数控卧式镗铣床刀库机械手升降机构设计与分析【CAD高清图纸和文档】
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叉车升降机构的创新设计清华大学精密仪器和机械学部门, 100084, 北京,中国文章历史:2010年6月17收到题目,2010年8月3日开始修订到2010年8月4日,2010年9月1日网上可用。关键词:叉车,空间多连杆机构,连杆摘要:在物流中叉车是一种最重要的工具。然而,一个叉车采用通用桅杆系统,不仅影响驾驶员的视野,而且增加了卡车的重量,从而降低了燃油经济性。因此,本文主要对叉车升降机构进行创新设计。首先,提议一个空间多连杆升降机构。然后,根据约束条件、流动性、在理论上研究了叉架。最后,确定升降机构,在计算机上模拟,证明运动的可行性。此多连杆式升降机构利用了灵活的电缆驱动和连杆,不仅给驾驶员提供了更大范围的视野,也降低了叉车重量,因此提高了燃油经济性。1. 介绍： 叉车通常用于火车站、仓库、港口和工厂装卸与运输。叉车由底盘和工作装置组成,可倾斜吊和垂直吊。然而,一般的叉车有以下主要缺点。首先,桅杆系统由几个大组件组成且在司机前面,将严重影响司机的视野。许多叉车碰撞行人的事故本质上都是由于可见性1、2。此外,在支持负载和指导叉架垂直提升时,桅杆系统扮演一个重要的角色,所以它的强度和刚度必须足够好,它的自重也必须增加。后面的重量平衡装置也增加,这就造成不必要的浪费。扩大驾驶员的视野一直是一个重要的研究项目。一些类型的叉车已经通过改变桅杆2、3,而加大了司机的视野范围,而其他的利用视觉制导方法空间操作4或计算机指导5,6加大视野范围。这些叉车司机有更好的视野,但是对于通用桅杆结构的不足和自重问题,他们不是根本的解决方案。为了提高驾驶的舒适性和驾驶员的安全,减少能源消耗,重点考虑叉车升降机构的创新设计。先提出一个升降机构的设计方案,然后确定他的可行性,最后确定方案.这种机制不仅扩展了司机的视野,也减少了车辆的重量。2. 机构的提升: 众所周知,三个转动副和两个链接,生成平面运动。假设两个这样的平面以非零的角度放置,如图1。两端的两个连杆机构都与同一刚体连接并转动，如图1所示。连杆1是基础，连杆4是连杆1通过两个平行的连杆机构ABC和DEF从而传递运动。很容易发现,这两个连杆机构之间有很紧密的联系。因此,刚体4必须平行于俩个连杆机构所在的平面和。即刚体4只能是直的。机制和机理论45(2010)1892 1896 图1空间多连杆结构曲柄滑块机构是一种常见的开链结构。在汽油和柴油引擎7中被广泛使用。然而,在曲柄滑块机构中,死点是一个致命的缺点。为了提高稳定性,避免死点,本文取代了曲柄滑块机构中的运动链,是由两个转动副和运动副组成, 可以在没有死点的前提下生成平面运动。假设两个垂直平面,滑块及运动链位于与纵向对称的平面内。两个运动链如图2。对空间多连杆升降机构的运动原则进行理论分析。研究叉架的自由度,可以建立一个笛卡尔坐标系,来确定A和D对轴的转动,A和D的交点为原点,轴的转动副a为x轴 .坐标系如图3。假设轴对D的转动角度用(0180)表示,与 A和D坐标系统的起源是相同的。D的坐标可以表示为（a 0 0）和（acos asin所示,两者之间的对角用(0bb180)表示。每个运动链包括两个转动副和一个运动副、一连杆和滑道。连杆和滑道都连接在一个运动副中，叉架有两个运动链。在这个空间多连杆结构中,轨道和叉架是在一条直线的。此外, 在每一个垂直平面中添加另一个类似的运动链可以提高强度和刚度。在该滑块的位置,连接叉架和叉车底盘，与此同时,上下运动链是连接约束棒的。随着轨道的上下运动,约束棒提供约束,提高刚度和稳定性，从而提升8的承载能力0）。C、F的坐标可以表示为（a yc zc）和（xF yF zF）。不难发现,A和C对轴的转动是平行的,所以研究D和F对轴的转动。A和C对轴的转动用s1 =（1 0 0）T表示, D和F对轴的转动用s2 =（cos sin 0）T表示, B对矢量方向的位移用s3 =（0 yc zc）T表示，E对矢量方向的位移用s4 =（xFbcos yF bsin zF）T表示。1894 j- y wang etal。/机制和机理论45(2010)1892 - 1896图2升降机构1叉;2叉架;3挤压转动副;4连杆;5约束杆;6导轨;7支持块根据螺旋理论9,终端约束螺旋矩阵可以得到方程:$TE$ = 0其中$是一个螺旋矩阵,$是终端约束螺旋。ABC是这个运动螺旋矩阵的一个运动链,可以表示为:$ABC = $A $B $C= 1 0 0 0 0 0 t 0 0 0 0 yC zC 1 0 0 0 zC yC依照Eq.(1)可以得到,终端约束螺旋矩阵由一组基本的终端约束螺旋组成。$ABC =1 0 0 0 0 0 t 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 图3笛卡尔坐标系依照Eq.(1)可以得到,终端约束螺旋矩阵由一组基本的终端约束螺旋组成。图4 计算机模拟升降机构 1叉架;2前皮带轮;3前支持杆;4后支持杆;5电缆;6回轮同样得到终端约束螺旋矩阵的运动链:$DEF = cos sin 0 0 0 0 t 0 0 0 sin cos 0 0 0 0 0 0 1因此,终端约束螺旋矩阵在CF上可以表示为:$CF = $ABC $DEF根据Eq. (1), 只要0180CF可以表示为：$CF =（0 0 0 0 0 1）t由此证明了：叉架沿z轴方向只有一个自由度,即叉架为一条直线。在此约束下的升降机构中，叉架垂直于地面。3. 实现升降机构:在计算机上模拟叉车升降机构的运动。如上所述, 升降机构的轨迹和叉架在一条直线上。在不影响司机视野的前提下,为了提升货物可以使用锚机和软钢电缆，结构如图4所示。锚机在叉车的后面，回轮和支持杆在顶部，每个电缆的一端连接叉架,另一端固定在锚机上。当锚机运动时,电缆将带动叉架上下运动。为了验证这种叉车是否能实现预期的运动,特别是保证叉架的垂直运动,用Proe来模拟它的运动，如图4中(a)、(b)(c)显示不同的位置时叉架的运动。可以看出叉架是在垂直于地面的一条直线上运动。此外,没有桅杆系统,司机可以有一个更好的视野范围。 这种升降机构有柔性电缆和刚体使它有更好的结构性能。钢丝绳牵引的机械手以其独特的优势,如低惯性、低重量等,被广泛应用。货物的重量主要由电缆支持,因此对升降机构的强度和刚度要求是较低的,它的重量也可以减轻。通用叉车的组件,如气缸、链条、链轮子和支架系统,锚机、电缆和连杆,他们的重量和重心向后移动。因此,后面的重量平衡装置,大大减小了整个卡车的重量。所以提出的叉车升降机构降低了能耗,提高了车辆的燃油经济性。4. 结论:本文基于空间多连杆升降机构，提出了一种新型的叉车升降机构。为了验证升降机构的可行性，对其进行了理论分析和计算机模拟。升降机构由
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