毕业设计论文自动化立体仓库的机械设计.doc

哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设 计 1 目目 录录 第 1 章 绪论 1 1 第 1 1 节 研究的背景与内容 1 1 1 1 概述 1 第 1 2 节 设计的目的和意义 2 第 1 3 节 设计的内容及要求 3 第 1 4 节 设计参数 4 第 2 章 总体设计方案的确定 5 5 第 2 1 节 堆垛机各个部分的方案选择 6 2 1 1 堆垛机起升机构传动方式的选择 6 2 1 2 堆垛机行走机构传动方式的选择 7 2 1 3 堆垛机机架的设计思路 7 2 1 4 堆垛机货叉的设计思路 7 第 2 2 节 堆垛机的技术参数 9 第 2 3 节 堆垛机的技术要求 10 第 3 章 堆垛机起升机构的设计 1212 第 3 1 节 起升机构的总体选型 12 第 3 2 节 卷筒的设计 16 3 2 1 卷筒部件计算 16 3 2 2 齿轮连接盘的计算 21 第 4 章 堆垛机货叉的设计 2424 第 4 1 节 货叉传动装置的总体选型 24 第 4 2 节 货叉传动齿轮 齿条的计算 24 第 4 3 节 货叉传动链轮 链条的设计计算 28 第 4 4 节 堆垛机货叉静态挠度计算 30 第 5 章 总 结 3636 参考文献 3737 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设 计 2 摘 要 近年来 随着企业生产与管理的不断提高 越来越多的企 业认识到物流系统的改善与合理性对企业的发展非常重要 堆垛机是 自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备 它能够在自动化立体的巷 道中来回穿梭运行 将位于巷道口的货物存入货格 或者相反取出货 格内的货物运送到巷道口 本文详细论述了在现代大多数企业中普遍使用的双立柱堆垛机的 设计方案 文章的重点放在其两个部件 升降机构 货叉伸缩机构的 设计上 并对安全机构和控制部分进行简单的选取和计算其中包含电 机 减速器的选取 齿轮 齿条的计算 卷筒的计算 轴的校核 电器 原理图的配置等 首先 提出各个机构的总体设计方案 其次 对各 个机构的受力情况进行了分析并计算 然后估算初取值 再进行校核 最后确定各个实际值 关键词 自动化立体仓库 堆垛机 升降机构 货叉伸缩机构 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设 计 3 Abstract Abstract In recent years along with the unceasing raising of enterprise production and manag rtant take heavy crane pile up equipment it can in the tunnel of automation cube in the shuttle operation of round trip will locate in tunnel the goods of mouth stock goods shelf or opposite take out the goods transit in goods shelf go to tunnel mouth This paper describes the majority of enterprises in the widespread use of modern double column stacking machine design the article focused on its two components lifting mechanism telescopic fork design of institutions and security agencies and the control part simple selection and calculation including motor reducer selection gear rack of calculation the calculation of roll axis calibration electrical schematic diagram of the configuration First the proposed design programs of various agencies Secondly the force of the various agencies to conduct the analysis and calculation and then estimate the initial value and then checked and finally establish the actual value Keyword Keyword automation three dimensional storehouse stacker cranes lifting mechanism telescopic fork institutions 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 第第 1 11 1 节节 研究背景与内容研究背景与内容 1 1 11 1 1 概述概述 从 50 年代初 美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库 50 年代末 到 60 年代初 出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库 1963 年美国 率先在高架仓库中采用计算机控制技术 建立了第一座由计算机控制的立体 仓库 此后 自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展 并形成了专门的 学科 60 年代中期 日本开始兴建立体仓库 并且发展速度越来越快 成为 当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一 据不完全统计 美国拥有 各种类型的自动化立体仓库 20000 多座 日本有 38000 多座 德国有 10000 多座 英国有 4000 多座 前苏联有 1500 多座 我国首先由机械部北京起重运输机械研究所 1963 年研制成第一台桥式 堆垛起重机 1973 年开始研制我国第一座由计算机控制的高 15 m 的自动化 立体仓库 并于 1980 年投入运行 与厂级计算机管理信息系统联网以及与生 产线紧密相连的自动化立体仓库更是当今计算机集成制造系统 CIMS 及柔 性制造系统 FMS 必不可少的关键环节 自动化立体仓库可以产生巨大的社会和经济效益 它通过高层货架存 储 使存储区大幅度地向高空发展 提高了空间利用率 自动化立体仓库 采用层积式存放 结合计算机管理 可以很容易实现先入先出 防止货物 的自然老化 变质和损坏 通过自动存取系统 加快了运行和处理速度 提 高了劳动生产率 降低操作人员的劳动强度 采用自动化技术后 还能较 好地适应黑暗 低温 污染 有毒和易爆等特殊场合的物品存储需要 计 算机控制能够始终准确无误地对各种信息进行存储和管理 减少了货物处 理和信息处理过程中的差错 同时借助于计算机管理还能有效地利用仓库 存储能力 便于清点和盘库 合理减少库存 加快资金周转 节约流动资 金 从而提高仓库的管理水平 自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统集成 实现企业信 息管理的自动化 同时 由于使用自动化仓库 促进企业的科学管理 减 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 2 少了浪费 保证均衡生产 也提高了操作人员素质和管理人员的水平 立 体仓库的出现 实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变 随着现 代化生产规模的不断扩大和深化 它将为工业 企业带来巨大的经济效益 自动化立体仓库是实现物流系统合理化的关键 它具有空间利用率高 便于实现自动化管理 实时自动结算库存货物种类和数量 立体仓库信息 库可以和中央计算机系统联网运行等许多优点 对加快物流速度 提高劳 动生产率 降低生产成本都有重要意义 已开始应用于汽车 电子 医药 烟草 建材 邮电等许多行业 而堆垛机对立体仓库的出人库效率有重要 影响 是立体仓库能否达到设计要求和体现其优点的关键设备之一 有轨巷道堆垛起重机是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机 通常简称为堆垛机 堆垛机是立体仓库中最重要的起重运输设备 可大大 提高仓库的面积和空间利用率 是自动化仓库的主要设备 是代表立体仓 库特征的标志 堆垛机的功能是堆垛机接受计算机指令后 能在高层货架 巷道中来回穿梭 把货物从巷道口出人库货台搬运到指定的货位中 或者 把需要的货物从仓库中搬运到巷道口出人库货台 再配以相应的转运 输 送设备通过计算机控制实现货物的自动出人库 在立体仓库中的搬运设备 有高位叉车 工业机器人 桥式堆垛机和有轨巷道式单双立柱堆垛机 有 轨巷道式双立柱堆垛机由于效率高 高度可达 30 40 m 便于实现无人操作 行走稳定 载货量大 噪声小 在目前的立体仓库中得到广泛应用 第第 1 21 2 节节 设计的目的和意义设计的目的和意义 仓储自动化建设是一项系统工程 物资储运作业自动化是其重要的内 容 实现仓库物资储运作业自动化 仓储机械设备 设施及管理 信息 人才系统配套 协调发展是重要的发展趋势 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 3 通过引入计算机 自动控制技术和人工智能等高新技术对仓储机械的 技术该做 仓储机械的技术性能将较大提高 载重量大 机动性强 操作 方便 可维修性好的叉车 无人叉车 牵引车 托盘运输车 堆高车 堆 垛机 码垛机 管道输送机 带状输送机 自动拣选机等先进的装卸搬运 机械设备将广泛应用于仓储系统 本设计通过设计用于仓储货架的堆垛机 完成堆垛机水平行走机构 起升机构 载货台及货叉机构 机架和电气设备的设计 能及时 准确地 把物品自动送到指定位置 从而加深对堆垛机的认识与了解 由于使用场合的限制 巷道堆垛机在结构和性能方面有以下特点 1 整机结构高而窄 其宽度一般不超过储料单元的宽度 因此限制了整 机布置和结构选型 2 金属结构件除应满足强度和刚度要求外 还要有较高的制造和安装精 度 3 采用专门的取料装置 常用多节伸缩货叉或货板机构 4 各电气传动机构应同时满足快速 平稳和准确 5 配备可靠的安全装置 控制系统应具有一系列连锁保护措 第第 1 31 3 节节 设计的内容及要求设计的内容及要求 有轨巷道堆垛机的内容包括 第一 分析 论述目前堆垛机堆垛的原理 方法 堆垛机的设计思路 探讨各种解决途径 第二 论述本设计采用的方法 原理及可行性 进行结构设计 运动 学计算和强度计算 第三 堆垛机的工作方式及货物识别控制原理 第四 绘制堆垛机总装图和主要零部件图 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 4 有轨巷道堆垛起重机的设计要求包括 1 结构简单 操作方便 2 堆垛方式准确可靠 3 结构紧凑坚固 使用维护方便 外形美观 第第 1 41 4 节节 设计参数设计参数 立体仓库为 8 巷道 16 排 40 列 7 层 堆垛机总高度 8m 总长度 3 1m 总宽度 1m 堆垛机额定起重量 300kg 行走最大速度 130m min 2 2m s 升降最大速度 30m min 0 5m s 货叉速度 9m min 0 15m s 加减速度 升降 0 6 行走 0 6 伸缩 0 2 2 sm 2 sm 2 sm 货架上下 7 层 层高 1100mm 货架每层 40 格 格宽 900mm 货箱尺寸 长 宽 高 600 500 800mm 货格尺寸 长 宽 高 900 600 1100mm 宽度方向为货叉叉取方向 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 5 第第 2 2 章章 总体设计方案的确定总体设计方案的确定 为使堆垛机能够准确 快速 安全 自动搬运货物出人库 必须满足 以下设计要求 1 具备三维运动功能 即堆垛机沿巷道来回运动 载货台 垂直运动 货叉沿货架方向双向伸缩 2 满足一定的定位精度 重复定位 精度误差不能超过 10 mm 3 具备安全保护措施 4 在满足强度 刚度和 可靠性的前提下 尽量减小堆垛机各部分的重量 以减小提升功率和行走 时的摩擦阻力 5 保护仓库环境 避免货物污染受损 堆垛机的组成 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 6 图 2 1 有轨巷道式双立柱堆垛机 1 天轨 2 天轨导向轮 3 上横梁 4 立柱 5 链轮 6 载货台导向轮 7 载 货台顶轮 8 电器柜 9 轮系 10 地轨 11 下横梁 12 电机 13 卷筒 14 减速器 15 载货台 16 货叉 17 载货台立板 第第 2 12 1 节节 堆垛机各个部分的方案选择堆垛机各个部分的方案选择 2 1 12 1 1 堆垛机起升机构传动方式的选择堆垛机起升机构传动方式的选择 巷道式堆垛起重机的起升机构是使载货台垂直运动的机构 主要由电 动机 制动器 减速器 卷筒或链轮以及相应的柔性件组成 电动机通过 减速器带动柔性件使载货台升降 常用的柔性件有钢丝绳和起重链两种 链条传动的缺点是自重量大 有可能突然断裂 不安全 因而本传动机构 选用钢丝绳 钢丝绳的优点是质量轻 使用安全 工作噪声低 便于维护 保养等等 联轴器选用梅花形弹性联轴器 此联轴器是由带突爪的形状相同的两 个半联轴器和梅花形弹性元件组成 将梅花形弹性元件置于两个半联轴器 的突爪之间以实现联结 减速器选用 JZQ 型减速器 它是特为起重机设计制造的低硬度齿面的 减速器 制造工艺较容易 有很多中小型厂均有现成产品供货 卷筒为与 减速器配合的自制卷筒 通过齿轮连接盘与减速器的低速轴齿轮轴端相连 此卷筒的特点是卷筒轴不受转矩 只承受弯矩 为封闭式传动 不易受外 界环境干扰 钢丝绳的一端固定在卷筒上 另一端固定在机架的上横梁上 钢丝绳 通过安装在立柱上的定滑轮导向 带动安装在载货台上的两个动滑轮使载 货台升降 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 7 2 1 22 1 2 堆垛机行走机构传动方式的选择堆垛机行走机构传动方式的选择 本传动系统为地面支承式 三合一减速器和车轮组安装在堆垛机下横 梁下方起支承和驱动作用 上部用导向轮运行在工字钢的下翼缘上来防止 堆垛机倾倒或摆动 由于驱动装置装在堆垛机下下部 容易维修保养 2 1 32 1 3 堆垛机机架的设计思路堆垛机机架的设计思路 上横梁是由四块钢板焊接而成的箱形结构 其与立柱间通过焊接联结 在一起 立柱由角钢和钢板焊接而成的箱式矩形断面 具有抗扭 抗弯刚度大 重量轻 耐磨性好等特点 下横梁也是由四块钢板焊接的箱式矩形断面 具有较大的抗扭 抗弯 刚度 下横梁与立柱间通过焊接联结在一起 2 1 42 1 4 堆垛机货叉的设计思路堆垛机货叉的设计思路 货叉装置是堆垛机存取货物的执行机构 装设在载货台上 本机构采 用三级直线差动式伸缩货叉 由上叉 下叉及起导向作用的滚针轴承等组 成 以减少巷道的宽度 且使之具有足够的伸缩行程 由于存取货物时货叉伸出的距离已经超过本身的长度 所以货叉为级 伸缩装置 下叉固定在载货台本体上 起支承作用 上面的上叉叉取货物 货叉的伸缩可以采用齿轮齿条传动或者链轮链条传动 本设计采用齿 轮齿条传动 齿轮齿条传动具有结构简单 传动关系清晰等优点 货叉装置采用二级直线式伸缩货叉 叉体体积小 刚性大 且具有超 载保护功能 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 8 货叉主要由电动机 联轴器 减速器 链轮链条传动装置 齿轮齿条 传动装制 下叉 中叉 上叉和滚针轴承等组成 图 2 1 货叉结构示意图 1 上叉叉板 2 上叉活动导轨 3 上叉支承板 4 中叉挡板 5 中叉齿条板 6 滚针轴承 7 下叉立板 8 下叉底板 9 轴承支承板 10 传动轴 11 链条 12 减速器 13 联轴器 14 传动齿轮 15 电动机 16 下叉挡板 结构示意图如上图 2 1 所示 上叉由上叉叉板 上叉支承板 上叉齿 条板组成 上叉叉板直接承载货箱 为了防滑选用花纹钢板 上叉支承板 则安装有支承上叉的四个滚针轴承 使上叉相对于中叉运动 上叉齿条板 下方焊接有齿条 由装在中叉连接板上的双啮合齿轮传递动力 中叉由中 叉活动导轨 中叉连接板 中叉齿条板组成 中叉活动导轨支承在四个滚 针轴承上 四个滚针轴承分别装在下叉立板和下叉支承板上 中叉连接板 则把中叉齿条板 中叉活动导轨和双啮合齿轮连接起来 中叉齿条板下方 焊接有齿条 通过传动轴上的齿轮传递动力 下叉由下叉支承板 下叉立 板 下叉齿条板和下叉底板组成 下叉支承板下部安装有滚针轴承 支承 起传动轴 上部安装有支承中叉活动导轨的滚针轴承 下叉立板也安装有 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 9 支承中叉活动导轨的滚针轴承 下叉齿条板的顶部装有齿条 提供与双啮 合齿轮啮合的下齿条 下叉底板则是整个货叉的支承板 其上固定有电动 机 减速器 下叉立板 下叉齿条板 下叉支承板和双向挡板 焊接在下 叉底板上的双向挡板则限制货叉的极限伸缩位置 整个货叉的传动原理是 电动机通过联轴器 减速器减速把动力传递 给减速器轴端的链轮 轴端链轮通过链条把动力传递给传动轴 传动轴上 的链轮和减速器轴端的链轮一样大 链轮链条传动比为 1 安装在传动轴轴 端的齿轮通过中叉齿条板把动力传递给中叉 使中叉以一定的速度相对于 下叉运动 而安装在中叉连接板上的双啮合齿轮以中叉速度与中叉一起运 动 双啮合齿轮下面与下叉齿条板上的齿条啮合 上面与上叉齿条板上的 齿条啮合 下叉齿条板不动 那么上叉齿条板则以二倍于中叉的速度向前 运动 第第 2 22 2 节节 堆垛机的技术参数堆垛机的技术参数 堆垛机作为立体仓库中重要的运输设备 其各项技术参数的选用 将 直接影响到整座立体仓库的运行效率和经济效益 合理的选择各项参数 将大大提高整个系统的运行效率和经济效益 我国现阶段立体仓库中 堆 垛机技术参数的选用上 和世界先进水平相比 存在着较大的差别 1 堆垛机的速度参数 与堆垛机的速度有关的参数 主要指水平运 行速度 起升速度和货叉伸缩速度 这三项参数的高低 直接关系到出入 库频率的高低 2 堆垛机的尺寸参数 堆垛机的尺寸参数较多 例如起升高度 下 降深度 整机全长 最低货位极限高度等 其中最低货位极限高度 即货 叉上表面从最低一层货格的低位到地轨安装水平面的垂直距离 该参数涉 及合理利用有效空间 增加库容量 亦是评价堆垛机设计水平的标准之一 目前 国内立体仓库堆垛机的最低货位极限高度普遍偏高 3 堆垛机的货叉下挠度 货叉下挠度 是堆垛机的一项非常重要的 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 10 性能参数 直接关系到堆垛机是否能正常工作 因结构型式 材料及加工 热处理工艺的限制 同等状况下 目前国内立体堆垛机的货叉下挠度要比 国外大 20 30 改进货叉结构 合理选材 提高工艺手段 是减少货叉下 挠度 保证堆垛机工作性能的重要措施 4 堆垛机的噪音 堆垛机在高速运行和升降中 特别是在同时进行 时 由于车轮与轨道摩擦和提升链条或钢丝绳的振动 摩擦等 将产生较 大的噪音 标准中规定 堆垛机在工作时 其噪声值不高于 84 分贝 目前 立体仓库实际应用表明 对于行走速度不超过 80 米 秒的 还可以保证 超过 100 米 秒以上的 一般难以保证 5 堆垛机的驱动机构 目前 国内立体仓库堆垛机的驱动机构中 电机减速机普遍采用德国 日本 意大利的产品 也有少数采用国内的电 机减速机 由于堆垛机是立体仓库中最重要的运输设备 各项技术参数和 综合性能要求都非常严格 如无故障率应大于 97 停准精度 10mm 以及 噪音要求等 这就要求电机减速机的可靠性非常高 因此 现阶段在驱动 机构中电机减速机的选用上 建议选用国外先进的产品 以保证堆垛机的 整机性能 6 堆垛机的起重量和载荷参数 包括额定起重量 总起重量 堆垛 机总重量 堆垛机设计重量和轮压 额定起重量是堆垛机的主要性能参数 它是堆垛机允许起升的货物和托盘 或货箱 的质量的总和 总起重量是 被起升的货物 托盘 或货箱 货叉 司机室 载货台 固定在载货台上 的属具 包括动滑轮组 起重钢丝绳及其它零 部件 及人的质量的总和 堆垛机总重量是堆垛机各部分质量的总和 包括机上电源装置 信号传输 装置 控制柜 平衡重和润滑剂在内 堆垛机设计重量是整机总质量中 除去润滑剂的堆垛机质量 轮压是一个车轮传递到轨道或地面上的最大垂 直载荷 按工况不同 分为工作轮压和非工作轮压 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 11 第第 2 32 3 节节 堆垛机的技术要求堆垛机的技术要求 堆垛机是自动化立体仓库的心脏部分 自动化立体仓库的优越性必须 通过堆垛机才能充分体现出来 为此 堆垛机必须有严格的技术要求 堆垛机的正常工作条件 1 堆垛机正常工作的环境温度范围为 5 40 摄氏度 在 24 小时内 平均温度不超过 35 摄氏度 在 40 摄氏度的温度条件下 相对湿度不超过 50 温度较低时相对湿度可以高一些 2 堆垛机工作环境的污染等级应在国家规定范围之内 3 供电电网进线电源为频率是 50 赫兹 电压是 380 伏的三相交流 电 电压波动的允许偏差为 0 0 10 对通用零部件的要求 1 对链条链轮的要求 堆垛机载货台频繁地上下运动主要是靠链轮和链条来完成的 为此要 求采用短节距精密滚子链 要求链轮的齿形和公差应符合 GB T1243 1997 的规定 特别要求链轮的轮齿和凹槽不得有损伤链条的表面缺陷 此 外 必须经常润滑链条和链轮 链条强度许用安全系数不得低于 6 2 对钢丝绳的要求 钢丝绳必须采用 GB T8918 1996 中规定的圆股钢丝绳 绝对不能把 钢丝绳接长之后再用 钢丝绳强度许用安全系数不得小于 6 3 为了防止堆垛机停止时产生冲击和振动 必须采用缓冲器减振缓 冲器采用橡胶 工程塑料或液压方式 要求缓冲器能承受堆垛机以 70 的 额定载荷运行速度的撞击 4 对螺栓和螺母的要求 要求主要受力部件所用螺栓性能等级不低于 8 8 级 螺母性能等级不 低于 8 级 要求高强度螺栓性能等级不低于 10 9S 级 高强度螺母性能不 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 12 低于 10H 级 5 制造和组装要求1000 1 kf 要求下横要求堆垛机上横梁的水平弯曲 K 为上横梁全长 1000 1 kf 梁的水平弯曲 B 是主 从动轮轴距 按照机械工程实际经验 1000 2 Bf 只允许下横梁向上拱曲 其上拱度 1000 BF 6 性能要求 货叉的工作性能 堆垛机工作台升降时 货叉对各货位存取位置和最高 最低工作位置 应满足设计要求 货叉在承载额定载荷条件下 工作行程应满足设计要求 并且伸至最大行程时 货叉下挠度应小于 20mm 货叉伸缩的额定速度误差 不大于 货叉伸缩和复位的停准精度小于 5 mm5 堆垛机的运行性能 堆垛机运行的额定速度应符合设计值 误差应小于 mm10 载货台升降性能 载货台的升降额定速度应符合设计要求 误差应小于 在速度换 5 档时不能有强烈的振动 并有良好的制动性能 其停准精度小于 mm10 第第 3 3 章章 堆垛机起升机构的设计堆垛机起升机构的设计 第第 3 13 1 节节 起升机构的总体选型起升机构的总体选型 起重量 Cp 300Kg 起升速度 v 0 5m s 接电持续率 JC 25 起升高度 H 8m 1 定机构的工作级别 堆垛机工作级别根据堆垛机使用条件的两个重要数据 载荷状态和利用 等级来划分 是堆垛机设计的依据 现由设计原始数据和堆垛机实际运行 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 13 情况选定三个参数如下 利用等级 T4 载荷情况 L2 工作级别 M4 2 计算钢丝绳最大静拉力并选择钢丝绳 采用单联滑轮组 此时 m n m 滑轮组倍率 n 悬挂物品挠性件分支数 起升机构以省力钢丝绳滑轮组作为执行构件 选取悬挂物品挠性件分支数 n 为 2 滑轮组倍率 m 为 2 钢丝绳最大静拉力为 3 1 N qa Q S1502 98 0 12 81 9 300 0 max Q 起升载荷 N gCQ p 2 81 9 smg Cp 起升质量 即起重量 kg qa 滑轮组分支数 q 滑轮组倍率 a 滑轮组钢丝绳卷入卷筒根数 机构总效率 取为 0 98 0 本机构中 q 2 a 1 依据最大静拉力选择型的钢丝绳 钢丝强度极限76 MPa i 1570 取选择系数 C 0 099 钢丝绳直径为 3 2 mmSCd84 3 1502099 0 max 取 mmd6 3 确定最小的卷绕直径 取弯曲频率系数 卷筒的工作级别系数 滑轮的工作级别系数1 2 h16 1 h 18 1 h 卷筒最小直径 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 14 3 3 mmdhhDd966116 21min 滑轮最小直径 3 4 mmdhhDc1088116 21min 设计采用齿轮连接盘式的单层卷绕单联卷筒 取以绳槽底测量的卷筒直径 即卷筒名义直径 则以钢丝绳mmDd140 圈中心测量的卷筒直径为 146mm 卷筒为标准槽形的卷筒 槽距 t 7mm 则总长 3 5 mmt D qH L d 2877 6 14614 3 100082 6 取 L 300mm 满足要求 卷筒槽形的槽底半径 R 3 3mm 卷筒壁厚 3 6 8 128 8 106 14002 0 106 02 0 D 取mm10 卷筒强度计算 3 7 cp P F A max 1 1 其中 mmANF10 75 0 1502 1max mmP7 材料为铸造碳钢 ZG270 500 则MPa s cp 135 2 满足要求MPaMPa cp 135 4 13 710 1502 75 0 1 铸钢卷筒应进行退火处理 不得有裂纹 表面上不得有影响使用性能和有 损外观的显著缺陷 选择以绳槽底测量的直径为 220mm 的标准滑轮 4 选择电动机并验算制动力矩 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 15 选择的是绕线式交流感应电动机 电动机的静功率为 3 8 KV m Qv Pst73 1 185 0 1000 5 081 9 300 1000 v 额定起升速度 m s 机构效率 初算时近似取 85 0 m 机构电动机个数 选用 Y100L1 4 型电动机 功率为 2 2KW 额定力矩为 2 3Nm 同步转速为 1430r min 取 对绕线电动机 H 2 1 因此3 2 M 满足要求KWPKW Qv m H n M 2 258 1 85 0 1000 5 081 9 300 3 21 1 2 1000 制动安全系数取 k 1 75 重要起升机构 效率取 于是1 0 满足要求 其中Nm qi QR kTb05 8 1 100034 232 7381 9 300 75 1 0 最小制动转矩 b T R 卷筒半径 mmR73 5 决定机构的传动比并选择减速器 传动系统的总速比为电动机额定转速与卷筒转速之比 卷筒转速根据起升速度 v 计算 3 9 min 44 65 14614 3 1000300 1000 60 r D v n d d 传动总速比 选用 JZQ 标准减速器的第 IV 档速比 85 21 i34 23 i 额定功率为 3 1KW 额定转速为 1500r min JZQ 250 型减速器 质量为 100kg 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 16 6 联轴器的选择 此联轴器为减速器高速轴使用的联轴器 而减速器低速轴通过卷筒上的齿 轮连接盘直接与卷筒连接 联轴器采用调节性能较好的梅花形弹性联轴器 选用 LM3 型梅花形弹性联轴器即可 转动惯量为 0 009 能长期传递的最大 转矩为 200Nm 满足要求 第第 3 23 2 节节 卷筒的设计卷筒的设计 3 2 13 2 1 卷筒部件计算卷筒部件计算 卷筒名义直径 D 140mm 螺旋节距 t 7mm 卷筒长度 L 200mm 壁厚 钢丝绳最大静拉力mm10 NS1502 max 1 卷筒心轴计算 轴的材料为 45 号钢 调质处理 通过做草图得到卷筒心轴的支点位置如下图 3 1 所示 图 3 2 为卷筒心轴 的力学计算简图 图 3 1 卷筒心轴的支点位置 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 17 图 3 2 卷筒心轴的计算简图 支座反力 NRA1602 316 5 461502 5 25316 1502 NRB1402 316 5 251502 5 46316 1502 轴右轮毂支承处最大弯矩 mmNRM Bw 65190 5 46 轴左轮毂支承处最大弯矩 mmNRM Aw 40850 5 25 计算选用右轮毂支承处最大弯矩 疲劳计算 对于疲劳计算采用等效弯矩 选等效系数 等效弯矩1 1 3 10 mmNMkM wdd 71710651901 1 弯曲应力 3 11 MPa d Md w 1 24 311 0 71710 1 0 33 轴的载荷变化为对称循环 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 18 轴的材料为 45 号钢 MPaMPaMPa bwsb 258 43 0 300 600 1 许用弯曲应力 3 12 nK w w 1 1 1 式中 n 1 6 安全系数 K 应力集中系数 61 1 15 1 4 1 mx KKK 与零件几何形状有关的应力集中系数4 1 x K 与零件表面加工光洁度有关的应力集中系数15 1 m K 故MPa w 100 6 1 1 61 1 258 1 通过 ww 1 静强度计算 卷筒轴属于起升机构低速轴零件 其动力系数取为2 1 2 c 3 13 mmNMM wcw 78230651902 1 2max 3 14 MPa d Mw 3 26 311 0 78230 1 0 33 max max 许用应力 3 15 MPa n s w 5 1876 1 300 通过 w max 故卷筒轴的疲劳和静强度计算通过 2 选择轴承 由于卷筒轴上的左轴承的内 外圈以同样转速转动 故无相对运动 可按照额定静载荷来选择 右轴承的外座圈固定 内座圈与轴一同旋转 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 19 应按照额定动负荷来选择 左端轴承 轴承的额定静负荷 3 16 000 PnC 式中 额定静负荷 0 C 当量静负荷 0 P 安全系数 取 0 n04 1 0 n 选用调心球轴承 型号为 1205 轴承的额定静负荷 左轴承的NC3300 0 当量静负荷 3 17 NRfP Ad 176216021 1 0 式中 动负荷系数 1 1 d f 选取 安全 000 1832176204 1 CNPn 右端轴承 令右端轴承也采用 1205 其额定动载荷动负荷12000 C 右轴承的径向负荷 3 18 NRfF Bdr 154214021 1 轴向负荷 0 a F 设轴承工作时数 查得 1205 轴承的 e 0 27 令 故hLh4000 e F F r a 0 x 1 y 2 4 当量动载荷 3 19 NyFxFP ar 154204 215421 3 20 3 6 60 10 P C n Lh 式中 轴承的寿命 单位为h h L n 轴承内外圈的相对转速 r min C 轴承的额定动载荷 单位N 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 20 所以 3 21 481 2 10 4000 6 6360 10 60 3 6 3 6 h nL P C 故动负荷 C C P P 2 481 1542 3826N C 安全 3 绳端固定装置计算 根据钢丝绳直径为 6mm 选择压板固定装置并将压板的绳槽改用 梯形槽 双头螺柱的直径 M6 o 40 已知卷筒长度计算中采用的附加圈数 绳索与卷筒绳槽间的摩擦系2 0 Z 数 则在绳端固定处的作用力15 0 f 3 22 N ee S S fa 633 1502 415 0 max 压板螺柱所受之拉力 3 23 N ff S P1819 1 式中 压板梯形槽与钢丝绳的换算摩擦系数 当时 1 f o 40 3 24 198 0 766 0 15 0 643 0 15 0 cossin 1 f f f 螺柱由拉力和弯矩作用的合成应力 3 25 Zd M d Z P w 3 1 2 1 1 0 4 3 1 式中 Z 2 螺柱数 螺纹内径 mmd8 4 1 3 26 mmNSlMw 7279 5 11633 MPa 6 102 28 41 0 7279 4 8 414 3 2 18193 1 33 螺柱材料为 Q 235 屈服极限 则许用拉伸应力为MPa s 240 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 21 3 27 MPan sl 1506 1 240 2 式中取安全系数6 1 2 n 因为 所以通过 l 3 2 23 2 2 齿轮连接盘的计算齿轮连接盘的计算 1 选择齿轮连接盘材料 齿轮连接盘选用45号钢 调质处理 HBS 245 275HBS 2 按齿面接触疲劳强度计算 3 022 0 013 0 nPnvt 3 28 确定齿轮连接盘内齿轮传动精度等级 第公差组7级 齿轮连接盘内齿轮的分度圆直径 3 29 3 21 1 12 H zHE d ZZZ u uKT d 齿宽系数按齿轮相对轴承为悬臂布置取为14 0 d 内齿轮齿数Z 40 内齿轮转速与卷筒转速相同min 44 65rn 内齿轮转矩 9 55 106P n 9 55 106 2 2 65 44 3 211Nmm 3 30 1 T 5 10 载荷系数 K 3 31 KKKK aVA 使用系数KA 1 动载荷系数KV 1 2 齿向载荷分布系数1 K 齿间载荷分布系数1 1 a K 则载荷系数k的初值k 1 1 2 1 1 1 1 1 452 弹性系数 8 189 E Z 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 22 节点影响系数5 2 H Z 重合度系数87 0 z Z 许用接触应力 3 32 lim HH 接触疲劳极限应力 lim H 570N lim H 2 mm 应力循环次数得 N 60nj 60 76 7 1 8 300 8 8 8 3 33 h L 7 10 则接触强度得寿命系数1 N Z 硬化系数1 W Z 接触强度安全系数1 1 H S 570 1 1 1 1 518 N H 2 mm 故的设计初值 t d1 79 6 3 21 1 12 H zHE d t ZZZ u uKT d 齿轮模数m 79 6 40 1 99所以取m 2 Zd t 1 内齿轮分度圆直径的参数圆整值为 Z m 40 2 80 1 d 因为齿宽系数 0 14 d 所以齿轮齿宽mmdb d 2 118014 0 1 对于正常齿 25 0 1 cha 齿顶高mmmhha2 齿根高mmmchh af 5 22 25 0 1 齿顶圆直径mmhdd aa 7622802 齿根圆直径mmhdd ff 855 22802 选取与齿轮连接盘相配的减速器 其低速轴齿轮轴端的模数为2mm 齿数为 40 3 齿根弯曲疲劳强度校核计算 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 23 3 34 2 1 1 FYYY mbd KT F zSF aa 齿形系数 内齿轮 2 60 a F Y a F Y 应力修正系数 内齿轮 1 60 a S Y a S Y 重合度系数 3 35 69 0 75 0 25 0 az Y 许用弯曲应力 3 36 FxN SYYFF lim 弯曲疲劳极限 2 lim 460mmNF 弯曲寿命系数1 N Y 尺寸系数1 X Y 安全系数3 1 F S 则 460 1 1 1 3 353 85 N 3 37 FxN SYYFF lim 2 mm 故 2 1 46 321100 2 55 1 63 0 70 60 180 6 F 32 18 N 2 mm F 第第 4 4 章章 堆垛机货叉的设计堆垛机货叉的设计 第第 4 14 1 节节 货叉传动装置的总体选型货叉传动装置的总体选型 取运行阻力系数 于是85 0 w 4 1 NwGFf250281 9 30085 0 式中G 运行质量的重力 N 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 24 取机构的总效率 则运行静功率为9 0 0 4 2 KWvFP Stst 42 0 9 01000 15 0 25021000 0 电动机选择型号为YEJ801 4的电磁制动三相异步电动机 额定功率为 0 55KW 转速为1390r min 满足要求 联轴器选用型号为AQ 01的钢球离心式软起动安全联轴器 传递功率为 0 6KW 具有过载保护功能 满足要求 减速器选用减速比为29的WD系列摆线针轮减速器 机座号为WD 3 允许 功率为0 75KW 满足要求 第第 4 24 2 节节 货叉传动齿轮 齿条的计算货叉传动齿轮 齿条的计算 设计要求货叉的伸缩速度v为9m min 即9000mm min 齿轮齿条分度圆直径为60mm 则圆周长度为 mmdC 4 1886014 3 安装在中叉上的中间轴是不转动的 其上的双啮合齿轮同时与上下两个齿 条啮合 故齿轮转速为 mmr C v n 7 47 4 188 9000 选择齿轮 齿条材料 齿轮选用45号钢调质 HBS1 245 275HBS 齿条选用45号钢正火 HBS2 210 240HBS 按齿面接触疲劳强度计算 4 3 33 48 42 0 48 022 0 013 0 022 0 013 0 nPvt 计算出在0 13和0 22之间 取 t vsmvt 2 0 确定齿轮齿条传动精度等级为第公差组8级 齿轮的分度圆直径 4 4 3 21 1 12 H zHE d ZZZ u uKT d 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 25 齿宽系数按齿轮相对轴承为悬臂布置取为4 0 d 齿轮齿数20 1 Z 齿条长度为1000mm 货叉传动系统中的链轮链条传动的传动比为1 由电动机的转速和减速器的传动比计算出传动轴上的齿轮的转速 min 4829 1390rn 双啮合齿轮的转速也为13r min 则齿轮转矩 T1 9 55 106P n 9 55 106 0 42 48 83560Nmm 4 5 载荷系数 K 4 6 KKKK aVA 使用系数KA 1 动载荷系数KV 1 18 齿向载荷分布系数 1 22 K 齿间载荷分布系数由 0 a K 及 1 88 3 2 1 COS 1 68 4 7 ar 11 1 ZZ 查得 1 21 a K 则载荷系数k的初值k 1 1 18 1 22 1 21 1 74 弹性系数 2 8 189mmNZE 节点影响系数 2 5 H Z 重合度系数 0 87 z Z 许用接触应力 ZNZW SH 4 8 lim HH 接触疲劳极限应力 1lim H 2lim H 570N 1lim H 2 mm 460 N 2lim H 2 mm 应力循环次数为 N1 60nj 60 48 1 8 300 8 5 5 4 9 h L 7 10 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 26 N2 N1 4 6 4 10 7 10 接触强度得寿命系数1 NoN ZZ 1 硬化系数 1 W Z 接触强度安全系数1 1 H S 570 1 1 1 1 518 N 1 H 2 mm 460 1 1 1 1 418 N 2 H 2 mm 故的设计初值 1t d 3 21 1 12 H zHE d t ZZZ u uKT d 4 11 mm40 418 87 0 5 2 8 189 2 1 12 1 4 0 8356074 1 2 3 2 齿轮模数m 40 20 2mm 11 Zd t 所以取mmm3 齿轮分度圆直径的参数圆整值为 20 3 60 mZd 11 圆周速度v 0 18m s 4 12 60000 1n d 与估取相近 满足要求smvt 2 0 因为齿宽系数 0 4 d 所以齿轮齿宽mmdb d 24604 0 1 对于正常齿 25 0 1 cha 齿顶高mmmhh aa 331 齿根高mmmchh af 75 3 3 25 0 1 齿顶圆直径mmhdd aa 662 齿根圆直径mmhdd ff 5 5275 3 2602 取齿条齿根高mmhf3 齿条齿顶高mmha5 3 齿条宽度mmb25 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 27 齿条总高度mmhhhH fa 5 10435 3 1 式中为轮齿底部到齿条底部的高度 1 h 齿距42 9 314 3 mp 齿厚71 4 2314 3 2 mS 齿槽宽71 4 2314 3 2 me 齿根弯曲疲劳强度校核计算 4 13 2 1 1 FYYY mbd KT F zSF aa 齿形系数 齿轮 2 55 a F Y 1a F Y 齿条 2 45 2a F Y 应力修正系数 齿轮 1 63 a S Y 1a S Y 齿条 1 65 2a S Y 重合度系数 4 14 7 0 75 0 25 0 az Y 许用弯曲应力 4 15 FxN SYYFF lim 弯曲疲劳极限 2 1lim 460mmNF 2 2lim 390mmNF 弯曲寿命系数1 21 NN YY 尺寸系数Yx 1 安全系数 1 25 F S 则 460 1 1 1 25 368 N 4 16 FxN SYYFF 111lim1 2 mm 390 1 1 1 25 312 N FxN SYYFF 222lim2 2 mm 故 2 1 46 83560 2 55 1 63 0 70 60 180 6 11 78 1 F N 1 2 Fmm 2 1 46 83560 2 45 1 65 0 7 50 180 6 13 74 2 F N 2 2 Fmm 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 28 第第 4 34 3 节节 货叉传动链轮 链条的设计计算货叉传动链轮 链条的设计计算 选择链轮的齿数和 1 Z 2 Z 小链轮齿数 取为21 1 Z 大链轮齿数 2 Z 21211 12 iZZ 在货叉传动系统中 链轮链条传动不需要增速或减速 所以上式中传动比i 取为1 链轮选用40Cr合金调质钢为材料进行制造 淬火温度850 因40Cr为合C 金钢 采用油淬 硬度达到HRC40 50 回火温度500 以降低脆性 C 链轮结构采用整体式 链轮的齿形按3RGB1244 85规定制造 确定链节数 p L 初定中心距 则链节数为pa40 0 212 0 210 2 2 2 ZZ a pZZ p a Lp 4 17 1012180 取节100 p L 确定链节距p 工作情况系数 链轮齿数系数 多排链系数1 A K92 0 z K1 m K 所选链条的额定功率 4 18 KWp K KK P m zA 39 0 42 0 1 92 0 1 0 选择链条型号为08A的单排链 抗拉载荷13 8KN 链节距 中心距mmp 7 12 mmpa500 7 124040 0 确定中心距a 哈尔滨工程大学本科生毕业设计 自动化立体仓库的机械设计 29 理论中心距 4 19 mm ZZZZ L ZZ L p a pp 65