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In this case, a shuttle is required. This paper is aimed at the shuttle worm lifting system is designed; first, to warehouse shuttle structure and the analysis of the current situation; then, based on the above analysis, put forward the overall scheme of the design of the shuttle car worm lifting mechanism, which is composed of a DC motor driven worm reducer, turbine the end of the output shaft is connected with the transmission nut, convert the turbine rotation into linear motion; then, the main parts of the body in the design and verification, including motor selection, worm, shaft and shaft parts design; finally, draw the assembly drawing of the system and the main parts of the map by AutoCAD mapping software, and 3D modeling using Pro/E 3D design software. Key words: shuttle, worm, lifting, design 目 錄 摘　要 1 Abstract 2 1 緒 論 5 1.1研究背景及意義 5 1.2 穿梭車概述 6 1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 9 2 總體方案設(shè)計(jì) 12 2.1設(shè)計(jì)要求 12 2.1.1內(nèi)容要求 12 2.1.2參數(shù)要求 12 2.2方案設(shè)計(jì) 12 2.3方案確定與原理分析 13 3主要零部件的設(shè)計(jì) 14 3.1舉升電機(jī)的選擇 14 3.1.1電機(jī)類型介紹 14 3.1.2選擇電動(dòng)機(jī)類型 15 3.1.3 電動(dòng)機(jī)功率的選擇 16 3.1.4 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 17 3.2傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算 17 3.2.1傳動(dòng)比的計(jì)算 17 3.2.2各軸的轉(zhuǎn)速 17 3.2.3各軸的輸入功率 17 3.2.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 17 3.3蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 18 3.3.1選擇蝸輪蝸桿的傳動(dòng)類型 18 3.3.2選擇材料 18 3.3.3按計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行設(shè) 19 3.3.4蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 20 3.3.5校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 21 3.3.6驗(yàn)算效率 21 3.3.7精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 22 3.3.8蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 22 3.4軸的設(shè)計(jì)與校核 22 3.4.1輸入軸 22 3.4.2輸出軸 25 3.5減速器箱體設(shè)計(jì) 28 3.5.1箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 3.5.2油面位置及箱座高度的確定 28 3.5.3箱體結(jié)構(gòu)的工藝性 28 3.5.5箱體尺寸設(shè)計(jì) 29 4 標(biāo)準(zhǔn)件的選用與校核 31 4.1軸承的選用與校核 31 4.2鍵的選用與校核 32 4.3聯(lián)軸器的選用 33 4.4潤(rùn)滑與密封 33 4.5連接螺栓的選用與校核 34 5 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì) 37 5.1 Pro/E軟件概述 37 5.2三維模型設(shè)計(jì) 39 5.2.1箱體 39 5.2.2舉升取物平臺(tái) 39 5.2.3蝸輪蝸桿 40 5.2.4車體 40 5.3三維裝配設(shè)計(jì) 40 6 加工與制造工藝 42 6.1蝸桿加工與制造工藝 42 6.1.1蝸桿材料的選擇 42 6.1.2加工定位基面的選擇 42 6.1.3擬定工藝路線 44 6.1.4填寫工藝卡片 44 6.2蝸輪加工與制造工藝 45 6.2.1確定毛坯 45 6.2.2選擇定位基準(zhǔn) 45 6.2.3制定工藝路線 46 結(jié)　論 47 參 考 文 獻(xiàn) 48 在 學(xué) 取 得 成 果 49 致 謝 50 1 緒 論 1.1研究背景及意義 物流自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，是現(xiàn)代物流裝備、計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息識(shí)別和信息管理系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)的有機(jī)集成。它以信息化為基礎(chǔ)，以機(jī)電一體化為核心，其目的是擴(kuò)大物流作業(yè)能力、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減少物流作業(yè)差錯(cuò)、獲取更大利潤(rùn)[10]。隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化生產(chǎn)觀念日益受到重視，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)線運(yùn)行、物流系統(tǒng)的柔性要求也越來越高。從產(chǎn)品的整個(gè)加工過程來看，物料真正處于加工的時(shí)間非常短，僅占整個(gè)生產(chǎn)周期的5%一10%，大部分時(shí)間都用于物料存儲(chǔ)、裝載、運(yùn)輸和待加工狀態(tài),而存儲(chǔ)和運(yùn)輸占總成本的95%[11]。因此，對(duì)于現(xiàn)代化企業(yè)，降低產(chǎn)品成本的主要途徑之一就是要提高物流系統(tǒng)的性能、縮短非加工時(shí)間。作為倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)重要的存儲(chǔ)方式自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)，是倉(cāng)儲(chǔ)物流業(yè)的一次技術(shù)革命。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要部分，它是集物料搬運(yùn)和倉(cāng)儲(chǔ)科學(xué)為一體的一門綜合科學(xué)技術(shù)工程。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)(AS/RS)作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的主要組成部分，是一種多層次存放貨物的高架倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，它一般是由貨架、輸送系統(tǒng)、堆垛機(jī)上位調(diào)度管理系統(tǒng)組成。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)與傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)“靜態(tài)存儲(chǔ)”的功能不同，它采用先進(jìn)的自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備，不僅能使貨物在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)按需要自動(dòng)存取，而且可以與倉(cāng)庫(kù)以外的物流環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)的連接，并通過管理系統(tǒng)和自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備使倉(cāng)庫(kù)成為企業(yè)生產(chǎn)物流中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。企業(yè)采用控制技術(shù)先進(jìn)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)可實(shí)現(xiàn)如下目的： （1）科學(xué)存儲(chǔ)、提高物料調(diào)節(jié)水平； （2）節(jié)省定量貨物入出庫(kù)時(shí)間，節(jié)省能源； （3）有效銜接生產(chǎn)和銷售，加快物資周轉(zhuǎn)，降低成本； （4）方便、快捷顯示庫(kù)存信息，為企業(yè)生產(chǎn)決策提供依據(jù)； （5）有效應(yīng)對(duì)突發(fā)事件； （6）提高訂單的響應(yīng)速度。 作為自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的重要輸送系統(tǒng)——自動(dòng)導(dǎo)引穿梭車（RGV-Rail Guided Vehicle，以下簡(jiǎn)稱 RGV），在隨著工廠自動(dòng)化(FA)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)技術(shù)的逐步發(fā)展和柔性制造系統(tǒng)(FMS:F1exible Manufacture System)廣泛應(yīng)用越來越受到重視并不斷的改進(jìn)。穿梭車系統(tǒng)是聯(lián)系和調(diào)節(jié)離散型物流系統(tǒng)，使其作業(yè)連續(xù)化的必要的自動(dòng)化搬運(yùn)裝卸手段，同時(shí) RGVS 具有能滿足物料搬運(yùn)作業(yè)的自動(dòng)化、柔性(即可調(diào)整性)和準(zhǔn)時(shí)的要求等特點(diǎn)，所以在我國(guó)某些汽車、煙草等行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用[12]。但是，由于不同的立體庫(kù)對(duì) RGV 的應(yīng)用要求不同，由此需產(chǎn)生設(shè)計(jì)出多種不同結(jié)構(gòu)的小車來滿足實(shí)際業(yè)務(wù)需要，同時(shí)由于產(chǎn)品的特性不同，要求與之相適應(yīng)的設(shè)備，所以對(duì)不同立體庫(kù)設(shè)計(jì)出不同結(jié)構(gòu)和不同功用的 RGV 對(duì)其控制方法的研究是很有必要的。 此外，先進(jìn)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的對(duì)于促進(jìn)傳統(tǒng)觀念的轉(zhuǎn)變、提高現(xiàn)代化物流意識(shí)形成和新型的商品流通產(chǎn)業(yè)等方面均產(chǎn)生了強(qiáng)勁的推動(dòng)作用。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的智能化管理在提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和滿足客戶的服務(wù)方面己經(jīng)越來越成為一個(gè)重要的因素。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)一般由管理層、監(jiān)控層、執(zhí)行層三部分組成，為了保證整個(gè)倉(cāng)庫(kù)的性能指標(biāo)最優(yōu)，能夠更加有效的工作，就要對(duì)它的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，使其能夠協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)[12]。調(diào)度實(shí)際上是一類特殊的優(yōu)化問題，是對(duì)現(xiàn)有的作業(yè)任務(wù)進(jìn)行排序、并對(duì)路徑選擇進(jìn)行優(yōu)化的問題，通過優(yōu)化的手段來達(dá)到減少入出庫(kù)的時(shí)間和提高效率的目的。一個(gè)設(shè)計(jì)合理的、理念先進(jìn)的系統(tǒng)對(duì)推廣和應(yīng)用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)具有重要的促進(jìn)作用。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的調(diào)度優(yōu)化對(duì)提高出入庫(kù)效率、降低物流成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 由于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展的過程中應(yīng)用行業(yè)不同，導(dǎo)致倉(cāng)庫(kù)類型的多樣化。同時(shí)同類型倉(cāng)庫(kù)因?yàn)閼?yīng)用需求不同，也使得物流規(guī)劃的不同。應(yīng)用表明針對(duì)不同產(chǎn)品的特性要求和設(shè)備功能特性需要設(shè)計(jì)出與之相適應(yīng)的實(shí)用、高效和穩(wěn)定的控制方法和調(diào)度系統(tǒng)具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。因此對(duì)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)穿梭車設(shè)計(jì)優(yōu)化和調(diào)度算法的研究成為一個(gè)重要的課題。 1.2 穿梭車概述 穿梭車作為新型的智能的搬運(yùn)設(shè)備，有著一套完整的電氣與機(jī)械系統(tǒng)，對(duì)于單工位的穿梭車的主要組成部分包括：箱形車體、兩對(duì)行走車輪、24V 充電鐵離電池組、電氣控制箱、鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、舉升杠桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、行走電機(jī)和舉升電機(jī)、傳感器以及防撞防滑裝置等。電氣控制箱內(nèi)配有 PLC 控制器及輸入輸出擴(kuò)展模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源穩(wěn)壓模塊、無線發(fā)射接收模塊以及直流接觸器、繼電器、斷路器、保險(xiǎn)絲等低壓電氣控制設(shè)備。并根據(jù)實(shí)際需要，穿梭車還可以配有條碼識(shí)別器，以太網(wǎng)的模塊與網(wǎng)橋、條碼掃描儀等。 穿梭車上的傳感器包括在軌檢測(cè)開關(guān)(只要小車在軌道中才能工作)前、后工位分別配有激光測(cè)距傳感器用來識(shí)別貨物距離以及實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、平穩(wěn)的定位；安全防撞光電傳感器用來識(shí)別巷道是否存在障礙物；托盤識(shí)別光電傳感器用來實(shí)現(xiàn)對(duì)托盤的尋找與計(jì)數(shù)等功能應(yīng)用。圖 2.2 顯示了穿梭車上傳感器的安裝位置與結(jié)構(gòu)布局[4]。 圖 1.3穿梭車結(jié)構(gòu)示意圖 （1）車載控制系統(tǒng) 車載控制系統(tǒng)是穿梭車的核心部分，一般由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、操作面板及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可采用PLC、單片機(jī)及工控機(jī)等。導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)航方式不同可分為電磁導(dǎo)航、磁條導(dǎo)航、激光導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航等不同形式.通過導(dǎo)航系統(tǒng)能使穿梭車確定其自身位置，并能沿正確的路徑行走。通訊系統(tǒng)是穿梭車和控制臺(tái)之間交換信息和命令的橋梁，由于無線電通訊具有不受障礙物阻擋的特點(diǎn)，一般在控制臺(tái)和穿梭車之間采用無線電通訊，而在穿梭車和移載設(shè)備之間為了定位精確采用光通訊.操作面板的功能主要是在穿梭車調(diào)試時(shí)輸入指令，并顯示有關(guān)信息，通過RS232接口和計(jì)算機(jī)相連接。穿梭車上的能源為蓄電池，所以穿梭車的動(dòng)作執(zhí)行元件一般采用直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和直流伺服電機(jī)等。 （2）車體系統(tǒng) 它包括底盤、車架、殼體和控制器、蓄電池安裝架等，是穿梭車的軀體，具有電動(dòng)車輛的結(jié)構(gòu)特征。 （3）行走系統(tǒng) 它一般由驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成.形式有三輪、四輪、六輪及多輪等，三輪結(jié)構(gòu)一般采用前輪轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)，四輪或六輪一般采用雙輪驅(qū)動(dòng)、差速轉(zhuǎn)向或獨(dú)立轉(zhuǎn)向方式。 （4）移載系統(tǒng) 它是用來完成作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在不同的任務(wù)和場(chǎng)地環(huán)境下，可以選用不同的移載系統(tǒng)，常用的有滾道式、叉車式、機(jī)械手式等。 （5）安全與輔助系統(tǒng) 為了避免穿梭車在系統(tǒng)出故障或有人員經(jīng)過穿梭車工作路線時(shí)出現(xiàn)碰撞，穿梭車一般都帶有障礙物探測(cè)及避撞、警音、警視、緊急停止等裝置。另外，還有自動(dòng)充電等輔助裝置。 （6）控制臺(tái) 控制臺(tái)可以采用普通的IBM-PC機(jī)，如條件惡劣時(shí)，也可采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，控制臺(tái)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接受主控計(jì)算機(jī)下達(dá)的穿梭車輸送任務(wù)，通過無線通訊系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集各穿梭車的狀態(tài)信息。根據(jù)需求情況和當(dāng)前各穿梭車運(yùn)行情況，將調(diào)度命令傳遞給選定的穿梭車。穿梭車完成一次運(yùn)輸任務(wù)后在待命站等待下次任務(wù)。如何高效地、快速地進(jìn)行多任務(wù)和多穿梭車的調(diào)度，以及復(fù)雜地形的避碰等一系列問題都需要軟件來完成。由于整個(gè)系統(tǒng)中各種智能設(shè)備都有各自的屬性，因此用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的C++語言來編程是一個(gè)很好的選擇。在編程時(shí)要注意的是穿梭車系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，為了加快控制臺(tái)和穿梭車之間的無線通訊以及在此基礎(chǔ)上的穿梭車調(diào)度，編程中最好采用多線程的模式，使通訊和調(diào)度等各功能模塊互不影響，加快系統(tǒng)速度。 （7）通訊系統(tǒng) 通訊系統(tǒng)一方面接受監(jiān)控系統(tǒng)的命令，及時(shí)、準(zhǔn)確地傳送給其它各相應(yīng)的子系統(tǒng)，完成監(jiān)控系統(tǒng)所指定的動(dòng)作：另一方面又接收各子系統(tǒng)的反饋信息，回送給監(jiān)控系統(tǒng)，作為監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)、管理、控制的依據(jù)。 由于穿梭車位置不固定，且整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)備較多，控制臺(tái)和穿梭車間的通訊最適宜用無線通訊的方式?？刂婆_(tái)和各穿梭車就組成了一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無線局域網(wǎng)，在設(shè)計(jì)過程中要注意兩個(gè)問題： ①無線電的調(diào)制問題 無線電通訊中，信號(hào)調(diào)制可以用調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式。在系統(tǒng)的工作環(huán)境中，電磁干擾較嚴(yán)重，調(diào)幅方式的信號(hào)頻率范圍大，易受干擾，而調(diào)頻信號(hào)頻率范圍很窄，很難受干擾，所以應(yīng)優(yōu)先考慮調(diào)頻方式。而且調(diào)幅方式的波特率比較低，一般都小于3200Kbit/s，調(diào)頻的波特率可以達(dá)到9600K bit/s以上。 ②通訊協(xié)議問題 在通訊中，通訊的協(xié)議是一個(gè)重要問題。協(xié)議的制定要遵從既簡(jiǎn)潔又可靠的原則。簡(jiǎn)潔有效的協(xié)議可以減少控制器處理信號(hào)的時(shí)間，提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。 （8）導(dǎo)航系統(tǒng) 穿梭車導(dǎo)航系統(tǒng)的功能是保證穿梭車小車沿正確路徑行走，并保證一定行走精度。穿梭車的制導(dǎo)方式按有無導(dǎo)引路線分為三種:一是有固定路線的方式:二是半固定路線的方式，包括標(biāo)記跟蹤方式和磁力制導(dǎo)方式;三是無路線方式，包括地面幫助制導(dǎo)方式、用地圖上的路線指令制導(dǎo)方式和在地圖上搜索最短路徑制導(dǎo)方式。 1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 穿梭車是伴隨著自動(dòng)化物流系統(tǒng)和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)而產(chǎn)生的設(shè)備，穿梭車又稱為軌道式自動(dòng)導(dǎo)引車 RGV，它可以按照監(jiān)控系統(tǒng)下達(dá)的指令和預(yù)先設(shè)計(jì)的程序，依照車載傳感器確定的位置信息，沿著固定的行駛路線和?？课恢米詣?dòng)駕駛，RGV 一般裝備有光學(xué)式自動(dòng)導(dǎo)引裝置。能夠沿固定的導(dǎo)引軌道行駛，并具有小車編程與停車選擇裝置、安全保護(hù)以及移載功能的運(yùn)輸小車。裝有激光測(cè)距傳感器，可以獨(dú)立尋址的無人駕駛自動(dòng)運(yùn)輸小車，是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要設(shè)備。它是集光、電、計(jì)算機(jī)為一體的簡(jiǎn)易機(jī)器人[6]。 RGV 根據(jù)功能的不同，可分為裝配型 RGV 系統(tǒng)和運(yùn)輸型 RGV 系統(tǒng)兩大類型，主要用于物料輸送、車間裝配等；根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式的不同，可分為環(huán)形軌道式和直線往復(fù)式。兩種類型的穿梭車都可多車同軌道工作。環(huán)形穿梭車一般采用鋁合金軌道，成本比較高，效率高；直線往復(fù)式通常采用鋼軌作為軌道，成本較低，可滿足中型倉(cāng)庫(kù)使用要求。 我國(guó)在穿梭車應(yīng)用方面走的是自主研發(fā)設(shè)計(jì)的道路。自主研發(fā)在實(shí)踐應(yīng)用中較成功的案例有昆明船舶公司在 2001 年研發(fā)設(shè)計(jì)的雙軌直線型穿梭車，它的主要參數(shù)：行走速度 (100～180)m/min,，加速度(0.3～0.5)m/2s ，輸送速度(12～15)m/min，行走定位精度±5mm [7]。接著在 2002 年設(shè)計(jì)出單軌環(huán)行穿梭車，這種穿梭車是單工位單軌環(huán)形的鋁合金軌道，在一定程度上提高了效率。后來根據(jù)需要在 2003 年設(shè)計(jì)出軌道式直線型雙工位穿梭車，這穿梭車是由車體、橫向輸送裝置、縱向輸送裝置、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)構(gòu)、車體行走機(jī)構(gòu)等組成，它的特點(diǎn)是有兩個(gè)工位可以同時(shí)來輸送，提高了輸送效率。為解決直線雙軌上輸送裝置存在的設(shè)備數(shù)量多、控制復(fù)雜、故障率高、投資大、使用成本高和效率低等技術(shù)難點(diǎn)，太原剛玉物流工程有限公司在 2004 年自主研發(fā)設(shè)計(jì)出多功能穿梭車，在原有直線型穿梭車的功能上，增加了貨物和托盤的外形檢測(cè)裝置，并且還增加了拆盤功能，設(shè)計(jì)出的拆盤裝置由舉升托板和舉升機(jī)構(gòu)構(gòu)組成[8]。 leroenPloeg等人[15]設(shè)計(jì)出一種新型的四輪AGV，并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)仿真研究；Francesco Amato等人[16]對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)中堆躲機(jī)和穿梭車的使用進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；Francesco Amato和Francesco Basile等人[17]在對(duì)堆躲機(jī)和穿梭車進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上研究了倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的最優(yōu)控制；Shin-Ming Guo和Tsai-pei Liuli[18]對(duì)單穿梭車和雙穿梭車的自動(dòng)存取系統(tǒng)進(jìn)行了性能分析。 意人利的歐德公司生產(chǎn)的穿梭車[19]是一種由鋰電池驅(qū)動(dòng)的半自動(dòng)設(shè)備，它允許將放置貨物的托盤存儲(chǔ)到駛?cè)胧截浖苤?。將其放置在巷道?nèi)，它可以非常精確地對(duì)托盤進(jìn)行存儲(chǔ),重新理貨操作。 德國(guó)的德馬泰克公司[20]設(shè)計(jì)了一款多層穿梭車。這種多層穿梭車的存儲(chǔ)理念高度活，用于于對(duì)貨柜、吸塑盤和料箱的自動(dòng)化存儲(chǔ)。多層穿梭車可以增強(qiáng)商品揀選和生產(chǎn)訂單之間的聯(lián)系，以顯著提高物流系統(tǒng)的速率、生產(chǎn)量和準(zhǔn)確率。德馬泰克專注于簡(jiǎn)單的穿梭車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提供標(biāo)準(zhǔn)的模塊化組件，使系統(tǒng)能夠靈活的升級(jí)和更新，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的需求。該多層穿梭車采用先進(jìn)的控制系統(tǒng),能與其他的存儲(chǔ)和搬運(yùn)設(shè)備相互配合使用。 大多數(shù)穿梭車是根據(jù)應(yīng)用環(huán)境和功能要求設(shè)計(jì)出的。本文研究的多功能穿梭車就是依據(jù)物流系統(tǒng)規(guī)劃方案、業(yè)務(wù)要求和穿梭車輸送能力（小車的載重量）等因素，在滿足倉(cāng)庫(kù)需要的前提下，設(shè)計(jì)出以托盤為輸送單元的多功能穿梭車作為倉(cāng)庫(kù)的輸送設(shè)備，應(yīng)用表明可以節(jié)約大量的成本和提高倉(cāng)庫(kù)的效率。 穿梭車在某些應(yīng)用方面有很大的優(yōu)勢(shì)，如可以十分方便地與其他物流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)接入/輸出，如出/入庫(kù)站臺(tái)、各種緩沖站、輸送舉升機(jī)構(gòu)和機(jī)器人等，按照計(jì)劃進(jìn)行物料輸送。另外，穿梭車無需人員操作，因速度快、定位精度高而顯著降低了倉(cāng)庫(kù)管理人員的工作量，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)穿梭車的應(yīng)用大大提高企業(yè)的生產(chǎn)自動(dòng)化和智能化，大幅度縮短生產(chǎn)周期使物流系統(tǒng)變得非常簡(jiǎn)捷。 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)要求 2.1.1內(nèi)容要求 本課題基于對(duì)立體倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中穿梭車的了解，從而完成立體倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)穿梭車蝸輪蝸桿舉升系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容有穿梭車整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，舉升單元機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并根據(jù)提出的技術(shù)參數(shù)，給出穿梭車的整體設(shè)計(jì)方案。從而達(dá)到穿梭車的控制要求和技術(shù)參數(shù)。 2.1.2參數(shù)要求 穿梭車參數(shù) 托盤（mm）：1200*1000 溫度范圍（°C）-10°C～+45°C； 0°C～-35°C（冷庫(kù)） 提升高度（mm） 45 自由高度（車身高）（mm）： 176 小車長(zhǎng)度（含防撞塊）（mm）： 1100 小車寬度（含車輪導(dǎo)向）（mm）： 950 小車自重（kg）： < 240kg 額定負(fù)荷（kg）： 1500kg 空載速度（m/min）：~45-60m/min 滿載速度(m/min) ：~35-50m/min 有效工作時(shí)間(h)： 8h（冷庫(kù)6h） 2.2方案設(shè)計(jì) 穿梭車舉升機(jī)構(gòu)構(gòu)總體方案如下： 圖2-1 穿梭車舉升機(jī)構(gòu)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖 2.3方案確定與原理分析 其原理為：穿梭車內(nèi)部裝有舉升機(jī)構(gòu)構(gòu)，當(dāng)穿梭車由運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行到貨物下方時(shí)，直流電機(jī)帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸輪軸旋轉(zhuǎn)，二蝸輪軸端部連接有舉升螺母，通過螺旋傳動(dòng)把蝸輪軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，而舉升螺母通過螺栓固定于取物舉升平臺(tái)，由此實(shí)現(xiàn)舉升取物平臺(tái)帶動(dòng)貨物升降取貨，把貨物舉起來后再降下隨后隨穿梭車移動(dòng)送到所需位置。 3主要零部件的設(shè)計(jì) 3.1舉升電機(jī)的選擇 3.1.1電機(jī)類型介紹 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、電源裝置和電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)三部分組成。經(jīng)常使用的電動(dòng)機(jī)類型可以分為： 常用的電動(dòng)機(jī)類型及各類電動(dòng)機(jī)的比較如下： （1）籠型電動(dòng)機(jī)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用、可靠、易維護(hù)、價(jià)格低、特性硬，但起動(dòng)和調(diào)速性能差，起動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)低（0.25左右），一般無調(diào)速要求的機(jī)械應(yīng)廣泛采用。在變頻電源供電的情況下可變頻調(diào)速。變極多速電動(dòng)機(jī)，可分級(jí)調(diào)速，但體積大，價(jià)格較貴。 （2）繞線型電動(dòng)機(jī)：因有滑環(huán)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修麻煩，價(jià)格比較貴。但由于它的起動(dòng)力矩大，起動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)高，且可進(jìn)行小范圍的速度調(diào)節(jié)，控制設(shè)備也簡(jiǎn)單，故適用于電網(wǎng)容量小，起動(dòng)次數(shù)多的機(jī)械，如起重機(jī)上的機(jī)械設(shè)備。此外，繞線型電動(dòng)機(jī)也用于需要軟化特性的機(jī)械，如帶飛輪的剪斷機(jī)等。 繞線型電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性和表達(dá)式與籠型機(jī)相同。 （3）同步電動(dòng)機(jī)：恒轉(zhuǎn)速輸出，功率因數(shù)可調(diào)，價(jià)格貴，一般只在不需要調(diào)速的高電壓、大容量的機(jī)械上采用，以改善并提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，如鼓風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)及水泵等設(shè)備。 功率因數(shù)高，效率高，因此需要的變頻裝置的容量小。 能有效的抑制電樞反應(yīng)，承受沖擊的能力強(qiáng)和運(yùn)行穩(wěn)定性高。由于轉(zhuǎn)子側(cè)為直流勵(lì)磁，有可能使定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙做大，利于電機(jī)制造。此外，大功率異步機(jī)還必須面對(duì)轉(zhuǎn)子撓度、軸承精度而引起的定子和轉(zhuǎn)子間的相擦問題，較小的氣隙對(duì)制造或維修都帶來較大困難。 同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和靜態(tài)精度。 大容量同步機(jī)的定子重量和轉(zhuǎn)子重量比異步機(jī)輕。以同步機(jī)的定子重量和轉(zhuǎn)子重量為100%，則異步機(jī)的定子重量和轉(zhuǎn)子重量則為116%和109%，因此，同步機(jī)外形尺寸小。但是，同步機(jī)多一套勵(lì)磁系統(tǒng)，控制系統(tǒng)復(fù)雜，需增設(shè)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)也比異步機(jī)復(fù)雜。 （4）直流電動(dòng)機(jī)： 他激電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能好、范圍寬，適用于各種負(fù)載特性的需要，但比交流電動(dòng)機(jī)的價(jià)格貴、維護(hù)復(fù)雜，且需要直流電源，因此，只在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的條件下方可使用。 串激電動(dòng)機(jī)的的特點(diǎn)是起動(dòng)力矩大、過載能力強(qiáng)、特性軟，適用于牽引機(jī)械上。 復(fù)激電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過載能力均比并勵(lì)電動(dòng)機(jī)大，但調(diào)速范圍小。接成積復(fù)激時(shí)，適用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，負(fù)載具有強(qiáng)烈變化的設(shè)備。 因此，電動(dòng)機(jī)的類型選擇，應(yīng)符合下列規(guī)定（GB50055-93第2.2.2條）： （1）機(jī)械對(duì)起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)無特殊要求時(shí)，應(yīng)采用籠型電動(dòng)機(jī)，但功率較大且連續(xù)工作的機(jī)械，當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)，宜采用同步電動(dòng)機(jī)； （2）符合下列情況之一時(shí)，宜采用繞線式電動(dòng)機(jī)： 重載起動(dòng)的機(jī)械，選用籠型電動(dòng)機(jī)不能滿足起動(dòng)要求或加大功率不合理時(shí)； 調(diào)速范圍不大的機(jī)械，且低速運(yùn)行時(shí)間較短時(shí)。 （3）機(jī)械對(duì)起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)有特殊要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)的類型及其調(diào)速方式應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。在交流電動(dòng)機(jī)不能滿足機(jī)械要求的特性時(shí)，宜采用直流電動(dòng)機(jī)。交流電源消失后必須工作的應(yīng)急機(jī)組，亦可采用直流電動(dòng)機(jī)。 變負(fù)載運(yùn)行的風(fēng)機(jī)和泵類機(jī)械，當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)，應(yīng)采用調(diào)速裝置，并應(yīng)選用相應(yīng)類型的電動(dòng)機(jī)。 3.1.2選擇電動(dòng)機(jī)類型 電動(dòng)機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)部件。因?yàn)榇┧筌嚥捎眯铍姵毓╇?，因此選用直流電機(jī)。 直流電動(dòng)機(jī)： 他激電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能好、范圍寬，適用于各種負(fù)載特性的需要，但比交流電動(dòng)機(jī)的價(jià)格貴、維護(hù)復(fù)雜，且需要直流電源，因此，只在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的條件下方可使用。 串激電動(dòng)機(jī)的的特點(diǎn)是起動(dòng)力矩大、過載能力強(qiáng)、特性軟，適用于牽引機(jī)械上。 復(fù)激電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過載能力均比并勵(lì)電動(dòng)機(jī)大，但調(diào)速范圍小。接成積復(fù)激時(shí)，適用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，負(fù)載具有強(qiáng)烈變化的設(shè)備。 3.1.3 電動(dòng)機(jī)功率的選擇 標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的容量由額定功率表示。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)該等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求，則不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過載、發(fā)熱大而過早損壞；容量過大，則增加成本，并且由于效率和功率因數(shù)低而造成電能浪費(fèi)。 （1）舉升軸的功率為： 取舉升軸扭矩為T=300N.m，轉(zhuǎn)速n=45r/min （2）電動(dòng)機(jī)的輸出功率為 ——電動(dòng)機(jī)至舉升軸軸的傳動(dòng)裝置總效率。 聯(lián)軸器傳動(dòng)效率，蝸桿傳動(dòng)效率，滾子軸承傳動(dòng)效率 則從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)傳送鏈的總效率為： （3）電動(dòng)機(jī)所需功率為： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐與創(chuàng)新》表19-1選取電動(dòng)機(jī)額定功率為2.2kw。 3.1.4 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 舉升軸轉(zhuǎn)速： 蝸輪蝸桿傳動(dòng)比為： 所以電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的推薦值為： 符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為750、1000、1500r/min。 綜合考慮傳動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)緊湊性和經(jīng)濟(jì)性，選用同步轉(zhuǎn)速1000r/min的電機(jī)。 型號(hào)為Y112M-6，滿載轉(zhuǎn)速，功率2.2。 3.2傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算 3.2.1傳動(dòng)比的計(jì)算 傳動(dòng)比為： 3.2.2各軸的轉(zhuǎn)速 1軸 2軸 ； 3軸 ； 3.2.3各軸的輸入功率 1軸 ； 2軸 ； 3軸 ； 3.2.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 1軸 ； 2軸 ； 3軸 ； 將各軸動(dòng)力參數(shù)整理如下表： 軸名 功率 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)比 電機(jī)軸 2.2 22.35 940 1軸 2.178 22.13 940 1 2軸 1.71 356.17 45.85 20.5 3軸 1.66 345.76 45.85 1 3.3蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 3.3.1選擇蝸輪蝸桿的傳動(dòng)類型 傳動(dòng)參數(shù)： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用阿基米德蝸桿即ZA式。 3.3.2選擇材料 設(shè) 滑動(dòng)速度： 蝸桿選45鋼，齒面要求淬火，硬度為45-55HRC. 蝸輪用ZCuSn10P1,金屬模制造。 為了節(jié)約材料齒圈選青銅，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造 ① 確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)選用的蝸輪材料為ZCuSn10P1，金屬模制造，蝸桿的螺旋齒面硬度＞45HRC，可從文獻(xiàn)[1]P254表11-7中查蝸輪的基本許用應(yīng)力 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 壽命系數(shù) 則 ② 確定許用彎曲應(yīng)力 從文獻(xiàn)[1]P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[]=56MPa 壽命系數(shù) 3.3.3按計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行設(shè) 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校對(duì)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 式中： 蝸桿頭數(shù)： 蝸輪齒數(shù)： 蝸輪轉(zhuǎn)矩： 載荷系數(shù)： 因工作比較穩(wěn)定，取載荷分布不均系數(shù)；由文獻(xiàn)[1]P253表11-5選取使用系數(shù)；由于轉(zhuǎn)速不大，工作沖擊不大，可取動(dòng)載系；則 選用的是45鋼的蝸桿和蝸輪用ZCuSn10P1匹配的緣故，有故有： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表7.3 得應(yīng)取蝸桿模數(shù)： 取蝸桿直徑系數(shù)： 蝸桿分度圓直徑： 蝸桿導(dǎo)程角： 蝸輪分度圓直徑： 變位系數(shù)： 中心距： 蝸輪圓周速度： 3.3.4蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 ① 蝸桿 軸向尺距 直徑系數(shù) 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 蝸桿螺線部分長(zhǎng)度：取90mm ② 蝸輪 蝸輪齒數(shù) 蝸輪分度圓直徑 齒頂直徑 齒根圓直徑 咽喉母圓半徑 蝸輪外圓直徑 蝸輪寬度 3.3.5校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 當(dāng)量齒數(shù) 根據(jù) 從圖11-9中可查得齒形系數(shù)Y=2.37 螺旋角系數(shù)： 許用彎曲應(yīng)力： 從文獻(xiàn)[1]P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[]=56MPa 壽命系數(shù) 可以得到：< 因此彎曲強(qiáng)度是滿足的。 3.3.6驗(yàn)算效率 已知；；與相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)。 從文獻(xiàn)[1]P264表11-18中用差值法查得： 代入式中，得大于原估計(jì)值，因此不用重算。 3.3.7精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從GB/T10089-1988圓柱蝸桿，蝸輪精度選擇8級(jí)精度，側(cè)隙種類為f，標(biāo)注為8f GB/T10089-1988。然后由有關(guān)手冊(cè)查得要求的公差項(xiàng)目及表面粗糙度，此處從略。詳細(xì)情況見零件圖。 3.3.8蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 由于傳動(dòng)效率較低，對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的蝸桿傳動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生較大的熱量。如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散去，則系統(tǒng)的熱平衡溫度將過高，就會(huì)破壞潤(rùn)滑狀態(tài)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)一步惡化。 初步估計(jì)散熱面積： 取(周圍空氣的溫度)為。 3.4軸的設(shè)計(jì)與校核 3.4.1輸入軸 ① 材料的選擇 由表16.1 查得 用45號(hào)鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理， 由表16.3得 ② 估算軸的最小直徑 根據(jù)表11.6，取=112為取值范圍 估算軸的直徑： 因?yàn)檩S上開有兩個(gè)鍵槽，考慮到鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削落，應(yīng)增大軸徑，此時(shí)軸徑應(yīng)增大5%~10% 考慮到與聯(lián)軸器配合，查設(shè)計(jì)手冊(cè) 軸段①上有聯(lián)軸器需要定位，因此軸段②應(yīng)有軸肩 軸段③安裝軸承，必須滿足內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)，故 軸段④ 軸段⑤ 按彎扭合成強(qiáng)度校核軸頸 圓周力 徑向力 水平 垂直 合成 當(dāng)量彎矩 校核 繪制軸的受力簡(jiǎn)圖 繪制垂直面彎矩圖 軸承支反力： FAY=FBY=Fr1/2=540.2N FAZ=FBZ=/2=406.6N 由兩邊對(duì)稱，知截面C的彎矩也對(duì)稱。截面C在垂直面彎矩為： MC1=FAyL/2=16.9N·m 繪制水平面彎矩圖 截面C在水平面上彎矩為： MC2=FAZL/2=406.6×62.5×=12.7N·m 繪制合彎矩圖 MC=(MC12+MC22)1/2=(16.92+12.72)1/2=21.1N·m 繪制扭矩圖 轉(zhuǎn)矩：T= TI=20.33N·m 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度 ∵由教材P373式（15-5）經(jīng)判斷軸所受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力,取α=0.6, 前已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由教材P362表15-1查得,因此<,故安全。 ∴該軸強(qiáng)度足夠。 3.4.2輸出軸 ① 材料的選擇 由表16.1 查得 用45號(hào)鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理， 由表16.3得 ② 估算軸的最小直徑 根據(jù)表11.6，取=110為取值范圍 估算軸的直徑： 因?yàn)檩S上開有一個(gè)鍵槽，考慮到鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削落，應(yīng)增大軸徑，此時(shí)軸徑應(yīng)增大5% ，取 ③ 軸上的零件定位，固定和裝配 單級(jí)減速器中,可以將蝸輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱分布，蝸輪左面用軸肩定位，右面用套筒軸向定位，周向定位采用鍵和過渡配合，兩軸承分別以軸承肩和套筒定位，周向定位則用過渡配合或過盈配合，軸呈階梯狀，左軸承從左面裝入，蝸輪套筒，右軸承和鏈輪依次從右面裝入。 ④ 確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 I段：直徑d1=40mm 長(zhǎng)度取L1=110mm II段：由教材P364得：h=0.08 d1=0.08×4=3.2mm 直徑d2=d1+2h=40+6.4=48mm,長(zhǎng)度取L2=60 mm III段：直徑d3=50mm 由GB/T297-1994初選用30210型圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑為50mm，寬度為20mm。故III段長(zhǎng)：L3=44mm Ⅳ段：直徑d4=54mm，蝸輪輪轂寬為70mm，取L4=68mm Ⅴ段：由教材P364得：h=0.08 d5=0.08×54=4.32mm D5=d4+2h=54+2×4.32≈62mm長(zhǎng)度取L5=22mm Ⅵ段：直徑d6=d3=50mm L6=20mm 由上述軸各段長(zhǎng)度可算得軸支承跨距L=134mm ⑤ 按彎扭復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算 求分度圓直徑：已知d2=205mm 求轉(zhuǎn)矩：已知T2= TII=304.27N·m 求圓周力Ft：根據(jù)教材P198（10-3）式得 =2T2/d2=590 N 求徑向力Fr：根據(jù)教材P198（10-3）式得 Fr=·tanα=3586.4×tan200=1370N ∵兩軸承對(duì)稱 ∴LA=LB=75mm 求支反力FAY、FBY、FAZ、FBZ FAY=FBY=Fr/2=107.35N FAX=FBX=/2=295N 由兩邊對(duì)稱，截面C的彎矩也對(duì)稱，截面C在垂直面彎矩為 MC1=FAYL/2=107.35×75×=8N·m 截面C在水平面彎矩為 MC2=FAXL/2=295×75×=22.125N·m 計(jì)算合成彎矩 MC=（MC12+MC22）1/2=（82+22.1252）1/2=23.54N·m 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度由式（15-5） ∵由教材P373式（15-5）經(jīng)判斷軸所受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力,取α=1, 前已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由教材P362表15-1查得,因此<,故安全。 ∴此軸強(qiáng)度足夠 3.5減速器箱體設(shè)計(jì) 3.5.1箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 減速器箱體是支承和固定軸系部件、保證傳動(dòng)零件正常嚙合、良好潤(rùn)滑和密封的基礎(chǔ)零件，因此，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。為提高箱體強(qiáng)度，采用鑄造的方法制造。 為便于軸系部件的安裝和拆卸，箱體采用剖分式結(jié)構(gòu)，由箱座和箱蓋組成，剖分面取軸的中心線所在平面,箱座和箱蓋采用普通螺栓連接，圓柱銷定位。 減速器箱體是支承和固定軸系部件、保證傳動(dòng)零件正常嚙合、良好潤(rùn)滑和密封的基礎(chǔ)零件，因此，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。為提高箱體強(qiáng)度，采用鑄造的方法制造。 首先保證足夠的箱體壁厚，箱座和箱蓋的壁厚取。 其次，為保證減速器箱體的支承剛度，箱體軸承座處要有足夠的厚度，并設(shè)置加強(qiáng)肋，且選用外肋結(jié)構(gòu)。為提高軸承座孔處的聯(lián)接剛度，座孔兩側(cè)的連接螺栓應(yīng)盡量靠近（以避免與箱體上固定軸承蓋的螺紋孔干涉為原則）。為提高聯(lián)接剛度，在軸承座旁聯(lián)接螺栓處做出凸臺(tái)，要有一定高度，以留出足夠的扳手空間。由于減速器上各軸承蓋的外徑不等，各凸臺(tái)高度設(shè)計(jì)一致。 另外，為保證箱座與箱蓋的聯(lián)接剛度，箱蓋與箱座聯(lián)接凸緣應(yīng)有較大的厚度。 為保證箱體密封，除箱體剖分面聯(lián)接凸緣要有足夠的寬度外，合理布置箱體凸緣聯(lián)接螺栓，采用對(duì)稱均勻布置，并不與吊耳、吊鉤和定位銷等發(fā)生干涉。 3.5.2油面位置及箱座高度的確定 對(duì)于圓柱齒輪，通常取浸油深度為一個(gè)齒高，對(duì)于多級(jí)傳動(dòng)中的低速級(jí)大齒輪，其浸油深度不得超過其分度圓半徑的1/3。為避免傳動(dòng)零件傳動(dòng)時(shí)將沉積在油池底部的污物攪起，造成齒面磨損，應(yīng)使大齒輪齒頂圓距油齒底面的的距離不小于30～50mm。取45mm。 3.5.3箱體結(jié)構(gòu)的工藝性 由于采用鑄造箱體，所以要注意鑄造的工藝要求，例如注意力求壁厚均勻、過渡平緩，外形簡(jiǎn)單；考慮液態(tài)金屬的流動(dòng)性，箱體壁厚不應(yīng)過薄，砂形鑄造圓角半徑??；為便于造型時(shí)取模，鑄件表面沿拔模方向設(shè)計(jì)成～的拔模斜度，以便拔模方便。箱體與其他零件的結(jié)合處，如箱體軸承座端面與軸承蓋、窺視孔與視孔蓋、螺塞等處均做出凸臺(tái)，以便于機(jī)加工。 設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu)形狀時(shí)，應(yīng)盡量減小機(jī)械加工面積，減少工件和刀鋸的的調(diào)整次數(shù)。例如同一軸心線上的兩軸承座孔的直徑應(yīng)盡量一致，以便鏜孔并保證鏜孔精度，取兩軸承座孔的直徑相同。箱體的加工面與非加工面必須嚴(yán)格分開,加工處做出凸臺(tái)()。螺栓頭部或螺母接觸處做出沉頭座坑。箱體形狀力求均勻、美觀。 3.5.5箱體尺寸設(shè)計(jì) 要設(shè)計(jì)啟蓋螺釘，其上的螺紋長(zhǎng)度要大于箱蓋聯(lián)接凸緣的厚度，釘桿端部要做成圓柱形，加工成半圓形，以免頂壞螺紋。 為了保證剖分式箱體軸承座孔的加工與裝配精度，在箱體聯(lián)接凸緣的長(zhǎng)度方向兩端各設(shè)一圓錐定位銷。兩銷間的距離盡量遠(yuǎn)，以提高定位精度。定位銷直徑一般取，取，長(zhǎng)度應(yīng)大于箱蓋和箱座聯(lián)接凸緣的總厚度，以利于裝拆。 箱體相關(guān)尺寸匯總?cè)缦拢? 名 稱 代號(hào) 一級(jí)齒輪減速器 計(jì)算結(jié)果 機(jī)座壁厚 δ 0.04a+3mm≥8mm 8 機(jī)蓋壁厚 δ1 0.85δ 8 機(jī)座凸緣厚度 b 1.5δ 20 機(jī)蓋凸緣厚度 b1 1.5δ1 20 機(jī)座底凸緣厚度 b2 2.5δ 30 地腳螺釘直徑 df 0.036a+12mm 16 地腳螺釘數(shù)目 n 4 軸承旁連接螺栓直徑 d1 0.75 df 16 機(jī)座與機(jī)蓋連接螺栓直徑 d2 (0.5~0.6) df 12 連接螺栓d2的間距 l 150~200mm 軸承端螺釘直徑 d3 (0.4~0.5) df 6 窺視孔蓋螺釘直徑 d4 (0.3~0.4) df 5 定位銷直徑 d (0.7~0.8) d2 6 df、d1 、d2至外機(jī)壁距離 c1 見表2 22,16,13 df 、d2至緣邊距離 c2 見表2 20,11 軸承旁凸臺(tái)半徑 R1 c2 20 凸臺(tái)高度 h 根據(jù)低速軸承座外徑確定 50 外機(jī)壁到軸承端面距離 l1 c1+ c2+(5~8)mm 48 內(nèi)機(jī)壁到軸承端面距離 l2 δ+ c1+ c2+(5~8)mm 56 蝸輪齒頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離 △1 ≥1.2δ 10 蝸輪端面與內(nèi)機(jī)壁的距離 △2 ≥δ 8 機(jī)座肋厚 m m≈0.85δ 7 軸承端蓋外徑 D2 軸承座孔直徑+(5~5.5) d3 125 軸承端蓋凸緣厚度 e (1~1.2) d3 10 軸承旁連接螺栓距離 s 盡量靠近，以Md1和Md3不發(fā)生干涉為準(zhǔn) 4 標(biāo)準(zhǔn)件的選用與校核 4.1軸承的選用與校核 （1）蝸桿軸上的軸承壽命校核 在設(shè)計(jì)蝸桿選用的軸承為30206型圓錐滾子軸承,由手冊(cè)查得 (1)由滾動(dòng)軸承樣本可查得,軸承背對(duì)背或面對(duì) 面成對(duì)安裝在軸上時(shí),當(dāng)量載荷可以按下式計(jì)算: 1)當(dāng) 2)當(dāng) ,且工作平穩(wěn),取,按上面式(2)計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷,即 (2)計(jì)算預(yù)期壽命 (3)求該軸承應(yīng)具有的基本額定動(dòng)載荷 故選擇此對(duì)軸承在軸上合適. （2）蝸輪軸上的軸承校核 ①求作用在軸承上的載荷 ②計(jì)算動(dòng)量載荷 在設(shè)計(jì)時(shí)選用的30210型圓錐滾子軸承,查手冊(cè)知 根據(jù),查得 查得 所以 ③校核軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 已知,所以 故選用該軸承合適. 4.2鍵的選用與校核 （1）蝸桿軸上鍵的強(qiáng)度校核 在前面設(shè)計(jì)軸此處選用平鍵聯(lián)接,尺寸為,鍵長(zhǎng)為45mm. 鍵的工作長(zhǎng)度 鍵的工作高度 可得鍵聯(lián)接許用比壓 故該平鍵合適. （2）蝸輪軸上鍵的強(qiáng)度校核 在設(shè)計(jì)時(shí)選用平鍵聯(lián)接,尺寸為,鍵長(zhǎng)度為63mm 鍵的工作長(zhǎng)度 鍵的工作高度 得鍵聯(lián)接許用比壓 故選用此鍵合適. 4.3聯(lián)軸器的選用 蝸桿軸上聯(lián)軸器的選用 根據(jù)前面計(jì)算，蝸桿軸最小直徑： 取 查機(jī)械手冊(cè)，根據(jù)軸徑和計(jì)算轉(zhuǎn)矩選用彈性柱銷聯(lián)軸器： 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩計(jì)算 查表課本14-1， K=1.3，則 啟動(dòng)載荷為名義載荷的1.25倍，則 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊(cè)選擇聯(lián)軸器型號(hào)為選用HL3（J1型）彈性柱銷聯(lián)軸器，其允許最大扭矩[T]=630,許用最高轉(zhuǎn)速 n=5000，半聯(lián)軸器的孔徑d=35，孔長(zhǎng)度l=60mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L1=82。 4.4潤(rùn)滑與密封 （1）軸承潤(rùn)滑 蝸桿軸上軸承： 蝸輪軸上軸承： 軸承均采用脂潤(rùn)滑。選用通用鋰基潤(rùn)滑脂（GB7324-87），牌號(hào)為ZGL—1。其有良好的耐水性和耐熱性。適用于-20°至120°寬溫度范圍內(nèi)各種機(jī)械的滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承及其他摩擦部位的潤(rùn)滑。潤(rùn)滑脂的裝填量不宜過多，一般不超過軸承內(nèi)部空間容積的1/3～2/3。 （2）蝸輪蝸桿潤(rùn)滑 蝸輪蝸桿的潤(rùn)滑方法采用浸油潤(rùn)滑。在蝸輪傳動(dòng)時(shí)，就把潤(rùn)滑油帶到嚙合的齒面上，同時(shí)也將油甩到箱壁上，借以散熱。蝸輪浸入油中油的深度不宜超過高速級(jí)1/2，亦不應(yīng)小于1/4。為避免蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將沉積在油池底部的污物攪起，造成齒面磨損，應(yīng)使大蝸輪齒頂距油池底面的距離不小于30～50mm?，F(xiàn)取為 4.5連接螺栓的選用與校核 螺栓在舉升機(jī)構(gòu)中起連接作用，主要承受剪切變形。校核時(shí)只考慮剪切變形就可以。以下是對(duì)圖2.4中的1、3、4處的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核。螺栓材料為Q235-A鋼，許用剪切應(yīng)力[]=98MPa。 （1）1處螺栓受的剪切力如圖3.15所示 圖3.15 1處螺栓所受剪切力圖 （a）舉升機(jī)構(gòu)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 豎直方向承受的應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 =53.89MPa 滿足強(qiáng)度要求。 （b）舉升到1m時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 豎直方向承受的應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求。 （2）3處螺栓受的剪切力如圖3.16所示 圖3.16 3處螺栓所受剪切力圖 （a）舉升機(jī)構(gòu)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 豎直方向承受的應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求 （b）舉升到1m時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 豎直方向承受的應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求。 （3）5處螺栓受的剪切力如圖3.17所示 圖3.17 5處螺栓所受的剪切力圖 （a）舉升機(jī)構(gòu)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 豎直方向承受的應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求 （b）舉升到1m時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 豎直方向承受的應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求。校核后的結(jié)果表明螺栓材料為Q235鋼是符合要求的。 5 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì) 5.1 Pro/E軟件概述 Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 Pro/Engineer和WildFire是PTC官方使用的軟件名稱，但在中國(guó)用戶所使用的名稱中，并存著多個(gè)說法，比如ProE、Pro/E、破衣、野火等等都是指Pro/Engineer軟件，proe2001、proe2.0、proe3.0、proe4.0、proe5.0、creo1.0\creo2.0等等都是指軟件的版本。 Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 （1）參數(shù)化設(shè)計(jì) 相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。但是無法在零件模塊下隱藏實(shí)體特征。 （2）基于特征建模 Pro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡(jiǎn)易和靈活。 （3）單一數(shù)據(jù)庫(kù)（全相關(guān)） Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜。 Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色，實(shí)體或線框造型，完整工程圖的產(chǎn)生及不同視圖展示（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽殼（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對(duì)于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號(hào)式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個(gè)參數(shù)改變，其他相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持Postscript格式的彩色打印機(jī)。Pro/Engineer還可輸出三