自動化立體倉庫堆垛機畢業(yè)設計機械CAD圖紙

1、本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828本科畢業(yè)設計（論文）自動化立體倉庫堆垛機設計DESIGN OF STACKER CRANE FORAUTOMATIC WAREHOUSE20013年6月本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828摘要有軌式巷道堆剁起重機是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，通 常簡稱為堆剁機。堆剁機是立體倉庫中最重要的起重運輸設備，是代表立體倉庫 特征的標志。其主要用途是在高層貨架倉庫的巷道內沿軌道運行，將位于巷道口 的貨物存入貨格，或是取出貨格內的貨物運送到巷道口，完成出入庫作業(yè)。20世紀70年代初期，我國開始研究采用巷道式堆剁機的立

2、體倉庫， 不久便廣 泛應用于各行業(yè)和地區(qū)，有的已經形成系列化，據不完全統(tǒng)計，到目前已建成三 百余座。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產的發(fā)展，有軌巷道堆垛起重機的技術也在不斷提高和 完善。世界主要工業(yè)國家都把著眼點放在開發(fā)性能可靠的新產品和采用高新技術 上，更加注重實用性和安全性。如今，自動化立體倉庫及堆垛機已成為企業(yè)生產 管理不可獲缺的重要組成部分。本文從實際問題出發(fā)，以現(xiàn)有設備為依托，先確定出堆垛機的總體結構及各 部分的結構草圖，然后運用理論力學、材料力學、機械設計、制造技術等專業(yè)知 識，并查閱相關設計手冊，對其機械部分進行了詳細的設計計算，包括：機架、 行走機構、提升機構、載貨臺和貨叉伸縮機構。設計過程中

3、，以實現(xiàn)堆垛機的機 械性能為目的，在滿足其強度、剛度、運行穩(wěn)定性等要求的前提下，綜合考慮結 構的合理性和所選材料的經濟性，力求達到高質量、低成本。關鍵詞自動化立體倉庫堆垛機結構設計本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828AbstractTrack Tunnel-Stacker Crane is developed by a special crane with the emergence of three-dimensional warehouse, usually referred to as stacker crane. Stacker crane is the most

4、important lifting and transportation equipment in a three-dimensional warehouse, and is one characteristic of three-dimensional warehouse. Its main use is orbit along the roadway in tunnel of high-rise warehouse, put the goods that be located at the mouth of the tunnel into the shelves, or take out

5、goods and delivered to the tunnel mouth,complete the storage operations.At the early 70na started to develop the three-dimensional warehousewith stacker crane, and soon have be widely used in various industries and regions , some have formed serialization. According to incomplete statistics, more th

6、an 300 warehouses have been completed now. With the development of modern industry, the technology of stacker crane is being improved. All the worlds major industrial countries focus on the development of new products with reliable performance and the use of high-tech, and pay more attention to the

7、practicality and safety. At present, automatic three-dimensional warehouse and stacker crane have become an important component of production management.This paper starts from the practical problems, and bases on existing equipments. Firstly confirm the overall structure of stacker crane and the dra

8、ft of parts of the structure. Then use Theoretical Mechanics, Material Mechanics , Machine Design and Manufacturing Technology, and according to relevant design manuals, elaborates on its machinery parts, including: Rack, Running Mechanism, Lifting Mechanism, Loading Stations and Telescopic Fork Mec

9、hanism. In the design process, considering the rationality of structure and the economy of the selected materials in order to achieve the mechanical properties of stacker and request of strength, stiffness, running stability, attempt to reach the aim of high-quality, low-cost.Keywords Automatic Thre

10、e-Dimensional Warehouse Stacker Crane Design ofStructure本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第一章緒論 1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 自動化立體倉庫概述 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 自動化立體倉庫的發(fā)展 1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Documen

11、t 發(fā)展自動化立體倉庫的必要性 2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 自動化立體倉庫中的堆垛起重機 4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 巷道式堆垛起重機的結構及設計要點 5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 機架5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 行走機構5 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 提升機構5 HYPERLINK l bookmark

12、30 o Current Document 載貨臺及貨叉5 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 電器設備6 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 安全保護裝置 6 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 第二章堆垛機機架的結構設計 7 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 自動化立體倉庫的結構尺寸及運行條件 7 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 機架設計概述7 H

13、YPERLINK l bookmark42 o Current Document 機架設計應滿足的一般要求 7 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 機架的設計步驟 7 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 上導軌設計9 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 導軌類型的確定 9 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 導軌材料的確定 9 HYPERLINK l bookmark52 o Current Docume

14、nt 導軌截面形狀的確定 9 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 上橫梁設計11 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 立柱設計14 HYPERLINK l bookmark156 o Current Document 下導軌設計19 HYPERLINK l bookmark158 o Current Document 導軌類型的選擇 19 HYPERLINK l bookmark160 o Current Document 滾動直線導軌副的結構與特點 19 HYPERLINK l bookmark1

15、62 o Current Document 滾動直線導軌副的計算 20 HYPERLINK l bookmark219 o Current Document 第三章行走機構的設計 25 HYPERLINK l bookmark221 o Current Document 電動機的選擇 25 HYPERLINK l bookmark223 o Current Document 選擇電動機應綜合考慮的問題 25 HYPERLINK l bookmark225 o Current Document 電動機的選擇 25本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828 TOC o 1-5 h z

16、 HYPERLINK l bookmark231 o Current Document 傳動裝置的設計 26 HYPERLINK l bookmark233 o Current Document 傳動方案的確定 26 HYPERLINK l bookmark243 o Current Document 第一級減速齒輪副的計算 28 HYPERLINK l bookmark295 o Current Document 第二級減速齒輪副的計算 32 HYPERLINK l bookmark343 o Current Document 齒輪齒條副幾何尺寸的確定及計算 36 HYPERLINK l b

17、ookmark345 o Current Document 軸的計算 37 HYPERLINK l bookmark349 o Current Document 行走機構結構圖 42 HYPERLINK l bookmark351 o Current Document 第四章提升機構的設計 43 HYPERLINK l bookmark353 o Current Document 電動機的選擇43 HYPERLINK l bookmark355 o Current Document 傳動滾子鏈的設計計算 43 HYPERLINK l bookmark357 o Current Document

18、 滾子鏈幾何尺寸的計算 43 HYPERLINK l bookmark359 o Current Document 滾子鏈靜強度計算 44 HYPERLINK l bookmark361 o Current Document 鏈輪幾何尺寸計算 45提升滾子鏈的設計計算 47滾子鏈幾何尺寸的計算 47鏈輪幾何尺寸的計算 48第五章載貨臺與貨叉伸縮機構的設計 49電動機的選擇49傳動機構的計算 50圓錐齒輪副的計算 50齒輪齒條副的計算 53傳動軸的設計 57導軌與叉板的設計 59導軌的計算 59板件尺寸的確定 60載貨臺結構圖 61結論 63致ft 65參考文獻 66附錄I 畢業(yè)實習報告 錯誤！

19、未定義書簽。本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828第一章緒論自動化立體倉庫概述自動化立體倉庫是物流系統(tǒng)中的重要組成部分，它是在不直接進行人工處理 的情況下能夠自動地存儲和取出物料的系統(tǒng)。它是現(xiàn)代工業(yè)社會發(fā)展的高科技產 物，對提高生產率、降低成本有著重要意義。自動化立體倉庫（AS/RS）是由立體貨架、有軌巷道堆垛機、出入庫托盤輸送 機系統(tǒng)、尺寸檢測條碼閱讀系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、 計算機管理系統(tǒng)以及其他如電線電纜、橋架、配電柜、調節(jié)平臺、鋼結構平臺等 輔助設備組成的復雜的自動化系統(tǒng)。運用一流的集成化物流理念，采用先進的控 制、總線、通訊和信息技術，通過以上

20、設備的協(xié)調動作，按照用戶的需要完成指 定貨物的自動有序、快速準確、高效的入庫出庫作業(yè)。自動化立體倉庫的發(fā)展立體倉庫的產生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產力和技術發(fā)展的結果。50年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫；50年代末60年代初，出現(xiàn)了由司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用 計算機控制技術，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫 在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，目前已成為當今世界上擁有自動化立體倉庫 最多的國家之一。我國對立體倉庫及其物料搬運設備的研制開始并不

21、晚，于1963年研制成功第一臺橋式堆垛起重機（北京起重運輸機械研究所機械部），1973年開始研制我國第 一座由計算機控制的自動化立體倉庫，該倉庫 1980年投入運行。到2003年為止， 我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過 200座。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、 很強的出入庫能力、采用計算機進行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點， 現(xiàn)今已成為企業(yè)物流和生產管理不可缺少的倉儲技術，越來越受到企業(yè)的重視。自動化立體倉庫應用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國自動化立體倉庫 應用的行業(yè)主要有機械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 40133982

22、8印刷、配送中心、機場、港口等。發(fā)展自動化立體倉庫的必要性自動化立體倉庫相對于以往的倉儲設備，具有以下幾個方面的優(yōu)勢：一、提高空間利用率早期立體倉庫的構思，其基本出發(fā)點就是提高空間利用率，充分節(jié)約有限且 寶貴的土地資源。在西方有些發(fā)達國家，提高空間利用率的觀點已有更廣泛深刻 的含義，節(jié)約土地，已與節(jié)約能源、環(huán)境保護等更多的方面聯(lián)系起來。有些企業(yè) 甚至把空間的利用率作為系統(tǒng)合理性和先進性考核的重要指標來對待。立體倉庫的空間利用率與其規(guī)劃緊密相連。一般來說，自動化高架倉庫空間 利用率為普通平庫的25倍。這是相當可觀的。二、便于形成先進的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產管理水平傳統(tǒng)倉庫只是貨物儲存的場所，保存

23、貨物是其唯一的功能，是一種“靜態(tài)儲 存”。自動化立體倉庫采用先進的自動化物料搬運設備，不僅能使貨物在倉庫內按 需要自動存取，而且可以與倉庫以外的生產環(huán)節(jié)進行有機的連接，并通過計算機 管理系統(tǒng)和自動化物料搬運設備使倉庫成為企業(yè)生產物流中的一個重要環(huán)節(jié)。企 業(yè)外購件和自制生產件進入自動化倉庫儲存是整個生產的一個環(huán)節(jié)，短時儲存是 為了在指定的時間內，將物料自動輸出到下一道工序進行生產，從而形成一個自 動化的物流系統(tǒng)，這是一種“動態(tài)儲存”，也是當今自動化倉庫發(fā)展的一個明顯的 技術趨勢。生產管理是企業(yè)管理的一個重要組成部分，主要包括產品規(guī)劃，生產組織， 物流規(guī)劃，外購外設，產品質量，成本測算等內容。自動

24、化立體倉庫系統(tǒng)作為生 產過程的一個中心環(huán)節(jié)，幾乎參與了生產管理的全過程。三、加快貨物的存取節(jié)奏，減輕勞動強度，提高生產效率建立以自動化立體倉庫為中心的物流系統(tǒng)，其優(yōu)越性還表現(xiàn)在自動化高架庫 具有快速的出入庫能力，能快速妥善地將貨物存入高架庫中，也能快速及時并自 動地將生產所需的零部件和原材料送達生產線。這一特點是普通平庫所不能達到 的。同時，自動化立體倉庫的實現(xiàn)是減輕工人勞動強度的最典型的例子。這種勞 動強度的減輕是綜合的，具體包括：本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 4013398281）采用自動巷道式堆垛機取代人工存放貨物和人工取貨，既快捷又省力。由 于工人不必進入倉庫內工作，工作環(huán)境大

25、為改善。2）采用計算機管理系統(tǒng)對貨物進行管理，大大增強了貨物的管理能力，使倉 庫管理科學化，準確性和可靠性有質的提高，入出庫管理、盤庫、報表等工作量 變得簡單快捷，工人的勞動強度大幅降低。3）立體倉庫系統(tǒng)輔以庫前輔助輸送設備，使貨物出入庫變得簡單方便。4）自動化立體倉庫系統(tǒng)所需要的操作人員和系統(tǒng)維護人員很少，可以節(jié)省人 力物力，節(jié)約了資金。四、減少庫存資金積壓據統(tǒng)計，由于歷史原因造成管理手段落后，物資管理零散，使生產管理和生 產環(huán)節(jié)的緊密聯(lián)系難以到位。為了達到預期的生產能力和滿足生產要求，就必須 準備充足的原材料和零部件。這樣庫存積壓就成為一個較大的問題。如何降低庫 存資金積壓和充分滿足生產需

26、要，已成為大型企業(yè)不得不面對的重要問題。立體 倉庫系統(tǒng)是解決這一問題的最有效的手段之一。1）以自動化立體倉庫為中心的工廠物流系統(tǒng)，解決了生產各環(huán)節(jié)的流通問題 和供求矛盾，使原材料的供給和零部件的生產數(shù)量和生產所需的數(shù)量可以達到一 個最佳值。2）計算機網絡系統(tǒng)的建立使原材料和零部件外購件的采購更及時和滿足實際 需求。3）計算機管理系統(tǒng)的建立加強了宏觀調空功能，使生產中各環(huán)節(jié)生產量更能 滿足實際需求。4）建立成品庫和半成品庫，以解決市場供需的暫時的不一致，充分發(fā)揮企業(yè) 的生產潛力。如前所述，自動化立體倉庫在多個方面具有無可比擬的優(yōu)勢，這些正是一個 現(xiàn)代化企業(yè)所要求和追求的。綜觀國內外的大型企業(yè)，自

27、 60年代始逐步采用自動 化物流系統(tǒng)以來，到今天，立體倉庫已成為企業(yè)生產管理不可缺少的重要組成部 分。本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828自動化立體倉庫中的堆垛起重機堆垛機是自動化立體倉庫中最重要的搬運、起重、堆垛設備，對立體倉庫物 料的出入庫效率有著重要的影響，是立體倉庫能否達到設計要求和體現(xiàn)其優(yōu)點的 關鍵設備之一，通常將其分為橋式堆垛起重機和巷道式堆垛起重機兩種。橋式堆垛起重機是在橋式起重機的基礎上，結合叉車的特點發(fā)展起來的。在 從起重小車懸垂下來的剛性立柱上有可升降的貨叉，立柱可以繞垂直中心線轉動， 因此貨架間需要的巷道寬度比叉車作業(yè)時所需要的小。這種起重機支承在兩側

28、高 架軌道上運行，除一般單元貨物外還可堆運長物件。起重量和跨度較小時也可在 懸掛在屋架下面的軌道上運行，這時它的起重小車可以過渡到鄰跨的另一臺懸掛 式堆垛起重機上。立柱可以是單節(jié)的或多節(jié)伸縮式的。單節(jié)立柱結構簡單、較輕， 但不能跨越貨垛和其他障礙物，主要適用于有貨架的倉庫。多節(jié)伸縮式的一般有 24節(jié)立柱，可以跨越貨垛，因此也可用于單元貨物直接堆碼成垛的無架倉庫。巷道式堆垛起重機專用于高架倉庫。起重機在貨架之間的巷道內運行，主要 用于搬運裝在托盤上或貨箱內的單元貨物；也可以開到相應的貨格前，由機上人 員按出庫要求揀選貨物出庫。巷道式堆垛起重機由起升機構、運行機構、貨臺司 機室和機架等組成。起升機

29、構采用鋼絲繩或鏈條提升載貨臺。機架有一根或兩根 立柱，貨臺上的貨叉可以伸向巷道兩側的貨格存取貨物。貨叉一般為三節(jié)伸縮式， 用齒輪齒條傳動或鏈傳動實現(xiàn)伸縮。這種起重機大多在地面上的一根鋼軌上運行， 水平輪裝在頂部；高度不大時也可以懸掛在巷道頂部的工字鋼下翼緣上運行，水 平輪裝在下部；起重量較小時，可以直接在貨架頂部鋪設的軌道上運行。巷道式 堆垛起重機采用電力驅動，其控制方式有：。1手動控制；C2半自動控制，即起升和運行機構由人操作來改變速度，但在制動時機構能使貨叉自動對準貨格；。3自動控制，起重機備有自動認址系統(tǒng)。隨著自動化立體倉庫的不斷發(fā)展，巷道式堆垛機逐漸取代了橋式堆垛機，具 原因主要有以下

30、幾點：1）與巷道式堆垛機相比，自重很大，必須用比較堅固的建筑結構；2）為使堆垛機的大梁通過，在倉庫大棚與貨架之間要有很大的凈空間；3）橋式堆垛機的通告寬度大，而且也受大梁的跨度的限制。本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828巷道式堆垛起重機的結構及設計要點堆垛機主要由機架、行走機構、提升機構、載貨臺及貨叉、電器控制和各種 安全保護裝置構成。機架機架是由上橫梁、立柱和下橫梁構成的框架，它是堆垛機的主要承載構件， 整機結構高而窄，立柱一般由方管制成。如果堆垛機的高度很高、起重量較大、 運行速度較快，立柱最好由圓管制成。上橫梁及下橫梁一般由槽鋼和鋼板焊接而 成。堆垛機的機架沿大軌運行

31、，為防止框架傾倒，在上橫梁上裝有導向輪。大軌 一般由角鋼、槽鋼或熱扎H型鋼制成。行走機構行走機構主要由電機減速器、行走車輪、導向輪等組成。在堆垛機下橫梁的 下面裝有兩個車輪，車輪一般由鑄鋼制成。在每個車輪的側面有兩個導向輪，以 保證堆垛機能夠在地軌上正常行駛。軸裝式電機減速器裝在前面的車輪上，它帶 動堆垛機在地軌上運行，當切斷電機電源時，電機能夠自動制動，使堆垛機停止 在立體庫的巷道中。提升機構提升機構主要由電機減速器、驅動鏈輪、驅動鏈條、升降鏈輪、升降鏈條、 配重塊等組成。升降鏈條與載貨臺相連接，它與升降鏈輪、力柱的鏈輪及載貨臺 組成封閉結構。當電機減速器通過驅動鏈輪帶動升降鏈輪旋轉時，升降

32、鏈輪再通 過升降鏈條帶動載貨臺上下運動。載貨臺及貨叉載貨臺主要由槽鋼、方管及鋼板焊接而成。在它的每個側面裝有四個導向輪 和一個頂輪，以保證載貨臺能夠沿著升降軌道正常行駛。貨叉是堆垛機中最主要的部分，它主要由電機減速器、鏈輪、鏈條、齒輪、 齒條、下叉、中叉、上叉、軸承等組成。下叉?zhèn)让嫜b有軸承并固定在載貨臺的臺 架上，中叉的下板與工字型導軌相連，上叉的頂板與立板相連，在立板上裝有軸本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828承。貨叉電機通過鏈輪、鏈條帶動齒輪旋轉，齒輪帶動齒條及中叉運動，同時中 叉中的鏈輪通過鏈條帶動上叉沿著中叉的工字形導軌運動。電器設備電器設備主要包括電力拖動、控制、

33、檢測和安全保護。在電器拖動方面目前 主要采用交流變頻調速及交流變極調速。堆垛機的控制一般采用可編程控制器 (PLC)及計算機等。堆垛機必須有自動認址、貨位虛實等檢測功能。電力拖動要 同時滿足快速、平穩(wěn)和準確三方面的要求。安全保護裝置堆垛機是一種起重機械，它要在又高又窄的巷道內高速運行。為保證人身及 設備的安全，堆垛機必須有完善的安全保護措施。主要的安保措施有：終端極限限位保護。堆垛機在行走、升降和伸縮貨叉的終端都應設有限位保 護裝置。聯(lián)鎖保護。堆垛機在行走與升降時，貨叉伸縮電路要自動切斷；相反貨叉伸 縮時，行走與升降電路切斷。正位虛實檢測控制。只有堆垛機在垂直和水平方向停準時，貨叉才能伸縮。

34、另外，堆垛機到某貨格入庫，在伸叉存入貨物前，需要先探測貨格內有無貨物， 以防止雙重入庫，造成事故。載貨臺斷鏈保護。堆垛機正常工作時，起開導軌兩側的偏心輪與導軌脫開， 使載貨臺能夠沿著起升導軌上下運動。當由于以外及長期使用等原因造成提升鏈 條突然斷裂時，偏心輪通過連桿機構及彈簧作用卡在起開導軌的兩側，使載貨臺 不致突然下落。斷電保護。如果載貨臺升降過程中突然斷電，則通過升降電機制動使載貨臺 不致于降落下來。本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828第二章堆垛機機架的結構設計自動化立體倉庫的結構尺寸及運行條件堆垛機作為自動化立體倉庫中重要的起重設備，應該充分滿足生產中所需的 要求，其

35、結構尺寸應根據所應用的立體倉庫的規(guī)格及所搬運貨物的體積、重量等 參數(shù)進行設計。本文所涉及的自動化立體倉庫應用于汽車發(fā)動機零部件生產的物流系統(tǒng)，所 存儲的貨物主要為發(fā)動機汽缸的鑄件、半成品及成品。根據貨物的尺寸和生產規(guī) 模的要求，該立體倉庫的貨格尺寸為80X 70 X 80cm,貨架總共為15層，30歹1，貨架最底層距離地面高度為50cm,因此倉庫貨架的整體尺寸為 24X0.8X 12.5m。堆垛機搬運的貨物的重量不超過 50kg,托盤重量小于5kg,從安全方面考慮， 同時為使堆垛機的運行能力能夠充分滿足生產要求，保證生產活動的順利進行， 將堆垛機的最大承載能力定為 100kg。堆垛機的行走速度

36、為80m/s,載貨臺提升速 度為0.2m/s,貨叉伸縮速度為0.2m/s。機架設計概述機架設計應滿足的一般要求機架的設計主要應保證其剛度、強度及穩(wěn)定性的要求，在此前提下，還應使 機架的重量盡量輕，以節(jié)約材料，降低成本。而且機架還要有良好的抗振性，能 夠將受迫振動的振幅限制在允許范圍內。運行時噪聲小，溫度場分布合理，熱變 形對機架精度的影響小。結構合理，工藝性好，便于安裝與調整。另外有導軌的 機架要求導軌面受力合理，耐磨性良好。機架的設計步驟一、初步確定機架的結構形狀及尺寸機架的結構形狀和尺寸，取決于安裝在它內部與外部的零件和部件的形狀與 尺寸，裝配情況、安裝與拆卸等要求。同時也取決于工藝、所承

37、受的載荷、運動 等情況。然后，綜合上述情況，利用經驗公式或有關資料提供的經驗數(shù)據，同時本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828結合設計人員的經驗，并參考現(xiàn)有同類型機架，初步擬定出機架的結構形狀和尺 寸。堆垛機機架結構草圖如圖2,1所示，由上橫梁、底板和兩根立柱構成框形結構為了便于安裝零件和減輕堆垛機 機架的重量，上橫梁選擇熱扎普通 槽鋼。對于立柱的截面形狀有圓形、 矩形和工字形三種選擇。當截面面 積相同時，圓形截面有較高的抗扭 剛度，宜用于受扭為主的機架；工 字形截面的抗彎強度最大，但抗扭 性很低，宜用于承受純彎的機架； 矩形截面抗彎、抗扭分別低于工字 形截面和圓形截面，但其綜

38、合剛性 最好（各種形狀的截面，其封閉空 心截面的剛度比實心截面的剛度大）。堆垛機在行進和升降貨臺的過程中，拉、壓、彎曲、扭轉均會出現(xiàn)，對抗彎性和抗扭性都有要求，而且所提升的貨物不是很重，因此選擇矩形空心截面。另外，截面面積不變，曾大封閉空心截面的外形輪廓尺寸，減小壁厚，亦可提高截面的抗彎、抗扭剛度。即在滿足相同剛度要求的情況下，通過使用空心的、大尺 寸截面，可以節(jié)省材料，減小立柱重量，節(jié)約成本。根據立體倉庫貨架的尺寸，兩立柱軸線間距離為1.0m。由于堆垛機上導軌與倉庫貨架最頂端橫梁等高，載貨臺最低位置應與貨架最底層等高，所以立柱長度初定 為 11.8m。、常規(guī)計算常規(guī)計算是利用理論力學、材料力

39、學、彈性力學等固體力學理論和計算公式, 對機架進行強度、剛度和穩(wěn)定性等方面的校核，而后修改設計，以滿足設計要求。本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828上導軌設計導軌類型的確定上導軌基本不承受載荷，主要起導向作用，因此在選擇導軌類型時主要從滿 足導向精度方面考慮，即運動的直線度。由2 P9-107表9.3-1,選擇塑料導軌。 該類型導軌在普通的金屬滑動導軌副中的一件(一般在移動件)的導軌面上，用 釘接、粘接或噴涂上一層通用的工程塑料板、纖塑層壓板或者專用的導軌軟帶和 耐磨涂層。塑料導軌的優(yōu)點在于：(1)有良好的自潤滑性和耐磨性。(2)對金屬的摩擦系數(shù)小，因而能降低滑動件驅動力，

40、提高傳動效率。(3)靜、動摩擦系數(shù)相接近，使滑動平穩(wěn)。(4)加工簡單，表面可用通用機械加工方法(銃、包I、磨等)加工。(5)由于塑料較軟，落入導軌中的塵屑、磨?？汕度肫渲?，不會對金屬導 軌面產生拉傷。(6)磨損后，拆除舊的塑料層，更換新的即可。(7)可以減小導軌重量。導軌材料的確定塑料材料，查1 P3-254表3-3-20,選擇聚酰胺(尼龍66),該材料機械性能 較好，可替代金屬用作工程結構，在各種環(huán)境下均能保持優(yōu)良的性能。金屬材料，查1 P3-74表3-1-29,選擇灰鑄鐵HT200,具有較好的耐磨性和 良好的減振性，鑄件粗加工后，需要進行人工時效處理。導軌截面形狀的確定直線運動導軌的截面形

41、狀主要有四種：矩形、三角形、燕尾形和圓柱形，并 可互相組合，每種導軌副之中還有凹凸之分。根據實際情況，由2 P9-108表9.3-2,選擇雙三角形導軌組合方式，如圖 2.2 所示，該方式不需要鑲條調整間隙，接觸剛度好，導向性和精度保持性好。本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828圖2.2滑動導軌剖面每條導軌為對稱凹形三角形導軌，這樣利于保存潤滑油。盡管凹形容易留有 灰塵，但如前所述，塑料導軌可以減小塵粒對導軌的磨損。另外，三角形導軌面 磨損后能自動補償，減小間隙。導軌上部固定于貨架上，每段導軌長度在貨架設 計中確定，此處不作處理。導軌下部固定于堆垛機上橫梁，為減輕堆垛機重量，

42、將其制作成兩個長為100mm的滑塊，對稱焊接在上橫梁槽鋼上。查2 P9-110表9.3-5,得導軌截面尺寸如下：表2-1 導軌截面尺寸BbAa20mm2mm70mm90導軌上、下部分結構尺寸如圖2.3所示:(a)本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828圖2.3導軌尺寸上橫梁的設計上橫梁通過焊接與兩根立柱聯(lián)接，保持立柱間的相對穩(wěn)定性。另外，上導軌 的滑動部分固定于上橫梁上，對其產生下壓力。為保證上橫梁具有一定的剛度、 強度和良好的穩(wěn)定性，按照 GB/T 707-1988標準，選用熱扎槽鋼材料制作。查1 P3-112表3-1-53,初選槽鋼型號為10號，其尺寸參數(shù)如下：本科機械畢業(yè)

43、設計論文 CAD圖紙QQ 401339828表2-2 槽形鋼尺寸尺寸/mm截向向積cm2hbDtr1100485.38.58.54.212.748參考數(shù)值x-xy-yZ0Wx3/cmIx4/cmix/cmWy3/cmIy /cm4iy/cm/cm39.71983.957.825.61.411.52按GB/T 699-1999, JB/T 6397-1992標準,選上橫梁材料為 45號鋼。根據材料力學，上橫梁可看作兩端固定梁，受滑塊的下壓力。當堆垛機行走 時，滑塊所受的摩擦力方向為軸向，在此處可忽略不計。其剪力圖、彎矩圖如圖 2.4所示：圖2.4上橫梁受力圖其中，q勻布載荷，M 一彎矩，Q一剪力

44、計算最大彎矩和最大剪力：V =100 20 100 2 20 30 100-20 10 100 =300cm3 m=V：=300 10，7.25 103 = 2.175kg本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828其中，V導軌下部的體積，m一導軌下部質量，P材料密度，查1 P1-6表1-1-4,灰鑄鐵密度為7.25t/m3qc = mg = 2.175 9.81 = 21.3NFsmax =qc=2.3N(2-1)s,maxM max = qcb = 2.3x (200 +50)父 10,=5.75N m(2-2)梁的橫截面對中性軸的慣性矩Iy = 25.6cm4在受拉一邊的最大

45、拉應力：(2-3)My max1=Iy . _25.75 (48-15.2) 10一 25.6 106= 7.4 106Pa=7.4MPa查1 P3-13表3-1-7,材料的強度極限：0rb = 690MPa ,材料的屈服極限：二1 = 280MPa材料的許用應力為：二=:小/S其中，S安全系數(shù)，S=SiS2s3查1 P1-115 表 1-1-92,S1 =1.2,S2 =1.0,S3 =690280= 2.46則：S = 1.2 1.0 2.46 = 2.95690-234MPa2.95在受壓一邊的最大壓應力:本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828Mymax2(2-4)5.

46、75 15.2 10立25.6 10,= 3.4 106Pa =3.4MPa ：二二橫梁所受的最大拉應力與最大壓應力均未超出許用值，符合要求 中性軸以下半個橫截面面積對中性軸的靜面矩為： HYPERLINK l bookmark73 o Current Document Sy =(4 -d)hd 0d 2t(Zo -d) 225315.2-5.3= (15.2-)100 5.3 2 8.5 (15.2-5.3) HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 22一44= 7.7 104mm4(2-5)最大切應力為:Fs,maxSY maz 一2t Iy(2

47、-6)_ _52.3 7.7 10一2 8.5 10* 25.6 10=0.04MPa:：梁所受的最大切應力遠小于許用切應力,滿足要求立柱設計立柱支撐著載貨臺，是主要的受力部件。因此立柱的抗彎、抗扭強度對堆垛 機的力學性能起著決定性的作用。兩根立柱之間，由上下橫梁連接，下端固定于底板上。立柱上安裝有鏈輪、 鏈條，可通過電機帶動載貨臺的升降運動。立柱體積較大，因此在滿足力學性能要求的前提下，應盡量減小立柱的橫截面面積，以降低重量，按 GB/T 6728-1986標準，選擇結構用冷彎矩形空心型鋼，查1 P3-134表3-1-66,初選尺寸為80X60mm,壁厚4.0mm,截面面積為10.147cm

48、2;按GB/1591-1994標準,查1 P3-19表3-1-8,選擇Q345低合金結構鋼,該材料綜合力學性能良好，低溫性能亦可，有良好的塑性、焊接性和冷彎性，材料的強度極限為（rb=470MPa,屈服極限為（rs=345MPao本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828在工作中，立柱處于最大受力狀態(tài)時，有以下兩種情況：(1)當載貨臺位于立柱最頂部，貨叉完全伸出，并載有貨物時，立柱所受彎 矩最大；(2)載貨臺載有貨物，從立柱頂部向下加速運動時，或載貨臺從下向上提升 貨物，在接近立柱頂部作減速運動時，立柱受到載貨臺與貨物對其靜應力和動應 力的影響。下面對這兩種情況分別進行討論。第一

49、種情況:立柱與載貨臺相對靜止，可將其看作一個整體，貨物對其有勻布載荷，受力 分析如圖2,5所示，回其軸力圖和彎矩圖：圖2.5力柱受力圖a(2-7)(2-8)由圖可得：Fn = qx (0 xl)(0 xl)其中， l立柱到載貨臺邊緣的距離，l =20+ 40 = 60cm_1、1 一 _FN,max = q l = 1(m勿 m臺)g -(100 20) 9.81 : 588.6N11Mmax = -q l2588.6 0.6= 176.58N m由軸力Fn產生的壓應力為:588.610,147 10=0.58MPa本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828在彎矩作用下，以立柱軸

50、線為中性軸，則最大拉應力等于最大壓應力，查 1P3-134 表 3-1-66,該軸慣性矩 I=87.905cm4,由式（2-4）,則：MmayI80 工176.5810=8.04MPa287.905 103查1 P1-115 表 1-1-92,有:S1 =1.2S2 =1.0S3 -345470= 1.36則： S -1.2 1.0 1.36=1.63470二=288MPa 1.63二：二二第二種情況：在已知加速度的情況下，構件的內力計算，可以應用理論力學中的動靜法。 即在構件運動的某一時刻，給每個質點虛加上慣性力，則該慣性力與構件上的已 知載荷和支反力，在形式上構成一組平衡力系。于是，構件可

51、按這種假想的平衡 狀態(tài)來計算內力以及應力。根據該理論有：(2-9)qd = Kdqst ld 二 Kd lstKd =1 a g其中，qd一動載荷集度, qst一靜載荷集度, A ld一動伸長量，A lst一靜伸長量,本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828Kd一動荷因數(shù)，a一加速度為減小沖擊載荷與慣性力，將 a初定為1.5m/s21 . 5則Kd =1=1.159.81Fd = Kd Fst=1 . 1 5I (1 00 20) 9=. 8 1 N676.6 2另外，根據壓桿穩(wěn)定性的概念，對于豎直受軸向壓力的桿件，由于材料的不 均勻和壓力存在偏心，會使桿件的軸線發(fā)生彎曲。此時

52、，若存在橫向干擾力，則 彎曲程度將會增大，即跨中撓度 6增大。當偏心壓力很大時，微小的干擾外力也會引起顯著的撓度曾量，這意味著該 桿件此時已不能正常工作，壓桿的平衡失去了穩(wěn)定性，簡稱為壓桿失穩(wěn)，此時的 軸向壓力稱為臨界壓力，用Fcr表示。對于細長的壓桿，當壓力接近上述臨界力時, 將會因撓度增加過快而不能正常工作；對于中等長度的鋼壓桿來說，隨著壓力的增加，由于彎壓聯(lián)合作用，在危險截面附近將先出現(xiàn)屈服區(qū)，最終發(fā)生彎折而喪 失承載能力。因此，該臨界壓力為壓桿承載能力的上限。堆垛機立柱可看作兩端固定的細長壓桿，在軸向力作用下處于微平衡狀態(tài)，當材料是在線彈性范圍內工作時，即可應用撓曲線的近似微分方程，如

53、圖2.6建立坐標系,MEIy距原點為z的任意橫截面上的彎矩為:M (z) = F將其代入上式中EIy引用記號k2EI(2-10)圖2.6力柱受力圖b本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828則有二階齊次線形微分方程切+ k2切=0此微分方程的通解為：=Asin kz B coskz式中，A和B為積分常數(shù)。壓桿兩端的位移邊界條件是：在x= 0處，8=0在 X= l 處，o =0利用前一個邊界條件可得B = 0于是有 二Asin kz再利用后一個邊界條件，可得到Asin kl = 0如果A等于零，則壓桿各橫截面的撓度均為零，不符合現(xiàn)在的情況。所以欲 使壓桿處于平衡狀態(tài)，則必有：sin

54、 kl = 0滿足此條件的kl值為:kl = m (n = 0,1,2,3,)將k值代回原式，得二 2EI2y(2-11)F = n 2l2顯然，能使壓桿保持微彎平衡狀態(tài)的最小軸向壓力是n=1時，即二2EIyl2查1 P1-7表1-1-6,合金鋼的彈性模量 E=206GPaFcr二2E 3.142 206 109 56.106 10V/二；=818.4Nl211.82本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828Fd Fcr因此立柱能夠保持微平衡狀態(tài)2.6下導軌設計導軌類型的選擇下導軌承受著堆垛機全部的重量，因此對其各方面的性能均有很高的要求。 根據經驗，選擇滾動導軌。滾動導軌是在相

55、配合的兩導軌面之間，放置滾動體或滾動支承，使導軌面問 的摩擦性質成為滾動摩擦。滾動導軌的最大優(yōu)點是摩擦因數(shù)小，動、靜摩擦因數(shù) 差很小，因此，運動輕便靈活，運動所需功率小，摩擦發(fā)熱少，精度保持性好， 低速運行平穩(wěn)性好，移動精度和定位精度高。另外，滾動導軌還具有潤滑簡單(有 時可用油脂潤滑)，高速運動時不會像滑動導軌那樣因“動壓效應”而使導軌起浮 的優(yōu)點。由2 P9-125表9.3-43,選擇滾動導軌中的滾動直線導軌副。滾動直線導軌副的結構與特點一、結構滾動直線導軌副是由導軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板 等組成。當導軌與滑塊作相對運動時，鋼球沿著導軌上的經過淬硬和精密磨削加 工而成

56、的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向器進入返向孔后再進入滾道， 鋼球就這樣周而復始地進行滾動運動，返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地 防止灰塵、屑末進入滾塊內部。鋼球承載的形式，與角接觸球軸承相似，一個滑塊就像是4個直線運動的角接觸球軸承。導軌軸的安裝形式可以水平或傾斜，可根據實際需要，將多條導軌 連接成長導軌。二、特點(1)動、靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動性極好。有利于提高數(shù)控系 統(tǒng)的響應速度和靈敏度。驅動功率小。(2)承載能力大，剛度高。本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828（3）能實現(xiàn)高速直線運動，具瞬時速度比滑動導軌提高10倍左右。（4）采用滾動直線導軌副

57、可以簡化設計、制造和裝配工作，保證質量，縮短 時間，降低成本。導軌副具有“誤差均化效應”，從而降低基礎件的加工精度。滾動直線導軌副的計算一、已知條件堆垛機重量：m立柱=2V立柱P立柱=2M10.147父10乂父11.8父7.9父103 = 189卜9m橫梁=2V橫梁P橫梁=2父12.748父10”父1父7.25,103 = 18.5kg另外載貨臺約重150kg,貨物重100kg,驅動電機、提升電機、鏈條、鏈輪等 其它零部件共重約250kg,則堆垛機總重量約為700kg，移動速度v0 M80m/min , 運動環(huán)境：常溫，無外力沖擊作用。按照以上條件，由機械設計手冊,選擇GGB30AA2P2X3

58、000-3型滾動直 線導軌副。、導軌額定壽命的計算滾動直線導軌副額定壽命的計算與滾動軸承基本相同(2-11)./fcfaCa - L=( K1 w式中，L一額定壽命（kN）Cai額定動載荷（kN）P當量動載荷（kN）Fmax受力最大的滑塊所受的載荷（kN）e 一指數(shù)，當滾動體為滾珠時，e =3K一額定壽命單位，K=50kmfh 硬度系數(shù),/滾道實際硬度（HRCfh 二（58)3.6本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828由于產品技術要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC,故通?？扇?九二1ft 溫度系數(shù)，查2 P 9-127 表 9.3-45, ft = 1fc一接觸系數(shù)，查2

59、P 9-127 表 9.3-46, = 0.81fa 溫度系數(shù)，查2 P 9-127 表 9.3-47, fa = 1fw 溫度系數(shù)，查2 P 9-127 表 9.3-48, fw =1.5查2 P9-131 表 9.3-51, Ca = 276kN(2-12)(2-13)1 - 1 FmaxG 7000 = 1.75kN441 0.81 1 27.6 3L = (- )3 50 = 30886km1.51.75三、導軌壽命時間的計算3, L 103Lh 二Lan 60式中Lh一壽命時間La 一導軌行程長度，取La=3m n一每分鐘往返次數(shù)，取n=130886 1032 3 1 60=8579

60、5h按每年工作日為260天，兩班工作制，每班8小時Lh85795260 8 2= 17.87 年四、摩擦力摩擦阻力受結構型式、潤滑劑的黏度、載荷及運動速度的影響而略有變化, 預緊后，摩擦力增大。摩擦力可按下式計算(2-14)F., - T f式中，F(xiàn)法向載荷本科機械畢業(yè)設計論文 CAD圖紙QQ 401339828f一密封件阻力，每個滑塊座f=5NL 一滾動摩擦力系數(shù)當所受載荷低于額定靜載荷 10%時，由于載荷過小，滾珠間相互摩擦的阻力 和潤滑脂的阻力占有較大比例。這是摩擦力并不隨法向載荷的降低而成正比例地 下降。實驗表明，當 F/C0aA0.1, N =0.0030.005;當 F/C0a =