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齿条-链传动货叉设计【含11张CAD图纸】,含11张CAD图纸,齿条,链传动,设计,11,CAD,图纸
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齿条-链传动货叉设计作 者 姓 名 专 业 指导教师姓名 专业技术职务 高级实验师 目 录摘 要 1第一章 概述31.1物流知识31.1.1物流的定义31.1.2物流系统的组成31.1.3常用输送机构及功能31.2堆垛机货叉51.2.1概述51.2.2技术现状61.2.3应用情况6 第二章 设计任务书62.1设计题目62.2目的意义62.3设计内容72.4设计任务7第三章 货叉的总体设计方案73.1.1齿轮齿条直线差动机构的工作原理73.1.2货叉直线差动行程增倍机构的工作原理73.2电动机功率输出到齿轮轴的传动方案93.3中叉运动实现方案103.4上叉运动实现方案10第四章 电机的选择与传动机构的设计计算104.1电机的选择114.2同步带的设计计算114.3中叉齿轮齿条的设计计算144.4上叉链轮的设计计算17第五章 传动轴及轴承的设计计算185.1齿轮轴的设计185.1.1最小直径185.1.2轴上各零件的布置方案185.1.3轴的校核185.2链轮轴的设计205.2.1最小直径205.2.2轴上各零件的布置方案205.2.3轴的校核215.3轴承的校核225.3.1 齿轮轴轴承的校核225.3.2链轮轴轴承的校核23第六章总结 24参考文献25致谢2628摘 要现代产业物流管理中，产品和原材料采用现代化立体仓库周转储运是发展方向。现代储运立体仓库通常由固定的立体货架和自动化堆垛机两部分组成，由堆垛机实现物料自动化入库出库。货物的存取主要有货叉完成，考虑到堆垛机的特殊工作环境，货叉应采用双向伸缩货叉，因此双向伸缩货叉成为提升现代物流工作效率的关键。设计双向伸缩货叉难度很大，但意义更大。立体仓库堆垛机的货叉伸缩机构，要求在存物取货特定的狭小空间内双向伸缩，为了尽可能合理利用立体货架空间，动伸缩货叉机构在满足刚度要求的前提下，应尽可能降低自身高度，结构也不宜复杂庞大。而且对动作行程，灵活性和可靠性都有特殊要求，是堆垛机结构设计的一个难点。采用齿轮齿条传动的三层货叉直线差动行程增倍机构能够合理解决了上述难题 。本次设计任务是设计齿条-链传动双向伸出货叉的结构，要求从实际出发设计适合现代物流存储的设备。本次设计使用的软件主要有二维软件CAXA和CAD 。并在此基础上，进行了必要校核计算。关键词：双向伸缩 三层货叉 直线差动 行程增倍ABSTRACTThe management of modern logistics industry, products and raw materials, the use of modern high-rise warehouse storage and transportation is the development direction of flow. Modern three-dimensional warehouse storage and transportation is usually fixed and automated three-dimensional shelf stacker is composed of two parts, from automated stacker storage to achieve a library of materials. Access to the goods to complete the main fork, taking into account the special crane working environment should be used two-way fork telescopic fork, the telescopic fork as a way to enhance the efficiency of modern logistics key. Design of bi-directional telescopic fork is very difficult, but more meaningful.Three-dimensional warehouse stacker forks of the extendable body of material goods in the survival of the small space a specific two-way flexibility, in order to make rational use of three-dimensional shelf space, moving telescopic fork stiffness in meeting the requirements of agencies under the premise should be may reduce its height, the structure of the complex should not be huge. But also to the action travel, flexibility and reliability are the special requirements of the structural design of the stacker of a hard nut to crack. Rack and pinion drive using the three linear differential Fork trip times by institutions to a reasonable solution to the above-mentioned problems.The design task is to design rack - Chain Drive two-way fork out the structure, starting from the actual design requirements for storage of modern logistics equipment. The design software used mainly in two-dimensional software CAXA and CAD. And on this basis, the calculation of the necessary checking.Key words：Two-way three-tier telescopic fork by linear differential travel times第一章 概述1.1物流知识1.1.1物流的定义 “ 所谓物流，就是把完成品从生产线的终点有效地移动到消费者手里的广范围的活动，有时也包括从原材料的供给源到生产线的始点的移动”。美国物流管理协议会在下这个物流定义的同时还列举了物流活动的诸种要素。即货物运输、仓库保管、装卸、工业包装、库存管理、工厂和仓库选址、订货处理、市场预测和客户服务。现代物流系统是实施CIMS技术后在全面信息集成和高度自动化环境下，以用户的需求为中心以市场反馈的信息为依据快速安排和合理变更生产计划有效地实施了生产管理与控制强化了生产环节的物流管理系统。现代物流系统具有很强的时空性、技术性和经济性。从整体上讲它精简组织结构，减少纵向管理层次增加横向的管理范围，以灵活多变，基于项目的组织结构代替传统的阶梯式组织结构，并且尽可能缩小中央管理部门的功能，把更多的权限下放到业务部门。现代物流系统使技术资源、设备资源和人才资源等都能够得到最大程度的利用作业的敏捷性大大提高对市场需求变化的适应能力显著增强。1.1.2物流系统的组成立体仓库、各类缓冲站以及从事物料搬运任务的运输设备是物流系统的三大要素。整个物流系统的开发就是围绕它们展开的。物流系统的目标就是高效率、合理化地利用全部储运机械，对从毛坯采购入厂到成品销售出厂全过程中的物流进行控制和管理，满足生产各单元的需求，达到降低生产成本、降低物流故障率、提高生产效率、提高产品质量和优化生产的过程。对物流系统的要求是能够按准确的时间，将准确的物料，以准确的质量，运送到准确的地点。制造行业的物流系统主要包括以下三方面：毛坯、半成品、成品所构成的工件流；刀具、夹具所构成的工具流；货箱、托盘及辅助设施所构成的配套流。物料在流动过程中可以停留在加工机床、各类缓冲站以及立体仓库中，从事物料运输任务的机构是各种配套搬运设施，整个物流系统在计算机网络控制下配合生产作业协调运行。物流系统主要完成两种工作：一是将原材料、零件毛坯、工具等运入系统或立体仓库：二是把原材料、零件毛坯、工具等由系统或仓库内运出。CIMS集成后的现代物流系统，上述过程可以在计算机控制下自动完成。1.1.3常用输送机构及功能输送机构运送的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等储存物料的方法有平面布置的托盘库也有储存量较大的自动化立体仓库。物料输送系统的形式和种类比较多对不同的制造车间、工作环境和生产要求要采用不同的物料输送方式和输送装置。目前比较实用的主要有以下几种：输送系统：输送系统主要包括链式输送机、辊式输送机等，采用输送带、传送链等形式进行运输，在CIMS环境下输送线系统设有多个全自动工位，采用传感器、识别码等控制装置对物料或送料托盘进行精确到位传输，这些传感器与输送线一起采用计算机控制组成各种复杂功能的输送系统。输送系统使现代企业的工人综合劳动强度大大降低，提高工作效率所采用的重要输送装置，适用于装配批量大、工件庞大或细密的零件生产。工业机器人：世界上工业机器人产品虽然逐年增多，但是市场却是在螺旋式发展。由于工业机器人可以完成高度智能化的工作，也能够完成现代人不能完成的任务，因此，在物料输送系统中得到了广泛的应用；但是由于它价格昂贵和搬运重量有限，需要修改编程等创新工作，还不能完全取代运送小车，而常常与小车配套应用。在现代物流系统中，工业机器人多用于加工机床的装料和卸料而运送工作则是用小车来完成。在一些简单的系统中，运输路线短，零件重量小，则可用机器人完成大部分的物料搬运任务。工业机器人自动输送系统主要由搬运机器人、机器手、工件自动识别系统、自动启动装置、自动传输装置组成适合于工件自动搬运的场合尤其是现代物流系统中的自动化程度较高的流水线、联合工业等场合，极大地提高生产效率和自动化程度。自动小车：自动小车分为有轨和无轨两种所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。地面有轨小车结构牢固，承载力大，造价低廉，技术成熟，可靠性好，定位精度高，多采用直线或环线双向运行：高架有轨小车（空间导轨）相对于地面有轨小车，车间利用率高，结构紧凑，速度高。有轨小车采用导轨或埋在地下的导线引导小车运行，速度快，机动性能好，停靠准确与加工设备的接合也比较容易有利于把人和输送装置的活动范围分开安全性好但承载能力小。无轨小车即自动导引车(AGV），是一种由计算机控制，能按照一定的程序沿规定的引导路径行驶，将货物送到规定的地方自动完成运输任务的运输工具，并具有停车选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送小车。由于其控制性能好，系统很容易按其需要改变作业计划，灵活地调度小车的运行；由于没有机械轨道可方便地重新布置或扩大预定运行路径和运行范围以及增减运行的车辆数量，有极好的柔性，在现代物流运送中得到了广泛应用。堆垛机：它是立体仓库中主要完成输送搬运作业的机械，是随着立体仓库的应用而发展起来的专用起重机，通常一个巷道配备一台堆垛机，有时两个巷道或多个巷道共同使用一台堆垛机。堆垛机的纵向丫和垂向Z运行采用变频调速控制，使各机构高效运行、换速平稳，大大提高仓库的使用可靠性，缩短作业周期。堆垛机一般分为有轨和无轨两种。有轨堆垛机是在高层货架的窄巷道内作业的起重机可大大提高仓库的面积和空间利用率。按照用途的不同可分为单元型、拣选型、单元-拣选型三种；按照控制方式的不同可分为手动、半自动和全自动三种：按照转移巷道方法的不同可分为固定式、转移式和转移车式三种。在物料输送机构中大多应用条码自动识别技术条码技术是信息管理系统的一部分。应用条码的目的主要是为实时而准确地获取信息，可以极大地加快物资投送，节省工作时间，提高输送、搬运效率。物品的信息极多，除了品名、规格、数量、生产厂名等基本信息外，还可能有生产批号、流水号、生产日期、保质期、发运地点、到达地点、收货单位、承运单位、包装类型、运单号等。条码自动识别在物料输送机构中的应用则有很多突出的特点主要特点如下：认址速度快，效率高。存储信息量大，系统自动识别能力强操作准确。在物料输送机构中有时不仅需要对整个包装箱进行识别而且还需要识别包装箱内的物品。实际工作中经常不能确定条码标签方向和位置可以采用多路器传递多台扫描器来读入信息，提高可靠性。1.2堆垛机货叉1.2.1概述堆垛机货叉顾名思义就是在堆垛机上存取货物的执行机构，装设在堆垛机载物台上。货叉可以横向伸缩，以便向两侧货格送入（或取出）货物。货叉根据其叉子的数量不同，可以分为单叉货叉、双叉货叉和多叉货叉。最常见的是前两种，多叉货叉多用于特长货物的堆垛。货叉一般采用三级直线差动式伸缩货叉，由上叉、中叉、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。货叉的动作，包括伸叉、微起升（或微下降）、收叉三个动作。货叉的结构形式主要有两种：齿轮-齿条方式和链轮-链条方式。下叉安装在载物台上，中叉可在齿轮齿条或链轮链条的驱动下，从下叉的中点向左或向右移动大约自身长度的一半上叉可从中叉的中点，向左或向右伸出比自身长度一半稍长的长度。上叉由两根辊子链或钢丝绳驱动，链条或钢丝绳的一端固定在下叉或载物台上，另一端固定在上叉上。货叉机构的传动原理基本相同，是由电动机通过限力矩联轴器、减速机、链轮和链条带动货叉传动齿轮（或链轮）使上叉或中叉作伸缩运动。限力矩联轴器可防止货叉伸出时发生卡住或遇障碍物而损坏电动机。1.2.2技术现状 现代产业物流管理中，产品和原材料采用现代化立体仓库周转储运是发展方向。现代储运立体仓库通常由固定的立体货架和自动化堆垛机2部分构成，由堆垛机实现物料自动化入库出库。而货叉是有轨巷道堆垛机装置中重要的存物取货机构。货叉下挠度，是堆垛机的一项非常重要的性能参数，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。世界主要工业国家都把着眼点放在开发性能可靠的新产品和采用高新技术上，更加注重实用性和安全性。在堆垛机货叉方面，我们应当看到和世界发达国家的差距，总结经验，找出不足，打破传统思路，推出新的外形和更高性能的堆垛机。 货叉技术趋于稳定，基本上采用：齿轮-齿条方式和链轮-链条方式。堆垛机伸缩货叉应用一种能使原动机动作行程增倍的双向驱动直线运动机构。随着物流技术的发展与应用，提高了货物进出仓库的效率，也相对地解放了劳动力，减少了安全事故的发生。 货叉技术在国内的应用日渐广泛，技术也从一开始的引进外国技术到自行设计、自主研发。我们国内的货叉技术发展迅速，货叉为我们带来的诸多好处日益明显，成为我们自主设计货叉的动力。虽然我们货叉技术迅速发展但我们与发达国家的差距也是显而易见的，我们必须正视这些问题，再接再厉才能在货叉技术领域有自己的一席之地。1.2.3 应用情况 堆垛机货叉主要应用于以标准托盘存取的集装化单元货物和货物体积、质量较大的场合。目前堆垛机货叉广泛应用于烟草行业，烟草行业也是物流系统应用最广泛和技术最成熟的行业。烟草行业的立体仓库中堆垛机在狭小的空间内实现货物的存取，货物的存取依靠伸缩货叉。伸缩货叉的应用不但使货物的存取方便快捷，而且出错率大幅降低，为烟草行业的迅速发展提供了技术保障。第二章 设计任务书2.1 设计题目 齿条-链传动货叉设计2.2 目的意义 随着现代物流工程的发展，立体库的应用越来越广泛。堆垛机作为立体库的配套设备是现代烟草仓储物流系统的重要设备之一，其主要功能是将条烟进行予分拣后，再通过瀑布通道进行和单，从而完成条烟按户分拣的工作任务。全自动条烟连续分拣机对整个分拣系统的可靠运行将起到关键地作用。2.3 设计内容 本设计任务是济南兰剑物流科技有限责任公司的在研项目，已进行过前期的研发工作，这次设计主要根据瀑布分拣系统的要求，对全自动通道分拣机进行设计。主要包括通道分拣机供料部分，升降部分和按条分拣部分三个子任务。要求分拣准确，效率高，可靠性高，并具有一定的智能化。此系统技术先进，结构紧凑，效率高，而且目前国内尚无此种类型的定型产品，属开发设计。2.4 设计任务 对分拣机的工作原理有全面细致的理解，结合光、机、电等相关知识进行设计。完成分拣机总体设计图纸和机架设计图纸，写出设计论文。该课题具有很好的创新性。完成本设计应用大学本科阶段的基础知识和专业知识，任务明确，工作量适宜，适合作为学生的毕业设计选题。第三章 货叉的总体设计方案3.1货叉的工作原理3.1.1齿轮齿条直线差动机构的工作原理 下图所示为1个滚动齿轮和 2个齿条组成的直线差动机构，如图所示从动齿条2在滚动齿轮的上方，根据相对运动原理，滚动齿轮与固定齿条的节点为二者的速度瞬心，当滚动齿轮相对于固定齿条1滚动时，从动齿条2将沿滚动齿轮中心运动方向，以滚动齿轮中心2倍的速度平行移动.这样，就形成了从动齿条2相对于滚动齿轮中心速度与行程的增倍机构，为满足堆垛机货叉伸缩的动作要求提供了依据。图3.1.11.固定齿条 2. 从动齿条 3.滚动齿轮3.1.2货叉直线差动行程增倍机构的工作原理图2所示为设计的堆垛机3层货叉直线差动机构，图2a为3层货叉中间断面图,图2b为层货叉伸展开的示意图,图2c为3层货叉收缩后的结构示意图。固定货叉1固定在巷道转运小车的自动升降平台上，其上安装有固定齿条和原动机一双向液压3在液压缸2活塞杆端安装2个可转动的滚动齿轮4，滚动齿轮4上方设置有固定在中层货叉 上的从动齿条，这样，当液压缸驱动齿轮4在固定齿条上滚动时，通过从动齿条驱使中层货叉以活塞杆双倍的速度与行程沿滚轮中心运动方向平移。根据货叉存物取货的双向伸缩行程要求，仅采用双层货叉行程增倍机构是不够的，还必须实现第3层货叉的行程增倍直线差动。为此，在中间货叉端设置有2个可转动的链轮，这2个链轮相当于滑轮组的2个动滑轮 如图2c所示,与左端链轮啮合的链条分别固定在上下货叉的右端,与右端链轮啮合的链条分别固定在上下货叉的左端。与齿轮齿条传动时的速度、行程增倍机构原理相同，当中间货叉5水平移动时，通过链轮链条传动，上叉就以中间货叉2倍的速度与行程沿滚轮中心移动方向水平移动。这样，当双向液压缸驱动活塞杆且滚动齿轮4水平行走1/6固定货叉长度的行程时，中间货叉5相对固定货叉1水平移动1/3的固定货叉长度行程； 而上叉8相对中间货叉5水平移动了2/3的固定货叉长度行程；相对固定货叉1水平移动了1个固定货叉长度行程，最终满足了货叉伸缩行程的动作要求。同时，为了最大限度地缩小货叉机构的结构尺寸，双向液压缸的液压泵站设置在巷道转运小车上。 3层货叉直线差动机构的结构特点：在上叉的全部行程中，中间货叉5相对下叉1行走1/3行程；上叉8相对中间货叉5行走2/3行程，上叉与中间货叉之间、中间货叉与下叉之间均有合适的导向接触面长度，保证3层货叉伸出时的相对刚度要求。同时，3层货叉相对运动时，采用了滚轮与滚道的纯滚动摩擦，最大限度地减小了工作摩擦阻力。加上滚道镶条和滚轮偏心轴的调整手段，可最大限度减小3层货叉间运动间隙。这些都间接保障了机构的运动精度和运动灵活性。 最重要的是，3层货叉采用了齿轮齿条组成的直线差动行程增倍机构，能使双向驱动液压缸用固定货叉自身长度的1/3行程，满足上层货叉双向伸缩固定货叉自身长度的工作要求。图3.1.2 3层直线差动货叉结构及工作原理示意图1.固定叉 2.链轮 3.双向液压缸 4.滚动齿轮 5.中间货叉6.中间叉滚轮 7链条 8.上叉 9.上叉滚轮3.2电动机功率输出到齿轮轴的传动方案电机到齿轮轴的传动采用同步带传动。同步带传动的特点：同步带传动综合了带传动和链传动的优点。同步带通常是以钢丝绳或玻璃纤维绳等为抗拉层、氯丁橡胶或聚氨酯橡胶为基体、工作面上带齿的环状带。工作时，带的凸齿与带轮外缘上的齿槽进行啮合传动。由于抗拉层承载后变形小，能保持同步带的周节不变，故带与带轮间没有相对滑动，从而保证了同步传动。同步带传动时的线速度可达到50米/秒(有时允许达100米/秒)，传动功率可达300KW，传动比可达10（有时允许达20），传动效率可达0.98。 同步带传动的优点是：1.无滑动，能保证固定的传动比；2.预紧力较小，轴和轴承上所承受的载荷小；3.带的厚度小，带的单位长度质量小，故允许线速度较高；4.带的柔性好，故所用带轮的直径可以较小。其主要缺点是安装时中心距要求严格，且价格较高。图3.1.1 同步带传动 同步带传动主要用于要求传动比比较准确的中小功率的传动中。本次设计中，由于提升货物时需要定位精确，而传动的功率较小，故选用同步带传动。同步带最基本的参数是节距P（带上相邻两个齿中心轴线间沿节线度量的距离）。由于抗拉层在工作时长度不变，所以就以中心线位置定为带的节线，并以节线周长作为带的公称长度。国产的同步带的带号有：MXL最轻型；XXL超轻型；XL特轻型；L轻型；H重型；XH特重型；XXH超重型。同步带的标记为:带长代号 带型 带宽带号。3.3 中叉运动实现方案原动机-电动机及下叉安装在巷道转运小车的自动升降平台上，电动机驱动齿轮带动齿条运动，齿条安装在中叉上，从而带动中叉运动。齿轮传动的特点：a.传动效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率最高。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高1%，也有很大的经济意义b.结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。c.工作可靠，寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机械尤为重要。d.传动比稳定 与属于摩擦传动的带传动相比，齿轮传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的平均传动比。.但齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。3.4上叉运动实现方案 在中间货叉端设置有2个可转动的链轮，这2个链轮相当于滑轮组的2个动滑轮，与左端链轮啮合的链条分别固定在上下货叉的右端,与右端链轮啮合的链条分别固定在上下货叉的左端。齿轮齿条传动时的速度、行程增倍机构原理相同 当中间货叉水平移动时，通过链轮链条传动，上叉就以中间货叉2倍的速度与行程沿滚轮中心移动方向水平移动，从而实现三层货叉的伸缩倍增运动。链传动的特点：链传动是属于带有中间挠性件的啮合传动。与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要像带那样张的很紧，所以作用于轴上的径向压力比较小；在同样使用的条件下，链传动结构紧凑。同时链传动能在高温及速度低的情况下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度较低，成本低廉；在远距离传动（中心距最大可达10米）时，其结构比齿轮传动轻便的多。链传动的主要缺点时：在两根平行轴间只能用于同向回转的传动；运动时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声；不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。链传动的功率一般在100KW以下，链速一般不超过15米/秒，传动链有短节距精密滚子链、齿形链等类型。第四章 电机的选择与传动机构的设计计算4.1电机的选择已知：上层货叉的速度V=0.1m/s,存取货物重量G=100kg,货叉长500mm,伸出550mm.电机功率计算: 由货叉常用场合选摩擦系数f为：0.1 故电机的计算功率 P= F * V (4-1-1) = f * G * V = 0.110000.1W = 10W由机械设计手册查得：滚动轴承选深沟球轴承其传动效率：0.99；电机减速器的效率：0.96；齿轮齿条传动的效率：0.97；滚子链传动的效率：0.96；摩擦轮传动的效率：0.85；余量系数为1.3电动机的选用功率：Pe = (4-1-2) = =17.3W综合各种因素电机选用参数如下：型号：YYCJ90-40 极数：4 功率：40W 电压：220V 频率：50Hz 电流：0.35A 起动转矩：215mN.m 额定转矩：294 mN.m 额定转速：1300r/min4.2同步带的设计算1.设计功率：PdKAP = 1.240W = 48W (4-2-1)根据Pd和电机输出转速n1，由 机械设计手册图1317，确定带型为L型，Pb=9.525。2.小带轮齿数z1根据机械设计手册表13168，小带轮齿数z1zmin=12,根据表13160选定小带轮齿数z1133. 小带轮直径d1 d1 = (4-2-2) = =39.4mm4. 带速 V= = =0.05m/s (4-2-3)5. 传动比 i=1106. 大带轮直径d2 = i*d1=39.4mm (4-2-4)7. 大带轮齿数 z2=iz1=1*13=138. 初定中心距 0.7(d1+d2) a0 2(d1+d2) (4-2-5)55.2 a0 157.7根据行走轮直径和电机位置，a0选为101mm.9. 初定带的节线长度Lop及齿数zbLop = 2a0 + (4-2-6)=2*101+3.14*39.4*2/2 =325.8mm查表13-1-52，选取LOP=330.2mm10. 实际中心距a = a0+=101+2.2=103.2mm (4-2-7)a确定为105mm11. 小带轮啮合齿数 Zm= ent () = ent (6.5) (4-2-8)12. 基准额定功率p0 由表13-1-72 选定带的额定功率为 0.1kw13. 带宽 bs bs0 (4-2-9) =25.4* =13.46mm查表13-1-51选定带宽为19.1mm14. 作用在轴上的力 Fr = (4-2-10) =0.048*103/0.05 =0.96*103N4.3中叉齿轮齿条的设计计算初选减速器减速比为50，则电机带减速器后的额定转速为26r/min.1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数a. 选直齿圆柱齿轮;b. 货叉为一般工作机械，速度不高，故选用7级精度（GB/0095-88）;c. 材料选择。选择齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，齿条材料为45钢（调质），硬度为240HBS；d. 初选齿轮齿数为Z=20。2. 按齿面接触强度计算 设计公式为dt2.32 (4-3-1)a. 确定公式内各参数的值。（1）.试选载荷系数Kt=1.2(2).计算齿轮传递的转矩T= (4-3-2)=1.47*N.mm(3).选齿宽系数=0.45（4）.查得材料的弹性影响系数ZE=189.8 (5).按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限，齿条的接触疲劳强度极限（6）取齿轮接触疲劳寿命系数kH=0.90, 齿条接触疲劳寿命系数kH=0.95（7）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1，安全系数S=1，由公式=求得：齿轮的接触疲劳许用应力=540MPa,齿条的接触疲劳许用应力=522.5Mpa。b. 按齿面接触强度计算(1) 计算齿轮的分度圆直径dt2.32 (4-3-3) =2.32 =36.5mm（2）.计算圆周速度v= (4-3-4) = =0.05m/s（3）.齿宽b=*dt=0.45*36.5=16.425mm (4-3-5)(4).计算齿宽与齿高之比 模数 mt=36.5/20=1.825mm (4-3-6) 齿高 h=2.25mt=2.25*1.825=4.11mm (4-3-7) =16.425/4.11=3.996（5）.计算载荷系数 根据v=0.05m/s,7级精度，由图可查得动载系数Kv=1.002 直齿轮，KH=KF=1由表查得使用系数KA=1.25由表查得7级精度，齿轮悬臂布置时，KH=1.189由=3.996，KH=1.189，查得KF=1.14；故载荷系数 K=KAKvKHKH=1.002*1*1.25*1*1.189=1.489 (4-3-8)（6）.按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由公式得： d=dt=36.5=39.222mm (4-3-9)(7).计算模数m m=d/z=39.222/20=1.96mm (4-3-10)3.按齿根弯曲强度计算弯曲强度的设计公式为 m (4-3-11)a. 确定公式内各参数的值（1）.查得齿轮的弯曲疲劳强度极限；齿条的弯曲疲劳强度极限（2）.查得齿轮的弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.83；齿条的弯曲疲劳寿命系数KFN2=0.88；（3）.计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式得： 齿轮的许用应力=296.43Mpa (4-3-12) 齿条的许用应力=238.86Mpa (4-3-13)(4).计算载荷系数K K=KAKvKFKF=1.002*1.25*1*1.14=1.428 (4-3-14) (5).查取齿形系数查得齿轮的齿形系数YFa=2.80 (6).查取应力校正系数查得YSa=1.55(7).计算 =0.01464 (4-3-15)b. 设计计算m (4-3-16) =1.51mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.51并就近圆整为标准值m=2mm,按接触强度算得的分度圆直径d=39.222mm，算出齿轮齿数z=d/m=39.222/2 =20这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4.几何尺寸的计算a.计算分度圆直径 d=mz=2*20=40mm (4-3-17)b计算齿轮齿条宽度 b=*d=0.45*40=18mm, (4-3-18)取齿轮宽度B=17mm,齿条宽度为B=16mm.c.计算齿顶圆直径 da=d+2ha*m=40+2*2=44mm (4-3-19)d.计算齿根圆直径 df=d-2(ha+c)m=40-2*1.25*2=35mm (4-3-20)e.计算齿轮齿条的节距 P=m=2 (4-3-21)f.计算齿顶高ha=m=1*2=2 (4-3-22)g.计算齿根高 hf=(+)m=(1+0.25)*2=2.5 (4-3-22)4.4上叉链轮的设计计算已知上叉运动速度为v=0.1m/s,即链轮的线速度为v=0.1m/s,传递的功率P=40W1.选择链轮齿数z=172.计算当量的单排链的计算功率PcaPca= (4-4-1) 查表得KA=1.0,Kz=1.23,Kp=1.0 Pca=1.23*40=49.2W (4-4-2)3. 确定链条型号和节距P 由平均链速公式v= (4-4-3)可确定n=44r/min,P=8mm4. 计算链节数左端链轮中心距左端的距离为37.3mm,右端上叉链条固定处距右端的距离58.8mm,右端下叉链条固定处距右端的距离为63.8mm.而链条绕链轮半个圆周，由公式d=43mm.由这些数据可计算链条长度：L=*43/2+2*500-2*37.3-63.8-58.8=870.3mm. 由链节距P=8mm,可计算链节数： Lp=870.3/8=108.79节，链条节数圆整为110节。右端链轮中心距右端的距离为37.3mm,左端上叉链条固定处距左端的距离58.8mm,左端下叉链条固定处距左端的距离为63.8mm.而链条绕链轮半个圆周，由公式d=43mm. (4-4-4)由这些数据可计算链条长度：L=*43/2+2*500-2*37.3-63.8-58.8=870.3mm. 由链节距P=8mm,可计算链节数： Lp=870.3/8=108.79节， (4-4-5)链条节数圆整为110节。5. 计算压轴力Fp有效圆周力Fe=1000=1000=400N (4-4-6)链轮水平布置时的压轴系数KFp=1.15,则压轴力Fp=KFp*Fe=1.15*400=460N (4-4-7)6. 链轮参数计算a.分度圆直径： d=43.5mm， (4-4-8)b.齿顶圆直径：damin=d+P(1-1.6/z)-d1 (4-4-9) 其中d1=5mm, =43+8(1-1.6/17)-5 =45.2mm Damax=d+1.25P-d1 (4-4-10) =43+1.25*8-5 =48mm 取齿顶圆直径da=48mmc. 齿根圆直径:df=d-d1=43-5=38mm (4-4-11)第五章 传动轴及轴承的设计计算5.1齿轮轴的设计计算5.1.1最小直径 D A0= 110 =12.7mm (5-1-1)A0的值取自机械设计表153，因为轴上有两个键槽，故将轴的最小直径提高至原来的1.15倍。圆整后 dmin =15mm.5.1.2轴上各零件的布置方案主动轮轴上安装着齿轮，同步带轮，以及一对深沟球轴承6202。根据后面的应力计算分析可知轴的材料选为45号钢，调质处理。根据最小轴径，以及轴承的内径、带轮的内径确定轴上各段的径向尺寸，根据货叉高度确定轴的总长度。各段长度由安装在轴上的零件尺寸确定。轴上的零件要有两个方向的定位，一个是轴向定位，一个是周向定位。带轮的轴向定位采用键联结，轴向定位由轴肩和套筒完成。轴通常是在变应力条件下工作的，轴的截面尺寸发生突变处要产生应力集中，轴的疲劳破坏往往在此处发生。为了提高轴的疲劳强度，应尽量减少应力集中源和降低应力集中的程度。为此，轴肩处应采用较大的过渡圆角半径来降低应力集中。但对定位轴肩，还必须保证零件得到可靠的定位。为此我采用如下图所示的定位方案：5.1.3 轴的校核 图5.1.1 轴已知：带轮压轴力Fr=960N,齿轮直径d=40mm,传递的转矩Me=T=1.47*N.mm,则齿轮的径向力，Fr=2=267.5N (5-1-2)1.求支反力 根据力和力矩的平衡可求的A、D两点的支反力， FA=607.5N,FD=620N2.计算弯矩 AB段：Mmax=607.5*16=9720N.mm BC段：Mmax=340*44+4280=19240N.mmMmin=-20N.mm3.计算扭矩AB段：T=0BC段：T=Me=1.47*N.mmCD段：T=Me=1.47*N.mm4.作图如下：A0B,16,齿轮Fr=267.5N,M=9720N。mmC,44,带轮Fr=960NM=19240N.mmD75M=-20N.mm图5.1.2由上图，和计算的数据可知，C点所在的截面为危险截面。应用第三强度理论来校核。5.应用第三强度理论校核有公式,其中=0.3；W=0.1=337.5(d=15mm) = =58.5Mpa, (5-1-3)由表查得45钢的许用弯曲应力58.5MPa60Mpa,故上述轴的设计合理。5.2 链轮轴的校核5.2.1最小直径 D A0= 110 =10.65mm (5-1-4)A0的值取自机械设计表153，综合各种因素取D=12mm5.2.2轴上零件的布置方案链轮轴上装有链轮、轴承6201、弹性挡圈。链轮的轴向固定通过定位轴肩来实现，由于该链轮为张紧轮不需要周向定位不用加键，弹性挡圈的固定需要挡圈槽来实现。轴通常是在变应力条件下工作的，轴的截面尺寸发生突变处要产生应力集中，轴的疲劳破坏往往在此处发生。为了提高轴的疲劳强度，应尽量减少应力集中源和降低应力集中的程度。其布置方案如下图所示：图5.2.1 链轮轴5.2.3轴的校核已知：链轮的压轴力Fp=460N,链轮的转矩T=95.5*， (5-2-1)则T=95.5*=8.68*N.mm=Me1.求支反力:FA=460N2.计算弯矩AB段：Mmax=9200N.mm,BC段：M=9200N.mm3.计算扭矩AB段：T=0,BC段：T=Me=8.68*N.mm4.做弯矩图与扭矩图如下：5. 5.应用第三强度理论校核有公式,其中=0.3；W=0.1=172.8(d=12mm) = = 55.3MPa (5-2-2)由表查得45钢的许用弯曲应力58.5MPa60Mpa,故上述轴的设计合理。C,36B,20M=9200NT=8680N.mmA,0图5.2.2 弯矩和扭矩图5.3轴承的校核5.3.1 齿轮轴轴承的校核1.计算轴向力和径向力齿轮的径向力:Fr1=2*tan=2*tan (5-3-1) =267.5N带轮的压轴力Fr2=960N轴承承受的径向力：Fr= Fr1+ Fr2 (5-3-2) =267.5+960 =1227.5N齿轮的圆周力:Ft=2=2=735N, (5-3-3)即轴承的轴向载荷Fa=735N2.计算比值=735/1227.5=0.60，深沟球轴承的判断系数e最大为0.44， aA载荷NNDE =1227.5Ne,X=0.56,选择的轴承为深沟球轴承6202，则其额定静载荷Co=3.72kN=735/3720=0.198,则取Y=1.253.初步计算当量动载荷P，根据公式：P=fp(XFr+Yfa) (5-3-4)查表取fp=1.2，则P=1.2（0.56*1227.5+1.25*735）= 1927.38N6202轴承的基本额定动载荷Cr=7.65kNC的取值见机械设计课程设计手册表614.轴承的寿命计算 Lh = (5-3-5) = =4.0*h5.3.2 链轮轴轴承的校核1.计算轴向力和径向力已知：链轮的压轴力Fp=460N,即径向力Fr=460N,轴向力Fa=0,即该轴只受径向力，不受轴向力。则P = fp Fr =1.2*460N = 552N (5-3-6)fp的取值见机械设计表1366201滚动轴承的基本额定动载荷C=6.82KNC的取值见机械设计课程设计手册表61。 Lh = (5-3-7) = =7.1*h第六章 总结堆垛机货叉顾名思义就是在堆垛机上存取货物的执行机构，装设在堆垛机载物台上。货叉可以横向伸缩，以便向两侧货格送入（或取出）货物。其主要用途是在高层货架仓库的巷道内，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，完成出入库作业。堆垛机伸缩货叉应用一种能使原动机动作行程增倍的双向驱动直线运动机构。随着物流技术的发展与应用，提高了货物进出仓库的效率，也相对地解放了劳动力，减少了安全事故的发生。现代物流技术飞速发展，为了适应现代物流技术的发展，与国际接轨，我国在物流的发展方面投入大量资金，各地物流设备的研发和制造速度如雨后春笋般。堆垛机作为物流系统的核心设备，其研发制造难度很大，而货叉是堆
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