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畢業(yè)設(shè)計(jì)中文摘要
室內(nèi)用家具物品搬運(yùn)車的設(shè)計(jì)
摘 要
21世紀(jì)來臨伴隨著社會(huì)發(fā)生了翻天覆地的變化，家具種類也在增加，在工廠搬運(yùn)或者需要搬家時(shí)，面對(duì)各種大小形狀不一的家具常常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，目前市場(chǎng)上流通的家具搬運(yùn)車只有用來定點(diǎn)運(yùn)輸?shù)钠胀üδ?，遇到某些家具體型較大，重量較高，難以有一個(gè)好辦法，工廠和家庭的貨物運(yùn)輸市場(chǎng)需求越來越多。本文設(shè)計(jì)的一個(gè)小型家庭用的家具物品搬運(yùn)車對(duì)于清潔工作中需要移動(dòng)家具的短距離搬運(yùn)需求來說非常實(shí)用。小型搬運(yùn)車便捷，可以幫助使用者提高勞動(dòng)效率，有著廣闊的應(yīng)用前景。
針對(duì)我國(guó)目前市場(chǎng)上家具搬運(yùn)車存在的不足，本次設(shè)計(jì)電動(dòng)的家具搬運(yùn)車，主要是
在搬運(yùn)車的傳動(dòng)裝置和起降裝置的部分，功能的實(shí)用性和操作的便捷方面。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容為：先確定搬運(yùn)車機(jī)械系統(tǒng)的整體方案，再對(duì)托盤、軸、起升機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)使用和工藝的要求確定具體參數(shù)，最后確定各個(gè)機(jī)構(gòu)部件的尺寸和進(jìn)行校核。該家具搬運(yùn)車驅(qū)動(dòng)輪為后輪并通過后輪轉(zhuǎn)向，后輪通過鏈輪和減速器離合器連接控制小車的行走，液壓機(jī)構(gòu)主要是用于家具的搬運(yùn)工作。
本文設(shè)計(jì)的室內(nèi)用家具物品搬運(yùn)車通過電動(dòng)機(jī)的電力驅(qū)動(dòng)減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了搬運(yùn)效率。液壓起降裝置對(duì)于搬運(yùn)過程中保護(hù)了使用者的安全，較好實(shí)現(xiàn)了家具的定點(diǎn)搬運(yùn)。
關(guān)鍵詞：搬運(yùn)車；室內(nèi)；減速器；家具
畢業(yè)設(shè)計(jì)英文摘要
Design of indoor furniture goods carrier
Abstract
With the 21st century come, the great changes have taken place in our society, and there are more and more kinds of furniture in the market. When we move in factories or need to move, it often takes time and effort to deal with furniture of different sizes and shapes. At present, the furniture carriers in circulation in the market only have the common function of fixed-point transportation. When we encounter some furniture with larger size and higher weight, the furniture carriers can only be used for fixed-point transportation, It is difficult to have a good way, factories and families of goods transport market demand is increasing. In this paper, a small household furniture goods carrier is designed, which is very practical for the short distance transportation needs of moving furniture in the cleaning work. The small carrier is convenient and can help users improve labor efficiency. It has a wide application foreground.
In view of the shortcomings of furniture carriers in China's current market, the electric furniture carriers are redesigned, mainly as follows In the transmission device and take-off and landing device of the truck, the practicality of functions and the convenience of operation. The specific design method is as follows: first determine the overall scheme of the mechanical system of the truck, then design the key components such as pallet, shaft, lifting mechanism and transmission mechanism, and determine the specific parameters according to the requirements of use and process, and finally determine the size of each mechanism component and check it. The driving wheel of the furniture carrier is the rear wheel, which turns through the rear wheel. The rear wheel is connected with the reducer clutch to control the walking of the car. The hydraulic mechanism is mainly used for carrying furniture.
The indoor furniture truck designed in this paper is driven by electric motor, which reduces intensity of labor and raises transportation influence. The hydraulic take-off and landing device protects the safety of users in the process of transportation, and better realizes the fixed-point transportation of furniture.
Key words: carrier; Indoor; retarder; furniture
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題的背景及意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r 2
1.2.1 國(guó)內(nèi)外的研究狀況 2
1.2.2 搬運(yùn)車產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)及尚待研究的問題 3
2 技術(shù)任務(wù)書 (JR) 5
2.1 家具搬運(yùn)車的整體布局 5
2.2 家具搬運(yùn)車工作原理 5
2.3家具搬運(yùn)車主要技術(shù)參數(shù) 6
3 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(SS) 7
3.1家具搬運(yùn)車的機(jī)架部分零部件的設(shè)計(jì) 7
3.1.1 家具搬運(yùn)車工作機(jī)構(gòu)原理的設(shè)計(jì) 7
3.1.2 家具搬運(yùn)車機(jī)架的關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì) 7
3.1.2.1家具搬運(yùn)車貨叉的設(shè)計(jì)及校核 7
3.1.2.2機(jī)構(gòu)桿件鉸接處軸的設(shè)計(jì)及校核 9
3.2 起降裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11
3.2.1 液壓系統(tǒng)工作原理 11
3.2.2 各液壓元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算與校核 12
3.2.2.1 液壓缸設(shè)計(jì)及校核 12
3.2.2.2 油箱的設(shè)計(jì)與校核 14
3.2.2.3油路的設(shè)計(jì) 14
3.2.2.4截止閥和單向閥的設(shè)計(jì)與校核 15
3.2.2.5泵的設(shè)計(jì) 18
3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
3.3.1 減速器設(shè)計(jì) 19
3.3.1.1 減速比與減速形式設(shè)計(jì) 19
3.3.1.2 行星齒輪傳動(dòng)配齒設(shè)計(jì)計(jì)算 19
3.2.1.3 行星齒輪傳動(dòng)和嚙合參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 20
3.3.2減速器效率設(shè)計(jì)計(jì)算 20
3.3.3 行星齒輪傳動(dòng)的受力分析及強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 21
3.3.3.1齒輪材料選擇設(shè)計(jì) 21
3.3.3.2行星齒輪傳動(dòng)受力分析設(shè)計(jì)計(jì)算 21
3.3.3.3行星齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度校核 23
3.3.4 離合器設(shè)計(jì) 24
3.3.5 鏈傳動(dòng)和鏈輪的設(shè)計(jì) 25
4使用說明書 27
4.1操作說明書 27
4.2注意事項(xiàng) 27
5 標(biāo)準(zhǔn)化審查報(bào)告 28
結(jié) 論 29
參 考 文 獻(xiàn) 30
致 謝 31
室內(nèi)用家具物品搬運(yùn)車的設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 課題的背景及意義
21世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)的日新月異的發(fā)展和更新，自動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備更多應(yīng)用于物流和運(yùn)輸行列，隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，越來越需要更加智能化和電動(dòng)的搬運(yùn)設(shè)備來代替人工，設(shè)計(jì)一種新型的室內(nèi)用家具物品搬運(yùn)車顯得尤為重要。
隨著搬運(yùn)車需求的不斷提升，搬運(yùn)車的種類、功能和數(shù)量有了顯著的變化，并且操作規(guī)模也在增多。目前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上存在的家具搬運(yùn)車大多為手動(dòng)搬運(yùn)車，使小車移動(dòng)通常需要我們?nèi)藖砝瓌?dòng)或拖動(dòng)。當(dāng)在室內(nèi)家具搬運(yùn)車上有較重的家具時(shí)，搬運(yùn)者通常需要更加費(fèi)力的推動(dòng)它移動(dòng)，勞動(dòng)強(qiáng)度非常的大。因此顯而易見在家具搬運(yùn)過程中，一方面造成的人工的浪費(fèi)，另一方面也造成了寶貴時(shí)間的浪費(fèi)，從而導(dǎo)致了室內(nèi)家具搬運(yùn)車的工作效率低下。但是即使是這種效率低下的搬運(yùn)車設(shè)備，在各類家具搬運(yùn)以及短途的貨物搬運(yùn)過程中還是被大量的應(yīng)用，還仍然是最普遍的。當(dāng)今時(shí)代隨著社會(huì)的迅猛發(fā)展，搬運(yùn)行業(yè)更為發(fā)達(dá)但是人力資源卻更加稀缺，設(shè)計(jì)一款更加省時(shí)省力的電動(dòng)搬運(yùn)車明顯更有實(shí)用意義，更高的使用效率已經(jīng)成為炙手可熱的項(xiàng)目。雖然當(dāng)今市場(chǎng)上有了更加新穎的設(shè)計(jì)，一些半電動(dòng)搬運(yùn)車[1]，搬運(yùn)方式為電動(dòng)升降，行走還需要人力推動(dòng)，只是簡(jiǎn)單的將液壓升降裝置改為電動(dòng)升降裝置，像這樣的改進(jìn)也僅僅是杯水車薪，僅適用于搬運(yùn)的家具或貨物比較輕便時(shí)，當(dāng)有需要搬運(yùn)較重物體時(shí)，小車行走主要依靠人力，鑒于此，開發(fā)設(shè)計(jì)一種新式的半電動(dòng)家具搬運(yùn)車就顯得更為重要和緊迫，從而能輕松推動(dòng)搬運(yùn)車行走，提高工作效率，對(duì)于當(dāng)前的家具和貨物搬運(yùn)行業(yè)有極為深遠(yuǎn)的影響。
1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r
1.2.1 國(guó)內(nèi)外的研究狀況
隨著環(huán)保觀念的增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)的搬運(yùn)車在產(chǎn)品生產(chǎn)和市場(chǎng)營(yíng)銷方面呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)調(diào)整，手動(dòng)搬運(yùn)車也在向電動(dòng)方向靠隴。
搬運(yùn)車歷經(jīng)許多年的不斷發(fā)展進(jìn)步，我國(guó)在搬運(yùn)車的研發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中發(fā)揮了越來越重要的作用，正在成長(zhǎng)為世界上搬運(yùn)車研發(fā)投入大國(guó)。
盡管國(guó)內(nèi)搬運(yùn)車產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)晚于國(guó)外幾十年，不得不承認(rèn)國(guó)外的技術(shù)高于國(guó)內(nèi)，但是我們國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品系列也是比較全面的，其中也包括家具搬運(yùn)車。國(guó)內(nèi)手動(dòng)搬運(yùn)車如下圖1所示，國(guó)外手動(dòng)搬運(yùn)車如下圖2所示，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品和國(guó)外產(chǎn)品同樣受到人們親睞，也正因如此，搬運(yùn)車市場(chǎng)被巨大的市場(chǎng)潛力激發(fā)。
圖1國(guó)內(nèi)手動(dòng)搬運(yùn)車 圖2國(guó)外手動(dòng)搬運(yùn)車
目前世界上各個(gè)國(guó)家也都在進(jìn)行搬運(yùn)車的研究發(fā)展歷程如下：
第一代搬運(yùn)車動(dòng)力形式為純手動(dòng)，第一代產(chǎn)品總是具有劃時(shí)代意義的，我們經(jīng)歷了從單純的人力搬運(yùn)轉(zhuǎn)變到機(jī)械化搬運(yùn)的偉大變革，對(duì)于這個(gè)科技和革新日益迅速的今天，從節(jié)省人力方面而言，在短距離的搬運(yùn)過程中仍然十分重要，它的省力，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠特點(diǎn)非常受人們歡迎。
第二代的搬運(yùn)車動(dòng)力形式為內(nèi)燃機(jī)，可以輸出很強(qiáng)的動(dòng)力，相應(yīng)的其額定的載重量相比其他動(dòng)力的搬運(yùn)車更高。即便這樣，我們不容忽視的是，內(nèi)燃機(jī)靠燃燒化石能源工作，它的缺點(diǎn)也是非常明顯的。所以這一代的搬運(yùn)車產(chǎn)品并沒有得到很好的普及，除了施工單位和一些其他的場(chǎng)所被應(yīng)用，大多數(shù)行業(yè)并不會(huì)采用，在食品衛(wèi)生行業(yè)更是明令禁止使用。
第三代搬運(yùn)車動(dòng)力形式為電動(dòng)[1]，它的智能化程度可與第四代產(chǎn)品想媲美，有了上一代的經(jīng)驗(yàn)，這一代的純電動(dòng)搬運(yùn)車是基于環(huán)保理念和節(jié)能減排理念下設(shè)計(jì)的一款全新產(chǎn)品，搬運(yùn)車以電池供電，是在搬運(yùn)車史上絕無僅有的一次全新的技術(shù)理念革新。純電動(dòng)搬運(yùn)車由于其工作過程中不會(huì)產(chǎn)生廢氣，而且?guī)缀鯚o噪音，節(jié)省人力，效率高等特點(diǎn)，非常適合當(dāng)今的社會(huì)，在一些近距離的搬運(yùn)過程行業(yè)成為了首選。但是好景不長(zhǎng)，純電動(dòng)搬運(yùn)車也由于自身特點(diǎn)存在一些固有的缺陷，很明顯的是由于它采用純電動(dòng)搬運(yùn)，舉升和行走都是依靠電瓶活著電池供電驅(qū)動(dòng)的，當(dāng)然由于體積，經(jīng)濟(jì)性的因素電池不可能無限大，電池容量的限制了它的額定載重質(zhì)量，所以其功率小，連續(xù)作業(yè)時(shí)常短，相比于手動(dòng)搬運(yùn)車，純電動(dòng)搬運(yùn)車優(yōu)勢(shì)并不明顯，并且由于一些方面的原因，它的設(shè)計(jì)更新沒有繼續(xù)下去，導(dǎo)致產(chǎn)品研發(fā)停滯不前，所以它的應(yīng)用也并不普及。
第四代搬運(yùn)車主要是無人搬運(yùn)車，AGVS尚處于萌芽狀態(tài)，無人搬運(yùn)車的工作方式主要通過編入程序來實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)工作，在現(xiàn)在看來確實(shí)是一種非常智能的產(chǎn)品，但是比較惋惜的是，目前這種搬運(yùn)車還未實(shí)現(xiàn)，需要更進(jìn)一步的技術(shù)推動(dòng)，有很大的未來發(fā)展?jié)摿Α?
1.2.2 搬運(yùn)車產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)及尚待研究的問題
通過對(duì)搬運(yùn)車的研究現(xiàn)狀分析，雖然已經(jīng)發(fā)展到了第四代產(chǎn)品，仍有許多問題：
貨物如何放上搬運(yùn)車的搬運(yùn)托盤（即搬運(yùn)托盤的升降）。目前存在的前三代產(chǎn)品分別采用的升降方式是液壓升降機(jī)構(gòu)、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力升降和電力驅(qū)動(dòng)升降。內(nèi)燃機(jī)能源利用效率不高，用內(nèi)燃機(jī)工作來作為動(dòng)力太過于浪費(fèi)能源，并且對(duì)環(huán)境污染很嚴(yán)重，噪音也過大，所以并不適用。電力驅(qū)動(dòng)升降雖然沒有像內(nèi)燃機(jī)那樣浪費(fèi)資源，排放廢氣污染環(huán)境，但是其動(dòng)力不足，導(dǎo)致載重量過低，單次搬運(yùn)貨物較少，并且由于它是純電動(dòng)搬運(yùn)車，所以行走也是電力驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致其太過依賴電池的容量，從而工作時(shí)間被大大壓縮，所以電力驅(qū)動(dòng)升降也并不十分切合實(shí)際生產(chǎn)。液壓起升裝置，它的工作原理主要是依靠高壓油的壓力作用實(shí)現(xiàn)起升，在上升時(shí)，油缸上行主要時(shí)是依靠液壓油的輸出來使活塞桿上行，并帶托盤上升，在下降時(shí)，葉片泵部件被關(guān)閉，控制閥處于打開狀態(tài)并開始泄油，托盤平臺(tái)在重力作用下開始下降，油缸中的高壓油泄出，為了提高托盤工作時(shí)的穩(wěn)定性采用交叉式的剛體機(jī)械體，并且具有很強(qiáng)的載重能力，使得單次運(yùn)輸貨物更多，提高了工作效率，液壓系統(tǒng)比較平穩(wěn)，所以會(huì)更加安全。所以采用液壓升降系統(tǒng)是目前最完美的一種選擇。
搬運(yùn)車的移動(dòng)。目前存在的前三代產(chǎn)品分別采用的是，純?nèi)肆κ止ね疲ɡ﹦?dòng)、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)行走。用人力來拉動(dòng)或者推動(dòng)搬運(yùn)車移動(dòng)。當(dāng)搬運(yùn)車托盤上有較重的貨物時(shí)，人也需要更加費(fèi)力的推動(dòng)它，勞動(dòng)強(qiáng)度非常大。這就導(dǎo)致了運(yùn)送貨物時(shí)，不但浪費(fèi)人力資源，也會(huì)浪費(fèi)更多的時(shí)間，從而導(dǎo)致搬運(yùn)車工作效率低下。內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)則還是與升降有一樣的問題，太過于浪費(fèi)能源，并且對(duì)環(huán)境污染很嚴(yán)重，噪音也過大，并且禁止用于食品行業(yè)，所以內(nèi)燃機(jī)搬運(yùn)車不會(huì)得到長(zhǎng)久的發(fā)展，理應(yīng)被淘汰。而電力驅(qū)動(dòng)搬運(yùn)車移動(dòng)在相比之下則顯得鶴立雞群，因?yàn)榻^大多數(shù)工作環(huán)境都是平整的場(chǎng)地，所以并不需要耗費(fèi)很多電力，對(duì)電池容量要求并不十分苛刻。并且電力驅(qū)動(dòng)不會(huì)有尾氣的排放，完全不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，并且能解放人力，一定程度上提高了效率。
綜上所述，目前最好的產(chǎn)品應(yīng)該是將第一代搬運(yùn)車和第三代搬運(yùn)車二者綜合，采用液壓升降，電力驅(qū)動(dòng)行走。形成“第五代”全新的產(chǎn)品，同時(shí)，這也是本設(shè)計(jì)課題的目標(biāo)。
2 技術(shù)任務(wù)書 (JR)
總體方案確定的依據(jù)是完成室內(nèi)家具的搬運(yùn)，保證車上的家具不受損壞并且平穩(wěn)的搬起和放下。既可以節(jié)約人力，又不會(huì)因?yàn)榘徇\(yùn)失誤而家具掉落造成把人砸傷等生活事故。
當(dāng)前，一些國(guó)內(nèi)外知名網(wǎng)站以及市場(chǎng)上已經(jīng)有了類似的該課題的作品，確定家具搬運(yùn)車的整體結(jié)構(gòu)和布局，以及家具搬運(yùn)車的工作原理和主要技術(shù)參數(shù)。主要包括各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)和校核以及電動(dòng)機(jī)的選型和一些其它的細(xì)節(jié)的選型、設(shè)計(jì)工作。該家具搬運(yùn)車驅(qū)動(dòng)輪為后輪并通過后輪轉(zhuǎn)向，后輪通過鏈輪和減速器離合器連接控制小車的行走，液壓機(jī)構(gòu)主要是用于家具的搬運(yùn)工作。從而實(shí)現(xiàn)可離合的電力驅(qū)動(dòng)搬運(yùn)車的設(shè)計(jì)過程，完成本次課題的設(shè)計(jì)任務(wù)。
2.1 家具搬運(yùn)車的整體布局
(1) 機(jī)架：機(jī)架采用高速鋼[4]焊接而成，剛性和強(qiáng)度均滿足需求。作為家具搬運(yùn)車的主要承重構(gòu)件保證符合使用要求。
(2) 液壓系統(tǒng)：液壓系統(tǒng)包括手柄、液壓裝置、腳踏板、鏈條、貨叉架和貨叉。液壓裝置通過軸安裝在底座上并于控制桿連接，手柄、腳踏板和鏈條控制液壓裝置，貨叉架和貨叉安裝在底座上，由液壓裝控制升降工作[3]。
(3) 傳動(dòng)系統(tǒng)：傳動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、減速器-離合器、鏈輪、鏈條、車輪(后輪)幾個(gè)部分。為了不影響使用，電動(dòng)機(jī)焊接在機(jī)架上部[2]，減速器-離合器也采用焊接的方式安裝在底座上，減速器的輸出軸和搬運(yùn)車后輪上都安裝有鏈輪用來傳動(dòng)
2.2 家具搬運(yùn)車工作原理
室內(nèi)用家具物品搬運(yùn)車的組成部分和工作原理如下：
室內(nèi)用家具物品搬運(yùn)車主要包括傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓裝置和機(jī)座構(gòu)成，傳動(dòng)裝置有電動(dòng)機(jī)、減速器-離合器和鏈輪。液壓系統(tǒng)組要由腳手柄、液壓缸和托盤組成。機(jī)座部分由控制桿、舵柄和底座組成。
首先，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)電源，通過減速器-離合器控制小車的行走，到達(dá)工作地后，起升家具時(shí)，先將貨叉伸入到家具底部，然后將搬運(yùn)車后輪制動(dòng)防止打滑，然后扳動(dòng)手柄帶動(dòng)鏈條，壓輪壓迫泵芯，讓泵缸體中的高壓油流進(jìn)活塞液壓缸中，從而使得活塞桿向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)托盤平臺(tái)和貨叉架、貨叉上移。當(dāng)托盤到達(dá)最高處時(shí)，高壓油通過安全閥流回油箱中，手柄處于停止?fàn)顟B(tài)，避免構(gòu)件損壞，下降時(shí)踩動(dòng)腳踏板，打開泄油閥，在托盤和重物的自重做通下活塞桿液壓缸的高壓油流回油箱，活塞桿下降從而托盤回到最低位置，卸下家具，拉出貨叉，從而實(shí)現(xiàn)家具的搬運(yùn)功能。
2.3家具搬運(yùn)車主要技術(shù)參數(shù)
結(jié)合具體使用要求，擬定室內(nèi)用家具物品搬運(yùn)車的設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)包括最大載荷、最大行駛速度、驅(qū)動(dòng)輪靜摩擦系數(shù)、驅(qū)動(dòng)輪直徑、電機(jī)型號(hào)、電機(jī)功率、額定輸出扭矩、限定轉(zhuǎn)速、空載轉(zhuǎn)速。
表1 主要技術(shù)參數(shù)
參數(shù)項(xiàng)目 具體數(shù)據(jù)
最大載荷(kg) 1200
最大行駛速度(km/h) 2.5～3
驅(qū)動(dòng)輪靜摩擦系數(shù) 0.05
驅(qū)動(dòng)輪直徑(mm) 180
電機(jī)型號(hào) MY1020-700W
電機(jī)功率(W) 500
額定輸出扭矩(N·M) 1.9
限定轉(zhuǎn)速(r/min) 2500
空載轉(zhuǎn)速(r/min) 3150
3 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(SS)
3.1家具搬運(yùn)車的機(jī)架部分零部件的設(shè)計(jì)
3.1.1 家具搬運(yùn)車工作機(jī)構(gòu)原理的設(shè)計(jì)
家具搬運(yùn)車的工作原理簡(jiǎn)圖[2]如下圖3所示，液壓缸活塞桿2為原動(dòng)件，液壓缸活塞桿2上升時(shí)，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)架3和支撐板4逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)、支撐板6順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)托盤5上升，兩輪不動(dòng)，實(shí)現(xiàn)家具搬運(yùn)車的舉升功能。
1.空心軸 2.液壓缸活塞桿 3.旋轉(zhuǎn)架. 4.支撐板 5.托盤 6.支撐板
圖3機(jī)構(gòu)工作原理簡(jiǎn)圖
上圖中有6個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，高副低副數(shù)為1和8，自由度數(shù)是F=3×6-2×8-1=1，原動(dòng)件為1個(gè)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式唯一。
3.1.2 家具搬運(yùn)車的關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)
3.1.2.1家具搬運(yùn)車貨叉的設(shè)計(jì)及校核
初選搬運(yùn)車得貨叉長(zhǎng)是1100mm。下圖4是家具搬運(yùn)車的托盤貨叉示意圖。
圖4家具搬運(yùn)車貨叉
貨叉使用的是高拉伸槽鋼。通過使貨叉能夠順利插入托盤底部從而把家具抬起。初步選擇Q235槽鋼[2]、型號(hào)為16A，其h=160mm，按照使用需求設(shè)計(jì)的家具搬運(yùn)車最大載重為2000kg，設(shè)計(jì)要求如下表1所示
表2 家具搬運(yùn)車設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)
參數(shù)項(xiàng)目 具體參數(shù)
型號(hào) CBY
額定起重量（Kg） 2000
起升高度（mm） 115
貨叉低放高度（mm） 85
貨叉高放高度（mm） 200
貨叉面長(zhǎng)度（mm） 1100
外形尺寸（mm） 長(zhǎng) 1480
寬 500
高 1120
自重（Kg） 72~100
叉輪尺寸 單輪 Ф74X93/70
雙輪 Ф74X70
大輪尺寸 Ф180X50
單貨叉受1000kg的力作用，所以應(yīng)該選擇雙輪，對(duì)承載貨物重量設(shè)計(jì)定值，符合設(shè)計(jì)范圍。下圖5是雙貨叉的受力和力矩圖。
圖a 重力受力圖
圖b 剪切力受力圖
圖c 力矩圖
圖5 貨叉受力和力矩圖
1. 計(jì)算剪切應(yīng)力
由從圖5b中可知剪切力Fs，剪切應(yīng)力為τ
τ= Fs/A (3-1)
Fs =10000N，A槽鋼截面面積，通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[5]表2—14選熱軋槽鋼 型號(hào)16b，得到A=25.16cm2
τ＝10０００N/25.16×１０-4＝3.975ＭＰａ (3-2)
因?yàn)棣?[τ]，則貨叉設(shè)計(jì)安全。
2. 計(jì)算彎曲應(yīng)力
由圖5c可得彎矩M=2.75X106 N·mm， W 抗彎截面系數(shù)，《查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[5]表2—15 熱軋槽鋼 型號(hào)16b得W=17.6 cm3
σ＝Ｍ/Ｗ＝2.75Ｘ103N/16.3X10-6m3＝168.71 (3-3)
要求σ<[σ]，[σ]= 170 MPa，則貨叉設(shè)計(jì)安全。選擇固定貨叉車輪的部位到或貨叉頂部為332mm。
3.1.2.2鉸接處軸的設(shè)計(jì)及校核
1. 家具搬運(yùn)車的貨叉和升降的支撐部件5和6的鉸接軸d的選擇
搬運(yùn)車承載的最大搬運(yùn)重量為2000kg，單貨叉承重為1000kg。所以其鉸接處受力為
G=2/2×1000×9.8=9800N (3-4)
作用力為剪切應(yīng)力，交接軸的選40Gr鋼，調(diào)質(zhì)處理?？刹椤稒C(jī)械設(shè)計(jì)》[6]表15—1，得硬度為241~286HBS,剪切疲勞極限為 [τ]=200MPa，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]表4—11，得最小安全儲(chǔ)備系數(shù)為n1=1.45，材料安全系數(shù)[7]為n2=1.1，因此安全系數(shù)為
n=n1·n2=1.6 (3-5)
[τ]≥ 4nGπd2 (3-6)
d≥4nGπτ
=4X1.6×9800πτ
=4X1.6×98003.14×200
=9.98mm (3-7)
按工藝要求取d=20mm，取貨叉輪的軸和其他軸均為d=20mm。
2. 搬運(yùn)車的貨叉的橫梁和升降支撐部件鉸接軸d的選擇
圖6中分析了橫梁和支撐架的受力情況，橫梁受重力和切向作用力的作用。
G
F
21mm
18mm
圖6橫梁和支撐架的受力分析圖
因?yàn)镕×18=G×21，G=3920N，F(xiàn)=4573N，為剪切應(yīng)力，鉸接軸選40Gr鋼[7]，調(diào)質(zhì)處理。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]表15—1，得硬度為241~286HBS,剪切疲勞極限為 [τ]=200MPa，材料安全系數(shù)為n2=1.1，因此安全系數(shù)為
n=n1·n2=1.6 (3-8)
[τ]≥4nGπd2 (3-9)
所以
d≥4nFπτ = 4X1.6X11433.3πτ =12.26mm (3-10)
按工藝要求取d=14mm，貨叉下部的橫梁不受力。取其另端的鉸連接軸為d=15mm，所以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)合理。
3.2 起降裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2.1 液壓系統(tǒng)工作原理
為了使設(shè)計(jì)的液壓缸結(jié)構(gòu)緊湊，下圖7作為設(shè)計(jì)原理圖
1/6. 液壓缸 2. 3. 單向閥 4. 油缸 5. 截止閥
圖7 基于千斤頂?shù)脑韴D
圖8是該設(shè)計(jì)到最后得到的是搬運(yùn)車的液壓回路
1/6. 液壓缸 2/5. 單向閥 3. 油箱 4. 截止閥
圖8：液壓搬運(yùn)車回路原理圖
具體工作原理是杠桿向上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，單向閥5打開，液壓缸6中的高壓油進(jìn)入液壓缸1中，截止閥4打開，單向閥2關(guān)閉，平臺(tái)上行；在重力作用下，截止閥4打開，單向閥5關(guān)閉，液壓缸1中的高壓油流向油缸3，單向閥2打開高壓油向液壓缸1，平臺(tái)下行。
3.2.2 各液壓元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算與校核
為了讓液壓裝置結(jié)構(gòu)緊湊，把整個(gè)液壓原件都設(shè)計(jì)在液壓缸內(nèi)，并讓液壓缸和油箱的軸線處于同一水平線上，把其余的其他部件安裝在液壓缸底盤上。
3.2.2.1 液壓缸設(shè)計(jì)及校核
1. 液壓缸材料選擇
本設(shè)計(jì)為了要讓使液壓系統(tǒng)能夠結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約，液壓缸為45鋼[7]制造，正火處理。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]表15-1，得硬度162~217HBS，抗拉強(qiáng)度為σb=570MPa，屈服極限為σs=285MPa。
2. 液壓缸的內(nèi)壁直徑的設(shè)計(jì)
參考表3是1.5噸的各運(yùn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)力的數(shù)據(jù)。
表3 1.5噸的各運(yùn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)力的數(shù)據(jù)
FXB
FYB
FXD
FYD
FXK
FYK
FXH
FYH
FXG
FYG
FNJ
FMJ
FYM
FC
-0.14
-0.23
-0.14
0.77
-0.73
-0.03
-0.73
0.425
-0.73
-0.03
0.46
0
-1.0
0.17
-0.14
-0.2
-0.13
0.76
-0.60
-0.02
0.60
0.43
-0.60
-0.02
0.47
0
-1.0
0.18
-0.16
-0.09
-0.15
0.66
-0.18
0
-0.18
0.43
-0.18
0.01
0.43
0
-1.0
0.18
-0.24
-0.65
-0.25
1.47
-1.53
0.15
-1.53
0.33
-1.53
0.15
0.17
0
-1.0
0.21
上表的數(shù)據(jù)計(jì)算可以得到，該液壓元件[8]的最大載荷是F=45600N，液壓桿最大L=200-85=105mm，選液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力為Pmax=17MPa
Pmax=F/A=4FπD2 (4-1)
(A為液壓缸內(nèi)部總面積，D為液壓缸內(nèi)壁的直徑)
所以
D=4FπPmax
=4X456003.14X17
=40.76mm (4-2)
查《機(jī)械電子手冊(cè)》[9]液壓缸內(nèi)壁直徑D=50mm，查《液壓與氣壓傳動(dòng)》[10]表4.2取活塞桿直徑為d=0.7D=35，液壓系統(tǒng)壓力
Pmax=F/A=4FπD2
=4X456003.14X502
=19MPa (4-3)
3. 液壓缸外直徑的計(jì)算與確定
查《液壓與氣壓傳動(dòng)》[10]，為了讓液壓裝置緊湊，液壓缸壁厚必須薄。因?yàn)?，D/δ≥10時(shí)為薄壁。又由于
δ≥PyD2σ (4-4)
(其中Pmax≥16MPa時(shí)，1.25Pmax=Py Pmax≤16MPa時(shí)，1.5 Pmax=Py)
所以Py=1.5 Pmax=28.5MPa，得安全系數(shù)為n=5。
所以
[σ]= σb/n=120MPa (4-5)
δ≥PyD2σ
= 28.5X502X120
=6.0mm ( 4-6)
所以D/δ=50/6=8.3≤10為厚壁。因此按第四強(qiáng)度理論計(jì)算
[σ] ≥σs+σr-σsσr=Dw+D2Dw-D2+Py+Dw+D2Dw-D2Py (4-7)
（其中，Dw為液壓缸外直徑）
取安全系數(shù)為n=5，所以[σ]= σb/n=114MPa
Dw≥D[σ]2+P4σ2-3P2σ2-3P2
=501142+194X1142-3X1921142-3X192
=61.5mm (4-8)
按工藝要求取液壓缸外徑為62mm。
3.2.2.2 油箱的設(shè)計(jì)與校核
伸縮臂套材料選工程用鑄造鋼ZG310-570[11]，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]表2-5，得硬度為≥153HBS，抗拉強(qiáng)度為σb=570MPa，油面不能超過油桶高度的80%，估算得最大流量是總油量的90%，但推程S=115mm，液壓缸內(nèi)壁的直D=50mm，因此，液壓缸內(nèi)最大位置油量為
L=14πD2S
=225687.5mm3
≈2.3升 (4-9)
需要的最少油量L需=L/90%=2.5,設(shè)計(jì)的供油油箱的最小容積為L(zhǎng)筒= L需/80%=2.3/80%=3.13升，又因液壓缸與油箱中心軸線統(tǒng)一，則 14πS(D筒2-Dw2）≥L筒，液壓缸外徑為Dw=62mm，所以，油箱內(nèi)壁的直徑為
D_筒≥√((4L_筒)/πS+D_W )
=4x3.13x1063.14x115+622
=83mm (4-10)
按工藝要求取油箱的上直徑內(nèi)為87mm。
3.2.2.3油路的設(shè)計(jì)
要讓液壓裝置更加緊湊，各個(gè)液壓元件都設(shè)計(jì)在液壓缸內(nèi)，因此油管不能選擇太大，但是也不能選擇太小影響工作壓力，為此取油管內(nèi)徑為d=5mm。
3.2.2.4截止閥和單向閥的設(shè)計(jì)與校核
液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最大壓力是Pmax=19MPa，取截止閥的開啟系數(shù)為n=1.1，則截止閥的開啟壓力為
F=14πd2P
=14×3.14×52×21
=412N (4-11)
截止閥彈簧的設(shè)計(jì)
取截止閥的彈簧的最大工作載荷為開啟的1.5倍。所以截止閥的彈簧的最大工作載荷
Fmax=1.5F=1.5×412=618N (4-12)
1. 根據(jù)工作實(shí)際情況選擇材料和許用應(yīng)力
初選碳素彈簧鋼絲D級(jí)，估算得彈簧鋼絲d為3.0mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]表16—3，選σB=1710MPa，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]表16—2，可知
τ=0.5σB=0.5×1710=855MPa (4-13)
2. 根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算彈簧鋼絲直徑
取旋轉(zhuǎn)繞比C=5,則有《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]式（16—4）得曲度系數(shù)
K=4C-14C-4+0.165C
=4X5-14X5-4+0.6155
=1.3 (4-14)
所以根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]（16—12）得
d ≥8KCFmaxπτ
=8X1.5X5X6.18/3.14X855
=3.4mm
(4-15)
取彈簧鋼絲直徑d=3.5mm，因?yàn)镈=C×3.5mm=17.5mm，則取標(biāo)準(zhǔn)值D=16mm。
3. 壓縮量的計(jì)算
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]表16—2，取切變模量G=80000MPa， 取標(biāo)準(zhǔn)有效工作圈數(shù)n=3，安全閥的開啟力為F=412N，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]式（16—5）得彈簧壓縮量
λ=8FD3nGd4
=8X412X163X380000X3.54
=3.375mm (4-16)
4. 彈簧原長(zhǎng)度計(jì)算
彈簧原長(zhǎng)度
Hο=512Dn+nd
=512X16X3+3X3.5
=30.5mm (4-17)
5. 校核
極限工作載荷
Flim =πτd38KD
=3.14X855X3.538X1.3X16
=1264N (4-18)
彈簧的極限壓縮量
λlim=8F3maxGd4
=8X618X3X16380000X3.54
=10mm (4-19)
6. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
選取圓柱螺旋壓縮彈簧，直徑d=3.5mm，中經(jīng)D=16mm， n=3，預(yù)壓縮量λ=3.375mm， H0=30.5mm， Flim=1264N, λlim=10mm。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]表16—7，得導(dǎo)桿與彈簧的間隙為2mm，加入的彈簧能使單向密封性更好。
單向閥彈簧的設(shè)計(jì)
1. 材料選擇和許用應(yīng)力的計(jì)算
現(xiàn)選用碳素彈簧鋼絲B級(jí)，直徑d=0.4mm中徑D=5mm，暫選σB=2060MPa，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]表16—2，可知
[τ]=0.3σB=0.3x2060=618MPa (4-20)
則切變模量G=80000MPa。
2. 根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算彈簧鋼絲直徑[11]
先取旋繞比
C=D/d=5/0.4=12.5 (4-21)
則有《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]式（16—4）得曲度系數(shù)
K=4C-14C-4+0.165C
=4X5-14X5-4+0.61512.5
=1.1 (4-22)
3. 彈簧的壓縮量的計(jì)算
查得切變模量G=80000MPa，為了減小彈簧尺寸，取較小的標(biāo)準(zhǔn)有效工作圈數(shù)n=6，取單向閥的開啟力F=1N。彈簧的壓縮量
λ=8FD3nGd4
=8X1X53X680000X0.44
=2.93mm (4-23)
4. 彈簧原長(zhǎng)度計(jì)算
彈簧原長(zhǎng)度
Hο=5/12 Dn+nd
=512X5X6+6X0.4
=14.9mm (4-24)
5. 校核
極限工作載荷
Flim=πτd38KD
=3.14X618X0.438X1.1X5
=2.82N (4-25)
彈簧的極限壓縮量
λ=8F3maxGd4
=8X2.82X6X5380000X0.44
=8.14mm (4-26)
6. 壓力損失的設(shè)計(jì)
彈簧的預(yù)壓力為F=1N,初選單向閥油塞的體積為1300 mm3，鐵的密度ρ鐵為7.9X10^(-3) g/mm^3，單向閥油塞重量為10g，重力是0.1g。單向閥得打開力為
F開=1+0.1=1.1N (4-27)
因?yàn)橛吐分睆絛=5mm，所以壓力損
P失=4F開πd2
= 4X1.13.14X52
=0.05MPa (4-28)
吸油壓力比供油壓力小很多，滿足設(shè)計(jì)條件，設(shè)計(jì)合理。
7. 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
選取圓柱螺旋壓縮彈簧[12]，直徑d=3.5mm，中經(jīng)D=16mm，λ=3.375mm，F(xiàn)lim=1264N，H0=30.5mm，n=3，λ_lim=10mm。導(dǎo)桿用于定位，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]表16—7，得到導(dǎo)桿和彈簧得間隙是0.6mm
3.2.2.5 泵的設(shè)計(jì)
取泵油缸的直徑d= φ16mm，最大壓力Pmax=19MPa，油泵桿的長(zhǎng)度是l=24mm，操作桿長(zhǎng)L=775mm，泵缸壁厚10mm。最大力
Fmax= 14πPd2lLmax
=14×3.14×19×1622475
=11824N=12.1kgf (4-29)
泵的最大位移S=50mm。因此泵采取單次進(jìn)油。
V= 14πSd2
= 14X3.14X50X162
=10048 mm3 (4-30)
3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.3.1 減速器設(shè)計(jì)
3.3.1.1 減速比與減速形式設(shè)計(jì)
由于在冷啟動(dòng)時(shí)機(jī)器都需要有大轉(zhuǎn)矩[13]，因此由T=F×r=μmgr，得到T=0.05×2000×10×0.18/2=90，冷啟動(dòng)時(shí)所需的扭矩為27N·M，根據(jù)需求速度2.5～3km/h，計(jì)算車輪上的轉(zhuǎn)速為42r/min～50r/min。
減速器最低減速比為18.69，減速器減速比應(yīng)為16～22，搬運(yùn)車可供安裝減速器空間較小，且電機(jī)輸入端與減速器輸出端共軸，宜采用行星齒輪減速器。基于以上考慮，該設(shè)計(jì)采用減速比相同的兩級(jí)行星齒輪減速器，為5.1～5.8，減速器形式為2Z-X（A）。
3.3.1.2 行星齒輪傳動(dòng)配齒設(shè)計(jì)計(jì)算
2Z-X（A）型行星的傳動(dòng)之中，它的各個(gè)輪齒數(shù)目和傳動(dòng)比的相互關(guān)系是
iaxb=1-iabx=1+zbza (5-1)
角度變位情況下同心條件為
za+zccosαzc'=zb-zccosαbc' (5-2)
鄰接條件為
2rac
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