自保温复合砌块移动式自动装卸装置毕业设计论文.doc

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1、武汉理工大学毕业设计自保温复合砌块移动式自动装卸装置目 录摘 要1Abstract2第1章 绪论11.1 设计背景11.2 设计目的及意义2第2章 总体方案设计32.1 任务分析32.2 设计方案32.3 方案比较确定4第3章 系统设计63.1升降系统设计63.1.1电动机的选型要素63.1.2 减速机的选择73.1.3传动轴设计83.1.4传动链设计8 3.1.5轴的设计113.1.6附件设计113.2 往返系统设计123.2.1 减速机的选择123.2.2 传动链与轴的设计123.2.3 行走轨道设计133.3 抓取与翻转机构设计143.3.1 减速机的选择143.3.2 轴的设计143.

2、3.3 其他附件设计163.4 其他设计183.4.1 其他部件的设计183.4.2 运行时间19第4章 轴的校核20第5章 结束语22致谢23参考文献24 摘 要 随着我国国民经济快速稳定的发展，建筑及住宅行业也驶入了飞速发展的快车道，为了我国可持续发展战略方针的实施，墙体材料的革新已经成为建筑及住宅产业现代化的突破口。新型墙体材料是近年来重点研发的墙体材料，他具有轻质高强、保温隔热、造价低等优良性能，具有良好的市场前景。新型复合砌块自动化生产线是专门为生产新型墙体设计的生产线，兼具高效、高质量、低成本及大规模生产的优势。本次设计的部分是自保温复合砌块移动式自动装卸装置，是为了实现砌块模具的

3、升降，移动与翻转的系统，通过本系统实现模具的自动装卸。本次设计包括升降系统设计，往返系统设计，翻转系统设计，升降系统由电机，链传动，行走架组成，往返系统由电机驱动，翻转系统由电机，翻转机构组成。本文包括机架设计，轨道设计，电机与减速机选型，链传动的设计，主动轴的设计等。本装置通过PLC控制实现预定的运动。关键词：自保温复合砌块；升降系统；往返系统；翻转系统；链传动 Abstract With the rapid and stable development of Chinas national economy,construction and housing industry rolled i

4、nto the rapid development of the fast lane.In order to the sustainable development of China Strategic Approach,wall materials innovation has become a breakthrough in the construction and modernization of housing industry.The new wall materials is the most important research in recent years,it has a

5、lightweight, high strength, thermal insulation, low cost and with good market prospects. The automated production line for new composite block is designed for new wall,both efficient, high-quality, low-cost and large-scale production advantages.The design part is from thermal insulation composite bl

6、ock mobile automatic loading and unloading device to block mold lift, move and flip the system, through the system to achieve the automatic loading and unloading of the mold.The design includes lift system design, and from the system design, the flip system design, lifting system consists of motor,

7、chain drive, walking frame, and from the system is driven by a motor, flip system consists of motor, reversing mechanism.This article includes rack design, track design, motor and reducer selection, design of the chain drive, drive shaft design. The device is controlled by PLC to achieve a predeterm

8、ined movement. Keywords: self-insulation composite block; lifting system; from the system; flip system; chain drive25 第1章 绪论1.1 设计背景随着社会的发展，人们生活质量的提高，能源消耗越来越高，世界正处于能源的危机，为了我国可持续发展战略方针的实施，建设部已经将墙体材料革新作为建筑及住宅产业现代化的突破口，建筑及住宅产业的革新、节能建筑的全面实施为我国新型墙体材料的发展提供了千载难逢的良机。砌块具有节地、节能、利废、原材料丰富，可充分利用地方资源，资源消耗少、保护生态环境

9、，且符合传统砌筑习惯等优点，成为最具有发展前途的新型墙体材料之一。随着节能减排和建筑节能及墙改工作的推进，各地对国家淘汰实心黏土砖强制性政策贯彻力度的加强，砌块在建筑中推广应用的比重会不断增加，产品应用范围、普及率会大幅增加，砌块将发挥越来越重要的作用。YDF轻质复合自保温砌块是以水泥粉煤灰、河沙为主要材料，掺入一定比例的植物纤维等多种外加剂，经充分搅拌后配成的改性混凝土为面层，并以泡沫混凝土作为芯层，经强压、强震，现浇夹心复合而成的一种轻质复合砌块，其三层结构，二种材质，经蒸汽养护后一次成型。YDF适用于框架结构填充墙和工业与民用建筑中的非承重内、外墙。本产品的创新点在于其墙体砌筑、保温“二

10、合一” ，无需再做外墙内、外保温。其较为突出的特点及优点为：、墙体砌筑、保温“二合一”。产品砌筑好后，可同时满足非承重墙体砌筑要求与国家对建筑外墙保温要求，无需再做外墙内、外保温。、保温隔热性能好。产品蕊层由1219cm泡沫混凝土构成，导热系数为0.0622w/(m.k)，蓄热系数为4.32 w/(m2.k)。由于产品优异的导热系数指标，可提高建筑物整体节能效果。、吸音，隔音性较强。产品面层强度高，具有良好的隔音效果。中间蕊层中蜂窝状结构具有良好的吸音效果，整体隔声性能可达到46.1分贝。、防水、抗渗性较好。由于产品面层改性纤维混凝土中加入了防水材料，砌块防水抗渗性能优异。、复合砌块面层改性纤

11、维混凝土强度高，可在户外墙上贴瓷砖。、墙体内墙面可打膨胀螺丝，对房屋装修、使用提供了便利。、预埋管线方便。用切割机依据需要切割，预埋好后用水泥砂浆填实即可。、缩短工程工期、节约设备租赁费用及管理成本。由于可省去建筑物外墙做内、外保温工序，可节约施工周期约12个月。、产品施工方法与其它砌块施工方法一致。如控制灰缝在35mm，则外墙内侧只需勾缝，无需再做粉灰，还可减少墙体热桥。同时YDF轻质复合自保温小型砌块的生产技术较为成熟，产品用全自动化生产线配合钢模进行制作，由蒸气养护，产品规范，质量稳定，具有大面积推广的潜力。1.2 设计目的及意义新型复合砌块由于具备诸多的优点，所以受到众多公司的青睐，对

12、新型复合砌块生产设备的研究也应运而生。目前国内的新型复合砌块的自动化生产线还不够成熟，本次设计的目的，就是设计一条有自主知识产权的全自动化砌块生产线，使这种新型的复合砌块能够在更大的范围内得到推广。本次设计的全自动化生产线的工艺流程如下图2.1 自保温复合砌块生产流程整个生产线由PLC控制，生长线呈U字型排布，减少了空间占用和模具的搬运过程，节省资源和空间。我们可以看到，这个生产线包括搅拌系统，切割系统，下料，成型，以及养护脱模几个部分，生产线的前几个部分都是由其他专业人员设计，我这次设计的主要目的是实现养护后的脱模过程。模具到达指定位置以后，传感器将信号传给动力小车系统，升降架抓起模具，翻转

13、模具，然后将其送到第二条生产线的预定位置同时实现脱模，最后返回。重复这一系列动作，将后一次模具叠加在前一次上，直到三层模具之后将其运至下一生产线，工件则运走到仓库保存。通过这个系统，可以减轻工人的工作量，实现生产线的全自动化，提高生产率，适用于大批量的生产，所以本文的设计内容具有一定的实际意义。第2章 总体方案设计2.1 任务分析 本次任务是设计一台自保温复合砌块移动式自动装卸装置，模具的大小为1200X900X140组合式复合砌块， 每次装卸模具一付，装卸频率1min/每模，复合砌块密度 712 Kg/m3，整个模具的重量为175Kg-200Kg。本次设计要求实现模具的升降运动，往返运动以及

14、翻转运动，其中翻转时要保证没有剧烈的振动，往返运动与升降运动要保证运动的精度以及运动平稳。2.2 设计方案 本次设计完成三个动作，模具的升降运动，翻转运动，往返运动，其中运动时要保证平稳，翻转的转速较小以保证模具能平稳的翻转。设计的初期对整个方案进行了很多的设想，最终选择三种可行的方案进行比较。 方案一是采用圆盘翻转机构实现模具的翻转，通过带传动实现模具的运输，采用电动机和减速机为驱动装置。设计时模具从生产线运输过来，进入装卸装置，然后通过传送带向前运送，传送带将模具运送至翻转圆盘时即时停止，通过随行的气缸将模具推至翻转盘上。翻转圆盘竖直放置，在圆盘上设置四个工作台，每个工作台上均设置有夹持机

15、构，模具被推上工作台之后通过控制系统控制夹紧模具，然后启动翻转盘的电机，让翻转圆盘实现180度的旋转，此时模具随着圆盘也实现了翻转。翻转到预定位置之后电机停止，控制夹紧机构松开，然后通过气缸将模具推至另一端的传送带上，运至下一工位。到达位置以后，将模具上面的插销打开，此时再用一个机械手将模具与工件取走，就完成了整个装卸过程。 方案二将装卸过程分为升降运动、往返运动与翻转运动，传动方式选用链传动，以电动机与减速机为驱动装置，采用PLC控制整个动作的实现。模具经过生产线运输至工作位置后，首先用转架与转架梁通过销联接的方式固定模具，然后电机启动，通过链传动与升降架实现模具的升降，往返运动则由动力小车

16、实现，由电机驱动在轨道上运动，往返轨道、动力小车均由立梁支撑，升降驱动装置由立柱支撑。在提升模具之后下一步就是完成模具的翻转，模具的翻转装置固定在转架上，通过转架轴联接，由轻质的减速机带动转架轴旋转，即可实现模具的翻转。翻转完成之后只需取下模具上的插销就可以卸下工件，实现所需的运动。 方案三的升降与往返设计与方案二一致，只是翻转部分采用在工位上运用机械手实现翻转，多出一个工位，使用专门设计的机械手实现模具的翻转，步骤较为复杂。2.3 方案比较确定本次设计主要部分是为了实现模具的翻转，因为本次设计实质是对已经存在的生产线进行改进，改变脱模的人工操作，实现整个流程的自动化，所以在方案比较的时候要重

17、点考虑翻转部分的合理性。我们可以分析得到方案一的设计尺寸很大，占用空间较大，同时在翻转过程中不能保证模具的固定，翻转之后也不能直接卸下模具，虽然这个方案能够实现整套动作，但是不论是从空间占用还是简洁性上都不是第一选择；方案二虽然小车的设计比较复杂，同时纵向尺寸可能比较大，但是整个动作的实现更为精准，模具的翻转通过减速机实现也更为简洁合理；方案三的翻转设计更为严谨，能够精确的实现动作并且避免振动等外界因素，但是考虑到经济性舍弃这个方案。最终，在考虑经济性，可行性，空间占用的前提下确定最终方案为方案二。方案确定后选定动力源及传动方式，本次设计采用电机驱动，根据电机与工作件所需的转速选择减速机，共使

18、用三种减速机，wc涡轮减速机，无级调速减速机，带调速器涡轮减速机。本次设计采用短节距精密滚子链传动，采用滚子链可以减少啮合时的摩擦和磨损，并可以缓和冲击。与摩擦型带传动相比，链传动的平均传动比准确，有利于准确的将模具叠放在一起；传动效率较高；同样使用情况下，结构尺寸更为紧凑；链条对轴的拉力小，并且能在恶劣环境条件下工作。要保证整个过程行程能定位准确，需用光电传感器进行检测模具的运动位置并把运动位置信息反馈给相应的运动控制器。上下升降驱动装置，翻转装置与往返行程装置的起停可采用PLC电气控制。具体的装置的外形图2.2所示。本次设计采用活动架的高度将整个装置放在动力小车之上，节省设备占用的空间。图

19、中升降部分由1、2、3、4、11完成，1为升降驱动装置，由WC涡轮减速机带动2链轮转动，涡轮减速机具有减速比较大、结构紧凑、安装方便的特点，而且其重量较轻，链轮传动平稳而且比带传动精确，所以使用链条带动活动架升降。3、4、11是升降装置的附件，分别为活动架，导向装置与立柱，活动架和导向装置使运动平稳，其中导向装置包括导轨与导向轮，立柱起支撑的作用，具体设计时立柱设计为中空的结构，既可以提高其强度，也可以减轻重量。往返部分由5、11组成，往返驱动装置为无极调速减速机，选择此类减速机主要是考虑他可以实现无极调速的功能，减速机输出轴带动链轮与主动轴旋转，使动力小车在导轨上实现往返的运动。翻转部分由7

20、、8、9组成，其中7为转架梁，转架梁起支撑模具与翻转部分的作用，8为转架与转架轴，转架用于固定模具，具体设计时可以设计插销，通过插销固定模具，转架轴通过与减速机联接，电机启动时实现翻转180度的运动，这里设计时由电机直接带动轴旋转主要是考虑到轴旋转时的打滑可防止电机烧坏，而且此处减速机9选择的是带调速器涡轮减速机，运用到涡轮减速机的自锁性能好的特点，可以使翻转更准确。9为带调速器涡轮减速机，这类减速机为铝制，轻巧、小型而且高效，可以直接通过法兰安装在转架梁上，十分方便。图中6为立梁，立梁的作用是支承整个装卸装置，设计时立梁也设计为中空结构，提高其强度，也可以节约材料。整个系统为一个机电一体化的

21、系统，整个动作的完成通过传感器感应，由PLC控制电机启动停止。具体的步骤为当模具由生产线送入指定位置时，光电传感器感应到模具，传感器将信号传递给PLC控制系统,PLC控制系统使电机10启动，小车根据设定好的程序向左移动一定距离到输送车上方，夹起模具；模具夹起之后电机10停止，PLC控制电机1启动，电机1带动链轮旋转，由链条带动模具上升；模具上升至设定高度后传感器感应到位置，然后传送信号给PLC，电机1停止，同时控制电机9启动，电机9带动转架轴旋转，实现模具的翻转；翻转完成之后控制电机9停止，然后启动电机10将模具运至指定位置；到达位置之后电机10停止，启动电机1，放下模具，打开插销然后取走模具

22、；完成上诉步骤之后启动电机10，将小车退回原位。当收到模具到的信号之后，整个系统重复之前的过程；整个运动是一个连续的过程，同时将下一个模具放在前一个模具之上，直到堆至三层后运出，如此反复运动即能实现模具的自动装卸。在打开插销后，工件会自动掉下来，这时候可以将模具堆到指定的位置，同时将工件取走，也可以通过传输线的方式完成这步动作。1升降驱动装置2链轮10往返驱动装置7转架梁8转架 转架轴9翻转驱动装置3活动架5动力小车车模具11立柱6立梁4导向装置图 2.2 自保温复合砌块装卸装置示意图 第3章 系统设计3.1升降系统设计3.1.1电动机的选型要素 电动机选择的一般步骤：1.根据生产机械的性能要

23、求，选择电动机的类型；2.根据电动机以及机器安装位置和场所环境，选择电动机的结构和防护型式；3.根据电源的情况选择电动机的额定电压；4.根据生产机械所要求的转速和传动设备的情况，选择电动机额定转速；5.根据负载转矩，速度变化范围和启动频繁程度要求，考虑电动机的温升限制，过载能力和启动转矩，选择电动机的功率，并确定冷却通风方式。所选电动机功率应保留有余量，负荷率一般取0.80.9；6.综合以上的各个因素，根据制造厂家的产品目录，选择合适的电动机。除此之外，选择电动机还需要符合节能要求，考虑到运行的可靠性，设备供货情况，通用性，安装检修的难易度，生产过程中电动机功率变化情况等各项因素。3.1.2

24、减速机的选择 本次设计要求升降过程速度慢，平稳，能承受载荷，频繁启动换向，同时要间断操作。根据要求，动力部分使用涡轮减速机，涡轮减速机具有以下特点：1.机械结构紧凑、体积外形轻巧、小型高效；2.热交换性能好、散热快；3.安装简易、灵活轻捷、性能优越、易于维护检修；4.减速比较大，输入与输出不在同一水平面内，结构对称、轴承及配件配套使用时，可保证正反转输出扭矩大小相同，无正反转限制；5.运行平稳、噪音小、经久耐用,使用性强、安全可靠性大； 本次设计电机所需的功率可按下式计算： Pd=Pw / （3.1）式中：Pw-工作所需功率； -传动装置效率，本次设计考虑蜗杆传动，链传动以及轴承的传动效率，取

25、=0.5。工作时需要的有效 Pw=FV/1000 (3.2)式中：F-工作时的阻力； V-模具上升的速度。本次设计模具与砌块的重量为200-300Kg，抓取机构和机架多采用中空设计或者是轻质钢架，其重量可忽略。模具的运动为竖直方向运动，综合以上重量因素，可去F=3000N，上升速度取每分钟上升4m，V=0.066m/s。得Pd=2x3000x0.066=0.396Kw根据功率查表选用蜗轮减速机，型号为NRV11080Y1.5可满足要求，他的电机额定功率为1.5Kw，输出转速为17.5m/min,输出扭矩为548N.m,传动比为80。3.1.3传动轴设计传动部分由滚子链和轴组成，电机输出轴后第一

26、级为单排滚子链传动，第二级为双排滚子链传动。分配第一级的传动比为i1=2,第二级i2=1。电机输出轴的转速n=17.5m/min,则传动轴的转速V=n/2=8.75m/min ；电机输出轴为轴一，传动轴为轴二，两个轴的转速，功率和转矩如下：V1=17.5m/min ； V2=8.75m/min；P1=Pd124=0.396x0.99x0.70x0.98=0.3Kw；P2=P134=0.3x0.92x0.98=0.27Kw；T1=9550P1/n1=9550x0.3/17.5=162.8N.m；T2=9550P2/n2=9550x0.27/8.75=294.6N.m.初算轴的直径，=30.08m

27、m； =36.35mm修正后的轴径d1=d2=38mm；轴一与轴二均采用45号钢调质处理，轴上均开有键槽能够连接链轮。3.1.4 传动链设计链传动是以链条为中间挠性件的啮合传动，链传动兼有齿轮传动和带传动的特点，传动链的链节距小，不需要导轨支撑即可完成传动。与齿轮传动相比，链传动较易安装，远距离传动时比齿轮传动轻便的多，而且链传动平均传动比准确，传动效率高，需要的张紧力小，压轴力也小，结构尺寸紧凑，能在低速重载下较好的工作，同时适合恶劣的环境。综合链传动的特点，本次设计的传动部分均采用链传动，功率小时使用单排滚子链即可完成传动，功率大时可采用双排滚子链。（1） 确定链轮齿数链轮齿数的多少对传动

28、平稳性和使用寿命有很大影响，小链轮齿数不宜过多或过少，当小链轮齿数太少时，运动速度的不均匀性和动载荷会很大；链节在进入和退出啮合时，相对转角增大，销轴和套筒的磨损增加，链和链轮的冲击能量，链的拉力都相应地提高，因而传动的功率损耗也会增加，因而一般选择小链轮的最小齿数Zmin9.但是链轮齿数也不能太多，太多的情况下传动的尺寸和重量也随之增大，同时可能产生跳齿和脱链，因此控制Zmax120. 滚子链传动小链轮齿数Z1可根据链速按下表选取表3.1 小链轮齿数链速v(m/s)0.63388Z1 17 21 25 本次设计选择Z1=17，Z2=i2xZ1=34，链轮齿数通常取奇数以使磨损均匀，故Z2=3

29、1.（2） 选择型号，确定链节距和排数链节距的大小直接决定了链的尺寸，重量和承载能力，而且也影响链传动的运动不均匀性。由式P0=PKzKA （3.3） 式中：P0-在特定条件下单排链的额定功率； P-链传动的输入功率； KA-工作情况系数； Kz-主动链轮齿数系数。查表，取KA=1.1，Kz=1.3，P=0.3，得P0=0.4Kw，n=17.5r/min，根据P0和n查滚子链的额定功率曲线，得链的型号为单排10A，链节距为15.875。（3） 确定中心距和链节数 中心距的大小对传动影响很大，中心距较小的时候，链节数较少，链的疲劳与磨损增加；中心距较大时，链节数增多，吸震能力强，使用寿命长，但容

30、易发生链边松的颤抖现象，平稳性降低。当i3时， （3.4）考虑到结构紧凑性等因素，初取a=206mm。链节数Lp由下式计算 （3.5）查表f1=7.320，同时链节数应取整数，得Lp=50主动链轮1的尺寸最终确定如下 图3.1主动链轮1尺寸 （5）双排滚子链的型号和尺寸可按上述方法计算，P0=0.23Kw,n=8.75r/min,查得型号为双排滚子链10A，链节距为15.875。双排滚子链的参数尺寸如下所示： 图3.2双排滚子链尺寸 （6）链传动的润滑和张紧良好的润滑有利于减少铰链磨损，提高传动效率，缓和冲击，延长链条寿命。本次设计采用人工定期给油润滑，采用粘度较高的润滑油。链传动张紧的目的是

31、为了避免链的垂度过大，啮合时链条上下颤抖。本次设计使用附加张紧装置的方式实现张紧，并有人定期调整中心距。3.1.5轴的设计轴是机器中重要的支承零件，本次设计的传动轴是重要的传力零件，只有通过轴才能传递运动和力。轴按轴线形状分为直轴和曲轴，按承载情况分为转轴、心轴和传动轴，本次设计的是阶梯直轴，也是传动轴。设计时采用按扭转强度估算轴径的方法，由扭转强度条件的轴径估算式 （3.6）式中P为轴所传递的功率，n为轴的转速，C是由轴的材料和承载情况确定的常数。本次设计轴的材料使用45号钢，同时弯矩相对转矩较小，所以经查取C=106，轴传递的功率P=0.27Kw，轴的转速取8.75r/min，计算得d31

32、.8mm。由于轴上开有键槽，键槽会削弱轴的强度，所以d值应该至少增加10%，最后将轴径修正为标准值，取轴外伸端最小直径为38mm。传动轴的结构图如3.3所示 图3.3 轴的结构示意图3.1.6附件设计轴承是支承轴的部件，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类，滚动轴承已标准化，机械设计时一般选用滚动轴承作为支承件。与滑动轴承相比，滚动轴承具有下列有点：1）摩擦系数小，起动力矩小，效率高；2）轴向尺寸较小；3）某些滚动轴承能同时承受径向和轴向载荷，因而可使机器结构简化，紧凑；4）径向间隙小，还可以用预紧方法消除间隙，因此运转精度高；5）润滑简单，耗油量少，维护保养简便；6）他是标准件，易于互换。他的

33、缺点是抗冲击能力较差，寿命不及滑动轴承长。经过综合比较，本次设计采用滚动轴承。选择轴承类别时，必须先了解轴承所受工作载荷的大小，方向和性质，转速的高低，调心性能的要求，装拆方便及经济性等要求，具体选择时有以下原则：（1） 转速较高、载荷较小或要求旋转精度较高时，选用球轴承；（2） 转速较低、载荷较大或有冲击载荷时，选用滚子轴承；（3） 纯径向载荷可选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承及滚针轴承；（4） 纯轴向载荷可选用推力轴承；（5） 径向载荷和轴向载荷联合作用时选用角接触球轴承和圆锥滚子轴承；（6） 径向载荷很大而轴向载荷较小时，可采用深沟球轴承；（7） 轴向载荷很大，径向载荷较小时，可用推力调心滚

34、子轴承或深沟球轴承与推力轴承组合的结构。本次设计考虑到转速不高，旋转精度要求较高，而且球轴承的价格较低廉，所以选用UCP208型带座外球面球轴承，他具有可调心、密封、容易安装和拆卸、互换性好的特点 。3.2 往返系统设计3.2.1 减速机的选择根据设计的要求，往返装置的驱动要实现无极变速，能够频繁换向，而且减速机设计为底座连接的安装方式。本次设计要求小车能够稳定的左右往返运行，准确的到达预定的位置，所以选择恒功率特性的无极减速机，恒功率减速机的特点是传动的过程中输出功率总是保持不变，输出转矩与输出转速呈现双曲线关系，载荷变化对转速的影响较小，运行时稳定性好。经过查阅相关机械无极变速器生产厂家的

35、资料，最终我选择JWB-X-0.75-6.5D无极减速机，他的输入功率为0.75Kw，输出转速为6.5-32.5r/min，经过计算可知可以满足小车的速度在0.2m/s，实现小车的左右往返运动。我所选用的减速机的性能特点：传动效率高，采用啮合效率高的内啮合齿轮副的力分流结构，通过高承载能力滚动星轮连续纯滚动地传递转矩和转速，因而具有效率高的特点，同时具有高强度，调速精度高且性能稳定的优点。3.2.2 传动链与轴的设计通过选取的减速机可知其输出轴的转速为6.5-32.5r/min，电机输出轴通过主从动链轮与主动轴联系，传递转矩，带动车轮沿轨道运动，从而实现小车的往返驱动。设计时设定链传动的传动比

36、为i=1，小车初步设计的转速为2m/s，可知电机的转速约为30r/min，在减速机输出轴的范围之内，所以可以满足小车预定的往返速度。根据升降系统的传动链轮的设计方法，同时往返驱动与升降系统具有相同的参数，可知往返传动链轮可取相同链轮，则往返系统传动链轮取单排滚子链10A，链节距为15.875。其具体参数如图3.4。 图3.4 主动链轮2参数 从动链轮2通过平键与主动轴联接，轴的两端通过螺母与螺纹的配合固定车轮，阶梯轴的轴末端采用键槽与车轮联接，传递转矩，带动车轮旋转。从动轴与主动轴设计尺寸相同，但是没有用于联接链轮的键槽。具体参数见图3.5. 图3.5 主动轴参数往返系统的轴承与升降系统轴承选

37、择标准与使用要求相同，所以轴承仍选用UCP208型带座外球面球轴承。3.2.3 行走轨道设计本次设计小车在行走轨道上面运动，行走轨道分为重型钢轨与轻型钢轨，为了尽可能减少重量，本次设计采用轻轨，为了和车轮的尺寸相匹配，本次设计采用18Kg/m的轻轨，其材质为Q235，轻轨的基本尺寸可查阅设计软件的零件库即可得到。轻轨焊接在钢管之上，钢管则通过螺栓与立梁联接。整个装置在工作的过程中，车架与模具的重量超过200kg，为了使轨道能够承载足够的力，同时又能保证运行的平稳性，所以设计时采用工字型钢轨，其顶部和底部均由一定厚度，此类钢轨强度较高，能够满足设计的要求。行走轨道的结构图见图3.6. 图3.6

38、行走轨道示意图本次设计通过车轮在轨道上行走带动车架左右运动，车轮的主参数外径D可通过轴的转速和小车的速度得出，此处选取D=120mm，车轮内径由轴径选取d=35mm。同时，车轮上开有键槽，通过平键与主动轴联接。3.3 抓取与翻转机构设计3.3.1 减速机的选择本次设计翻转机构需要用到减速机，设计时减速机通过法兰固定在转架梁上，当模具被抓取并上升之后启动电机使转架轴带动转架旋转，实现模具的翻转。通过设计时所需实现的功能以及工作的环境，我们可以知道，减速机要固定在转架梁上并且不影响模具的上下运动，则减速机必须十分轻巧，同时能够用法兰安装，根据减速机输出轴的转速要较低，而且足够平稳，我优先选择涡轮减

39、速机。涡轮减速机的机械结构紧凑，轻巧、小型而且高效，而且他的热交换性能好，散热较快，同时安装简易，方便维护和检修，最后他的减速比较大，也没有正反转的限制，经久耐用,安全可靠性大。根据电机输出轴所需的功率我最终选择了带调速器涡轮减速机，这类减速机结构十分轻巧，同时可以实用法兰安装，安装紧凑，体积小，重量轻，适应性强，是最合适翻转机构的减速机，该减速机可输出0.1-7.5Kw的功率，最终我选择了型号为NMRV-90-100-Y-0.75的减速机，其输出功率为0.75Kw。该减速机初始运行400小时后应更换润滑油，其后的换油周期为4000小时，箱体内应保持足够的润滑油量，并定期检查。3.3.2 轴的

40、设计转架轴2左端与减速器联接，右端与转架用螺栓联接，轴主要承受转矩，但同时也承受弯矩，同时为了便于零件的装配，将轴设计为阶梯轴。转轴的设计由于不能精确计算确定轴的截面尺寸，所以只能按扭转强度或经验公式估算轴的直径，然后对轴进行轴的结构设计。本次设计采用按扭转强度估算轴径的方法。满足扭转强度条件的轴径估算式为 （3.7）式中，P为轴所传递的功率，此处即是减速机输出的功率；n为轴的转速，此处即是减速机输出的转速；C为轴的材料和承载情况确定的常数，本次设计轴采用45号钢，选择C值为106.减速机型号为NMRV型，其输出功率为0.75Kw，输出转速为30r/min，经计算dmin30.99mm，轴的左

41、端要开键槽，所以轴径至少要增大5%，最终选取标准值取左端轴径最小值为35mm。本次设计转架轴通过带方形座轴承支承，型号为UCFU212，所以设计阶梯轴的第二部分用于轴承的轴向定位。轴的右端设计一个底座通过螺栓与转架联接，这样就能够实现轴与模具的旋转。轴的具体参数及结构见图3.7。转架轴2的作用是联接转架和转架梁，设计时与轴1类似，但是没有左端联接减速器的那段轴，其他部分基本相同。具体参数及结构见图3.8。 图3.7 转架轴2的参数及结构 图3.8 转架轴1的参数及结构3.3.3 其他附件设计整个翻转装置通过转架梁与机架和升降机构相连，转架梁的作用就是连接和支承的作用，其中，轴通过轴承与转架梁连

42、接，实现翻转。设计转架梁的时候，要考虑转架梁的结构能够适合整个装置。本次设计考虑到模具重量为200Kg，整个装置并不是特别重，所以使用单个的梁连接，即转架梁1与2都是单根梁。梁的一端有安装板，通过螺栓与升降机构连接，梁的另一端也设计有安装板，便于轴承的安装，同时设计通孔结构，用于联接轴。转架梁的结构见图3.9与3.10。 图3.9 转架梁1结构图 图3.10 转架梁2结构图 翻转时由转架带动模具实现翻转，转架设计成方形，使用Q235铸造而成，为了提高转架的抗弯抗扭强度使用方管的结构。转架通过螺栓与转架轴联接，并个设置两个通孔，用于使用插销联接模具与转架。转架结构见图3.11。 图3.11 转架

43、结构图插销的作用是为了联接转架与模具，模具上设计有插销孔，工作时由人工将插销插入转架通孔，联接转架与模具。插销材料为45号钢，并采用调质处理。插销结构见图3.12。 图3.12 插销结构图 3.4 其他设计3.4.1 其他部件的设计机架用于整个自动装卸装置的支承，设计机架时应该保证机架有足够的强度与刚度，固定合理，有些受力较大的局部部分要有足够的强度，具体可采用加厚与设置加强筋的方法实现。本次设计时机架采用管状材料，这样既可以节省材料同时还可以提高机架的强度，机架采用Q235铸造得到。机架整体的结构简图和机架零件图见3.13与3.14。 图3.13 机架整体结构简图 图3.14 机架（立梁）结

44、构图 立柱是动力小车升降装置的支承部件，他固定在小车上，用于安装升降装置的导向部件，支承电机及升降装置的驱动部分。本次设计时立柱设计为中空方管结构，这样可以使立梁重量减轻，同时可以节省材料和提高强度。立柱的结构见图3.15。 图3.15 立柱结构图 3.4.2 运行时间整个装置设计完成，下面我们计算完成一次装卸所需的最少时间。工作时间分为翻转所需时间t1，上升所需时间t2,往返所需时间t3，以及辅助时间t0。根据前面的设计可知，模具上升的速度为0.066m/s，上升距离约为0.6m，所以模具上升用时为t1=9s；模具翻转转速为30r/min，翻转180度所用时间为t2=2s；模具往返的速度为0.2m/s，往返行程为2m，所以往返时间t3=10s；辅助时间包括开启电机用时，工人操作时间，以及其他时间，设t0=10s。则运行时间 （3.8）