。地轴一般不固定在机架之上，而是悬浮在传动链条上，这是为保证立库运行中间传动链条总是处于张紧状态。天、地轴装置主要包括天地轴、传动链轮等。2.2.3 平衡杆及平衡杆导轨平衡杆及平衡杆导轨主要用于保持存储斗的水平及平行状态，防止箱斗在运转过程中发生翻斗现象及货物从存储斗中掉出，因此导轨的形状对立库的工作性能有很大影响。平衡导杆固定在箱斗两侧拉杆轴之上，两导杆之间存在一定角度（一般为90o），以形成一稳定的空间三棱体结构，如图2-4中所示，这样可以保证箱斗在运行时始终保持水平。应当注意平衡杆导轨上非直线段并不仅仅是简单的圆弧，而是包含了几段非圆弧弧线段，该非圆弧段可通过列方程式求解得出。平衡杆导轨的具体形状可通过计算计算机辅助计算和模拟运动得出。2.2.4 张紧装置垂直回转式立库一般有两套张紧装置，一套用于箱斗传动链的张紧，同地轴轴承座安装在一起，靠张紧弹簧的作用力使地轴承受向下的推力，从而使箱斗传动链永远处于张紧状态。由图可见，地轴由两根导杆定位上下浮动。另一套张紧装置用于电机传动链的张紧，防止链条在重载运行中的变形与伸长而影响传动。图2-6 地轴张紧装置机架张紧弹簧浮动导轨张紧弹簧导轨机架轴承座地轴2.2.5机架、底座与箱体机架主要作用为天轴与地轴的支撑，在平面上的投影呈H型，与底架相联。底座连接机架和地面，一般由槽钢焊接而成。箱体由四根立柱和四周面板组成，包括存取窗口的翻门、操作面板、照明装置、文具屉、指示灯以及红外检测安全装置等等。2.2.6电气控制系统 控制方式可根据用户要求和用途而定。由于本人在设计中只涉及机械结构部分，对电气控制部分只作简单介绍，具体请参考相关书目，这里不再详述。2.3 本章小结本章主要介绍了垂直回转式立库的工作原理以及系统结构，此立库由箱斗装置，天、地轴装置，平衡杆及平衡杆导轨，张紧装置，机架、底座与箱以及电气控制系统构成，从而能够达到设计目的，准确的完成设计功能。第3章 零件的选择3.1立库的尺寸确定及安装立库设计要结合其安装环境和空间来考虑。本次设计的立库属办公自动化管理设备，设计要结合目前大多数办公间空间尺寸。目前我国办公场所墙体高度一般在2.7m以上，由此可初定整机高度大约为2.5m左右。但是立库整机具体尺寸还要取决于箱斗尺寸和箱斗个数，故立库整机实际尺寸不可能为初定尺寸。 对于箱斗尺寸按客户要求及所盛放物品尺寸进行设计。 取物窗高度要满足一般成人取物的最佳高度。考虑到工作人员的操作舒适性，设计取物窗窗口最低边在800mm，同办公桌高度一致，这样工作人员可以坐在椅子上进行操作；取物窗最大高度可结合工作人员起身操作时最佳高度进行设计。综上，本设计任务书要求立库总体尺寸如下：外型尺寸： 高2.5 m左右 取物窗高度： 距地面800 mm 取物窗尺寸： 6001800 mm 货斗尺寸：1800200280 mm 总之，立库的设计要遵循结构紧凑，合理、充分利用有限空间的原则，保证产品的实用性和经济性。由于垂直回转式立体仓库体积较大，各零部件几乎全部为金属材料，导致重量很大，如果产品以装配后的形式出售给客户，不但将导致运输困难，而且给运达目的地后的安装带来极大的不便。因此，本立库的设计尽量采用活性连接，即各个零部件均采用螺栓连接，只有少数要求刚性较高的承载部件，如储物箱斗、机架、底座等采用焊接形式。 这样，立库可分解开来运输，到达目的地后再进行安装。使立库的运输和安装方便、快捷和简便。 该立库的设计计算主要包括箱斗截面尺寸的确定和箱斗刚度的校核；天、地轴尺寸的确定和刚度、抗扭校核；链条的选取和链轮尺寸确定；箱斗运行干涉条件的确立；平衡杆导轨计算以及电动机、减速机的选取等等。该立库所用材料及选用零部件尽量取国家标准规定材料和零件，如钢板、方钢管、槽钢、螺栓等等，有少数非标准件需要特殊加工。钢板的弯折要求由弯板机完成，弯边以达到增加刚度和美观的目的。由于如果立库结构设计不当，在立库的工作中存在箱斗间干涉的可能，而且作为立库重要部件之一的平衡杆导轨并不是简单的直线段和圆弧段的连接，故在该立库的设计计算中，箱斗干涉条件的建立和平衡杆导轨形状方程的建立是尤为重要的，也是本人在毕业设计的分析计算中的主要工作之一。为使所建立的干涉条件和导轨方程有广泛的通用性，故在建立过程中所有参数均为字母代替，这些参数囊括了箱斗设计的所有几何及特性参数，并利用计算机作辅助计算，大大方便了计算过程，使该条件和方程能广泛、方便地应用于类似自动化立体仓库的设计。机架是其最重要、最主要的基础骨架，安装在柜库的基础架之上，上部支承天轴和所有箱斗及载荷，下部支承地轴和张紧装置，在机架两侧还装置有链条导轨和平衡杆导轨。所以机架承受了除了柜库除了箱体以外的所有的重量和载荷。由于时间关系本设计对机架部分只作简单结构说明，不作具体计算校核。以下从各个方面对立库进行计算分析及说明。初定整机尺寸（安装空间确定）箱斗截面尺寸 链条型号选取 箱斗截面尺寸拉杆尺寸、链轮尺寸 整机高度箱斗截面尺寸箱斗个数建立箱斗干涉条件和平衡杆导轨方程链轮参数、拉杆尺寸箱斗截面尺寸单斗许用载荷、允许连续空斗个数地轴最大静扭矩选取电动机、减速机确定整机尺寸图3-1 计算流程图3.2 箱斗组合机构设计3.2.1 箱斗尺寸箱斗用来盛放物料，是自动化立库最主要的部分，其设计也占据相当重要的地位。箱斗的尺寸随所盛物料尺寸的不同有不同的结构和尺寸，设计任务书要求的立库箱斗基本尺寸为： 长： mm 宽： mm 高： mm3.2.2 箱斗装置及其基本结构设计 立库整体设计中箱斗的尺寸非常重要，只有箱斗尺寸确定后才可以依据总体尺寸，确定链条、箱斗个数，进而确定整个立库的实际外形尺寸。整个箱斗装置由储物箱斗、拉杆、拉杆轴盘、平衡导杆、平衡导轨及链条等组成，这些零部件的合理设计和布置对于整个立库的刚度、承载、噪音及运行有至关重要的作用。箱斗可看成是一个细长的盒子，其截面做成图3-2所示：图3-2 箱斗结构简图箱斗通常是由薄钢板折制而成，钢板厚度在12mm。为了提高货箱斗的刚性，可在货箱斗底部增加加强筋板。这里选用厚度为1.2的钢板。箱斗截面呈“L”形，在L型的基础上为了增加刚度，图3-3 箱斗折边在其左上端和右端还可以向内翻一个折边如图3-3示：3.2.3 链条选择 在立库的传动中，通常采用短节距精密滚子链来传递动力。传动链的节距数要根据箱斗的高度初步选取。此时箱斗的高度应包括箱斗箱体高度、尼龙垫板厚度、加强筋板高度和箱斗之间的间隙高度，如下式所示：HH箱体H尼龙垫板H加强筋板H货箱斗间隙式中的箱斗高度H必须为所选链条节距的整数倍，一般在69个节距范围内。 已知H箱体为280mm；上、下货箱斗的间隙H货箱斗间隙一般为5 mm左右；尼龙垫块厚度取5mm；加强筋板的高度H加强筋板取15mm，则： H2805155305mm考虑到如果链条节距过大，将导致链条尺寸过大，给安装带来不便，同时增加了对机架刚度的要求，亦将导致运行不平稳和噪音过大，故取箱斗高度H为8个链条节距。则通过简单计算可得链条节距为p38.125mm，查国家标准选用型号为24A的短节距精密滚子链，其节距为p=38.1mm3.2.4 传动链轮尺寸确定由所选链条尺寸,确定链轮齿数,即可求得链轮分度圆直径。链轮齿数不宜过多或过少。过少将增加传动的不均衡性和动载，增大功率消耗，从而加速链条磨损，另外齿数少链轮直径小，有可能导致箱斗碰撞天、地轴，造成翻斗；过多则会导致链轮尺寸过大，进而增加立库尺寸，亦将降低链条使用寿命。考虑到均匀磨损问题，链轮齿数最好选用质数。又设计要求箱斗运行速度不超过7m/min，属低速运行。综上，初定链轮齿数为z=23。则链轮分度圆直径 （3.1） mm3.2.5 箱斗个数及链节数 设计要求整个立库高度在2.5m左右，为使立库在运行过程中和停止后保证两边受力基本一致，要求箱斗个数为偶数。由上述计算知每只箱斗的高度约为305mm，又由箱斗工作原理图知当箱斗运行至最高处和最低处有拉杆撑起的一段距离，又考虑到安装间隙，相较之下取箱斗个数n14为宜。由上述计算知每个箱斗高度占8个链节，所设计立库共有14个箱斗，故链节数Lp112。 拉杆是连接箱斗和链条的部件，并支承箱斗随链条运行。其结构尺寸必须满足一定的刚度和结构条件，过长将导致运行不平稳，可能出现翻斗现象；过短则可能导致立库运行过程中箱斗之间发生碰撞干涉，亦会发生翻斗。要求拉杆尺寸在满足干涉条件和刚度条件及便于加工的前提下尽可能使两拉杆夹角为60o。上述计算中已取箱斗高度满足8个链条节距的长度。在安装时，初设两拉杆端跨度为6个节距，若要满足两拉杆夹角为60o，则拉杆长度mm为便于计算和加工，取mm为使箱斗运行时更平稳，将拉杆轴向箱斗截面几何中心上方偏移一定距离，最终箱斗装置简及与链条关系如图3-4示：图3-4 箱斗装置简图3.3天、地轴设计 天、地轴为上下传动轴，地轴为主动轴，天轴为被动轴。天轴不转动，不传递扭矩，主要是承担径向力载荷，因此一般设计成短轴，并固定在机架顶部，校核时主要进行抗剪校核，这里可将天轴设计成半轴，便于固定和加工。地轴一端主要是传递扭矩，带动箱斗作垂直翻转运动，因此地轴必须做成通轴，一般地轴直径较天轴大，可视情况做成空心轴，极大减轻了地轴重量，亦节省了材料，降低成本，便于加工和安装，地轴要进行抗扭校核。为保证立库运行过程中承载链条总是处于张紧状态，将地轴轴承座悬空，靠弹簧力和箱斗及载荷重力使链条永远处于张紧状态。天、地轴长度由安装各零部件决定。初定天、地轴直径分别为： D天40mm D地60mm3.4箱斗干涉条件和平衡杆导轨方程建立箱斗在运行过程中，由于箱斗连杆AM与链条连接的A点通过P点后，绕链轮作圆周运动，而连杆BM与链条连接的B点仍然作直线运动。此时，箱斗与连杆的铰接点M不可能绕圆心O作圆周运动，而形成一段特殊的弧线，如图3-11所示。由图可见，当A点转过P点后进入圆弧运动，此时箱斗支点M点的运动既有水平方向的运动又有竖直方向的运动。但并不是简单的圆弧运动，M点的速度也由水平方向速度和竖直方向速度合成，N点仍然竖直向上运动。由箱斗运动可知，当M点竖直向上的速度小于N点竖直向上的速度时，M点和N点的垂直距离会逐渐缩小，设在t时间两箱斗竖直方向间隙为零，而在t 时间内如果M点的水平速度或M点相对于N点的水平速度增量不足以使两箱斗产生足够的水平间隙，两箱斗将会发生碰撞干涉，导致翻斗现象发生。考虑到每个箱斗的拉杆两端（如图中A、B、C、D四点）在箱斗运行过程中分别有不同的运动，故将参考动点的运动过程分成图3-5所示的三个部分，以下对各部分分别作理论分析计算。 (c)(a)（b） （ (c)图3-5 箱斗各阶段运动分析图 图中： m 相邻两拉杆间隔链节数n每个箱斗两拉杆与链条相连的两端所跨链节数s链轮齿数r链轮半径l拉杆长度b箱斗宽度h箱斗高度(包括垫片高度)h1支点到箱斗顶部距离h2支点到箱斗底部距离 p 链节距箱斗间间隙A点转过弧度。如图3-5示选取任相邻两箱斗作参考，要使箱斗在运行过程中不发生干涉，可见必须满足：当两箱斗支点的水平方向距离e2b时，必须有两支点竖直方向距离e1h，或e2b时，两箱斗位置已错开，e1无限制，在这个条件下才不至于发生干涉。由于每节链条都是刚性的，故在严格计算中链轮应看作边数为s的正多边形，但在实际计算中若以圆形计算，不但误差很小可以忽略，而且大大简化了计算过程，故在此计算过程中以圆形来计算。 当A点作圆周运动而B点作直线运动时，如图3-5（a）所示：此时，M点的运动由分别沿x、y轴方向的运动合成，而N点沿y轴向上运动。设A点由水平位置转过任意弧度，在如图所示坐标系中，各点坐标：M、A、B、N（，）。现在来求M点坐标：显然M点到A、B两点的距离相等，即，有： (3-2)由于拉杆长度均为，即，有： (3-3)将 (3-2)式代入(3-3)式，整理，得：此式为一以x为变量、为变参数的一元二次方程，令ABC=由一元二次方程根的解析式，有：对于所设计尺寸，若使得h 或 e1（）b时，箱斗间不会发生干涉，否则，结构不合理，可能发生干涉。由M点轨迹方程知该点在这一运行过程中并不是作圆弧运动。 当A、B两点绕同一圆弧作圆周运动，而C、D两点作直线运动时，如图3-5（b):在这一过程中，A、B、M三点相对不动，可认为构成一刚体，故M点开始作以O为圆心、为半径的圆弧运动，所对圆心角弧度2n/s，而N点仍然竖直向上运动。此过程中，M、N点坐标： M, N（，）同理，当 e1-（）b时，若 e2h或 e1-（）b时，箱斗间不会发生干涉，否则，结构不合理，可能发生干涉。 当A、B、C三点绕同一圆弧作圆周运动，而D点仍作直线运动时，如图3-5（c）:此时，M点仍然在作以O点为圆心的圆周运动，而C点则开始重复A点最初的运动，即开始圆周运动，故N点坐标可由类似第一种情况时M点坐标的求法得出。图中，C点相对水平位置转过弧度，同理，在此过程中， 令 则 , M、N点的坐标分别为： M(，) N (, )当 e1-（）b时，若 e2-h或 e1-（）b时，箱斗间不会发生干涉，否则，结构不合理，可能发生干涉。当M点开始向下运动时，将沿同其上升时类似的运动轨迹作反方向运动，其防止干涉的条件和其上升时的条件相同。由于以上对M点上升时的运动轨迹已进行了分析，故不再具体分析其下降的运动。对于平衡导杆轨道，由于平衡导杆一端固结在箱斗端，在箱斗运行过程中保持平动，故导轨形状同箱斗支点运动轨迹一致，由平衡导杆滚轮同箱斗支点之间的关系（如图3-6（a）示）可得到导轨相对支点轨迹的具体位置：水平距离，垂直距离箱斗两端平衡导杆以图示方式固结于拉杆轴，其于竖直方向夹角为（一般取45o角）。这样的安装方式为了形成一个稳定的空间三棱体（如图3-6（b）示），保证箱斗在任意时刻处于水平位置，防止翻斗现象的发生。在导杆另一端安装有材料为含油尼龙的滚轮，滚轮内部一般装有一滚针轴承。滚轮在平衡导轨内滑动，保证箱斗运动平稳。 上述计算可以得出箱斗支点轨迹和平衡导轨的方程式，同时通过借助于模拟箱斗运动的手段，可以得到箱斗支点运动的轨迹和平衡导轨形状。现以本次设计的箱斗为例，其支点运行轨迹和导轨形状及两者之间位置关系如图3-7示，箱斗各尺寸数据如下：（a） （b）图3-6 平衡导杆与箱斗关系及其空间结构 b=200mm，h=305mm，d=120mm，s=23，r=140mm，p=38.1mmn=6，m=2，=45o，图3-7 箱斗支点运行轨迹及其与平衡导轨关系由以上计算分析不但可对箱斗间是否干涉进行理论分析，同时各出了箱斗支点的轨迹方程，依此方程也可得到平衡杆轨道的方程，进而精确设计出轨道。但是以上计算公式形式极为繁琐，给计算带来极大不便，如果借助计算机，则可使计算问题得到解决，而且也增加了以上公式的通用性。另外，当拉杆尺寸不合理时，还有可能导致箱斗在运行过程中同天、地轴发生碰撞，也将导致翻斗，这种情况可通过适当调整拉杆长度加以解决。3.5机架结构设计立式柜库的机架是柜库的最重要、最主要的基础骨架，安装在柜库的基础架上，上：支承天轴和所有箱斗及载荷，下：支承地轴和张紧装置；在机架两侧还装置有链条导轨和平衡杆导轨。所以机架承受了除了柜库除了箱体以外的所有的重量和载荷。图3-8 立架结构图图3-9 立架结构俯视图 轻型柜库的机架由左、右立架和支撑架组成的机架。机架结构设计的要求是：强度要好，刚度要高，重量要轻。因此机架一般均采用异型长方钢管和加强钢板焊接而成。再从图3-15 侧视图中可以知道，立架的里侧是链条导轨和平衡杆辊轮导轨的安装底板处，而且是左右手的，这是由于平衡杆导轨单偏所决定的。所以立架都是成双的，而是左右手的。综上所述，机架结构设计应该满足如下的功能。1) 能满足柜库运行中最大承载载荷的要求；2) 能满足天轴、地轴、箱斗、连杆、张紧装置自重以及附加力的要求；3) 刚度要高，重量要轻，能满足压杆稳定性要求，特别是在最大偏质量状态下运动 的要求； 4) 要有足够的空间，能有不干扰箱斗的运行的空间；5) 能有安装链轮导轨和平衡杆辊轮导轨的位置和空间，满足箱斗水平运行的条件。6) 能有张紧机构安装的空间和位置，使地轴能够自由的上下浮动，保证柜库平稳运行。7) 能与柜库基础架以及箱体立柱结成一体性，使柜库更稳固，箱体板安装更方便、更美观，并减少噪音。8) 能够满足方便安装调试、维护保养及维修的要求。3.6电动机及减速器的选择由上述计算知地轴负担扭矩T1157.2Nm设计要求箱斗上升速度不大于7m/min，已知链轮直径d280mm则链轮转速r/min (3.4)为方便计算取n8r/min。地轴右端传动链轮与减速机输出轴端链轮构成的一级传动，取传动比，则减速机输出转速n出=i1n24r/min。 (3.5)综合立库的工作环境、状况及停电时立库如何工作等条件，选择蜗轮蜗杆减速机。 (3.6)取链传动效率10.95,减速机效率2=0.65则，电动机功率 (3.7) =1.57kW综上，选择上海迈特传动设备有限公司生产的N系列斜齿蜗轮减速机，选择型号：N A F72-Y1.5-4p-61-L-270o减速机性能参数如下：功率：Po1.5kW输出转速：no23r/min输出转矩：To448Nm传动比：io61减速机外形及安装尺寸见该公司产品说明书。减速机采用立式安装，便于停电时能用手动操作。电机为特制，尾端带一短轴，用于安装摇把。另外选用蜗轮蜗杆减速机的另一好处是其有自锁功能，当有连续空斗存在时，其自身产生自锁，保证工作安全。地轴转速：箱斗实际运行速度 =7.63.14280 =6.68m/min 7m/min所以箱斗运行速度满足要求。3.7立库外型尺寸计算立库的外形尺寸一般用宽（W）厚（B）高（H）来表示，其长度尺寸主要取决于箱斗的长度；其宽度尺寸主要取决于箱斗的宽度和配合杆的偏中心的距离；其高度尺寸则主要取决于箱斗的高度、数量、箱斗的回转高度等。设计任务书要求立库高度在2500mm左右，但由于设计的合理原则和紧凑原则，实际设计出的尺寸和要求尺寸有一定的偏差，如果不是太大，是允许的。为节约空间，立库的尺寸在保证结构和工作性能不受影响的前提下做到尽可能小，这就要求立库的结构尽可能紧凑，使立库实际占用空间最小。3.7.1立库宽度计算立库宽度计算公式：W=W1W2W3W4W52式中：W1为两天轴链轮距，或地轴两链轮轮距； W2为地轴链轮中心线至地轴轴承座最外端的距离； W3为地轴右侧链轮中心线至大链轮之右外端距离；W4地轴轴承座左侧最外端至箱体侧面板之间留有的空隙；W5地轴右侧大链轮外侧至箱体侧面板之间留有的空隙。柜库箱体侧面板之厚度 mm；由设计及各零件装配尺寸，有：W11914mm W287mm W3176mm W4=100mm W510mm 1mm所以，立库宽度W191487176100102=2289 mm3.7.2立库厚度计算立库厚度计算简图如图3-10示：图3-10 立库厚度计算简图 B=B1B2B31B3212式中：B1指的是箱斗支轴中心至箱斗支轴中心间的距离；B2指的是箱斗的宽度； B31指的是箱体与后面板之间留有的空隙，一般为10mm；B42指的是箱体与前门（面）板之间留有的空隙，一般为10mm；1指的是前门（面）板之厚度；2指的是后面板之厚度。通过计算可以得知：式中： d垂直输送链轮之分度圆直径； l连杆支轴孔与销轴孔之间的距离； 指的是两连杆销轴中心与箱斗支轴中心之间的夹角由设计， =280+2220=656mm B2200mm B31=47mm B32=47mm 1=2=1mm所以，立库厚度 B65620047472=952mm3.7.3立库高度 立库高度计算简图如图3-11示：图3-11 立库高度计算简图箱斗高度计算公式：H=H1aH2H3H4H512式中：H1箱斗运行至最高水平位置处，箱斗上边与天轴中心线之间的距离