双立柱堆垛机设计【含三维SW模型、CAD图纸和说明书】
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编号：
毕业设计任务书
题 目： 双立柱堆垛机
学 院： 机电工程学院
专 业： 机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学 号：
指导教师单位： 机电工程学院
姓 名：
职 称：
题目类型：¨理论研究 ¨实验研究 þ工程设计 ¨工程技术研究 ¨软件开发
年12月28日
一、毕业设计（论文）的内容
本次设计是对双立柱堆垛机进行设计，具体内容如下：
1、查阅相关资料，了解双立柱堆垛机工作原理；
2、进行方案选择论证，优选出最佳方案；
3、进行双立柱堆垛机机架结构设计计算，选用合适的上横梁、下横梁和立柱；设计计算行走装置，并选择合适的动力匹配；设计计算起升卷扬机构；设计计算载货台，货叉取货装置；设计安全装置，驱动设备；对所设计结构进行校核。
4、绘制装配图、零件图，编制设计计算说明书；
5、了解相关的国家标准的应用。
二、毕业设计（论文）的要求与数据
要求：
堆垛机最大起升高度3.6m；额定载荷2500kg；水平行走速度10m/min~80m/min；水平定位精度±3mm；水平行走加速度0.5m/s2；垂直提升速度 5m/min~15m/min；垂直定位精度±3mm；货叉伸缩速度5m/min~10m/min；货叉定位精度±3mm；货叉运行同步误差＜5mm；运行回位精度±5mm；
三、毕业设计（论文）应完成的工作
指定整个毕业设计学生应该完成的所有工作包括：
1、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的300-500个单词的英文摘要；
2、独立完成与课题相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）；
3、绘制堆垛机总装配图和主要零部件图，绘图工作量折合A0图纸3张以上，其中必须包含两张A3以上的计算机绘图图纸。
四、应收集的资料及主要参考文献
[1] 任仲贵. CAD/CAM原理[M]. 北京：清华大学出版社，1991.9.
[2] 吴宗泽. 机械设计实用手册[M]. 北京：机械工业出版社，2002.
[3] 朱学敏. 起重机械[M]. 北京：机械工业出版社，2003.
[4] 郭环、禹永伟. 自动化立体仓库中堆垛机的设计[N]. 辽宁：辽宁国能集团铁岭精工机械有限公司，2002.3.
[5] 王新荣, 陈永波.有限元法基础及ANSYS应用[M]. 北京：科学出版社，2008.
[6] 吴宗泽. 机械零件设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，2004.
[7] 杨明忠. 机械设计[M]. 北京：机械工业出版社，2001.
[8] 王明强. 计算机辅助设计技术[M]. 北京：科学出版社，2002.
[9] Mischke,Charles R., Shigley,Joseph Edward. Mechanical engineering design[M]. Boston,Mass:McGraw Hill,2001.
5、 试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件
计算机一台，CAD设计软件（CATIA）
任务下达时间：
2015年12月28日
毕业设计开始与完成时间：
2015年12月28日至 2016年05 月22日
组织实施单位：
机械电子工程系
教研室主任意见：
签字： 2015年12月30日
院领导小组意见：
签字： 2015年12月31日
编号：
毕业设计开题报告
题 目： 双立柱堆垛机
院 （系）： 机电工程学院
专 业： 机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学 号：
指导教师单位：
姓 名：
职 称：
题目类型：¨理论研究 ¨实验研究 þ工程设计 ¨工程技术研究 ¨软件开发
年3月1日
1．毕业设计的主要内容、重点和难点等
一、本次设计是对双立柱堆垛机进行设计，具体内容如下：
1、查阅相关资料，了解双立柱堆垛机工作原理；
2、进行方案选择论证，优选出最佳方案；
3、进行双立柱堆垛机机架结构设计计算，选用合适的上横梁、下横梁和立柱；设计计算行走装置，并选择合适的动力匹配；设计计算起升卷扬机构；设计计算载货台，货叉取货装置；设计安全装置，驱动设备；对所设计结构进行校核；
4、绘制装配图、零件图，编制设计计算说明书；
5、了解相关的国家标准的应用。
二、本次设计重点内容、实现途径
1、堆垛机的结构：先查找堆垛机的相关资料,对堆垛机的结构要有一定的认识。堆垛机基本结构主要由机架、行走机构、升降机构、载货台、机械手（货叉）等装置组成。分析其优缺点，选择合适的研究对象。
2、堆垛机导向方式的选择：先查找堆垛机的导向相关资料，找出目前堆垛机导向的主要方式，再查阅相关资料,对导向的原理和优缺点进行分析，选择合适的导向方式。
2．准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）
一、主要参考文献
[1] 任仲贵. CAD/CAM原理[M]. 北京：清华大学出版社，1991.9.
[2] 吴宗泽. 机械设计实用手册[M]. 北京：机械工业出版社，2002.
[3] 朱学敏. 起重机械[M]. 北京：机械工业出版社，2003.
[4] 郭环、禹永伟. 自动化立体仓库中堆垛机的设计[N]. 辽宁：辽宁国能集团铁岭精工机械有限公司，2002.3.
[5] 王新荣, 陈永波.有限元法基础及ANSYS应用[M]. 北京：科学出版社，2008.
[6] 吴宗泽. 机械零件设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，2004.
[7] 杨明忠. 机械设计[M]. 北京：机械工业出版社，2001.
[8] 王明强. 计算机辅助设计技术[M]. 北京：科学出版社，2002.
[9] 刘昌祺.董良.自动化立体仓库设计[M].北京：机械工业出版社，2004.
[10] 乔玉晶.立体仓库巷道堆垛机控制系统设计[J].自动化技术与应用.2004(11).
[11] Mischke,Charles R., Shigley,Joseph Edward. Mechanical engineering design[M]. Boston,Mass:McGraw Hill,2001.
二、调研情况
近年来，由有轨巷道式堆垛机组成的自动化立体仓库的应用越来越普及，对堆垛机的安全性和运行效率也提出了越来越高的要求。堆垛机定位系统中的认址技术作为控制技术中的关键技术，也自然成为业内人士关注的焦点。根据物流设备发展趋势，针对近几年用户的反映，结合国内外技术现状及发展情况等有关情报资料分析，找出我们存在的主要差距主要体现在运行速度、提升速度、货叉速度、平稳性及认址精度。因此，本课题的研究是极其有必要。
三、现有设备及实验条件
计算机一台，CAD设计软件（CATIA）
3、实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料
一、实施方案计划：
1、先理解并明确自己毕设课题及要求。
2、查找相关资料对堆垛机进行观察并注意每一细节，研究各部分的功能作用。
3、根据堆垛机设计的要求，进行结构的选择及计算。
4、通过老师的指导和自己所学并向别人讨教学习及查阅各种文献资料、手册、图表分析比较做出最可行的结构设计。
5、进行修改，并最后定稿，并且完成计算机绘制图和外文翻译。
6、核查相应的图纸设计、毕业设计论文格式，完成毕业设计，提交论文。
二、进度实施计划：
第一周：了解课题，收集资料和参考文献。
第二周：整理资料，完成文献综述。
第三第四周：初步确定设计方案。
第五第六周：按结构分解堆垛机，计算各结构设计参数。
第七第八周：通过参数确定电机、轴承等标准件参数。
第九周：校核各机构参数，检测方案。
第十第十一周：绘制堆垛机总装配图及零件图。
第十二第十三周：编写毕业设计说明书。
第十四周：检查说明书是否存在问题。
第十五第十六周：准备毕设答辩。
三、预期提交的毕业设计资料：
1、二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中包括详细的300-500个单词的英文摘要；
2、不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）；
3、堆垛机总装配图和主要零部件图，绘图工作量折合A0图纸3张以上，其中必须包含两张A3以上的计算机绘图图纸。
指导教师意见
指导教师（签字）：
2016年 月 日
开题小组意见
开题小组组长（签字）：
2016年 月 日
院（系、部）意见
主管院长（系、部主任）签字：
2016年 月 日
- 3 -
编号：
毕业设计说明书
题 目： 双立柱堆垛机
学 院： 机电工程学院
专 业： 机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学 号：
指导教师：
职 称：
题目类型： ¨理论研究 ¨实验研究 þ工程设计 ¨工程技术研究 ¨软件开发
年 6 月 3 日
摘 要
本次设计主要设计的是双立柱堆垛机。双立柱堆垛机是现代自动化立体仓库中最为重要的组成部分之一，对现代物流有着重要影响，主要功能是可以在仓库中自动行走存取货物。并且本次主要研究的是它的机构方面，并着重设计堆垛机的行走机构、升降机构、货叉机构还有框架等的工作原理及其机构设计，尺寸的确定、方案的选择和各机构零件的设计与选择。
行走机构主要是先从电动机的计算设计选择入手，通过电机的计算选择然后确定皮带轮的型号及皮带的型号进而确定行走轮和轴。升降机构也是先从电机的计算选择入手，通过对卷筒、减速器、钢丝绳和滑轮等的设计得到的。货叉机构对其方案的比较选择，选出三级直线差动机构保证稳定伸缩，再对货叉中的零件进行校核设计选择及对零件的布置来设计的。框架结构主要是保证每一个机构都能合理的安装在框架之上，是堆垛机的整体构架，根据堆垛机框架的几点设计准则来确定框架上横梁、立柱和上横梁的具体尺寸，上横梁和下横梁主要为中空结构保证整个堆垛机机构重量适当，便于安装移动本次设计将其设计为一个长方形框架，具有稳定安全等特点。由于堆垛机之六米高的重型机构就要保证意外避免发生和意外发生后的紧急保护，所以就要对堆垛机的安全装置进行选择设计与安装保证整个机构、人身和仓库财产的安全。最后就可以设计出一个机构完善，安全可靠的双立柱堆垛机。
关键词：双立柱；自动化仓库；巷道；物流；堆垛起重机；设计
Abstract
The design of the main design is a two-column stacker. Double-column stacker is an integral part of modern automated warehouse is the most important, modern logistics has a significant impact, the main function is automatically walking access to the goods in the warehouse. And this is the main aspect of its organization, and focus on the design of running gear stacker, elevating mechanism, fork institutional framework as well as the principle and mechanism design, determine the size, select programs and agencies parts design and selection.
The main running gear is to start calculating motor design choices start by calculating the motor pulley and then determine the choice of the model and the model and to determine the walking belt wheel and axle. Lifting mechanism is calculated starting with the choice of starting the motor, through the roll, reducer, ropes and pulleys designed to get. Fork mechanism of its program of comparative selection elect three linear differential mechanism to ensure stable stretch, and then the forks of the parts to be checked design choice and arrangement of parts to design. The main framework is to ensure that each agency can reasonably mounted on the frame, the overall framework stacker, according to several design criteria stacker frame to determine the specific dimensions of the frame beams, columns and beams on, on the beam and the main beam to ensure that the entire lower body weight appropriate stacker, easy to install mobile this design will be designed as a rectangular frame, a stable security features as a hollow structure. For the six-meter-high heavy stacker mechanism is necessary to ensure the protection of emergency to avoid an accident and after the accident, so it is necessary for the security apparatus stacker selection design and installation throughout the organization to ensure the safety, physical and warehouse property . Finally, we can design a perfect mechanism, safe and reliable two-column stacker.
Keyword: Double Pillar; Automated Three-dimensional Storehouse; Alley; Logistics; Stacking Crane; Design
目 录
引言 1
1 总体运动方案的设计与结构分析 2
1.1 双立柱堆垛机总体的方案选择 2
1.2 主要装置 4
1.2.1底架 4
1.2.2立柱 4
1.2.3升降载货台 4
1.2.4行走机构 4
1.2.5升降机构 4
1.2.6货叉驱动机构 4
2 双立柱堆垛机升降装置设计 4
2.1 电机的选择与计算 4
2.1.1电动机类型的选择 5
2.1.2选择电动机的容量 5
2.2 钢丝绳与滑轮的设计 6
2.3 起重机卷筒的设计 7
2.4 蜗轮蜗杆减速器选取 8
3 堆垛机货叉的设计与计算 8
3.1 链传动伸缩货叉的总体设计方案 8
3.1.1链传动的伸缩货叉的工作原理 8
3.1.2中叉的传动方案设计 9
3.1.3上叉的传动方案设计 10
3.1.4中叉连结板设计 10
3.2 电机和减速器的选择与传动机构的计算 11
3.2.1电机和减速器的选择 11
3.2.2主动链轮的设计与计算 11
3.2.3 下叉循环链中链条末端在中叉两点的确定 13
3.2.4 中叉链轮设计与计算 13
3.3 链轮轴的设计计算 15
3.3.1链轮轴设计与计算 15
3.3.2滚轮轴的设计计算 17
3.3.3 链轮轴承的选择 19
3.4 伸缩货叉的扰度和强度 20
3.4.1下叉的受力分析 20
3.4.2 中叉的受力分析 21
3.4.3 前叉的设计分析 23
3.5 货叉各参数的选择 24
4 堆垛机的行走机构设计与计算 24
4.1 行走轮的设计计算 24
4.2 行走机构的电机选择 25
4.3 V带轮和V带设计计算和选择 26
4.4 行走机构减速器的选取 28
4.5 行走机构的联轴器选取 28
5 双立柱堆垛机机体的支架设计 29
5.1 机架设计计算准则与要求 29
5.1.1机架设计的准则 29
5.1.2机架设计的一般要求 29
5.2 机架的设计步骤 30
5.3 其他装置设计和选择 31
6 结论 33
谢 辞 34
参考文献 35
第 47页 共35页
引言
随着如今世界经济的高速发展和科学技术的日新月异以及全球化的趋势的加强，全世界都面临着从未有过的挑战与机遇。在这种情况之下，在工业化进程中现代物流作为最经济合理的服务模式与管理技术被越来越多的公司企业所重视。其系统的改进和合理性对提高企业生产率、降低生产成本、优化资源配置有着至关重要的作用。而堆垛起重机则是代表着立体仓库的标志，是自动化仓库中的重要运输和起重的设备。本设计从堆垛机的特点与运用入手，重点对堆垛机结构的设计进行初步的设计与研究。
（1）巷道堆垛机的发展现状、优势与发展趋势
如今计算机信息技术的飞快发展，现代企业生产规模的扩大与竞争的加剧，社会市场对企业的物流的要求不断更新，而自动化仓库则是对实现物流的合理化起着关键作用。其优势主要为占地和操作空间小、方便管理和实现自动化、自动结算货物的种类和数量、信息库还可以与中央计算机的系统连网运作等等很多优点，对加快物流的速度、降低生产的成本和提高劳动生产率都有着重要的意义，所以自动化仓库开始受到了越老越多的重视并运用与许多行业。仓库最早是二战时被美国运用与军事物品的存储。在那时这种简单设备就已经有便于物品的存放和管理还有占地空间小等很多有点。到五六十年代国内的大部分厂家也开始应用仓库来存放物品，到八十年代仓库已发展成自动化立体仓库且得到了很广泛的应用。伴随着仓库的不断的发展，从最开始的人力搬运到机械搬运。产品的搬运设备最开始由引导车牵引装有起重机的车厢，并由起重机完成物品的存取和运输。较于之前的方法已具有了降低劳动成本和生产率等优点，可其行走的空间过大，仓库的利用率受到了限制。为了弥补这种缺点，巷道堆垛机也就出现了，它是随着立体仓库的出现而出现的专用起重机构，通常简称为堆垛机。堆垛机为仓库之中最为重要的搬运、起重和运输与堆垛部分，是立体仓库的标志。其出入货的效率对立体仓库有重要的影响，是立体仓库是否达到设计的要求和体现优点关键内容之一。
安现行机械界行业的标准，堆垛机按照用途、支撑方式、结构、运行轨迹、控制方式这几种方式来进行分类，不管是任何一种归类它的主要的组成一般都是由其水平行走机构与载货台及货叉、起升机构、电气设备与机架这几个部分来构成的。堆垛机分类有很多种，分类形式主要有：
1、按照它的导轨。根据其有轨和无轨可以把堆垛机分为有轨堆垛机还有无轨堆垛机。有轨的堆垛机一定要随巷道中的轨道上前进与后退;一般无轨的堆垛机人们又把它叫做高架的叉车。对比之下，有轨堆垛机对宽度的要求小利用率高，作业高度高。
2、按照高度的不同，可分低层型、中层型、高层型。底层型一般起重高度在5米以下，中层型一般在五到十五米之间，高层型的起升高度则是十五米以上。
3、按驱动方式可分为上部驱动、下部驱动和上下结合的驱动方式。
4、还可以按照堆垛机的用途方式的不同把堆垛机分为桥式堆垛机还有巷道堆垛机。
巷道堆垛机的运行方式是沿着仓库巷道内运行，可以让工作的高度达到很高的一个地方；又使用货叉得伸缩原理使得货叉可以前后的伸缩，让仓库利用率成三倍的提高；巷道堆垛机适用各种高度的仓库作业，此外，巷道堆垛机还要具有较高运行速度和效率、较高的电气传动要求和制动平衡、准确的停车、还要有安全装置等特点。
（2）双立柱巷道堆垛机的分类
一般的巷道堆垛机可以按照它的机构的不同来进行分类，可以将其分为双立柱和单立柱的堆垛机。
在单立柱型的堆垛机中它的机架大多都是一根立柱与上横梁和下横梁这几个部分组成而成的框架。立柱大多都是用大的H型钢或者焊接制造，立柱上加导轨。使得质量变轻，消耗材料也随之减少，一般来说它的制造的成本相比之下会较低，可是结构的刚度则会比双立柱的刚度差。因为载物台和货物对立柱具有偏心的作用，在行走和制动的时候会产生水平惯性力作用，让单立柱的堆垛机在应用上具有很大的局限。不能够起重量大、水平运行速度比较高的堆垛机，一般都是用于重量12t以下和高度16m以下仓库。单立柱的堆垛机它的上升和下降大多数也是由钢丝绳来完成的，安装在立柱上的电机可以使卷筒进行转动，带动钢丝绳收和放，使钢丝绳拉动载货台上下运动。它的优点在于结构和布置都比较简单，但是也因此导致单立柱堆垛机运行起来不平稳和定位比较差。
双立柱堆垛机的机架都是由两根立柱与上横梁、下横梁相组成的一个方型架。它的
立柱的形式由方管或者圆管组成。方管也作为起升的导轨，但圆管则需要加上一个起升的导轨才能使载物台上升与固定。双立柱堆垛机的广泛使用的最大优点为强度与刚性都是较为可靠的，且其稳定性也较高。相对于一些起升的高度很高、起重量较大和水平速度快的立体仓库堆垛机，一般使用双立柱。双立柱的上升与下降装置与单立柱的大致相同，但其是由两根钢丝绳两边拉动，相对比较稳定。因链条的传动一般都采用封闭链或者配重装置，虽然因为空间尺寸的限制，它的传动、布置虽然一般比较的复杂，但是它可以较为准确的定位。
1 总体运动方案的设计与结构分析
1.1 双立柱堆垛机总体的方案选择
双立柱与单立柱相比，双立柱具有的强度和刚性都是比较好的，它的运行比较平稳而且定位很准确等等优点，广泛的应用在自动化立体仓库之中，由于这现状，我决定本次对双立柱堆垛机进行研究与设计。
为了让堆垛机可以更准确快速、安全和自动的搬运货物出入库，就须满足以下的设计要求：
（1）需要具有三维的运动功能，可以在高窄的巷道进行升降作业,能有效利用空间,可以适应高层、低层、其他层的货位和站台货位存与取。货叉的长度和伸叉的行程适应托盘的深度与货架的宽度方向尺寸，使得单元负载以正确平稳的地方进入货位之中。存取货的时候，堆垛机行走与升降运动都可以同时进行动作，而且行走和升降的速度匹配，缩短作业的时间。
（2）双立柱堆垛机的机构设计一定要稳定和安全，对它的结构一定要有够大的强度和刚度，行走和上升也要求平稳，同时也要保证一定的定位精度。
（3）具备一定的安全措施；
（4）满足可靠性前提之下，尽可能的减小堆垛机各个部分重量，便于减小提升的功率与摩擦阻力；
（5）零部件按照标准要求使用优质的材料制造，提高堆垛机性能；本次设计的堆垛机需要调整的零件不能过多，要能少就少，这样维护和延长它的寿命就会变得简单；
（6）堆垛机上升和下降的导轨一定要平滑，减少摩擦使其运动稳定；
（7）还要保护仓库的环境，以免货物受到污染造成受损。根据几点设计要求设计双立柱堆垛机总体运动方案。
无轨堆垛机虽然在使用的过程中没有轨道因此节约了仓库地面，可却存在存取时不便控制等缺点，所以我针对有轨巷道堆垛机进行研究与设计。该课题由于采用两条轨道作为堆垛机滑轨可以保证沿伸叉向的平稳，因此上下轨道均采用单轨道来作为滑轨，这样即可节约占地空间又可节约制造成本。
一般堆垛机上升与下降的装置都是使用钢丝绳或是链条来进行传动，在此为了减小堆垛机的体积选择的是卷筒来拉动钢丝绳传动的；在伸缩叉结构中为保证伸缩的平稳的精度使用链轮—链条传动；在行走的部分为达到体积和平稳性要求而采用皮带轮传动。
堆垛机结构简图如图1-1、1-2所示。
图1-1 单立柱结构图 图1-2 双立柱结构图
1.2 主要装置
1.2.1底架
整个堆垛机都是由底架支撑的，两边由四个行走轮所支撑。其全部重力全受力在底架传到四个行走轮上，以上条件就必须要求底架和行走轮一定要具有很好的强度和刚性，保证整个机构的运作。
1.2.2立柱
堆垛机的立柱截面是一个长方形，这里为是载货台平稳运行就要尽量减少它的震动。同时还要在立柱上设计一个使载货台上升和下降的导向槽，让载货台可以安全平稳的准确上升和下降，不回左右摇摆。
1.2.3升降载货台
堆垛机的载货台是一个凹型的形状，它的两边侧面有四个深沟球轴承使其可以平稳的在立柱上进行平稳的升降运动，它的牵引是依靠两条钢丝绳实现的。
载货台的水平支架上有货叉，能够左右滑动来叉取货架上的货物或者将货物放置到货架之上，货叉设为链轮-链条式的驱动。
1.2.4行走机构
堆垛机底上部装有四个行走轮支来撑整机重量运动 ,让堆垛机沿着天地轨的方向进行运动。其前进与后退是由电机来实现的，电机安装在后行走轮上面通过皮带轮来带动轮轴转动实现行走轮的转动。选择的电机是减速电机，它可以改变转速是速度减慢让堆垛机更加的平稳安全。
1.2.5升降机构
堆垛机的升降载货台的上升与下降主要通过双立柱内侧的导向凹槽固定其方向来实现的，通过载货台两边的深沟球轴承在槽内滚动，两根钢丝绳拉动使其上下运动，选择的电动机的减速是通过减速器来实现它的速度降低，让整个机构更加的平稳和可靠。该电机还需要可以让载货台可以停留在立柱上。
升降部分包括有卷筒和滑轮。
1.2.6货叉驱动机构
货叉的驱动机构是由减速电机来驱动的一个链轮链条机构，让货叉可以自由的伸缩取货。电机功率需很小，使得在接触障碍的时候，就算电机堵转了也不会影响堆垛机与叉体安全。
2 双立柱堆垛机升降装置设计
2.1 电机的选择与计算
2.1.1电动机类型的选择
由于异步电机机构的结构比较简单、价格低廉、易于制造、坚固耐用、运行效率高、容易制造，因此本设计的电机选择异步电动机。
因为这次所选的电机可以实现变频调速，很容易满足堆垛机对稳定还有高速的要求。它的变频调速有着启动性能好、调速范围也较宽、速度的变化平稳与完善过电压和过电流的保护功能。
由已知的条件与工作的要求本次设计选用YVF2系列的变频可调速三相异步交流电动机。
2.1.2选择电动机的容量
工作的电动机所需的功率Pw
Pw=FwVw1000ηw (2-1)
式中：Pw-----发动机的功率（kw）
F-----作用力（N）
V-----运行的速度
电机输出的功率P0为
P0=Pwηkw （2-2）
式子中的是电动机到滚筒轴的总效率。
凸缘联轴器的效率取η联=0.99；滚动轴承的效率取η滚=0.995；蜗杆的传动效率取η蜗=0.82；卷筒的传动效率取η卷=0.95
则有 η=0.99×0.9952×0.82×0.95=0.764，
因 PW=Fw.vw1000ηw=2500×9.8×15/601000×87%≈7.0
所以有 P0=PWη=70.764=9.2kw
由于要求的载荷必须平稳，我们所选的电机功率Pw不必过大于P0，查看Y2系列的三相异步电动机技术手册可以选到合适电机，其Pm为11KW，因此本机构所使用的电机是YVF2-180L-8。
2.2 钢丝绳与滑轮的设计
（1）所用钢丝绳的选择
按照GB3811—83的计算考虑全面，计算很精确，计算的方法如下：
d=cFmax （2-3）
式子中：d-----钢丝绳的最小直径mm；
F-----钢丝绳的最大静拉力N；
C-----选择系数mm/N。
选择系数c的计算如下：
c=nkwπ4σb （2-4）
式子中：n-----安全系数；
k-----钢丝绳的捻制系数；
w-----钢丝绳的充满系数。
一般来说起升机构的n值取6；选择钢丝绳，则有k=0.98；钢丝绳的充满系数为w=0.46， σb=1850MPa。
则有 c=60.98×0.46×π4×1850=0.096
钢丝绳拉力为 Fmax=mg （2-5）
已知条件 m=3000kg,g=9.8N/kg;
因为是由左右两根钢丝绳同时作用的所以可求得单根钢丝绳上受的力为
Fmax=1500×9.8 = 14700N；
由此可算得 d=cFmax= 0.096×14700 = 11.64mm
依据GB8918-88 可选取d=12mm。
所以所选的钢丝绳为： 12NAT619S+1WR+NF1670ZS35.2723.59GB8918-88
由计算出来的结果参考滑轮和钢丝绳之间的匹配关系表，可得d=12mm的滑轮外径D=315mm，轴径是D0=45mm；可选用A型滑轮；
因此所选滑轮的型号为： 滑轮A12315-45 JB/T9005.3
2.3 起重机卷筒的设计
卷筒上的螺旋槽的部分长为
L0=(HmaxπD1+Z1)P （2-6）
双联卷绕卷筒的长度为
LS=2L0+L1+L2+Lg （2-7）
式子中：D1-----卷筒名义的直径,D1=hd
d-----钢丝绳的直径
Hmax-----最大的卷起高度
a-----滑轮组的倍率
-----卷筒的计算直径
-----固定的钢丝绳安全圈数
L1-----无绳槽卷筒的端部尺寸
L2-----固定端的尾端所需的长度，L2≈3P
已知的有：d=12mm，Hmax=800mm，查找GB/T3811-1983得h常取用6
D1=hd=12×6=192
则有 D0= D1+d=192+12=204mm
查询机械设计手册表8-1-60可知取D0=315mm
为绳槽槽距查找表可得卷筒槽形又得P=14mm，槽底半径是R=6.5mm。
选取Z=2，则有
LS=2（198+60+20）+44=600mm
可知卷筒的标记是：卷筒A315×600-6.5×14-6×1左JB/T9006.2-1999
2.4蜗轮蜗杆减速器选取
由于蜗杆和电机轴是通过凸缘联轴器相连起来的，所以蜗杆的转速和电机轴的转速是相等的，升降装置中的减速器可以通过机构的传动比来从标准中选取。
升降机构的传动比为：
（2-8）
式子中：------电动机的额定转速；
------卷筒转速,n=6×104V4πD=11.97
将相关的数据带入到式（2.8）之中得：i=72011.97=60.15
查看减速器与变速器的设计与选用手册，本次设计所使用的型号是：
SCWS 250-63-IIFJB/T6387。
3 堆垛机货叉的设计与计算
3.1 链传动伸缩货叉的总体设计方案
3.1.1链传动的伸缩货叉的工作原理
堆垛机一般所使用的货叉大部分都由三级直线差动的机构组成，该结构货叉都是有动力驱还有上、中、底三个叉与导向部分这几个组成，它的底叉是固定在载货台的，它的中叉则是链轮链条驱动之下，可以相对于底叉的两侧伸出适当距离，而上叉又是在安装在中叉之上增速机构的驱动之下可以相对中叉来伸出更加远的距离，如此来实现向货物的存取。
堆垛机的运动机构是一种三层的直线差动机构，其原理如图3-1所示。它的固定货叉一是固定于巷道的堆垛机的自动升降台之上的，在上面还安装有两个链轮还有电动机。要想实现上层的货叉可以增倍的平移，还要在中间货叉5的两端安装两个可以转动链轮2，链轮在这里就等于是两个动滑轮，下图中和左边链轮所啮合链条则是固定于上下货叉右端；和右边链轮所啮合链条则是固定于上下货叉左端。首先中叉5在移动的时候，可以用链轮和链条来驱动，它的上叉8就会比中间货叉的两倍速度和路程伸出。中间的货叉每当相对于固定的货叉水平的位移1/3总长度的行程，它的上叉就会相对于中间的货叉平移2/3总长度行程，使得可以附合货叉的伸缩行程和动作的要求。
这一种3级的直线差动机构特点都为上叉比中叉伸出的距离是伸出总的2/3它的中叉又伸出的行程有是总的1/3，上叉于中叉、中叉与下叉都有适合的导向接触的长度，可以保证它的3层货叉在伸出的时候相对刚度的要求。还有它的三层货叉处在相对的运动，可以使用滚轮和滚道这一种纯滚动的摩擦，使得最大限度的去减小它的工作摩擦和阻力。
图3-1 货叉3层直线差动机构原理图
1． 固定的货叉 2.固定的链轮 5.处于中间的货叉 7.传动的链条 8.最上面的货叉 9.上叉的滚轮
3.1.2中叉的传动方案设
堆垛机货叉关于中叉的传动，一般多采用齿轮齿条传动或链轮链条传动，本设计欲采取链轮链条传动如图3-2所示。链传动的优点是无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率高；又因链条不需要像带那样张得很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；链条采用金属材料制造，在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑；与此同时，链传动还有一个很好的的优点，那就是链传动还可以在高温与潮湿环境之中工作，满足了各种环境的要求。
链条的传动和齿轮传动互相对比，链条传动制造和安装的精度可以要求很低，其成本也不高。同时它在进行远距离的传动时，它的结构可以比齿轮简单很多。所以在这次传动的选择中选取了链轮链条的传动。
同时链条传动的主要缺点也有几点：运行的时候不可以维持恒定瞬时传动比；也只可以实现平行轴之间链轮同向的传动；在工作久磨损以后容易发生跳齿现象；工作之时会有噪声的出现；不适合在载荷的变化非常大、速度快与快速的反向传动中。
中叉传动机构中，把两个链轮固定于下叉之上，它的链条另外两段则固定于中叉之上，为保证货叉伸出长度，还有考虑货叉为两个方向伸出来，而且中叉在移动的时候为防止固定于下叉的链轮链条这两个互相阻挡住，因此要在中叉上寻找合适两点用来固定住链条末端，使得和下叉两个链轮构成完整封闭循环链。就可以在电动机驱动之下，让链轮的传动，拉动中间的货叉往左或者往右运行达到要求的长度，这样就可以完成货物的存放。根据货叉运动的距离算出中间货叉的两点如下图：
图3-2 货叉的运动简图
1．下叉 2.中叉 3.链轮 4.上叉 5.链条
3.1.3上叉的传动方案设计
堆垛机的货叉大多数使用的是直线差动的结构。
中间的货叉两端端安装2个能自由转动链轮，使2个链轮可以等于滑轮组机构的2个动滑轮，和左边链轮啮合链条都固定于其上下货叉右边,和右边链轮啮合链条都固定于其上下货叉的左边。齿轮和齿条传动的速度与行程增倍的机构原理是相同的，在中间的货叉在其方向上位移的时候，就可以使链轮链条带动，上货叉会以中间货叉2倍速度和行程向滚轮的中心位移方向进行水平的移动，最后就可以实现其三层货叉自由的伸缩与倍增的运动。
3.1.4中叉连结板设计
对于中叉联结板，考虑到结构的设计，需要将联结板与滚轮通过轴连在一起。但是由于货叉采用的是直线差动式结构，上、中、下三叉是逐级运动的，并且通过滚轮滑动。当上叉伸到最大长度时，考虑到滚轮的数量必须达到货叉的平衡。所以中叉联结板上轴孔的位置与数量应充分考虑货叉的平衡，为了保证货叉的平衡，应使货叉在移动的过程中，必须至少有两个滚轮支撑着叉板。其设计结构如图3-3、3-4所示：
图3-3 联结板主视图
图3-4 联结板的左视图
3.2 电机和减速器的选择与传动机构的计算
3.2.1电机和减速器的选择
已知的有：上叉的伸缩叉速度是V=6m/min，所载的货物重量是G=2500kg，货叉长为1500mm，伸出1650mm。
电动机功率的计算：
根据货叉的常用场合所取的摩擦系数f是：0.1
所以电机计算功率 P= F ×V (3-1)
= f×G×V
= 0.1×25000×0.1W= 250W
查机械设计手册得：
滚动轴承使用的是深沟球轴承它的传动效率是：0.99
联轴器传动效率：0.99
中叉链传动效率：0.96
上叉链传动效率：0.96
减速器传动效率：0.96
滚轮传动效率：0.85
余量系数为1.3
所以总效率η=0.99×0.99×0.99×0.96×0.96×0.96×0.85=0.73
电动机的功率:
P=1.3FVη=1.3×2500×0.10.73=445.2W （3-2）
最后根据各种要求所选则的电机参数是:
选取的的电动机功率是1.1KW，选择的电机型号则为：YVF2-90S-6
它的转速是980r/min,采取的安装型式本设计选择的是B3
减速器的传动比为i=980/11=89
则选的减速器型号为TZSD112
3.2.2主动链轮的设计与计算
1.已知的条件：电动机所传动的功率是P=1.1KW，主动链轮的转速为n1= 11r/min,任务书所给出的上叉的伸出速度为0.1m/s
设计的内容包括：确定链条型号、链轮齿数Z1、Z2，链节数Lp还有排数，以及链
轮的结构、材料和几何尺寸，链传动的中心距a、压轴力Fp、润滑方式和张紧装置等。
设计的步骤有：
（1） 传动比i=1：1
（2） 计算当量单排链计算功率Pca
Pca= KaKzKpP （3-3）
可以由已经知道的要求可查表有 Ka=1.0 Ka是工况系数；Kz=1.54 Kz是主动链轮齿数的系数；
则有 Pca=1×1.541×1.1=1.694kw
（3）确定链条型号和节距p
链条的型号是由单排链的计算功率Pca和主动链轮的转速n1，通过查表可以选取链条的型号是08a，我们又可以依据型号能知道节距p是12.7mm。
（4）链轮的齿数确定：
链轮直径d = p/sin(180o/z)；
由已知条件可以得出，货叉的上叉收缩速度是0.1m/s 由于本设计所选用的货叉机构是个差动倍增结构，因此可以算出中叉的收缩速度是0.05m/s；所以下叉链轮的线速度是0.05m/s；
链轮转速11r/min=0.367πrad/s
因此d= 0.050.367π=0.043m
d = p/sin(180o/z)及p=12.7mm得z=10.49
选取的链轮齿数为z=11
继而可得到链轮直径尺寸为
d=12.7/sin（180°/11）=43.5mm
(5)计算链节数与中心距
初定中心距：a0=1344mm
按下式计算链节数：
Lp0=2a0p+z1+z22+z1-z22π2pa0 （3-4）
则有
Lp0=2×1344/12.7+（11+11）/2+0=222
由于要避免使用过渡链节，所以Lp0要取圆整成为偶数则Lp=222
（6）链长度：L=Lp×p=222×12.7=2819.4mm (3-5)
（7）计算中心距：
ac=P2lp-z
=12.7(222-11)/2 =1339.85mm
(8)计算链条速度v：平均链速按公式
v=z1n1p/(60×1000) (3-6)
得：
V=0.025m/s
(9)有效的圆周力为:Ft =1000pv=0.508KN (3-7)
压轴力为：Fp≈FtKFp=1.05×0.508KN=0.533KN
由此可知主动链轮的主要参数：
链条型号08a 节距p=12.7mm，z=11
分度圆的直径为d = p/sin(180o/z)=43.5mm （3-8）
齿顶圆直径为da=damin=d+p×(1-1.6z)—d1 (3-9)
=43.5+12.7×0.855-8=46.36mm
damax=d+1.25p-d1=43.5+1.25×12.7-8=51.38mm (3-10)
齿根圆的直径为：df=d-d1=43.5-8=35.5mm (3-11)
齿高ha：hamin=0.5（p-d1）=0.5×（12.7-8）=2.35mm (3-12)
确定的最大轴凸缘直径：
dg=Pcot180°z-1.04h2-0.76=12.7×cot16.36°-1.04×12.07-0.76=29.87mm
取dg=29mm
齿宽：bf1=0.93b1=0.93×7.85=7.3mm
齿侧倒角：ba=0.13p=0.13×12.7=1.65
齿侧半径： r=p=12.7mm
3.2.3下叉循环链中链条末端在中叉两点的确定
在这次设计中上叉相对下叉伸出的长度是1650mm，而货叉本身的长度是1500mm，由于直线差动倍增的原理，中叉要相对于下叉移出a的距离，继而上叉就会移出2a距离，所以可知3a=1650，可以得到a=550 因此可以知道中间货叉位移的的最大的距离是550，中间货叉上的链条末端离中心的距离可定为0到190；同时也要保证下叉零件的布局，所以选择固定于中叉链条位置为中心45mm。如此在中叉移动过程时，就可以达到所需位置。
3.2.4中叉链轮设计与计算
由任务书可以知道上货叉的收缩速度是0.1m/s,货叉的电动机额定功率则P=1.1KW，其载荷都是平稳的，中心线是沿着水平布置的。
1.所选择的链轮的齿数：选择链轮齿数为z=11
2.计算的功率：
依据表查有Ka=1.0，Kz=1.52，单排链，则计算功率为
Pca=Ka×Kz×P=1.0×1.52×1.1=1.6KW (3-14)
3.选择链条型号和节距：
由Pca=1.6KW与链轮的转速可以查找表，就可以选出链条型号是08a，其节p=12.7mm。
4.计算链节数与中心距：
初选链轮链条固定端的位置：
左边链轮中心距左端的距离是135mm,右端上叉链条固定处距右端的距离195mm,右端下叉链条固定处距右端的距离为150mm.而链条绕链轮半个圆周。
由公式d=psin180°z=43mm (3-15)
根据这些数据可以计算出链条长度：
L=π×43/2+2×1500-2×135-195-150=2452.5mm (3-16)
由链节距P=12.7mm,可计算链节数：
Lp= LP =2452.5/12.7=193.1节 (3-17)
链条的节数圆整为194节。
同理可以知道：右端链轮中心距离右端的距离为135mm,左端上叉链条固定处距左端的距离195mm,左端下叉链条固定处距左端的距离为150mm.而链条绕链轮半个圆周，由公式
d= psin180°z =43.5mm
由这些数据可计算链条长度：
L=π×43.5/2+2×1500-2×135-185-150=2452.5mm (3-18)
由链节距为P=12.7mm,可以计算链节数为：
Lp=LP =2452.5/12.7=193.1节 (3-19)
链条节数圆整为194节。
5.计算其压轴力Fp
有效的圆周力为Fe=1000 Pv =1000 ×1.1/0.1=1100N (3-20)
查机械设计书有链轮在水平布置的时候压轴系数是KFp=1.15,因此压轴力
Fp=KFp×Fe=1.15×1100=1265N (3.21)
中叉的链轮的参数计算为：
分度圆直径d = p/sin(180o/z)=43.5mm (3-22)
齿顶圆直径da=damin=d+p×(1-1.6z)-d1 (3-23)
=43.5+12.7×（1-1.6/11）-7.92
=46.43mm
damax=d+1.25p-d1=43.5+1.25×12.7-7.92=51.46mm (3-24)
齿根圆的直径：df=d-d1=43.5-7.92=35.58mm (3-25)
齿高ha：hamin=0.5（p-d1）=0.5×（12.7-7.92）=2.93mm (3-26)
确定的最大轴凸缘直接：
dg=Pcot180°z-1.04h2-0.76=12.7×cot16.36°-1.04×12.07-0.76=29.87mm
取dg=29mm
齿宽：bf1=0.93b1=0.93×7.85=7.3mm
齿侧倒角：ba=0.13p=0.13×12.7=1.65
齿侧半径： r=p=12.7mm
3.3 链轮轴的设计计算
3.3.1链轮轴设计与计算
（1）最小直径
D ≥ A03Pn =31.95mm (3-28)
A0的值取自《机械设计》表15－3取110，综合各种因素取D=35mm
（2）轴上的零件布置方案
链轮轴上面应该有链轮、轴承与弹性挡圈。链轮部件的轴向的定位通过轴肩实现定位的，因为其链轮是张紧轮所以不用轴向定位不必加键，它的弹性挡圈固定要用挡圈槽固定。轴一般在变化应力下工作，轴截面的尺寸改变的位置会出现应力的集中，轴的疲劳破坏一般都是在此处发生。想要升高轴疲劳强度，就要尽量的减少它的应力集中源还有降低它应力集中程度。还要保证轴上各零部件安装，在安装的时候还用防止轴会发生转动，要在左端开个刀槽，这样就可以放进螺丝刀。
它的布置简图为下图3-5所示：
图3-5 链轮轴的装配图
（3）轴的校核
已知有：链轮的压轴力Fp=533N,链轮的转矩T=95.5×105Pn， (3-29)
则T=95.5×105×1.144=2.39×105N.mm
1.求支反力:FB=533N （3-30）
2.计算弯矩
AB段：Mmax=33×533=17589N.mm
BC段：M=17589N.mm
3.计算扭矩
AB段：T=0,BC段：T=Me=2.39×105N.mm (3-31)
4.做弯矩图与扭矩图3-6。
5.应用第三强度理论校核有公式
σca = M2+Tα2W,其中=0.3；W=0.1d3=4665.7mm3
= 175892+0.3X23900024665.7
= 55.3MPa （3-32）
由表查得45钢的许用弯曲应力σ-1=60MPa
55.3MPa＜60Mpa,故上述轴的设计合理。
图3-6 主动轮轴受力分析及扭矩弯矩图
3.3.2滚轮轴的设计计算
（1）最小直径
D ≥ A0=11031.156=29.59mm (3-33)
A0的值取自《机械设计》表15－3，综合各种因素取D=30mm
（2）轴上零件的布置方案
要使滚轮轴向的定位规定,轴上就要设计一个轴肩,因为滚轮左边用弹性的挡圈固定住，弹性的挡圈固定就要用挡圈槽来保证,所以还要在轴上和滚轮配合的地方开个挡圈的槽。又因为轴一般来说都是在变化的应力之下工作，所以轴截面的尺寸变化的地方就会有应力集中的出现，同时轴的疲劳破坏大多数也是这一地方出现。想要提高轴疲劳强度，就必须想办法减少应力集中的地方与降低应力集中程度。由于轴上的各个零部件安装时要避免轴会转动，还要在左端开一个槽，就可以放进进螺丝刀。
它的布置方案如图3-7。
图3-7 滚轮轴装配图
（3） 轴的校核
已知滚轮的压轴力F=mg=25000N，滚轮的扭矩T=25000N*225mm=5625N*m
求支反力F=25000N （3-34）
1、计算弯矩
AB段Mmax=9×106N∙mm BC段M=0
2、计算扭矩
T=5625N∙m=5.62∙105N∙mm (3-35)
3、做弯矩图与扭矩图3-8所示。
4、应用第三强度理论校核有公式
σca=M2+Tα2W 其中=0.3；W=0.1d3=2700mm3 (3-36)
=（9X106）2+（5.62X105X0.3）22700=58.6MPa
由表查得45钢的许用弯曲应力σ-1=60MPa
58.6MPa＜60Mpa,故上述轴的设计合理。
轴受力分析及扭矩弯矩图如图3-8：
图3-8 滚轮轴受力分析及扭矩弯矩图
3.3.3链轮轴承的选择
链轮的压轴力Fp=533N,即径向力Fr=533N,轴向力Fa=0,即该轴只受径向力，不受轴向力。
链轮轴轴承的轴承选用深沟球轴承，其性能和特点是：主要受到的是径向的载荷，同时也能够承受一定的轴向载荷。接下来预算轴承的使用寿命，通过查找教材机械设计
第九版书P316，得：
La=10660nCPϵ
注：对于球轴承ϵ=3，对于滚子轴承ε=103
预算轴承的使用寿命为10年，每天工作8h，每年300天计算，则有：
Lh=10×8×300=24000h
通过叉机械设计书，求的轴承的当量载荷：
P=fdXFr+YFa
查机械设计表13-5，可知X=1，Y=0, fd=1.2则，
P=1.2×533N=639.6N
所以，C=P360nLh、106=639.6360×24000×44106=1.18KN
通过查《机械设计基础》P144，表15-3深沟球轴承（摘自GB276-89），可知，应该选取D的轴承为6007，满足使用要求 。其主要参数为d=35，D=62，B=14。
3.4 伸缩货叉的扰度和强度
设计的货叉是插入货架中存取货物的部分,要使厚度尽可能的薄,还要使货叉的前端扰度控制在最小范围内，作为设计的目标。
货叉各参数如下:
W: 载荷
I ,I, I: 是下叉中叉和上叉重力方向惯性矩
E: 材料的纵弹性系数
货叉的尺寸图如图3-9所示：
图3-9 货叉的尺寸图
3.4.1下叉的受力分析
下叉的受力如图3-10所示
图3-10 下叉的受力分析
货叉进行受力分析的时候，在AC段内取距A端为x的任意截面作为研究的对象，因此有该截面上产生的反力为P=W l/b
ax l时的弯矩方程为：
M= - P(x-a) （3-39）
用积分法求得BC端截面转角为：
i = i-dx= i- [+(x-a)] （3-40）
BC端截面挠度为：
= ix-dx= ix-[+(x-a)] （3-41）
当x= 0时,A端的截面转角
i= -( +b) （3-42）
当x=l时，将式子（3-41）代入式子（3-40）与式子（3-39）之中，可以计算出在c处的转角与挠度。
= -
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