小型NC立体仓库设计

1、 毕业设计论文规整与秩序（小型NC立体仓库设计）毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子

2、版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论

3、文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类

4、设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、

5、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

6、 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）

7、的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的

8、整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘要小型NC立体仓库设计是面向高校机械及自动化专业的经济型实验装置，其机械系统可实现对9个货位物料的存取，控制系

9、统实现对装置的逻辑控制。根据物料重量及加减速初始条件，计算X、Y、Z三个方向分力及折算转矩，选择直流电机、步进电机和轴承，设计丝杠螺母副、同步带传动、导轨和机体，完成机械系统的设计；根据三台电机的动作逻辑和硬件I/O配置，完成接口电路系统的设计。上位机使用VB的MSComm控件，编写FX2N-PLC通信协议代码，实现上下位机的串行通信,完成显示货位号、寻货、取货、存货、急停、回零等动作的控制。本文设计了小型NC立体仓库的机械系统和基于PLC的下位机控制系统及基于VB控制的上位机监控。本次设计主要设计了机械系统、电路系统、PLC控制系统及软件设系统。机械系统通过计算后采用Proe建模和动画及Au

10、toCAD画工程图；电路系统根据设计要求采用Protel设计了相应的逻辑电路；PLC控制系统根据整个系统要求的逻辑功能构思了相应的状态转移图及相应的梯形图和程序；软件系统采用VB编程软件编程设计了相应的软件程序实现了上位机与下位机PLC触点之间的通信，通过控制界面的运行证明实现了上位机软件界面对下位机PLC的远程控制。关键词：小型NC立体仓库；机械系统设计；PLC；接口电路设计；VB通信Regularity and Order（Design of Small NC Warehouse）ABSTRACTSmall NC Warehouse Design is experiment for col

11、leges machinery and automation, which has nine racks, we can realize control logic of the device. According to the material weight and initial conditions of acceleration, through computing component of forces in X, Y, Z three directions and convert torque, we can compute selection of DC motor 、Stepp

12、er motor and bearings, design of screw-nut pairs, Belt drive guide ways and airframe, According to the action logic of DC motors and hardware configuration, we can complete design of I/O interface circuit. using MSComm and according to FX2N-PLC communication protocol, we can write VB code, which rea

13、lize serial communication between PC and PLC, which does displaying, seeking goods, getting goods, delivering goods, stopping, setting to zero.The paper designs mechanical system, control system based on PLC and monitoring control system based on VB of instructional warehouse. It also mainly designs

14、 the systems of mechanical, circuit, control of PLC, and software. At the part of mechanical system, we calculate the data, then establish the 3D-model and animation by Pro-E software, and draw two-dimensional map by Auto-CAD software. As for circuit, according the needs, we design the logic schemat

15、ic with Protel. Considering all kinds of real requirements and the logic functions, we similarly device the corresponding state transition diagram and, ladder-diagram and programs for the control system of PLC. In the last part-software, we adopt VB code to achieve the serial port communication betw

16、een PC and PLC. Thus, we indeed realize the remote control between PC and PLC, through these codes.Keywords: Small NC Warehouse; Mechanical system design; PLC; Interface circuit design; VB Communications目录摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1课题设计背景11.2课题设计的内容11.3课题设计的目的和意义1第二章 系统方案确定22.1机械部分方案确定22.2控制部分方案确定32.3系统

17、设计的基本步骤3第三章 机械部分设计43.1货叉伸缩机构设计43.2升降机构的机械设计93.3水平行走机构设计143.4 机械部分PRO/e建模后的虚拟装配图19第四章 PLC接口电路设计204.1控制系统结构设计214.2 可编程控制器（PLC）的选型224.3 PLC输入输出分配表234.4 PLC接口图244.5 PLC编程28第五章 基于VB的控制软件设计305.1 VB的概述305.2 VB控制界面设计305.3 VB软件设计32结论37参考文献38致谢39附录A：外文翻译-原文40附录B：外文翻译-译文45附录C: PLC控制梯形图50附录D: VB控制程序59第一章 绪论1.1

18、课题设计背景自动化仓库应用范围很广，几乎遍布所有行业。本设计的微型自动化立体仓库模型主要应用于机械及自动化等相关专业的实验教学， 本设计的内容能满足学生了解自动化立体仓库的基本结构、动作原理及控制过程，了解电气控制、PLC的相关应用及通信实现的基本方法。掌握PLC的外围电路设计、软件设计流程等要求，也为自动化立体仓库的具体实施拓展了技术参考途径。1.2 课题设计的内容设计9个存储位的机械系统。利用Pro/Engineer软件进行机械设计及装配和利用CAD 进行工程制图设计基于PLC的下位机控制系统。采用PLC完成三台步进电机（或直流电机）的动作逻辑和硬件I/O配置的接口电路及程序的设计。基于V

19、B的上位机监控。上位机使用VB的MSComm控件，编写FX2N-PLC通信协议代码，实现上下位机的串行通信,完成显示货位号、寻货、取货、存货、急停、回零等动作的控制。1.3 课题设计的目的和意义传统条件下的库房管理作业，主要依据人工装卸，特别是对于一些大型物资，不仅工作效率低，浪费大量的人力、物力、存在较大的安全隐患，同时还占据大量的库房面积。立体仓库的投入使用彻底解决了这一难题。自动化立体仓库可以产生巨大的社会效益和经济效益。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，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，降低了操作人员

20、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，促使企业的科学管理，减少了浪费，保证均衡生产，提高了工作人员的素质和管理人员的水平。此次课题设计旨在通过具体的工程实践，进一步深入了解、掌握和综合应用所学的专业理论知识，进行小型

21、NC立体仓库设计的基本技能训练，培养分析问题和解决问题的能力，从而提升自己的机械设计能力。第二章 系统方案确定22.1 机械部分方案确定现有的立体仓库实例中，从仓库类型分有单元货架仓库、贯通式货架及循环货架仓库。从堆垛机来分有巷道式堆垛机、桥式堆垛机等。本课题设计的是教学型立体仓库，所以体积较小，货叉的行程也较小。结合所学知识可以采用链条传动，同步带传动，齿轮齿条传动，丝杠螺母副传动还可也采用钢索牵引式。如图2-1、图2-2所示为同步带传动和丝杠螺母副传动： 图2-1 同步带传动式 图2-2 丝杆螺母副传动式采用滚珠丝杆副传动形式结构更为紧凑，在使用丝杠螺母副传动又可以分为滚珠丝杠、滚动导轨式

22、和滑动丝杠、滑动导轨式。采用滚珠丝杠、滚动导轨式传动传动精度高，但造价同时也是很高，传动效率也很低，综合考虑教学型立体仓库采用这种传动方式从经济考虑不是最佳方案。由于此设计是用于教学型立体仓库，考虑到寻找货位的精度 ，再通过效率比较，在满足条件下这里货叉选择同步带传动，电机选用小型直流电机；考虑到自锁，升降机构选择滑动丝杠副传动，电机选用步进电机；水平行走机构选择同步带传动，电机选用步进电机。最后方案采用如图2-3 所示：图 2-3 机械设计部分的最终方案2.2 控制部分方案确定本课题采用PLC控制立体仓库货叉动作，具有很多优点。在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对采用的器件进行严格

23、的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此PLC具有很强的抗振动冲击性能；无触点的导体电路来完成频繁的开关动作，就不会出现继电器控制系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；输入输出接口采用了光电隔离措施，使外部电路和PLC内部电路能有效地进行隔离；PLC模块式结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量缩短系统的维修时间。根据堆垛机的运行逻辑，可采用PLC步进顺控编程方式程序结构采用选择性的取和存分支与汇合方式，计数模式是堆垛机寻找货位主要方法，在9个货位中，X和Y方向各布局三个行程开关，货位由X和Y方向行程开关被触发的次数确定。若选择取货指令时，

24、水平移动电机驱动移动部件触发行程开关达计数器C0设定值，制动停止，转成竖直电机驱动移动部件触发行程开关达计数器C1设定值，制动停止，转成货叉伸出，定时托起后回缩，移动部件回原点位，将物料放置暂存台。使用VB编程可设计立体仓库的上位机控制界面，完成界面控件加载及属性设置后，对各控件编写代码，通过代码来定义控件的动作的功能。控制界面包含货位选择、货位显示和操作控制区域。应用VB串行通信的MSComm控件，按照FX2N通信协议编写通信代码，可实现各控件与PLC编程口的串行通信。强制通断PLC中定义的输入口。2.3 系统设计的基本步骤立体仓库设计过程中主要考虑一下几点：（1）深入了解和分析立体仓库的工

25、艺条件和控制要求；（2）确定机械传动设备，根据精度要求，经济性，效率来确定；（3）根据负载功率和转矩选择合适的电机；（4）根据立体仓库控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备；（5）根据I/O点数来选择合适的PLC类型；（6）根据I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或输出端子的接线图；（7）根据设计要求编出状态转移图，再设计出周密完整的步进顺控梯形图程序；（8）根据设计要求用VB做控制界面，编出相应的程序，实现远程控制。第三章 机械部分设计1233.1 货叉伸缩机构设计因为取货和放货采用同步带就能满足要求，且同步带的传动效率高，所以采用同步带传动。3.1.1工作台

26、设计初定m1，由,碳素结构钢的密度：。工作台得尺寸为：300L、90W、10H，所以体积为：代入公式计算得：m1=7.85脳300=2355g，取m1=2.5kg，所以G1=25N；由设计任务知Mmax=10kg,所以；总体质量。3.1.2同步带的设计以下是根据文献【1】来计算的：导轨材料初定为钢Q235，查文献【2】表7-1得;滑块材料为青铜，查文献【2】表17-2得钢和青铜的摩擦系数f=0.1，所以。(1)传动比的确定由设计任务可定i=1。(2)主动轮的转速n、传递功率P由设计任务可知V=3m/s,则传递功率由公式得：P=FV=12.5脳0.05=0.625W。预选电机转速为:n=50r/

27、min。(3)确定带的设计功率Pd根据文献【1】P28查表3-18取工作情况系数KA=1.2，由公式:(4)选择带型和节距Pb根据带的设计功率Pd=0.75W和主动轮转速n=50r/min，由文献【1】P29图3-14和表3-10中选择同步带、型号为XL型节距Pb=5.08mm。(5)确定主带轮齿数Z和主带轮节圆直径d1取12则小带轮节圆直径:当n=50r/min (6)确定从带轮齿数Z2和从带轮节圆直径d2 Z2=Z1i=12 d2=d1i=19.40mm(7)初选中心距a0，带的节线长度，带的齿数Zb由机构尺寸确定a0=260则带的节线长度：=580.916mm根据文献【1】P24表3-1

28、3选取接近的标准节线长度:Lp=584.2mm相应的齿数。(8)计算实际中心距a实际中心距为： ,取260mm。(9)校验带与带轮的啮合齿数ZmZm=ent(z2-z1)=6啮合齿数等于6满足要求，此处ent表示取整(10)计算基准额定功率P0根据文献【1】P30基准额定功率P0为：式中：P0所选型号同步带在基准宽度下所允许传递的额定功率，单位为KW； Ta带宽为bs0时的许用工作拉力，单位为N，如文献【1】P30表3-21所示，查得Ta=50.17； m带宽为bs0时的单位长度的质量，单位为kg/m,如文献【1】P30表3-21所示，查得m=0.022kg/m； V同步带的线速度，单位为m/

29、s。代入数据算得：P0=0.0025KW(11)确定实际所需同步带宽度bs实际所需同步带宽度为bs为：式中：bs0选定型号的基准带宽，如文献【1】P30表3-21所示，查得bs0=9.5mm； Kz小带轮啮合齿数系数，如文献【1】P31表3-22所示，查得Kz=1。代入数据算得bs3.29。由上式求得最小宽度后，根据文献【1】P21表3-11选择最近的标准带宽bs得：bs=6.4mm(12)带的工作能力验算根据文献【1】P31公式：P=(KzKwTa-bsbs0mv2)v脳10-3式中: 啮合系数，如文献【1】P31表3-22所示，查得Kz=1； 齿数系数，； Ta基准带宽为bs0时的许用工作

30、拉力，单位为N，如文献【1】P30表3-21所示，查得Ta=50.17 m 带宽为bs0时的单位长度的质量，单位为kg/m, 如文献【1】P30表3-21所示, 查得m=0.022kg/m； V同步带的线速度，单位为m/s，V=3m/s。 代入数据计算得P=1.78w而Pd=0.625w满足因此带的工作能力合格。3.1.3带轮设计以下是根据文献【1】来计算的：(1)带轮的设计因为带轮的直径和带的宽度比较小，因此采用双边挡圈整体式同步带带轮。(2)带轮宽度因为带的宽度为6.4mm,有挡圈时，带轮的宽度一般比带大12mm。根据文献【1】P26的标准带轮宽度表3-15得带轮宽度为：7.1mm。(3)

31、带轮的齿数和直径根据文献【1】P27表3-16得带轮直径和齿数分别为：节圆直径d=19.40mm；外径为d0=18.90mm；带轮齿数Z=12。(4)带轮的材料带轮的材料一般采用铸铁或钢，高速钢、小功率时可采用塑料或轻合金。本设计选用钢。3.1.4电机的计算与选型(1)初选电机根据文献【3】初选易顺企业的型号为TH37JB520型号的直流电机，其电压为624V；功率5W；额定输出扭矩0.515kg/cm；空载转速为；其外形尺寸为：。(2)传动装置总效率艐传动总效率： 联轴器的传动效率，查文献【2】P9表1-2得：同步带的传动效率，查文献【1】P20得：(3)计算加在电机转轴上的总转动惯量Jeq

32、带轮的转动惯量由回转体转动惯量公式: 式中：d-回转体直径 d=19.40mm B-回转体宽度 B=7.1mm 纬-材料比重 纬=7.85g/cm3 g-重力加速度 g=10m/s2代入公式得:电机的转动惯量由电机的结构尺寸参数代入上述公式可得：电机转动轴上的总转动惯量Jeq由动能守恒可得：12Jeqw2=12Jmw2+12J1w2+12mv2+12J2w2式中：Jm-电机的转动惯量 J1 J1-带轮的转动惯量代入公式可得：(4)计算加在电机转轴上的总转矩由功率守恒得：TeqW 艐=FV+JeqW代入数据得：Teq=0.71N鈭檓根据Teq来选择电机可见对于前面选的TH37JB520型号的直流

33、电机完全满足要求。3.1.5联轴器的选择选用广州凌科自动化设备有限公司的LK6-16-0606系列的联轴器。3.1.6导轨的计算(1)选择导轨的结构类型根据文献【4】P122表6.2-1因取货精度不需要太高且滑动导轨简单还比较经济，所以选用滑动导轨。(2)导轨的截面选择根据文献【4】P122表6.2-2和P126表6.2-4结合工作条件选择圆柱形导轨，采用两导轨四滑块的形式。(3)初定导轨直径初定导轨直径为。(4)初定滑块尺寸导轨直径10mm即滑块的内径，滑块外径20mm，滑块长度为30mm。(5)滑块座的整体尺寸滑块座长度为100mm，高为40mm，宽为40mm，两滑块之间的距离为30mm,

34、导套中间内径为12mm。(6)初定导轨的长度由机构尺寸可定导轨长度为400mm。(7)导轨挠度变形计算根据文献【5】采用极限法计算导轨的挠度变形，因为作用在导轨中间的力产生挠度变形最大，工作台的受力如图3-1所示：图 3-1 工作台受力图根据材料力学知识求得：F1=-255N，F2=130N 负号表示方向向下。考虑最不利的工作条件将F1、F2全部作用于一根导轨上计算导轨受力图如图3-2所示，且最大的力作用于导轨的中点位置上。图 3-2 导轨受力图F1产生的变形：F2产生的变形：所以导轨产生的变形为：=。产生的变形远小于导轨工作的允许变形量，所以导轨满足条件。3.1.7 货叉伸缩机构部分整体图升

35、降机构部分整体图如图3-3所示：图 3-3货叉伸缩机构爆炸图3.2 升降机构的机械设计因升降机构需要考虑自锁，所以采用丝杠螺母传动。以下是根据文献【2】来计算的。3.2.1上升机械所承受的重力G货叉与货物的总重量为20kg,所以总体质量G=200N。3.2.2螺杆和螺母设计根据文献【2】传动形式：采用丝杆传动，螺母移动的方式。螺母为整体式螺母，螺纹为梯形螺纹，牙型角伪=30掳，高传导螺纹，采用单线头。（1）螺杆和螺母的材料螺杆的材料初定为合金钢40Cr，查文献【2】P121得:蟽b=980MPa 螺母的材料初定为铸造青铜，查文献【2】P123得：蟽b=310MPa （2）初定螺杆螺母尺寸螺杆中

36、径d2根据文献【2】p296的公式：式中： p许用比压（MPa），查文献【2】p296表17-1p=15MPa； 蠁 螺母高径比系数，整体式螺母取为1.22.5，取=2.5； F 轴向力，在此轴向力F=G=200N。代入数据得：根据计算的查文献【2】P158表9-3得：d=20mm P=5mm由d=20mm和P=5mm查文献【2】P158表9-2得：d3=14.5mm D2=d2=17.5mm D4=20.5mm D1=15mm螺母的高度HH=2.5脳20=50mm旋合圈数u=HP=505=10式中：P螺距螺纹的工作高度h=0.5P=0.5脳5=2.5mm校核螺母比压验算自锁条件式中： 螺纹牙

37、型角； 蠄螺纹升角（度）； S 螺纹导程（mm）； 当量摩擦角（度）； f 摩擦系数，查文献【2】P297表17-2，查得f=0.1。 代入公式得：蠄=5.2掳， ， ，满足自锁条件。验算螺杆强度式中： 代入参数计算得：T1=343.65N鈭檓m， 查文献【2】P297表17-3 ，取，因为所以螺杆满足强度要求。（1）螺母计算根据耐磨性计算确定d2之后，初步拟定螺母尺寸如图3-4所示：D2=17.5mm D1=15.0mmD4=20.5mm图 3-4 丝杆螺母结构尺寸 螺纹牙剪切强度式中：蟿材料许用剪切应力,查文献【2】P297表17-3得：蟿=30MPa； b螺纹牙根部宽度，梯形螺纹b=0.

38、65Pmm代入数据b=3.25mm； 代入式中计算得：，所以螺纹剪切强度符合工作条件。螺纹牙弯曲强度式中： 弯曲力臂mm，； 蟽b许用弯曲应力mm，查文献【2】P297表17-3得：蟽b=40MPa；代入公式计算得：，符合要求。螺母抗拉、扭强度核算 式中：螺母材料的许用压力：; =1.3FS，S指螺母面积，代入数据得：=0.28MPa。因为，所以螺母抗拉、扭强度符合要求。（2）螺杆的稳定性计算 丝杆采用两端固定，其长度系数由文献【6】P99表5-14得：=0.5，螺杆的安全系数：式中：Ss螺杆稳定性安全系数取为35； Fcr 临界压力（N），视柔度为的不同分别确定；蟻=d14是螺杆危险剖面的惯

39、性半径；l螺杆的工作长度， l=900mm；代入公式可得： Fcr=22175.6N Ssc=110Ssmax=4,所以螺杆稳定性足够。3.2.3轴承的选择根据文献【6】螺杆的公称直径d=20mm，求轴承所受的轴向力和径向力：图3-5 轴承受力分析查文献【2】P182表10-2初选7002AC角接触球轴承，Cr=5.95KN,C0r=3.25KN。 1 求和径向力可认为全部作用在导轨上，所以Fr=0, Fae=201.82NFr2v=2.24N 图 3-6 轴承正装受力分析2 求Fa1和Fa2根据文献【6】P322表13-7得：Fd1=Fd2=0.68脳2.24=1.52N由：Fa1Fr1=2

40、03.342.24=90e，所以有X1=0.41，Y1=0.87；所以：由：，所以有X2=1，Y2=0，所以：P2=1.2脳1脳2.24=2.68N3 验算轴承寿命由于P1P2，所以按轴承1受力大小验算：所以所选轴承满足要求；所选轴承为：7002AC角接触球轴承，Cr=5.95KN,C0r=3.25KN。3.2.4 电机的选择传动总效率传动总效率为： 式中：滑动丝杠传动效率，查文献【4】P425式5-7-3 =0.46； 艐2轴承的传动效率，查文献【2】P9表1-2得：； 艐3联轴器传动效率，查文献【2】P9表1-2得：。代入参数得：艐=0.45。转动惯量Jeq根据文献【1】丝杠转动惯量的计算

41、公式：工作台折算到丝杠的转动惯量：所以： 求Teq 根据文献【1】 的计算公式：Teq=Tamax+Tf+T0式中： Tamax=2蟺wJeqnm60ta ，其中ta=0.31s ,取1s，nm=400r/min代入公式计算得：； ； T0=0。所以有Teq=0.0067+0.3597=0.3658N鈭檓 电机选择 根据力矩选择上海昀研自动化科技有限公司生产的57RB76-156型号的步进电机，n=400r/min， T=0.54N鈭檓。3.2.5滑动导轨的计算 以下是根据文献【4】来计算的：选择圆柱形导轨，采用两导轨两滑块的形式。初定导轨尺寸取圆柱导轨直径d=20mm，导轨长度根据丝杠长度计

42、算，因为丝杆长度为900mm，所以导轨长度也初定为l=900mm。初定滑块及滑座的尺寸滑块为圆柱形，内径为d1=20mm，外径为长度为50mm；滑座为一长方体长为：700mm；宽为200mm；高为60mm。导轨与丝杆的中心距为72.5mm。4 导轨的挠度变形计算计算货叉带来的扭矩，受力分析如图3-7所示，货叉部分的重力为200N，力到导轨之间的距离为100mm。 图 3-7 竖直导轨受力分析所以扭矩，由力学知识可知在导轨中间产生的挠度变形大，所以设力矩产生在中间处。根据公式：W=Mx6lEI(l2-3b2-x2)b=900-a， 当x=l23时，代入数据得：Wmax=0.098mm ，挠度变形

43、符合条件。3.2.6联轴器的选用 选用广州凌科自动化设备有限公司的LK6-25-0612系列的联轴器。3.2.7 升降机构部分整体图升降机构部分整体图如图3-8所示：图 3-8 升降机构爆炸图3.3 水平行走机构设计因为水平行走采用同步带就能满足要求，且同步带的传动效率高，所以采用同步带传动。3.3.1行走机构所承受的重力G升降机构的总体重力为300N，货叉及货物的重力为200N，所以水平行走机构所受的总体质量。3.3.2同步带的设计以下是根据文献【1】来计算的：导轨材料初定为钢Q235，查文献【2】表7-1得;滑块材料为青铜，查文献【2】表17-2得钢和青铜的摩擦系数f=0.1，所以。传动比

44、的确定由设计任务可定i=1。主动轮的转速n、传递功率P由设计任务可知V=10m/s,则传递功率由公式得：。预选电机转速为:n=60r/min。确定带的设计功率Pd根据文献【1】P28查表3-18取工作情况系数KA=1.2，由公式:选择带型和节距Pb根据带的设计功率Pd=10W和主动轮转速n=60r/min，由文献【1】P29图3-14和表3-10中选择同步带、型号为XL型节距Pb=9.525mm。确定主带轮齿数Z和主带轮节圆直径d1取18则小带轮节圆直径:当n=60r/min v=3.14脳54.57脳6060脳1000=10.3m/min确定从带轮齿数Z2和从带轮节圆直径d2 Z2=Z1i=

45、18 初选中心距a0，带的节线长度，带的齿数Zb由机构尺寸确定a0=1000则带的节线长度： =2170mm根据文献【1】P24表3-13选取接近的标准节线长度:Lp=2286mm计算实际中心距a实际中心距为： a=1000+2286-21702=1066.8mm,取1067mm。校验带与带轮的啮合齿数ZmZm=ent(z2-z1)=9啮合齿数大于6满足要求，此处ent表示取整。计算基准额定功率P0根据文献【1】P30基准额定功率P0为：式中：P0所选型号同步带在基准宽度下所允许传递的额定功率，单位为KW； Ta带宽为bs0时的许用工作拉力，单位为N，如文献【1】P30表3-21所示，查得Ta

46、=244.46； m带宽为bs0时的单位长度的质量，单位为kg/m,如文献【1】P30表3-21所示，查得m=0.095kg/m； V同步带的线速度，单位为m/s。代入数据算得：P0=0.040KW确定实际所需同步带宽度bs实际所需同步带宽度为bs为：式中：bs0选定型号的基准带宽，如文献【1】P30表3-21所示，查得bs0=25.4mm； Kz小带轮啮合齿数系数，如文献【1】P31表3-22所示，查得Kz=1。代入数据算得。由上式求得最小宽度后，根据文献【1】P21表3-11选择最近的标准带宽bs得：bs=12.7mm带的工作能力验算根据文献【1】P31公式：P=(KzKwTa-bsbs0

47、mv2)v脳10-3式中：啮合系数，如文献【1】P31表3-22所示，查得Kz=1； 齿数系数，； Ta基准带宽为bs0时的许用工作拉力，单位为N，如文献【1】P30表3-21所示，查得Ta=244.46 m 带宽为bs0时的单位长度的质量，单位为kg/m, 如文献【1】P30表3-21所示, 查得m=0.095kg/m； V同步带的线速度，单位为m/s，V=10m/s。 代入数据计算得P=0.018kw而Pd=10w满足因此带的工作能力合格。3.3.3带轮设计以下是根据文献【1】来计算的：带轮的设计因为带轮的直径和带的宽度比较小，因此采用双边挡圈整体式同步带带轮。带轮宽度因为带的宽度为12.

48、7mm,有挡圈时，带轮的宽度一般比带大12mm。根据文献【1】P26的标准带轮宽度表3-15得带轮宽度为：14mm。带轮的齿数和直径根据文献【1】P27表3-16得带轮直径和齿数分别为：节圆直径d=54.57mm；外径为d0=53.81mm；带轮齿数Z=18。带轮的材料带轮的材料一般采用铸铁或钢，高速钢、小功率时可采用塑料或轻合金。本设计选用钢。3.3.4电机的计算与选型初选电机根据文献【3】初选易顺企业的型号为85HB80-554型号的步进电机。 传动装置总效率艐传动总效率： 联轴器的传动效率，查文献【2】P9表1-2得：同步带的传动效率，查文献【1】P20得：计算加在电机转轴上的总转动惯量

49、Jeq带轮的转动惯量由回转体转动惯量公式: 式中：d-回转体直径 d=54.57mm B-回转体宽度 B=14mm 纬-材料比重 g-重力加速度 g=10m/s2代入公式得:电机的转动惯量由电机的参数可得：电机转动轴上的总转动惯量Jeq由动能守恒可得：12Jeqw2=12Jmw2+12J1w2+12mv2+12J2w2式中：Jm-电机的转动惯量 J1 J1-带轮的转动惯量代入公式可得：计算加在电机转轴上的总转矩由功率守恒得：TeqW 艐=FV+JeqW代入数据得：Teq=1.37N鈭檓根据Teq来选择电机可见对于前面选的85HB80-554型号的步进电机完全满足要求，其转矩为n=60r/min， T=3.5N鈭檓。3.3.5联轴器的选择选用广州凌科自动化设备有限公司的LK6-16-1010系列的联轴器。3.3.6导轨的计算选择导轨的结构类型根据文献【4】P122表6.2-1因精度不需要太高且滑动导轨简单还比较经济，所以选用滑动导轨。导轨的截面选择根据文献【4】P122表6.2-2和P126表6.2-4结合工作条件选择圆柱形导轨，采用两导轨四滑块的形式。初定导轨直径初定导轨直径为。初定滑块尺寸导轨直径20mm即滑块的内径，滑块外径40mm，滑块长度为20mm。滑块座的整体尺寸滑块座长度为100mm，高为40mm，宽为40mm，两滑块之间的距离为50mm