【《某货物搬运平台机械结构的计算设计案例》3700字】

某货物搬运平台机械结构的计算设计案例1.1引言本文所设计的货物搬运平台的机械结构设计主要包括升降平台的结构设计、伸缩叉的结构设计、运输机的结构设计等。本文所设计的货物搬运平台，整体采用合金材料，这种材料强度较高且不易变形。设计目标如下表所示：1.1设计目标项目技术参数行走方式沿轨道往复运动驱动方式电动机驱动负载能力（kg）500伸缩叉伸缩速度（m/s）0.2-0.5升降速度（m/s）0.5-1.0水平移动速度（m/s）0.5-1.01.2传动方案选择为了保证货物搬运平台能正常工作，传动方案的选择可谓重中之重。常见的传动方式有机械传动、电气传动、液压传动和气压传动。1.2.1机械传动机械传动，是指不同机械间相互的能量传递优点：传动比较准确，适用于定比传动；实现回转运动的结构简单，并能传递较大的扭矩；故障容易发现，便于维修。缺点：一般情况下不太稳定；制造精度不高时，振动和噪声较大；实现无级变速的结构复杂，成本高。1.2.2电气传动电气传动，是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各类的生产生活中需要运动的物品。优点：伺服电机作为动力源，精确度高，误差小；降低了污染，减少了噪音；相比于液压方式，降低了冷却成本。1.2.3液压传动液压传动是应用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。优点：液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑；操作控制简单方便；设备安全可靠性好。缺点：存在泄露现象；油液无法完全压缩；传动效率较低，不适宜远距离传动；无法在高温和低温条件工作。1.2.4气压传动气压传动以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的传动方式。优点：工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便；传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁；工作环境适应性好。缺点：工作速度稳定性稍差；因工作压力低，且结构构尺寸限制，导致输出力无法过大；噪声较大。1.2.5最终方案选择结合实际的设计需求以及各传动方式的优缺点，最终选择电气传动中的丝杆传动。丝杆传动是旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力的一种传动，其有着高精度、可逆性和高效率的特点且摩擦阻力较小，符合设计需求。设计中的运输平台、伸缩叉和升降平台均采用这种结构。1.3电机的选型货物搬运平台的正常工作需要各个部件之间协调运作，而电源模块是货物搬运平台的关键部分，只有电动机满足一定的性能参数才能为货物搬运平台提供足够的运动速度和驱动力。电机的种类多种多样，按用途可划分为驱动用电动机和控制用电动机。图1.2电动机按照工作电源种类的分类1.1.1步进电动机步进电动机是将电压信号转化为转矩和转速的离散控制电动机。优点：没有累积的误差，结构较为简单，使用维修方便，制造成本低。缺点：效率较低，发热大。应用场合：中小型机床和速度精度要求不高的地方。1.1.2伺服电动机步进电动机是将电压信号转化为转矩和转速的连续控制电动机。优点：闭环控制，精度高，效率高。缺点：结构复杂，价格较高。应用场合：对精度要求较高的场合。1.1.3最终选择本文中为满足各机构间能迅速交互，同时保证货物的运输平稳快捷，最终选用伺服交流电机。交流伺服电机的优点就是速度控制特性良好，在整个速度区内可实现平滑控制，高效率，发热少，高速控制，良好的位置控制，运行范围内，可以做到恒力矩，低惯量，低噪音。本文升降平台、伸缩叉、运输机都采用伺服交流电动机。1.4运输平台的结构设计1.4.1运输平台的整体参数运输平台的工作是将搬运到支撑杆上的货物运输到指定的位置，由升降平台将货物搬运到相应的轨道上。其具体参数如下表：表1.3运输平台参数项目技术参数平台尺寸（mm）1500×1000×200工作台质量（kg）100支撑杆高度(mm)300轨道长度（mm）2000负载能力（kg）500水平移动速度（m/s）0.5加速度（m/s2）0.21.4.2运输平台的布置通过查阅相关文献资料，选定的整体布置方案是如下图：1轨道2平台3支撑杆4丝杠5伺服电机图1.5运输平台结构简图平台在轨道上通过滚珠丝杠传动的形式进行运输，由伺服电机提供动力，轨道左端装有行程开关，当平台接触到行程开关，平台停止。平台上装有300mm的支撑杆，用来保证伸缩叉能自由伸缩。1.4.3零部件的选型计算1.丝杠的计算查阅相关资料可知，丝杠传动（包括导轨阻力）的摩擦μ=0.05，传动效率η=0.9所以摩擦阻力：F式中--M为负载质量m为平台自重μ为动摩擦因数在运输平台运动过程中，分为加减速过程和匀速过程，两者所需受力不同，为了保证运输平台能以0.2（m/s2）的加速度加速行驶，丝杠应提供的动力：F2式中--a为平台加速度查阅相关资料，推荐将F乘以4~8之间的一个系数，以保证丝杠的使用。为保证可靠度较高，选择8倍的系数，所得动载荷c1根据动载荷的数值，查阅丝杠选型手册，选用25-10B1的丝杠，其动载荷为为1592kgf大于1176kgf，能满足使用要求。该型号表示丝杠的公称直径为25mm，导程为10mm。螺母选用双螺母型结构。2.轴承的计算丝杠预紧力：F丝杠预拉伸力：F式中--∆t为温差，取2.5最大轴向载荷：F两端固定的支承形式，选角接触球轴承结构，d=20mm。轴向载荷

F1.电机的计算电机的转速：

N=式中--P为丝杠的导程克服摩擦所需的扭矩TL1丝杠的转动惯量：J式中--MBD为丝杠直径负载的转动惯量：

J联轴器的惯量:

J负荷惯量:JT式中--JMβ式中--t为加速所需时间必须扭矩:T=(式中--S为安全系数，一般取2~3查伺服电机选择手册，选择60CB060C-500000的伺服电机，额定功率为600w,额定转矩为1.91N.m,额定转速为3000rpm。导轨的选择导轨的功能是导向和承载。由于根据本设计的要求，丝杠转动，螺母移动，需要有一个导向装置。采用双圆柱导轨，其制造简单，加工时可达精度要求。6.校核计算丝杠最小抗压刚度:

K式中--L1丝杠最大抗压刚度:

K一对预紧轴承组合刚度：

K式中--dQZ为滚珠数β支承轴承组合刚度：K滚珠与滚道接触刚度：

K式中--KC最小刚度：1最大刚度：

1K丝杠的临界载荷：

F式中--E为材料的弹性模量I为丝杠的惯性矩K为安全系数，一般取1/3f1为丝杠支承系数

丝杠的临界转速：

式中--A为丝杠最小截面积LCK2查询前面零件的具体参数，带入上述公式，验证得传动系统的刚性及稳定性满足条件。1.5.1升降平台的整体参数升降平台的工作是将支撑杆上的货物通过伸缩叉搬运到升降平台上，再通过传动机构将货物运输到相应高度，再通过伸缩叉运输到另一运输平台上。其具体参数如下表：1.5升降平台参数项目技术参数平台尺寸（mm）1500×1000×200工作台质量（kg）100支撑杆高度(mm)200轨道长度（mm）2000负载能力（kg）500升降速度（m/s）0.5升降加速度（m/s2）0.5伸缩叉移动速度（m/s）0.3伸缩叉加速度（m/s2）0.5伸缩叉尺寸（mm）200×2000×2001.4.3运输平台的布置通过查阅相关文献资料，选定的整体布置方案是如下图：1减速器2直角减速器3丝杠4伸缩叉5伺服电机图1.6升降平台结构简图装载着伸缩叉的升降平台，通过两侧的丝杠带动，在伺服电机的驱动下，在四周的轨道上往复运动，从而实现货物的升降。1.4.4零部件的选型计算升降平台共有两处丝杠传动机构，需分别对其进行计算。1.伸缩叉相关零件选择因为有两个伸缩叉一起承担负载500kg货物的搬运，所以单个伸缩叉相当于负载250kg.伸缩叉自身自重相当于负载过小，所以此处不进行考虑。伸缩叉处丝杠传动（包括导轨阻力）的摩擦μ=0.05，其传动效率为η=0.9，所以摩擦阻力：F在伸缩叉过程中，分为加减速过程和匀速过程，两者所需受力不同，为了保证伸缩叉能以0.5（m/s2）的加速度加速行驶，丝杠应提供的动力：F4为保证可靠度较高，所得动载荷c2根据上文的公式，查找相关手册。，选用25-10B1的丝杠，其动载荷为为1592kgf大于1176kgf，能满足使用要求。该型号表示丝杠的公称直径为25mm，导程为10mm。螺母选用双螺母型结构。两端固定的支承形式，选角接触球轴承结构，d=20mm。查伺服电机选择手册，选择60CB020C-500000的伺服电机，额定功率为200w,额定转矩为0.64N.m,额定转速为3000rpm。采用双圆柱导轨，其制造简单，加工时可达精度要求。并对零部件进行校核计算，满足要求。2.升降平台相关零部件选择起到升降作用的丝杠，由于是两个丝杠同时起到提升作用。每个丝杠仅承受一半的阻力。且两个丝杠一起承担负载500kg货物的搬运和100kg的平台，所以单个伸缩叉相当于负载250kg.所以摩擦阻力F升降平台升降过程中，分为加减速过程和匀速过程，两者所需受力不同，为了保证伸缩叉能以0.5（m/s2）的加速度加速行驶，丝杠应提供的动力：F为保证可靠度较高，所得动载荷c根据上文的公式，查找相关手册。选用50-10B2的丝杠，