【立体仓库的设计及制作研究11000字（论文）】

立体仓库的设计及制作研究摘要随着世界经济的不断发展，科学技术的飞速发展，经济全球化趋势的增强，各国都面临着前所未有的机遇和挑战。在这种大背景下，现代物流作为工业化过程中最经济，最合理的综合服务模式和管理技术，已被越来越多的企业所重视。近年来，我国在工业发达地区建立了一定数量的自动化仓库。自动化仓库最早是在美国诞生的。在1980年代，它们在世界范围内发展迅速，其使用范围几乎涵盖了所有行业。它的出现表明现代工业技术已进入加速发展阶段。本设计主要详细介绍了整个自动化立体仓库包括货架，堆垛机，送料口的主要功能与实现方案，从经济性与整体结构的简单可靠性上进行研究对堆垛机的提升机构、行走机构、货叉机构等进行了详细的结构设计和计算选型，给出相应的参数，对比各种方案对整体结构方面的影响，根据预定的设计要求最终为设计选出最合适的方案，并对关键部件进行了相应的校核，以保证设计的可靠性。通过solidworks对整体结构进行相关建模，最后对设计进行总结和完善。关键词：立体仓库结构设计堆垛机物流计算校核目录第一章绪论 81.1课题的目的及意义 81.2几种立体仓库的特点及比较 91.2.1托盘重力式储存系统 91.2.2穿梭机货架仓储系统 101.2.3蜂巢储存系统 111.2.4模块化密集储存系统 121.3国内外研究现状 121.4研究的主要内容 13第二章总体方案确定 142.1堆垛机的基本技术参数 142.2堆垛机的传动方案设计 152.3主要装置 162.3.1货架 162.3.2货叉 162.3.3堆垛机 16第三章立体仓库的送料口结构设计 173.1送料口零件的建模 173.2带轮的选型与安装 173.3传感器的选择 20第四章货叉伸缩机构的设计 204.1货叉伸缩机构的工作原理与建模 204.2气缸的组成分类 214.3气缸的选型计算 23第五章堆垛机的结构设计 245.1堆垛机行走机构 245.1堆垛机提升机构 265.2滚珠丝杆的选型校核 275.3步进电机的选型校核 29总结 31致谢 32参考文献 33

第一章绪论1.1课题的目的及意义随着全球物流业的飞速发展，物流系统的进一步完善和合理性在优化资源配置，提高企业生产率，降低生产成本方面发挥着至关重要的作用。自动化是仓库管理发展的必然趋势。自动化仓库的运作效率和自动化技术水平可以大大提高企业物流效率。仓库的基本技术越来越成熟。目前，越来越多的企业开始采用自动化仓库。企业可以根据实际情况构建中型和大型三维库，也可以根据需要构建中小型自动化的三维库。因此，自动化仓库系统变得越来越流行。它的核心设备巷道堆垛起重机是自动化仓库的象征，它对仓库的效率有重要影响。自动化立体仓库是现代社会物流系统的重要组成部分。这是用于货物的高密度仓储货架系统。自动化三维仓库在世界范围内发展迅速，几乎在各个行业中都得到使用。相比之下，传统仓库只是一个存放货物的地方，而存放货物是其唯一的功能，是一种“静态仓库”。自动化的三维仓库采用先进的自动化物料搬运设备，不仅使货物能够根据需要自动在仓库中存放和取回，而且还可以与仓库外部的生产环节有机地连接起来，从而使仓库可以通过计算机管理系统和自动化的物料搬运设备转变为仓库。企业生产物流中的重要环节。企业采购零件和自制零件的存储是整个生产的一部分。短期存储是指在指定的时间自动输出到下一个生产流程，从而形成一个自动化的物流系统。这是一种“动态存储”，也是当今自动化仓库发展的明显技术趋势，作为仓库，首先具有存储功能，在自动化系统的管理和控制下，物料可以科学管理，合理利用各种资源进行存储，提高处理效率，满足各种存储要求，作为生产过程中的中间环节，应具有原材料的缓冲存储功能，在制品和成品；在自动运输和机械化设备的处理下，提高了自动运输的程度，缩短了各种物料的库存周期，从而降低了总成本；还经常使用自动化仓库企业信息系统的重要组成部分，企业领导根据库存信息制定相应的策略和计划，调整，监视和调整企业的行为。目前，装卸，储运业务，即国民经济中占用大量劳动力。物流工作机械化和自动化的主要优点是提高劳动生产率和节省劳动力资源。近年来，我国在工业发达地区建立了一定数量的自动化仓库。自动化仓库最早是在美国诞生的。在1980年代，它们在世界范围内发展迅速，其使用范围几乎涵盖了所有行业。它的出现表明现代工业技术已进入加速发展阶段。自动化三维仓库技术的研究在提高企业的生产效率，降低企业的生产成本，优化企业的生产资源配置方面起着更为重要的作用。我国对三维仓库技术的研究起步较晚，与发达工业国家相比仍存在一定的技术差距。总结三维仓库的技术经验，寻找技术缺陷，并提出创新和改进方法，将有助于迅速提高我国的工业化水平。此外，全球经济发展迅速，土地资源和人力资源日益匮乏，成本也在迅速增加。企业需要使用最少的土地和劳动力来尽可能多地完成最多的货物存储。自动化仓库无疑是最佳选择。激烈的竞争形势要求企业加快建设高标准，高性能的三维立体仓库，以解决土地资源匮乏，劳动力资源匮乏的现实问题。立体仓库库存和拣货是三维仓库工作流程的关键环节，必须确保高效，安全和稳定的性能，以满足客户的需求。因此，开发高性能，安全可靠的三维仓库是仓储物流业从业者的共识。1.2几种立体仓库的特点及比较1.2.1托盘重力式储存系统重力式货架如图1-1所示由托盘式货架演变而成，利用货物的自重，实现货物的先进先出，空间利用率较高，尤其适用于有一定质保期、不宜长期积压的货物。托盘重力式存储系统由重力架子和与之相配的进出仓库堆垛机和叉车两种重要类型组成，他们是货架的关键组成部分，带有坡道滑轨，坡道的倾斜角度为2至3度，通常在上面安装有托辊，在托板的辅助下重力作用下可以从仓库向出站侧滑动，两个滚筒没有动力，为了确保货物可以均匀下降，在支架上每隔一个滚轮的距离设置了一套阻尼辊，并在货物通道的入口端装有导向板，货物安装在出口通道分离机构中，分离机构的作用第一个是分离托盘的出口和托盘的背面，用于叉车和堆高车的提货。图1-1托盘重力式存储系统1.2.2穿梭机货架仓储系统穿梭机货架仓储系统如图1-2所示是近年来更加流行的一种密集存储系统。利用电池供电，使用无线遥控技术进行操作，通过轨道底部的直通式货架，直接实现货物运输[5]。穿梭机货架仓储系统不仅具有动态式和重力式货架的所有优点，而且避免了两个货架不可避免的弊端。穿梭板货架存储系统未被广泛采用的原因，仅仅是因为穿梭机价格很高，更难以接受，因此需要在成本控制和推广上发力。图1-2穿梭机仓存系统1.2.3蜂巢储存系统蜂窝存储技术如图1-3所示是一种新型的集约化存储技术，存储格架的网格竖井式布局，竖井的轨道上方布有网格，进出的货物可以通过网格轨道实现双梭车的同时运行，在存储单元内，每个储物格的支架上设有若干个平行的滑道，滑道的轴向与储物格的轴向垂直，通道地板上设有轨道，送料机在轨道上移动;轨道设有多个相互平行的电梯滚轮，其轨道方向、电梯滚轮轴线和储物格滚轮轴线相同。由于该存储系统就像一个蜂巢，所以被称为蜂窝存储系统。图1-3蜂巢存储系统1.2.4模块化密集储存系统模块化密集存储系统如图1-4所示是根据特定需求定制的各种形式的密集集成存储货架，高度集成了复杂的存储和分拣，已经在某些高新行业中得到应用。图1-4模块化密集存储系统1.3国内外研究现状近年来，国内外物流系统和自动化仓库更加注重实用性和安全性。货架采用设备化的结构，高层次化有利于批量生产，降低了生产成本，提高了精度，并在现场安装调试。通过计算机网络技术，实现了仓库与堆垛机等装卸设备的连接，并将仓库与仓库连接起来。联系方式能有效了解堆高车等的状态，并合理地进行物流管理。随着控制系统中计算技术的不断改进，人工智能技术专家系统在自动化仓库中的应用日益增多，使自动化仓库更加智能。大型自动化仓库系统不再是发展的方向。为了适应工业发展的新形势，出现了规模更小，响应速度更快，用途更广的自动化三维仓库系统。它结合了先进的控制技术，适用于分段运输和计划的线路运输，保持了高度的灵活性和高生产率，并满足了工业库存处理的需求。在堆叠器方面，我们将继续推出外观漂亮，性能更高的新设备，以进一步改善电子技术和控制技术的应用。在使堆垛机具有更高的定位精度的同时，它们还提高了搜索能力和操作速度。随着现代工业生产的发展，柔性制造系统，计算机集成制造系统和工厂自动化对自动化三维仓库提出了更高的要求。处理和仓储技术必须具有更可靠和实时的信息，并且工厂和仓库中的物流必须伴随着并行的信息流。射频数据通信，条形码技术，扫描技术和自动数据收集越来越多地用于诸如堆垛机，自动导引车和传送带之类的运输设备中。移动机器人还被用作灵活的生产和仓储中的灵活的物流工具。产品交付越来越扮演着重要的角色。自动化的三维仓库已在我国许多行业中得到应用，其中最集中的是在快速发展的消费品行业和制药行业中的应用。在我国当前的市场环境下，土地成本非常高。企业希望获得更大的利益。一方面是创新与发展，另一方面是节省成本。如果公司希望在有限的空间内存储更多物品，那么自动化仓库就可以解决此问题。其次，它可以帮助公司提高工作效率。因为它使用了当前相对先进的计算机处理系统，所以可以有效地节省时间并很好地连接设备。许多公司还认识到自动化仓库对于企业生存的重要性。它的使用可以大大减少土地占用的面积。当土地资源日益紧张时，它将在未来产生积极的经济和社会效益。对仓库的投资可能不止改善了相关链接的效率，降低了人工成本并降低了劳动强度。通过计算机信息技术，可以实现管理信息，促进企业的转型升级。1.4研究的主要内容各个工业领域的自动化技术相关的学习理论和实践非常重要，特别是对于与工业工程，机械工程，电气工程，化学工程，食品工程，计算机科学，物流等密切相关的几个邻域。准备适当的学习方法和良好的设施来有助于支持自动化技术的学习。良好设施和实践工具的采购通常受到成本过高和空间有限的问题的束缚。在某些教学场景中，学生只是可以通过幻灯片演示或学习视频来学习各种自动化技术，而无法进行更多练习。这种情况使学生无法使所学知识转化为实践经验。这种现象的影响导致他们在步入职场使没有相应的实践经验。从长远来看，这将不利于国家人材的培养，永远都没有足够的学习实践来为学生适应职场需求做好准备。鉴于发展中国家高等教育领域中出现的问题以及缺乏克服这些问题的方案，本研究旨在开发一种用于教育目的低成本小型的自动化立体仓库。第二章总体方案确定2.1堆垛机的基本技术参数一般情况下，立体仓库的技术参数要求会根据实际情况下货物的实际存放与提取频率，货物的最大数量与重量，实际场地的尺寸条件等各种条件的综合考量下进行设定，结合本次设计的目的和实际需求，参照相关的国家标准和设计准则，确定了如下表2-1的立体仓库主要参数:表2-1立体仓库的主要技术参数序号技术项目技术指标1主体结构设计双立柱单深位单货台2额定载荷100g3物料尺寸70mm×60mm×50mm工件4货叉形式单副伸缩存取货叉5货格3×46X方向（列方向）传动形式皮带传动7Y方向（层方向）传动形式丝杆传动8Z方向（排方向）传动形式气缸传动9作业循环时间60s10控制操作方式PLC控制2.2堆垛机的传动方案设计单立柱和双立柱的堆垛机的主要区别在于双立柱采用了类似U型的结构承载货物的升降，通过与单立柱的对比，双立柱堆垛机承载能力更强，立柱结构增加了整体强度与刚度，运动更为平稳稳定性好并且定位也更为精准，是目前自动化立体仓库仓库的主流传动方案，基于这些特点，我选择了双立柱堆垛机作为主体结构进行研究和设计。依据自动化立体仓库设计规范等相关国家标准，立体仓库的安全性，快速性，准确性是所应该具备的特点，根据这些特点我总结了以下的设计优化要求：（一）在具备基本的三个自由度的运动功能的前提下，保证堆垛机的运行不会与立体仓库其他零部件产生干涉，能够实现各个库位的货物存取功能，保证运行过程的稳定性。（二）堆垛机的结构要设计的方便拆装和维护，具有符合安全标准的强度和刚度，保证在承受额定载荷是，货叉和货架等结构不会因为结构形变而产生定位偏移的情况。（三）在满足基本功能和安全运行的情况下，通过减少堆垛机各部件重量的方式减少堆垛机自重，提高运行效率，减少不必要的多余零件来减少运行时的摩擦，减少电机运行功率，降低整体成本。（四）具有限位保护和电感传感器等安全保护措施。2.3主要装置2.3.1货架货架采用了两块铝合金板材作为上下横梁，三块铝合金板材作为支柱，通过直径6mm的螺钉连接，为了方便批量生产采用了将支柱作了相同的结构设计，由于铝合金高强度的特性，可以在整体结构非常窄小的情况下保证整体的结构强度，与此同时铝合金结构上的优势也使得每个货格的空间得到了提升，加强了存储能力，为了方便货叉的进出和简化整体结构，采用塑料支架作为各个货格的支撑结构，由于货物的质量较轻，塑料支架在保证功能的情况下减低了成本。为了垫高整体货架的高度，采用30×90铝合金型材作为支撑结构。铝合金型材的结构强度高，可以任意指定切割长度加工方便，螺帽可以通过型材槽从任意位置装入方便货架和出入库台的安装。2.3.2货叉货叉通过螺钉固定在堆垛机的升降机构上，利用货叉底座上的U型槽结构来控制货叉的自由度，货叉的底部与气缸推杆连接，由于货物的质量较轻，故采用气缸和电磁阀作为传动元件，货叉的头部有两个锥形突起，可以与货架本身的两个圆形槽相契合，防止货物在运输中由于抖动等情况发生位移。2.3.3堆垛机堆垛机通过水平行走机构完成货物的列方向运动，提升机构完成层方向移动，货叉机构完成排方向运动，通过安装进出料口来实现货物的存取，通过电机与电磁阀等电气装置与plc相连，由plc控制立体仓库的运动逻辑，实现立体仓库无人自动化存取的功能。第三章立体仓库的送料口结构设计3.1送料口零件的建模送料口是立体仓库中货物输入与输出的枢纽，本设计中采用了皮带轮作为传送部件，直流电机作为驱动方式，整体结构如图3-1所示。所有零件均通过螺栓连接在30×30的铝合金型材上，通过两个电感式开关来完成对货物位置的检测，入库时当前传感器检测到物料的存在，通过plc程序触发电机旋转带动皮带运行，当第二个传感器检测到物料后，皮带停止运行，触发堆垛机取料程序。图3-1送料口结构示意图3.2带轮的选型与安装同步带是由一根外表面光滑内表面具有等间距的齿形的皮带和有着与其相吻合的带轮组成的传动系统，它兼具了皮带传送运行平稳无噪音，可以减少载荷的冲击，又具有齿轮和链传动传动效率高，具有精准传动比，不会打滑的特点，是综合了皮带传送和链传送优点的新型带传动。综上所述同步带是合适的送料输送机构。同步带的选型时头部带轮和尾部带轮选用为相同的的规格，并将头部带轮作为驱动带轮。计算出皮带的有效张力（Te）为 Te=9.8(μ∙G+G∙HC） 式中： Te——有效张力（N） G——皮带传送中装载的物品总重量（Kg） μ——皮带和工作台的摩擦系数 H——扬程（mm） C——暂定轴间距（mm）其中皮带和工作台的摩擦系数如表3-1所示表3-1工作台材料铁不锈钢铝UHMW聚四氯乙烯摩擦系数μ0.650.680.420.310.21计算出设计张力（Td）为 Td=K∙Te (3.2) K=K1+K2+K3 (3.3)式中： Td——设计张力（N）K——过载系数Te——有效张力（N） K1——由工作时间确定的补偿系数 K2——由皮带长度确定的补偿系数 K3——由皮带速度确定的补偿系数表3-2由每天的工作时间确定的补偿系数（小时）~55~88~1212~1616~241.01.11.21.31.4表3-3由皮带长度确定的补偿系数（mm）~15001500~30003001~45004501~0.30.20.10.0表3-4由皮带速度确定的补偿系数（m/min）~6060~9091~1200.00.10.2根据公式求得皮带的有效张力为0.2058N皮带的设计张力为0.25754N依据许用张力大于等于设计张力的原则，由于T5类皮带节距为5mm，最小齿数和带轮直径最符合本设计要求，故选取皮带种类为T5皮带宽度为10mm的皮带。根据暂定轴间距（C’）和大致带轮直径（Dp’）求出大致皮带周长。 Lp'=2∙根据大致皮带总长（Lp’）和节距（P）求出皮带齿数（N）。 N=Lp'根据皮带齿数（N）和节距（P）求出最终皮带周长。 Lp=P∙N (3.6)最后求出正确轴间距。 C=P∙(N−Dz)/2 (3.7)确定出最终皮带周长390mm轴间距156mm。同步轮的固定采用了顶丝加平位固定的方式，这是一种较为常见的带轮固定方式，通过顶丝的压力压住平位部分来传递电机的力矩，由于顶丝的力较小，故只能用在负载较轻，使用不频繁的场合，基本符合本设计的设计需求。具体安装方式如图3-2所示。图3-2顶丝平位的安装方式3.3传感器的选择电感式传感器是利用金属线圈的自感现象或互感现象来识别金属物体的存在，通过控制开关信号的变化，给控制部件提供信号，成本低廉且体积小，本次设计中选用了型号为SN04-N的电感式接近开关，检测距离为5毫米，工作电压6-24V。第四章货叉伸缩机构的设计4.1货叉伸缩机构的工作原理与建模货叉伸缩机构是立体仓库系统中堆垛机进行存取物料工作的送料机构，目前货叉机构的构造主要分为单深位货叉和双深位货叉，单深位货叉的结构是通过将下叉也就是固定叉固定在载货台上，上叉通过传动机构以及限位器等的作用向外延伸大约一半的自生长度，来达到取料与送料的功能，双深位货叉是在单深位货叉的基础上再添加一节或一段叉体，提高整体货叉的行程使之能运行的距离更加远，综合本设计的要求，决定选用单深位货叉作为堆垛机的货叉机构。目前市面上主流的货叉传动方案主要有齿轮齿条传动，同步带传动，链条传动等。齿轮齿条传动的结构简单，传动距离准确清晰，能够将结构做到简单紧凑，链传动货叉的优点是没有弹性滑动从而减少整体打滑情况，因为链传动不需要将链条张紧，也减轻了轴承的经向压力，同步带传动货叉兼顾了前两者的优点但是承载能力和耐久性和可靠性方面有所欠缺。由于本设计中货物的重量较轻，整体设备的使用频率也不高，但是对可拆装性可结构简化有较高的要求，故采用了气缸与电磁阀做为传动零件，大大简化了整体的结构，减少了轴承导轨等零件，减少了整体的成本。整体结构如图4-1所示。通过在下叉上安装L型零件与下叉组和成u型槽，作为货叉的滑轨机构，同时限制货叉的自由度，在上叉部分安装有两个突起结构，可以与货架本身底部的两个圆形孔相契合，防止了堆垛机在运行过程中振动和启停时货物发生移位的情况，同时，突起结构还能起到很好的定位效果，由于近似梯形的结构，在堆垛机本身定位不够精准或发生偏移的时候，它能起到重新定位的效果。货叉的下叉采用了镂空的设计，首要功能是为气缸的推杆和上叉相连留出空间，其次由于气缸在选用时一般不会使用满行程，推杆与上叉的连接机构本身还与下叉一起起到了气缸限位的作用，从而减少了需要额外安装的限位器。图4-1货叉的结构建模4.2气缸的组成分类气缸是在封闭的气缸内部通过气压的差异变化推动导杆，为运动提供作用力，汽缸的压缩空气主要由气动系统提供如图4-2所示。图4-2气动系统的组成典型的气缸类型由普通的双作用气缸，无杆气缸和磁性开关气缸双作用气缸通过无杆的腔体输入压缩空气，有杆腔排气，通过两端汽腔的压力不一致的压力差产生推力，推动负载进行活塞运动，当有杆腔进气无杆腔排气时，推动活塞杆收回。无杆气缸分为机械接触式无杆气缸和磁性无杆气缸，它们都是通过将滑块或导板等零件集成在气缸本体上，机械式为了防止气体泄漏，会在开口部采用聚氨酯密封防尘不锈钢带固定的方式，活塞会穿过槽与滑块连为一体，磁性无杆气缸会在气缸缸体内外两侧安装高强磁性的永久磁环，当气缸活塞被气压推动时，在磁力作用下，带动缸外磁环套一起运动。磁性开关气缸是在给气缸内的活塞安装磁环，在缸体外安装磁性开关，通过磁性开关检测气缸内活塞的行程位置，不需要再缸筒上再安装行程阀或行程开关，也不需要为活塞杆设置挡块。4.3气缸的选型计算普通双作用气缸的推力计算（N）为： F0=Π/4∙D2p式中： D——缸径， P——气缸的工作压力（Mpa）气缸的理论拉力（N）为： F1=Π/4(D2−式中： d——活塞杆的直径（mm），一般常规活塞杆的直径可估算为d=0.3D.气缸的负载量是指气缸的理论输出能力F0和实际输出能力F的比值。负载能力是在选择气缸时的重要指标，负载率不同，作用在活塞杆的实际输出力也不同，工况的情况决定了气缸的实际负载，想要确定气缸的输出能力需要根据气缸的负载性能和气缸的运动速度确定气缸负载率，具体负载率如表4-1所示。表4-1气缸负载率表负载的运动状态静载荷动载荷气缸速度＜100mm/s气缸速度100~500mm/s气缸速度＞500mm/s负载率η≤80%≤65%≤50%≤30%根据solidworks测量质量属性，材料为铝合金6061叉和货物总质量为191.47g，根据受力分析，推杆所需推力及货叉上叉与下叉所需克服的摩擦力，最大摩擦力（N）为： f=m∙G∙μ (4.2)其中： m——货叉上叉与货物的总质量 G——重力加速度 μ——铝合金6061动摩擦系数计算求得气缸推杆所需最大推力为2.62N依据设计需求选取型号为CDM2C20-125即带磁性开关的缸径为20mm气缸行程为125的单杆双作用气缸。计算气缸理论出力（N）为： F=Π4D其中： F——理论气缸出力（N） P——空气压力（bar） D——气缸推杆直径径（mm） μ——气缸负载率气缸压力设计为0.2Mpa，气缸运行速度设计为100mm/s，即气缸负载率为65%，气缸缸径20mm即气杆推杆直径威8mm，求得理论出力6.53N符合设计要求。第五章堆垛机的结构设计5.1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×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5.1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5.2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 (5.3)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=nπ2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=π64 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=fa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15.13.927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5.3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=KPL 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=（PL P=F+μMg (5.13)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——货叉和货物的重量 μ——滑动面摩擦系数（0.9） L——滚珠丝杠螺距 η——滚珠丝杠传动效率 TP——预压紧引起的摩擦扭矩 Z1/Z2——传动比求得步进电机的负载转矩为4.13N/cm根据计算选择型号为HSTM2-1,8-D26的步进电机及配套驱动器作为驱动部分。

总结在本次立体仓库的结构设计中，以现有设备为基础，综合所学的专业知识，对立体仓库的货架，堆垛机等结构做了详细的设计和分析，通过对比各部分的设计需求选出了最为合适的设计方案，并为结构中的关键部分进行了校核分析。自动化仓库技术的研究对优化资源配置、提高企业生产率，降低生产成本有着非常重要的意义。未来，随着行业趋势和商品形式的改变，许多专有物品密集存储技术也将不断涌现，