机械毕业设计（论文）-FMS中物流输送系统机械结构设计【全套图纸】

I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 FMS 中物流输送系统机械结构设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 FMS 是输送系统中的重要组成部分，合理的机械结构设计有利于物料的 更好的运输。从而节省了大量的劳动力与财力。FMS 的合理设计占举足轻重 的地位。合理的存储、运输系统的通过 FMS 的结构设计，使学生对 FMS 中的 物流系统有一个更为感性、深刻、全面的认识，从而由导师确立的课题。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 毕业论文是最后阶段对大学四年知识的检测。通过课题的设计，使学生合 理得使用所学到的各种知识和文化，从而进行对所学知识合理运用能力的检 测。同时学会二维、三维软件、以及 word 文档的运用。完成任务书、开题报告、 实习报告、外文翻译等。 II 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 95 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 自动化立体仓库是一项合理运输、存储物料的技术工程。立体货架是它主要的标志， 它的基础是配套先进运输的机械设备，运用计算机的强大控制技术，实现运输、存储的 机械自动化的功能，是目前先进的仓库。它占地小、存储量大、周转快，是机电一体化 的产物。它集储存功能、运输功能、管理功能于一体。 紧接着本文重点研究了各种输送设备的结构设计方案，适用场合以及具体设计计算 进行了讨论。并按照其提供的设计方法，综合考虑各种因素，设计出一个小型立体仓库 的输送系统。该输送系统的主输送机采用滚筒输送机，回库输送设备采用履带式输送机， 出/入库输送机采也用带式输送，换向输送机的主体结构与出/入库输送机基本相同，换向 机构采用气动装置。然后分别对各输送机进行了具体的结构设计和计算校核，最后给出 设计的最终结果。 关键字：关键字：立体仓库；立体货架；输送机 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 IV Abstract Automated three-dimensional warehouse is one of the multi-warehousing science and technology projects. It mainly marked by high-level three-dimensional shelf to complete advanced handling equipment based in advanced computer control technology as the main means of achieving handling, storage mechanization, automation, new modern warehouse storage management. It has small area and large stocks. The advantages of quick turnover are information collection, storage, management with the integration of high-technology-intensive products. This paper gives emphasis to the configurations of all kinds of transportation equipments，the occasion that suit for and calculations of design and intension checkout. According to design method that provided, making a comprehensive survey, we had designed a mini type transportation equipments of automated three-dimensional warehouse. Transportation equipments are the important conveyable equipments of flow-rack automated storage and retrieval systems. It not only has horizontal and vertical travel model, but also whole case and salver travel model. Whatever the forms of travel, the size and weight of storage goods decides the main parameters of transportation equipments. Moreover, the load rate in unit time is also important. Unit load and flow-rack automated storage and retrieval systems are widely used in the transportation equipments now. Key words:three-dimensional warehouse;three-dimensional rack;transportation equipments V 目目 录录 摘 要.III ABSTRACTIV 目 录 V 1 绪论.1 1.1 论文研究内容和意义.1 1.2 国内外的发展状况.1 1.3 本课题应达到的要求1 2 小型 FMS 立体仓库输送系统设计方案讨论.2 2.1 总体设计思路.2 2.2 最终设计方案确定.2 3 滚筒输送机的设计.4 3.1 滚筒输送机传动及动力部件机械结构设计.4 3.2 滚筒输送机输送部件机械结构设计.4 3.3 滚筒输送机总体机械结构设计.4 3.4 基本结构尺寸与受力计算讨论.5 3.4.1 原始参数5 3.4.2 基本结构尺寸参数计算5 3.4.3 受力计算讨论7 3.5 滚筒输送机设计结果.16 4 带式输送机的设计.17 4.1 带式输送机传动及动力部件机械结构设计.17 4.2 带式输送机总体机械结构设计.17 4.3 链传动尺寸计算与受力校核.17 4.4 带式输送机设计结果.20 5 出/入库输送机的设计22 VI 5.1 出/入库输送机传动及动力部件机械结构设计22 5.2 出/入库输送机输送部件机械结构设计22 5.3 出/入库输送机总体机械结构设计22 5.4 主轴设计及校核计算.23 5.5 出/入库输送机设计结果26 6 换向输送机的设计.27 6.1 换向输送机传动及动力部件机械结构设计.27 6.2 换向输送机输送部件机械结构设计.27 6.3 换向装置机械结构设计.27 6.4 换向输送机总体机械结构设计.28 6.5 换向输送机主轴上轴承的校核计算.29 6.6 换向输送机设计结果.30 7 总结与展望.31 7.1 结论.31 7.2 不足之处及未来展望.31 致 谢.32 参考文献.33 FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 1 1 绪论绪论 1.1 论文研究内容和意义论文研究内容和意义 本论文主要针对自动化立体仓库输送系统的一切设备进行必要且深入的研究，用了 较大的篇幅对不同输送设备的机械结构进行了系统的研究，如重力输送机，动力输送机， 圆带滚子输送装置，空间输送机，滚筒输送机及其换向装置。 最后根据前面章节所提出的基本法方法，基本原则以及设计实例，设计出一个小型 立体仓库输送系统，它包括两台滚筒输送机的设计及计算，一台带式输送机的设计，两 台出入库输送机和两台换向输送机的设计。 本论文在把主要篇幅给予输送系统设备的同时，也把一部分篇幅用于物流系统概论 以及自动化立体仓库的阐述。在绪论中，我就对这部分内容做了深入浅出的介绍。这部 分内容包括何谓物流系统，物流系统在国内外的发展状况，以及其在中国的前景以及本 论文所达到的相关要求。 1.2 国内外的发展状况国内外的发展状况 物料输送系统是将物料通过输送装置，运输、存储到指定的位置。其经过几十年的 发展，得到了飞跃的发展与完善。随着科技的发展，它在机械制造及其自动化中起着越 来越不可替代的作用。 1967 年英国研制并建造了 FMS 系统。通过几十年左右的发展与完善，FMS 已由实 验转变成实用。据不完全统计，世界于 1990 年投资达到约 140 亿美元，欧洲占 50%，日、 德、美、俄、英等领先工业国家已经投入资金于 FMS，并得到了成功运行。汽车的换代 需要十五年，而通过 FMS，已经降至不满五年了，机械制造及其自动化得到了飞跃的发 展，从而节约了大量的劳动力， 由此可知，FMS 使机械制造及其自动化的发展程度大幅 的提高。 1984 年中国开发并研制了第一个 FMS 系统，其落后于西方国家 17 年。中国的首个 FMS 系统由北京的机床研究所投资研制成功的。中国虽然并未大面积普及 FMS 系统，但 在将来 FMS 定会在中国大部分地区流行。 1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 通过毕业论文的设计，从而了解物料输送系统、立体仓库等，进而进行独立的输送 系统的设计。 毕业论文是最后阶段对大学四年知识的检测。通过课题的设计，使学生合理得使用 所学到的各种知识和文化，从而进行对所学知识合理运用能力的检测。同时学会二维、 三维软件、以及 word 文档的运用。完成任务书、开题报告、实习报告、外文翻译说明书 等。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 小型小型 FMS 立体仓库输送系统设计方案讨论立体仓库输送系统设计方案讨论 2.1 总体设计思路总体设计思路 1 设计背景 我国自动化仓库正处于不断发展和完善阶段，世界主要工业国家都把着眼点放在开 发性能可靠的新产品和采用高技术上。近年来，国内外在建设物流系统及自动化仓库方 面更加注重实用性和安全性。大型自动化仓库系统已不再是发展方向。为了适应工业发 展的新形势，出现了规模更小、反应速度更快、用途更广的自动化仓库系统。它是把先 进的控制技术应用到分段输送和技预定线路输送方面，保持高度的柔性和高生产率，满 足于工业库存搬运的需要1。标推的模块式自动化仓库系统已引起人们的关注，这种系统 在硬件和软件方面比传统的根据用户要求而提供的自动化仓库有更多的现成产品。这种 模块式系统的价格一般也比较适中。 2 设计要求 立体仓库输送系统要求注重实用性和安全性；规模小、反应速度快、用途广；具有 更短的操作周期和更高的生产能力；同时性价比高，成本低，外形美观。 3 设计方案 本输送系统是一小型 FMS 立体仓库的输送设备，根据以上设计要求，我的设计思路 与方案为:输送系统的主输送机为滚筒输送机，回库输送设备采用履带式输送机，出/入库 输送机采也用带式输送，换向输送机的主体结构与出/入库输送机基本相同，换向机构采 用气动装置2。 2.2 最终设计方案确定最终设计方案确定 经过讨论，现决定输送系统的主输送机采用滚筒输送机，回库输送设备采用履带式 输送机，出/入库输送机采也用带式输送，换向输送机的主体结构与出/入库输送机基本相 同，换向机构采用气动装置，换向方案采用转台模式3。整个输送系统成 U 字型，如图 2.1 所示货物采用托盘托运，出/入库输送操作由系统的主输送机滚筒输送机完成，分别 由两路输送，彼此分开。带式输送机则在中间，连接着两路滚筒输送机。它与滚筒输送 机的转角处则由两台换向转台来完成托盘的换向，从而实现货物从出库口由搬运机械运 走后，托盘的回库4。 FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 3 图 2.1 最终设计方案 无锡太湖学院学士学位论文 4 3 滚筒输送机的设计滚筒输送机的设计 3.1 滚筒输送机传动及动力部件机械结构设计滚筒输送机传动及动力部件机械结构设计 根据以上方案讨论，滚筒输送机的传动部分定为使用链传动，动力为步进电动机驱动， 了解链传动结构，锁紧部分由专门为其设计的锁紧链轮通过锁紧架和锁紧螺杆来实现。 图 3.1 滚筒输送机链传动结构 3.2 滚筒输送机输送部件机械结构设计滚筒输送机输送部件机械结构设计 本滚筒输送机输送部件采用空心滚筒，材料为 45 钢，采用套筒焊接于内部，用键连 接与主轴进行运动的传递。如图 3.2 和 3.3 所示，主轴的运动则通过链条与链轮的运动来 传递。 图 3.2 滚筒输送机输送部件 图 3.3 滚筒结构 3.3 滚筒输送机总体机械结构设计滚筒输送机总体机械结构设计 本输送系统的主输送设备采用滚筒输送机，总体结构如图 3.4 所示： FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 5 图 3.4 滚筒输送机总体结构图 3.4 基本结构尺寸与受力计算基本结构尺寸与受力计算讨论讨论 3.4.1 原始参数原始参数 1 滚筒输送机的形式，长度以及布置形式。 2 输送量（单位时间内输送物品的件数） ，输送速度，载荷在滚筒输送机上的分布 情况。 3 单个物品的质量，外包装的材质，外形尺寸。 3.4.2 基本结构尺寸参数计算基本结构尺寸参数计算 3.4.2.1 滚筒长度滚筒长度 滚筒输送机直线段8 圆柱形滚筒输送机直线段的滚筒长度一般如图 3.5 按照下式计算： (3.1) lBB 滚筒长度(mm)；物品宽度(mm)；宽度裕度(mm)，一般可取lBB 50150mm。B l l 图 3.5 圆柱形滚筒输送机直线段的滚筒长度 对于底部刚度很大的物件，在不影响止常输送和安全的情况下，物品宽度可大于滚 筒长度，一般取。0.8lB 采用短滚筒的多辊输送机，其输送机宽度一般可参照图 3.6，按下式计算： (3.2) WBB 输送机宽度(mm)；物品宽度(mm)；宽度裕量(mm)， 一般可取WBB 无锡太湖学院学士学位论文 6 50mm。B W W 图 3.6 短滚筒的多辊输送机 当多滚筒少于 4 列时，只宜输送刚度大的平底物品，物品宽度应大于输送机宽度， 可取。(0.70.8)WB: 3.4.2.2 辊子间距辊子间距 辊子间距 P 是保证一个物品始终支撑在三个以上的辊子上，般情况下，可按下式 选取： /3pL 对要求输送平稳的物品： LP)5/14/1 ( 辊子间距(mm)；物品长度(mm)。pL 对柔性大的细长物品，还需核算物件的扰度；物品在一个辊子间距上的扰度应小于 辊子间距的 l/500，否则需适当缩小辊子间距。辊子输送机的装载物品段如承受冲击载荷 时，也需缩小辊子间距或增大辊子直径；对双链传动的辊子输送机辊子间距应为 1/2 链 条节距的整数借。辊子输送机以圆弧段中心线上的辊子间距作为计算辊子间距。当圆弧 段采用链传动时，相邻两传动辊子的夹角应小于 5 度，以改善传动状况。 3.4.2.3 辊子直径辊子直径 辊子直径 D 与辊子承载能力有关，可按下式选取： FF 作用在单个辊子上的载荷(N)， 单个辊子上的允许载荷(N)。F F 作用在单个辊子上的载荷，与物品质量、支承物品的辊子数以及物品底部特性有F 关，可按此式计算： (3.3) 12 /FmgK K n 单个物品的质量(kg)；m 单列辊子有效支承系数，与物品底面特性及辊子平面度有关，一般可取 1 K 0.77；对底部刚度很大的物品，可取0.5； 1 K 1 K 多列辊子不均衡承载系数，对双列辊子，取0.70.8；对单列辊子，取物 2 K 2 K 1； 2 K n支承单个物品的辊子数； g重力加速度，取 g9.81 2 /m s FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 7 单个辊子的允许载荷，与辊于直径及长度有关，可从产品样本中查取。在确定需 F 要的单个辊子允许载荷及辊子长度以后，即可选择适当的辊子直径 D。 3.4.2.4 输送机高度输送机高度 辊子输送机高度根据物品输送的工艺要求(如线路系统中工艺设备物料出入口的高度， 装配、调试、装卸区段人员操作位置等)确定，一般 H=500800mm，也可不设支腿，使机 架直接固定在地坪上。 3.4.2.5 输送速度输送速度 辊子输送机的输送速度 根据生产工作要求和输送方式确定。一般情况下，无动力式v 辊子输送机可取 0.20.4 m/s，动力式辊子输送机可取 0.250.5 m/s，并尽可能取较vv 大值，以便在同样满足输送量要求的前提下，使物品分布间隔较大，从而改善机架受力 情况。当工艺上对输送速度严格限定时，输送速度应技工艺要求选取，但无动力式辊子 输送机不宜大于 0.5m/s，动力式辊子输送机不宜大于 1.5 m/s，其中链传动辊子输送机不 宜大于 0.5m/s。 3.4.2.6 输送能力的计算输送能力的计算 辊子输送机的质量输送能力用下式计算： (3.4) 3.6 mG Iq v 辊子输送机的计件输送能力用下式计算： (3.5) 3600v Z a 输送机质量输送量(t / h) m I 连续输送机的计件输送量(件/h)Z 输送机工作速度(m/s)v 每米长度物品的质量(kg / m)，辊子输送机输送的是成件物品。 G q 每米长度物品的质量用下式计算： (3.6) / G qG a G单件物品的质量(kg) 输送机上物品的间距(m)a 3.4.3 受力计算讨论受力计算讨论 3.4.3.1 运行阻力运行阻力 由于物品沿辊子运动的总阻力系由三部分组成，动力式滚筒输送机水平或倾斜布置 时的物品运行阻力，一般可分别按以下公式计算。 1 辊子轴颈处的摩擦阻力 (N) 1 W 无锡太湖学院学士学位论文 8 (3.7) 1 cos cos m Gd Wzqg D 在实际应用中，则公示简化为： cos 1 cos m 1 d WzqG g D G单件物品的质量(kg) 单个棍子旋转部分质量(kg)q 与单件物品同时接触的辊子数z 辊子轴直径(cm)d 辊子外径(cm)D 辊子铀摩擦系数，滚动轴承0.050.1，滑动轴承0.20.3 重力加速度()g 2 /m s 物品与辊子的摩擦角 m 输送机倾角 2 物品沿辊子滚动阻力 (N) 2 W (3.8) 2 2 cos k WGg D k物品与辊子间滚动摩擦系数，对于一般的钢制辊子可按表 3-1 选取。 表 3-1 物品与辊子间滚动摩擦系数 物品材料k物品材料k 钢0.7-0.9木材1.5-2.5 3 物品沿辊子滑动阻力 (N) 3 W (3.9) 3 cos m WGgf 物品沿辊子的滑动摩擦系数：其余符号意义同前。 m f 所以，单件物品沿辊子运动的总阻力(N)为： 123T WWWW 对有轮缘的辊子输送机，按下式计算： 123 () T WC WWW C轮缘附加阻力系数，C1.21.5 在物品开始移动时，固静摩擦力的作用，其运行阻力要大于上述计算值。静摩擦系 数一般约为动摩擦系数的 1517 倍。当物品输人间隔时间较长，且运行速度大于 0.5 m/s 时，还须考虑运行中的惯性阻力。 3.4.3.2 物品输送速度的确定物品输送速度的确定 物品沿辊子运动的速度与滚筒输送机的工作状态及附加阻力的大小有关，情况比较 复杂，通常按动能定理简化如下公式： FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 9 (3.10) 2 0 2 2sin1cos k zqdk vgLv GDD 物品通过 L 距离时的速度(m/s) k v 物品进入输送机时的速度(m/s) 0 v 输送距离(m)L 对于无动力式滚筒输送机来讲，输送速度一般不应超过 0.5 m/s。如果输送距离较长， 输送速度过大的，应在输送线路上增加阻尼限速装置，最简单的方法是在两段倾斜输送 之间增加一段水平输送，以保证输送平稳。 3.4.3.3 物品与辊子的摩擦力物品与辊子的摩擦力 为保让物品沿滚筒输送机运动，物品与辊子的摩擦力应能克服辊子的转动阻力，即 (3.11) cos() m d f GgzqG g D 式中符号意义同前，要使物品能够沿辊子移动，必须尽量减小辊子的质量、辊子轴 直径和轴颈处的摩擦系数，并尽可能加大辊子的直径。 3.4.3.4 辊子的计算载荷辊子的计算载荷 在进行滚筒输送机零件强度计算时，辊子的计算载荷按下列值确定；单列辊子输送 机取，双列辊子输送机取。(0.50.7)Gg:(0.40.6)Gg: G单件物品的质量（kg） ，其余符号同前。 辊子重力输送的速度一般不宜超过 0.5 m/s。当输送距离过长、速度超限时，应在线 路中增设阻尼装置，以保证输送平稳。 3.4.3.5 正常输送时的链条牵引力正常输送时的链条牵引力 1 单链传动 (3.12) 000 0.25 Gddii g D FfLgqqm CmCLq g D 单链传动辊子输送机传动链条牵引力(N) 0 F 摩擦系数f 滚筒输送机长度(m)L 重力加速度，取 g9.81g 2 /m s 辊子直径(m)D 辊子链轮节圆直径(m) g D 每米长度物品的质量(kg/m) G q 每米长度链条的质量(kg/m) 0 q 单个传动辊子转动部分的质量(kg) d m 每米长度内传动辊子数 d C 单个非传动辊子的转动部分的质量(kg) i m 无锡太湖学院学士学位论文 10 每米长度内非传动辊子数 i C 摩擦系数见表 3-2 表 3-2 摩擦系数 物品与辊子接触的底面材料作用在以个辊子上的载 荷（包括辊子自重）/N金属木板硬纸板 0110 1100450 450900 900 0.04 0.03 0.025 0.02 0.045 0.035 0.03 0.025 0.05 0.05 0.045 0.05 2 双链传动 (3.13) g n g fW QD F D 双链传动辊子输送机传动链条牵引力(N) n F 摩擦系数f 传动辊子直径(mm)D 传动辊子链轮节圆直径(mm) g D 传动系数Q 单个传动辊子计算载荷(N) g W (3.14) 1 gire Wmdamammg 非传动辊子与传动辊子数量比，a/ id aCC 均布在每个辊子上的物品的质量(kg)， r m/ rmdr mqCC 团链条的质量(kg) e m 其余符号同前 传动系数： (3.15) 11 n i Q i i传动辊子链传动效率损失系数，i 值与工作条件有关，润滑情况0.010.03i : 良好时取小值，恶劣时取较大值； n传动辊子数。 传动系数 Q 见表 3-3 FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 11 表 3-3 传动系数 Q 辊子链传动效率损失系数 i传动 辊子数 n0.010.0150.020.0250.03 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 1.05 1.1 1.16 1.22 1.29 1.36 1.44 1.52 1.61 1.70 1.81 1.92 2.04 2.16 2.30 1.07 1.16 1.25 1.36 1.47 1.60 1.75 1.91 2.09 2.29 2.51 2.76 3.04 3.35 3.70 1.09 1.21 1.35 1.51 1.69 1.90 2.14 2.42 2.75 3.12 3.56 4.07 4.66 5.36 6.17 1.12 1.28 1.46 1.69 1.95 2.27 2.66 3.10 3.66 4.33 5.14 6.12 7.32 8.78 10.56 1.15 1.34 1.59 1.89 2.26 2.72 3.02 4.29 4.93 6.07 7.52 9.36 11.7 14.08 18.50 注：1.Q 值是由表中查得的系数乘以传动辊子数而得，如果实际传动辊子数介于表中两个辊子数之间， 因取较大值。例如，当 n62，i0.025 时，Q3.10 2 表中得出的值，仅适用于趋动装置布置在趋动端部的情况，如果布置在趋动段中央时，传动辊 子数应取实际传动辊子数的 1/2。 3 功率计算 (1) 计算功率 (3.16) 0 1000 g D PFv D 传动辊子轴计算功率(KW)； 0 P 链条牵引力(N)，对单链传动，；对双链传动，。v 0 FF n FF 输送速度(m/s)v 辊子链轮节圆直径(mm) g D (2) 电动机功率 (3.17) 0 KP P 电动机功率(KW)；P 传动辊子轴计算功率(KW) 0 P 功率安全系数，K1.21.5K : 驱动装置效率，0.650.85: 3.4.3.7 输送物品在停止器作用下停止运行时的链条受力计算输送物品在停止器作用下停止运行时的链条受力计算 无锡太湖学院学士学位论文 12 当输送机端部物品在停止器作用下停止运行时，其他后续物品随之陆续停止并积聚 起来，直至布满整段滚筒输送机。此时辊子轴继续传动，而辊筒不转，辊子内部的摩擦 片(环)打滑。限力式辊子输送机积放状态下的链条牵引力以及所需的驱动功率均大于输送 状态，改应按积放状态计算链条牵引力和选择电动机功率。 1 链条牵引力 单链传动时，可按下式计算： (3.18) 00 2 0.25 d g D LC M D FLq g D 双链传动时，则按下式计算： (3.19) 2 g n D QM D F D 单链传动阻力式辊子输送机积放状态下链条最大牵引力(N) 0 F 双链传动限力式辊子输送机积放状态下链条最大牵引力(N) n F 限力辊子直径(mm)D 眼力辊子链轮节圆直径(mm) g D 辊子输送机长度(mm)；L 每米长度内限力辊子数(1/m) d C 辊子限制力距(N.m)M 每米长度链条质量(kg/m) 0 q 辊子传动系数Q 2 功率计算 单链传动： (3.20) 0 1000 KF v P 双链传动： (3.21) 1000 n KF v P 电动机功率(W)；P 功率安全系数；K1.21.5K : 单链传动限力式辊子输送机积放状态下链条最大牵引力(N)； 0 F 双链传动限力式辊子输送机积放状态下链条最大牵引力(N)； n F 输送速度（m/s） ；v 驱动装置效率，。0.650.85: FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 13 3.4.3.8 链轮尺寸及链传动布置计算链轮尺寸及链传动布置计算 已知条件： 轴的转速，传动比，1.7kW 1 75 /minnr3i P 计算： 1 链轮齿数 选 1 17Z 大链轮齿数 21 3 1751Zi Z : 2 链条节数 初定中心距，由式 0 40ap (3.22) 2 001221 2 22 p apZZZZ L pa 2 40175151 17 2 2402 pp pp 80340.73114.73 116 p L 3 计算功率 由机械设计手册查得，故1.0 A K (3.23) 1.0 1.71.7 CA PK PkW 4 链条节距 (3.24) 0 C ZLm P P K K K 估计此链传动工作即可能出现链板疲劳破坏，得： 1.081.08 1 17 0.887 1919 Z Z K 0.26 0.26 116 1.04 100100 p L L K 采用单排链，故1.0 m K 0 1.7 1.99 0.887 1.04 1.0 PkW 由机械设计手册查得当时，16A 链条能传递的功率为 3.8kW（1.99kW） ， 1 75 /minnr 故采用 16A 链条，节距 p=25.4mm 无锡太湖学院学士学位论文 14 5 实际中心距 将中心距设计成可调节的，不必计算实际中心距，可取 0 4040 25.41016aapmm 6 链速 (3.25) 11 1725.4 75 0.54/ 60 100060 1000 Z pn vm s 7 选择润滑方式 按，由手册知应采用滴油润滑。25.4pmm0.54/vm s 8 链轮校核 查机械设计手册查得 16A 链条每米长质量 q=2.60kg/m, 故离心拉力: 22 2.6 0.540.76cFqvN 因链速很低，值很小，可不计。 c F 水平布置时垂度系数7 y K 3 7 2.6 9.81 40 25.4 10181.4 yy FK qgaN 圆周力 10001000 1.99 3685 0.54 p FN v 紧边拉力 1 3685 181.43866.4 y FFFN 松边拉力 2 181.4 y FFN (1.21.3) ,1.2 QQ FFFF:取1.2 36854422 Q FN 静力强度安全系数由机械设计手册查得 16A 链的极限拉伸载荷 Q=55600N，故安全 系数 1 55600 1448 3866.4 A Q S K F : 9 链轮主要尺寸 分度圆直径 小链轮： 1 25.4 138.2 180180 sinsin 17 oo P dmm Z 大链轮： 2 25.4 112.6 180180 sinsin 51 oo P dmm Z 齿顶圆直径 FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 15 小链轮： max1 1.25 a ddpd 38.2 1.25 25.4 15.8854.07mm min1 1.6 1 a ddpd Z 1.6 38.2125.4 15.8845.3 17 mm 取45 a dmm 大链轮： max1 1.25 a ddpd 112.6 1.25 25.4 15.88128.5mm min1 1.6 1 a ddpd Z 1.6 112.6125.4 15.88121.3 51 mm 取120 a dmm 齿根圆直径 小链轮： 1 138.2 15.88122.3 f dddmm 大链轮： 1 144.6 15.88128.7 f dddmm 无锡太湖学院学士学位论文 16 3.5 滚筒输送机设计结果滚筒输送机设计结果 表 3-4 电动机选择 电动机型号Y 90L4额定转速 r/min1400 电动机质量 kg22减速器传动比 i1：6 输出转速 r/min233额定功率 kw1.5 最大转矩 N.m2.2额定转矩 N.m2.2 表 3-5 链轮设计参数 顶圆直径 mm根圆直径 mm 分度圆直径 mm齿数使用轴承 型号 轴径 mm 主动链轮7053581522 从动链轮70535815600440 锁紧链轮70535815600440 滚筒链轮7053581522 表 3-6 滚筒输送机设计参数 设计输送速度 m/s1最大输送载荷 kg25 滚筒直径 mm82滚筒间距 mm240 滚筒宽度600 水平输送距离 mm5000输送平面高度700 使用链条型号16A链条链结表面硬度160-200HBC 链条材料35 钢链条热处理方式正火 输送货物托盘尺寸550mm(长)700mm(宽)20mm(厚度) 链传动传动比 i1：1 FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 17 4 带式输送机的设计带式输送机的设计 4.1 带式输送机传动及动力部件机械结构设计带式输送机传动及动力部件机械结构设计 带式输送机在本输送系统中应用于回库流程中，其动力由电动机提供，电动机与主 驱动轴之间的运动通过链轮与链条传递，驱动轴与输送带之间则通过摩擦力来传递运动， 履带的张紧则采用螺钉锁紧。7输送机采用宽大的输送履带，结构简单，成本低廉，输送 平稳。其传动及动力部件机械结构如图 4.1 所示。 图 4.1 带式输送机传动及动力部件结构 4.2 带式输送机总体机械结构设计带式输送机总体机械结构设计 带式输送机采用宽大的输送履带，结构简单，成本低廉，输送平稳。效果图如下： 图 4.2 带式输送机总装图 4.3 链传动尺寸计算与受力校核链传动尺寸计算与受力校核 带式输送机链传动的计算9 无锡太湖学院学士学位论文 18 已知条件： 轴的转速，传动比，1.7kW 1 75 /minnr1.2i P 计算： 1 链轮齿数 选 1 16Z 大链轮齿数 21 1.2 1620Zi Z: 2 链条节数 初定中心距， 0 18ap (4.1) 2 001221 2 22 p apZZZZ L pa 2 40175151 17 2 2402 pp pp 36 180.8754.87 55 p L 3 计算功率 由机械设计手册查得，故 1.0 A K (4.2)1.0 1.71.7 CA PK PkW 4 链条节距 (4.3) 0 C ZLm P P K K K 估计此链传动工作于疲劳曲线的左侧（即可能出现链板疲劳破坏） ，得： 1.081.08 1 17 0.887 1919 Z Z K 0.26 0.26 116 1.04 100100 p L L K 采用单排链，故1.0 m K 0 1.7 0.2 0.887 1.04 10 PkW 由机械设计手册查得当时，16A 链条能传递的功率为 3.8kW（1.99kW） ， 1 75 /minnr FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 19 故采用 16A 链条，节距 p=12mm 5 实际中心距 将中心距设计成可调节的，不必计算实际中心距，可取 0 4018 12216aapmm 6 带速 (4.4) 11 16 12 75 0.24/ 60 100060 1000 Z pn vm s 7 选择润滑方式 按，由手册知应采用滴油润滑。12pmm0.24/vm s 8 校核链轮 查机械设计手册查得 16A 链条每米长质量 q=2.60kg/m, 故离心拉力： 22 2.6 0.240.15cFqvN 因链速很低，值很小，可不计。 c F 水平布置时垂度系数7 y K 3 7 2.6 9.81 18 12 1043.4 yy FK qgaN 圆周力 10001000 0.2 829.1 0.24 p FN v 紧边拉力 1 829.143.4872.5 y FFFN 松边拉力 2 43.4 y FFN (1.21.3) ,1.2 QQ FFFF:取 1.2 829.1994.9 Q FN 静力强度安全系数 由机械设计手册查得 16A 链的极限拉伸载荷 Q=55600N，故安全 系数9 (4.5) 1 55600 6368 872.5 A Q S K F : 9 链轮主要尺寸 分度圆直径 小链轮： 1 12 60.5 180180 sinsin 17 oo P dmm Z 无锡太湖学院学士学位论文 20 大链轮： 2 12 76.7 180180 sinsin 51 oo P dmm Z 齿顶圆直径 小链轮： max1 1.25 a ddpd 75.2 1.25 12 15.8875.6mm min1 1.6 1 a ddpd Z 1.6 75.2125.4 15.8873.6 17 mm 取74 a dmm 大链轮： max1 1.25 a ddpd 90.2 1.25 12 15.8890.1mm min1 1.6 1 a ddpd Z 1.6 90.2112 15.8888.7 20 mm 取89 a dmm 齿根圆直径 小链轮： 1 77.39 15.8856.5 f dddmm 大链轮： 1 92.59 15.8871.7 f dddmm 4.4 带式输送机设计结果带式输送机设计结果 表 4-1 电动机选择 电动机型号Y 90L4额定转速 r/min1400 电动机质量 kg22减速器传动比 i1：6 输出转速 r/min233工作功率 kw15 最大转矩 N.m2.2额定转矩 N.m2.2 FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 21 表 4-2 链轮设计参数 顶圆直径 mm根圆直径 mm 分度圆直径 mm齿数使用轴承 型号 轴径 mm 主动链轮73.656.561.51622 从动链轮88.471.776.72028 表 4-3 滚筒输送机设计参数 设计输送速度 m/s0.8设计输送载荷 kg25 输送带宽度 mm706设计通过宽度 mm700 中间支撑滚筒间距 mm200端部滚筒间距 mm3860 辊子选用轴承型号6304中间滚筒选用轴承型号6002 水平输送距离 mm4000输送平面高度700 使用链条型号16A链条链结表面硬度160-200HBC 链条材料35 钢链条热处理方式正火 输送货物托盘尺寸550mm(长)700mm(宽)20mm(厚度) 链传动传动比 i4：5主/从链轮中心距 mm216 无锡太湖学院学士学位论文 22 5 出出/入库输送机的设计入库输送机的设计 5.1 出出/入库输送机传动及动力部件机械结构设计入库输送机传动及动力部件机械结构设计 出/入库输送机用于货物的出/入库环节，货物通过它输送到搬运机器人上，然后出库， 入库也相同，只是过程相反10。其动力由自带减速箱的步进电机提供，它与主轴的运动传 递也是通过链轮与链条，主轴与链轮通过键连接来传递转矩，其设计结构如图 5.1 所示： 图 5.1 出/入库输送机传动及动力部件机械结构 5.2 出出/入库输送机输送部件机械结构设计入库输送机输送部件机械结构设计 本出/入库输送机的输送部件采用带传动，传送带为专门设计，带轮材料采用塑料， 这是考虑到输送功率并不大，而塑料又易于做复杂外形型的缘故。带轮中镶嵌有轴承， 采用过盈配合安装，在用过渡配合与带轮轴配合12。输送带的锁紧是采用锁紧架通过锁紧 螺母进行锁紧。 5.3 出出/入库输送机总体机械结构设计入库输送机总体机械结构设计 出/入库输送机用于货物的出/入库环节，货物通过它输送到搬运机器人上，然后出库， 入库也相同，只是过程相反13。总装配图如图 5.2 所示。 FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 23 图 5.2 出/入库输送机总装图 5.4 主轴设计及校核计算主轴设计及校核计算 链轮 I 与链轮 II 间的作用力如下： (5.1) 121 2 25200 21224 41.177 ttI FFTdN 12 tan 459 cos tn rr F FFN ； 11 tan299 aat FFFN 选择轴材料 主轴选用 45 钢调质处理， 1 初步估算轴的直径为14 ，其中，代入得： 3P dAmm n 140,0.74,280min II APPkw nnr 30.74 14019.4 280 dmm 2 主轴的受力分析 无锡太湖学院学士学位论文 24 主轴的结构如图 5.3 所示，求垂直面内的支承反力，作弯矩图如图 5.4 中 b、c 所示。 1212 0,()1224 149 (54 149)898.4 BAYt MRFlllN ， 1 0,1224898.4325.6 BYtAY YRFRN 求 C 点垂直面内的弯矩，其弯矩图； 1 898.4 5448514 CYAY MRlN mm 求水平面内的支承反力及弯矩图， ，0 B M 1 123112 () () 2 41.177 (459 149311.2 71299) (54 149)476 2 AZRQa d RFlFlFll N （5.2） ； 1 0,476311.2459328 BZAZQr ZRRFFN 求 B、C 点水平面内的弯矩： 1 476 5425704 CZAZ MRlN mm ， 1 11 41.177 476 5429919548 22 CZAZa d MRlFN mm 3 311.2 7122095 BZQ MFlN mm 求合成弯矩： 2222 485142570454903 CCYCZ MMMN mm “2“222 485141954852304 CCYCZ MMMN mm ； 2222 02209522095 BBYBZ MMMN mm 绘制弯矩图 ，25200 I TTN mm FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 25 图 5.3 主轴结构 图 5.4 主轴受力分析 图 5.5 主轴弯矩图 由图 5.5 可知，危险截面为 C 面 求当量弯矩，取，0.6 无锡太湖学院学士学位论文 26 2222 ()54903(0.6 25200)56947 VCC MMTN mm 3 校核轴的强度 材料选用 45 钢调质，C 面为危险截面，校核 C 点的 1 650,60 Bb MPaMPa 强度，由公式，考虑到轴上零件的削弱 33 1 (0.1)56947 (0.1 60)21.2 eb dMmm 作用，将 d 增大 4%，故，小于，所以强度足够。1.04 21.222.05dmm30mm 5.5 出出/入库输送机设计结果入库输送机设计结果 表 5-1 电动机选择 电动机型号90BYG450C 步 进电机 电流 A4电压 V100 电动机质量 kg4.8相数2/4保持转矩 N.M6.3 空载运行频率 KHz 700空载起动频率 Hz 10定位转矩 N.M0.08 工作转速 r/min120运行步距角0.9 度驱动器2HB1108MA 表 5-2 链轮设计参数 顶圆直径 mm根圆直径 mm 分度圆直径 mm齿数使用轴承 型号 轴径 mm 主动链轮7053581514 从动链轮7053581520 表 5-3 滚筒输送机设计参数 设计输送速度 m/s0.5设计输送载荷 kg25 输送带宽度 mm40输送带间距 mm630 主轴直径 mm20带轮间距 mm240 从动带轮直径 mm80主动带轮直径 mm80 主轴选用轴承型号6302带轮选用轴承型号6302 水平输送距离 mm4000输送平面高度700 使用链条型号16A链条链结表面硬度160-200HBC 链条材料35 钢链条热处理方式正火 输送货物托盘尺寸550mm(长)700mm(宽)20mm(厚度) 链传动传动比 i1：1主轴/端部从动带轮间距 mm720 FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 27 6 换向输送机的设计换向输送机的设计 6.1 换向输送机传动及动力部件机械结构设计换向输送机传动及动力部件机械结构设计 换向输送机的基本结构设计是在出/入库输送机基础上展开，传动及动力部件与出/ 入库输送机完全相同，在此不再赘述。所不同的是其换向部分。 6.2 换向输送机输送部件机械结构设计换向输送机输送部件机械结构设计 换向输送机的部件也与出/入库输送机完全相同，均是采用带传动，在此不在赘述。 6.3 换向装置机械结构设计换向装置机械结构设计 换向输送机的换向装置是其核心部件，在此将作重点阐述。换向装置的动力源采用 气动装置，通过气缸推动活塞，再由活塞推动换向摇柄，由换向摇柄将转矩传递给换向 轴从而实现输送部件的换向转弯，此种设计的优点是：结构简单，易于实现，较之在前 述设计方案讨论中的圆弧型支架要简单的多，同时也容易制造与装配15。换向轴安装于换 向基座内，其中安装有推力轴承与滚动轴承，前者承受轴向力，主要是输送部件和要输 送货物的重力，后者承受径向力，主要用来保持输送部件的平衡，以及平衡在换向时旋 转所产生的角动量。其具体结构如图 6.1 所示。 图 6.1 换向装置结构 由于换向时要产生冲击载荷，因此设计了弹簧缓冲支架用于平衡冲击。其结构如图 6.2 所示 无锡太湖学院学士学位论文 28 图 6.2 换向缓冲装置结构 6.4 换向输送机总体机械结构设计换向输送机总体机械结构设计 图 6.3 输送机总装图 FMS 中输送物料输送系统的机械结构设计 29 6.5 换向输送机主轴上轴承的校核计算换向输送机主轴上轴承的校核计算 图 6.4 轴承受力分析 2222 111 291692.1751 rvh FFFN 2222 222 64253.4261 rvh FFFN m 11 0.680.68 751511 r FFN 22 0.680.68 249.6177.5 r FFN 12 511 246.3264.