立体仓库巷道式堆垛机设计
3 货叉伸缩机构设计计算
3.1 直线差动机构设计 3.1.1 伸缩叉尺寸确定
根据使用要求，确定货叉长度为1000mm，货叉伸出量为1100mm，由结构特点初步设计货叉各段尺寸如下图3.1所示。
图3.1 货叉尺寸参数
a=650mm b=350mm c=200mm d=350mm e=100mm l0=900mm l1=550mm l2=650mm l3=1150mm 3.1.2 中叉速度确定
由图2.3可知，当中叉相对于底叉运动时，动滑轮和定滑轮构成动滑轮组。根据动滑轮的特点，当动滑轮以速度V相对于定滑轮运动时，也就是中叉板相对于底叉板运动速度为V时，动滑轮与上叉板之间的钢绳就会以近似于2V的速度相对于动滑轮运动，从而带动上叉板以近似于2V的速度相对于中叉板运动，实现了速度和行程的倍增，最终上叉板相对于底板实现3倍速的运动。货叉的伸叉速度为V，则中叉的运行速度
V'?V/3?30/3?10m/min
3.2 各叉导向轴承径向载荷计算
各叉板在相互运动时，应保持稳定的导向支撑连接关系，本设计采用滚动轴承和凹槽组成的滚动副。货叉在长度方向有2个支撑点，能形成悬臂支撑关系，可以承受载荷。图3.2给出了货叉最大伸展状态时各叉板之间的连接支撑关系，此时各支撑点处的径向载荷为最大。
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1.固定叉 2.中叉 3.上叉 4.滑轮1 5.滚轮 6.绳索 7.滑轮2
图3.2 货叉支撑结构
如图3.2所示，货物和活动叉板部分的当量载荷为Q，为最大载荷的1.25倍，根据静力平衡关系可以求得导向轴承B、C、D、E处的径向载荷分别为
FB?Q?c?d?e?/b?9800??200?350?100?/350?1.82?104N FC?Q?b?c?d?e?/b?9800??350?200?350?100?/350?2.8?104N
FD?Qe/d?9800?100/350?2800N
FE?Q?1?e/d??9800??1?100/350??1.26?104N
对于支撑点数大于2的情况，考虑到凹槽加工误差的因素，可以仍按靠近货物端的2个点来计算，结果偏安全。实际结构中，导向轴承为沿叉两侧对称布置，因此导向轴承的径向载荷
F?0.5Kmax?FB，FC，FD，FE??0.75??FB，FC，FD，FE?[7]
式中K为载荷均衡系数，与加工和装配精度有关，一般取K=1.5～1.7。 使中叉运动的驱动力
F?fQ?b?2c?2d?2e?/b
?0.02?9800??350?400?700?200?/350?923N
式中f为滚动轴承摩擦阻力系数，f=0.02 3.3 中叉驱动机构的设计
机构形式见图2.3，采用渐开线直齿圆柱齿轮和齿条传动，小齿轮直接安装在减速电机的输出轴上，根据结构布置和强度分析确定小齿轮分度圆直径为d1 =63mm
则
(1)小齿轮转速
n1?1000?V?51r/min ?d1(2)小齿轮(减速电机输出轴)转矩
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T1?9550PFV923?10?9.55?9.55??28.7N?m n160n160?51确定减速电机的输出扭矩T和输出转速n。减速电机输出转速为n1，输出扭矩
T?T1??28.7?29.8N?m 0.96电机功率P?T1n1/9550??0.16Kw 式中，?为总传动效率。
减速器采用型号R17，输出转速54r/min，输入功率0.18kw，最大扭矩30N.m 电动机选择Y801-4，额定功率0.55kw，额定转速1390r/min。 3.4 伸缩货叉的挠度与强度 3.4.1 前叉的受力分析
载荷W在d区间产生的反力有P3、P4，在E点的倾斜角为i1，扰度为?1,受力分析如图3.3所示。
图3.3 前叉受力变形图
由M?eWx，当x?d时，有 d Mmax?eW?100?1000?9.8?2?4.9?105mm?N
其中W为单个货叉受力，W按载重增加25%作为试验载荷。
Mmax4.9?105M3??3.06cm由??????得：W3? 6???160?10W3设计货叉的抗弯截面系数应大于3.06cm3 上叉设计如下：材料为Q235
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图3.4 上叉截面尺寸
由于上叉跨度短，在支撑附近有很大载荷，故进行弯曲切应力强度校核。 中性轴以上部分截面对中性轴静矩
t?2t?x0?t??2S?Ht?x0????110?5??14.44?2.5??2?5??14.44?5??2?7.0cm3
2?2?2*z*Fsmax?Sz4.9?103?7.0?max???11Mpa?????100Mpa满足弯曲切应力强度。
I3?2t31.4?2?0.5d2?MeWx ????2EIEIddx33d?eWx2i????i0
dx2EI3deWx3????i0x??0
6EI3d??0, ?0?0 ,有i0?当x?d时
i1?eWd 6EI3eWd 6EI3?1??eWd?l3?l1???100?49003?350?6004??0.5mm 3EI33?200?10?31.4?10- 12 -