【立体仓库堆垛机的结构设计计算2200字】

立体仓库堆垛机的结构设计计算目录TOC\o"1-3"\h\u10841立体仓库堆垛机的结构设计计算 122181.1堆垛机行走机构 177551.1堆垛机提升机构 3297911.2滚珠丝杆的选型校核 5294811.3步进电机的选型校核 61.1堆垛机行走机构堆垛机的行走机构是驱动整个堆垛机水平运行的驱动装置，由于同步带传动传动比准确传动平稳具有一定的减震缓冲能力，适合在堆垛机横向移动式确保运动的稳定性，保护货物安全，由于同步带传动适用与长距离的移动，在本设计中和相同距离的其他传动方案相比经济性更好，故采用同步带作为堆垛机水平行走的传动机构，通过同步齿形带连接用齿板连接同步带与堆垛机主体，由于同步带本体承重能力较小，无法承受堆垛机主体和货物的重量，所以在设计中使用两条光轴圆导轨加滑块的设计承载堆垛机主体的质量，在同步带轮座上设计了橡胶缓冲垫用于限位和程序错误时的缓冲保护，同步带轮轴承主要承受的是径向载荷，载荷力较小，转速低，故选用深沟球轴承。具体建模如图5-1所示。图5-1堆垛机行走机构建模已知选用导轨型号为SBR16SA查取相关资料，得知额定动载荷Ca为770N，额定静载荷Coa为1170N，高于设计需求。计算滚动导轨的额定寿命为： L=(fh∙ft∙fc∙fa∙Ca/fwPc)ε×K 其中： L——额定寿命（km） Ca——额定动载荷（KN） P——当量动载荷（KN） ε——指数当滑台轴承为滚珠时为3 K——额定寿命单位（km）当滑台轴承为滚珠时为50km fh——硬度系数，由于产品技术要求通常可取1 ft——温度系数，查表5-1得ft=1表5-1温度系数工作温度/oC≤100100~150150~200200~250ft10.90.730.6 fc——接触系数，查表5-2得fc=1表5-2接触系数每根导轨的滑块数12345fc10.810.720.660.61 fa——精度系数，查表5-3得fa=1.5表5-3精度系数工作条件fa没有震动和冲击的低速场合1~1.5没有明显震动和冲击的场合1.5~2有震动和冲击的高速速场合2~3.5Fw——载荷系数，查表5-4得fw=1表5-4载荷系数精度等级2345fw1.01.00.90.9求得额定寿命为30816KM当行程一定时，计算单位额定寿命（h）： Lh=L×103其中： Lh——寿命时间（h） L——额定寿命（km） La——行程长度（m） n2——每分钟往返次数求得Lh=85600h，按工况为每天工作6小时，每年300天，预计寿命32.5年1.1堆垛机提升机构堆垛机的提升机构选用了丝杆加电机的传动组合方式。丝杠的选择主要有梯形丝杠和滚珠丝杠，梯形丝杠的结构是由螺杆和螺母组成的，它通过在丝杆和螺母间加入润滑油减少摩擦，从而产生相对运动，由于结构简单所以成本较低，但后续维护繁琐且精度不高，滚珠丝杆的结构较为复杂，滑块和丝杆间通过钢珠产生滚动摩擦，因为配合精密所以精度高，适合堆垛机在提升过程中的准确定位。滚珠丝杆的固定分为固定侧和支持侧，固定侧负责通过联轴器与电机相连，安装有角接触轴承承受径向和轴向载荷，支持侧安装在丝杆尾部起到支持和限位的作用，安装有深沟球轴承承受经向载荷。电机的选择主要有步进电机和伺服电机，在精度方面伺服电机由于工作原理的优势，在精度方面强于步进电机，但由于技术发展，某些新型步进电机的精度可以媲美伺服电机，在输出力矩上，步进电机在较高转速或承受过量载荷时转速大大下降，由于伺服电机是闭环控制，在控制精度上也优于步进电机，本设计由于对负载能力的要求不高并且出于对成本的考量，选用步进电机作为提升机构的电机，具体建模如图5-2所示。图5-2堆垛机提升机构建模1.2滚珠丝杆的选型校核根据设计需求，确定滚珠丝杠轴径Φ15螺距为5行程445mm确定螺纹部长度（mm）： L=L1+L2+L3 (1.3)其中： L——螺纹部分长度 L1——丝杠行程长度 L2——螺母长度 L3——设计安全裕量一般设定为螺距的2倍求得螺纹部长度为475mm，查表得，精度等级为C5时代表移动误差——±0.027mm/400~500mm，符合设计要求。确定容许的轴向负载（P）： P=nπ2EIℯ其中： P——允许的轴向载荷（N） e——负载作用点间距（mm） E——杨氏模量（2.06×105N/mm2） I——丝杠轴螺纹内径截面的最小惯性矩（mm4） I=π64d4 d——丝杠轴的螺纹内径（mm） α——安全系数=0.5 n,m——由滚珠丝杠的支撑方式决定的系数，如表5-1所示表5-1滚珠丝杆安装方式决定的安全系数支撑方式nM铰支-铰支15固定-铰支210固定-固定419.9固定-自由0.251.2求得最大轴向载荷为123.67N丝杠的容许转速Nc(r/min)计算I Nc=fa60λ其中： fa——安全系数（0.8） Y——比重（7.8×10-8kg/mm3） g、λ——由滚珠丝杠支撑方式决定的系数，如表5-2所示表5-2由滚珠丝杠支撑方式决定的系数支撑方式gλ铰支-铰支9.7Π固定-铰支11.13.927固定-固定21.94.73固定-自由3.41.875因此，最大容许转速为3882r/min根据计算，选用型号为BNK1505-3RRG0的滚珠丝杠和配套支撑单元1.3步进电机的选型校核根据对滚珠丝杠的力学分析，滚珠丝杠的效率η为将旋转力转换为轴向力时 η=1−μtanβ1+μ/tanβ (将轴向力转换为旋转力时即反向动作时 η'=1−μ/tanβ1+μtanβ (正向运动时驱动电机所需的负载转矩为： T=PL2πη (其中： T——负载转矩（N/cm） P——轴向外部负载（N） L——滚珠丝杠的螺距（cm） η——滚珠丝杆的效率（0.9）算得负载转矩为17.7N/cm计算滚珠丝杆的预压紧产生的摩擦扭矩： TP=KPLL2π K=0.05(tanLπD) 其中： PL——预压负载（N） L——滚珠丝杠的螺距（cm） K——内部摩擦系数 D——丝杠轴外径计算输出在步进电机输出轴的匀速转矩 T1=（PL2πη+ P=F+μMg (1.13)其中： T1——匀速时电机的驱动扭矩 P——轴向外部负载 F——切削运动时产生的反作用力 M