机械制造装备设计课程设计-单柱巷道式堆垛机.docx

全套图纸加扣 3012250582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12 工作条件13 整体方案14 堆垛机起升机构设计24.1 提升机的主要组成部分24.2 电动机功率计算34.3 轴的设计44.4链传动的主要参数选择55 堆垛机行走机构设计65.1 概述65.2确定车轮直径75.3 选择轨道85.4选择减速电机95.5选车轮主轴116 堆垛机货叉设计116.1 货叉传动装置的总体选型116.2传动装置的运动和动力参数计算126.3货叉带传动设计计算136.4货叉传动齿轮、齿条的计算147立体仓库货架设计187.1货架概述187.2设计参数187.3静压力分析188 总结20单柱巷道式堆垛机设计1 设计原始数据总体长度(m)载重(kg)水平行走速度m/s垂直升降速度m/s货叉运行速度m/s7.5*3.5*1.461001.330.20.22 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.小制造厂，小批量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：14 堆垛机起升机构设计4.1 提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。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。2.起降滑筒结构： 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：4.2 电动机功率计算 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);v一额定起升速度(m/min);一起升机构总效率。起升平台和货物总重： 滑筒，V=0.2m/s则，考虑到其他不确定因素，查表取升降电机型号YEJ 90L-4的制动电机，=1.5kw，n=1440r/min 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-一电动机的额定功率(kw) ; P-一最大起升载荷(N); v-一额定起升速度(m/min); -起升机构总效率。 H-系数，异步电动机取H =2. 1，直流电动机取H =1. 4; Z-机构的驱动电动机数。经校核符合要求。4.3 轴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： 按工作要求选择材料。 估算轴的基本直径。 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 MP， =103 P=1.50.8=1.2kw又已知 n=n1=501440=28.8r/min=35.7mm 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=40mm。 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（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169 GB1096.(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=1mm，轴端倒角为245。4.4链传动的主要参数选择 1.传动比的选择 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.本课题中为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。2.链轮齿数 在本设计中， 由于链速为 0.2m/s,属于低速。小链轮的齿数 Z1可依据链速参考表选取。 应该按传动比i来确定齿数， 查表取Z1= Z2=17。 3.确定计算功率式中 P传递的功率，KW； KA工况系数，查表知KA=1.3； KZ主动链轮齿数系数，查表知KZ=0.85； KP多排链系数，单排链KP=1。4.选择链的型号和节距取减速器的传动比为i=31.5，则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=31.75mm5.验算链速并确定润滑方式 v6m/s,在低速范围内，符合条件。由v=0.26m/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）HRC 5 堆垛机行走机构设计5.1 概述行走速度，即。载重，自重。机构利用级别(摘自GB/T 3811-1983)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T6125002；4不经常繁忙地使用T7250004；8繁忙地使用T8500008；16繁忙地使用T910000016繁忙地使用机构载荷情况载荷情况附注L1（轻）机构经常承受轻小载荷，偶尔承受最大载荷L2（中）机构经常承受中等载荷，较少承受最大载荷L3（重）机构经常承受较大载荷，也常承受最大载荷L4（特重）机构经常承受最大载荷机构工作类型的分类(摘自GB/T 3811-1983)载荷情况机构利用级别T5T6T7T8L1（轻）M4M5M6M7L2（中）M5M6M7M8L3（重）M6M7M8L4（特重）M7M8由行走机构的工作要求得到机构利用级别为T7，机构载荷情况为L2，从而确定机构的工作类型为M7。5.2确定车轮直径车轮踏面疲劳强度计算（摘自GB/T 3811-1983）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1.4，取主动轮计算。取，则可得：取车轮。5.3 选择轨道无轮缘车轮踏面形状和尺寸与轨道的匹配(摘自JB/T 6392.1-1992)D/mmB2/mm轨道轨道轨道轨道160409kg/m12kg/m_200409kg/m12kg/m_250459kg/m12kg/m15kg/m_31598015kg/m22kg/m30kg/m38kg/m轻轨的尺寸规格(摘自GB/T 11264-1989)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/kg:1269.8569.8538.119.8537.712.37.5412.2 轨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。5.4选择减速电机 考虑其它运行阻力，添加阻力系数 故选取减速电机查看SEW减速电机进行选型，考虑过载等，选取减速电机SEW S57 DV100M4 P=2.2KW T=295N.m减速电机参数图减速电机尺寸图电机与减速器搭配图5.5选车轮主轴轴常用几种材料的及值轴的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35SiMn152520352545355514912613511212610311297由计算可得，车轮主轴的最小直径为30mm。6 堆垛机货叉设计6.1 货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）设计参数载重（kg）运行速度（m/s）运行阻力系数1000.20.852）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Ff=*m*g=0.85*100*9.8=833N。查表知：v带=0.99 齿=0.98 .9 则传动装置的总效率为：总=带齿齿齿=0.99X0.98X0.98X0.98=0.88电机运行静功率：P0=Ff *V=210W故选电机型号为：直流无刷电机80BL89S25-430TK0 功率为P=250W，转速为nm=3000r/min4）确定传动比选取驱动齿轮轮直径D=50mm=76.4r/mini总=39.26取i减=25，即i带=1.575）确定减速器选取减速器型号为：PX80N025SW,低速轴许用扭矩为70N*m，减速比为256.2传动装置的运动和动力参数计算1） 各轴的转速计算：nn=120r/minn=76.4r/min2） 各轴的输入功率计算P0=Pm=250X0.9=225WP1=P0减=225X0.85=191WP2= P1带=191X0.99=189WP3= P2齿=189X0.98=185.22WP4=P3齿=185X0.98=181.5W3） 各轴的输入转矩计算T0=9550P0/n0=716.25NmmT1=9550P1/n1=15200.4NmmT2=9550P2/n2=23625Nmm6.3货叉带传动设计计算1）传入功率P1=191W，取工况系数Ka=1.7设计功率：Pd=Ka*P1=1.7X191=324.7W2)确定同步带型号和节距：由设计功率：Pd=324.7W，n1=120r/min s查表得选带的型号为H，节距为12.7mm3)选择小带轮齿数：查表得：小带轮齿数：Z1=14，大带轮齿数Z2=Z1*i=14X1.57=21.98 取标准齿数：Z2=224)确定节圆直径：d1= =56.6mm d2= =89.0mm5)确定同步带节线长度：Lp初定中心距故101.92mm0291.2mm 初定=200mm=4.64Lp=2a*cos+ =629.9mm取最接近计算值的标准节线长Lp=635mm6)计算同步带齿数：=507）传动中心距故计算=其中求得=202.55mm ,取=203mm8）确定同步带宽度：8.1）确定H型同步带基准额定功率其中：:许用工作压力：2100.85N m：单位长度质量：0.448 V=0.36m/s代入得：8.2)计算小带轮啮合齿数：Zm=8.3)确定实际带宽：b 初选P满足设计要求综上,带轮参数如下表:Z1Z2d1(mm)d2(mm)142256.689H型同步带参数Pb(mm)ZbLp(mm)b(mm)12.742533.438.16.4货叉传动齿轮、齿条的计算知输入功率P2=185.22W，小齿轮的转速n1=76.4r/min，由于为齿轮齿条传动，故齿数比u1=1。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1.1）按传动方案，选用直齿轮齿条传动， b.货叉为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度1.2）材料选择。查表得：选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，齿条为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。1.3）初选小齿轮齿数Z1=19按齿面接触强度设计1.4）确定公式内的各计算数值1.4.1）试选载荷系数Kt=1.31.4.2）计算小齿轮传递的转矩 T=23625Nmm.1.4.2）齿宽系数：由机械设计课本P205表10-7得: =1f.材料的弹性影响系数：查机械设计课本由P201表10-6得： =189.8MP1/21.4.3）由机械设计课本P209页图1021，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度Mpa，齿条的接触疲劳强度550Mpa1.4.4)计算应力循环次数：由机械设计课本P206公式10-13计算应力循环次数=6074.61（283008） =1.761081.4.5）接触疲劳寿命系数：查机械设计课本P207图 10-19得: KHN1=0.95 1.4.6）齿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P205公式10-12得: =5701.4.7）计算：小齿轮的分度圆直径d其中齿轮齿条传动比求得d1t=34.9mm1.5)计算圆周速度v 1.6).计算齿宽b和模数mntb=mnt=1.7).计算齿宽和齿高之比 h=2.25 m =2.251.84=4.14mm=1.8).计算载荷系数K查机械设计课本P193表102使用系数KA=1.25，根据v=0.14m/s，8级精度, 查课本由P194图10-8得动载系数KV=1.12，查机械设计课本P197表10-4得KH=1.42，查机械设计课本由P195表10-3 得: KH=1。故载荷系数:K=1.9)按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d1=1.10)计算模数mm =2)按齿根弯曲强度设计确定各公示内的计算数值2.1)载荷系数KK=2.2)初选齿宽系数：按对称布置，由表查得12.3).查取齿形系数YFa和应力校正系数YSa查机械设计课本P200表10-5得:齿形系数YFa12.85应力校正系数YSa11.54Sa21.7852.4)计算小齿轮的查课本P208由表10-20得弯曲疲劳强度极限:小齿轮查课本由P206表10-18得弯曲疲劳寿命系数:KFN1=0.92 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,则2.5)设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=2.5mm，已可满足弯曲强度。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d1=40.22来计算应有的齿数。于是由:Z1=,会发生根切。当齿数调整为19齿，即d=47.5mm圆周速度：V= 与设定的速度V=0.2m/s，相近，符合要求。3)几何尺寸计算3.1）小齿轮几何参数计算：按齿宽系数 b=47.5mm 齿顶高：齿根高：=3.125mm齿顶圆：齿根圆直径：3.2) 齿条几何参数计算:齿根高：=3.125mm齿顶高：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=mm 齿厚：S= 齿槽宽：e=中心距：L=mm7立体仓库货架设计7.1货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。7.2设计参数立体仓库为8列7层总高度为3.5m货架每层8格货格尺寸：长*宽*高=550*500*550mm7.3静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solidworks对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