物流设备论文44225.doc

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1、第一章 绪论1.1物流设备的概念及其类别1、物流设备的概念 物流设备是指在物流运作过程中进行各项物流作业活动所需的设备，器具等的总称。自从有了物料的流通，就逐渐产生了相应的物流设备，它是随着物流活动和物流作业的进行产生的。物流设备种类繁多，性能各异，要使其发挥最佳作用，必须进行合理选择配置并进行科学的使用管理。2、物流设备的界定及类型物流设备是完成物流各项活动的工具与手段，是组织物流活动的物质技术基础。离开一定的物质技术条件，任何物流活动都将无法进行.运输、仓储保管、装卸搬运、流通加工、包装、信息处理等都需要相应的物流设备。所谓物流设备是指进行各项物流活动所必需的成套建筑和器物，组织实物流通所

2、涉及的各种机械设备、运输工具、仓储设施、站场、电子计算机、通讯设备等。物流设备的功能和类型是根据物流各项活动逐步形成的，按照不同的标准可以进行如下分类：（1）、按照设备所特有的功能可以分为运输设备、仓储保管设备、装卸搬运设备、流通加工设备、包装设备、信息处理设备等。（2）、按照设备在物流活动中的相当位置，可分为固定设备和活动设备。固定设备如铁路、公路；桥隧、车站、港口、仓库等建筑物I活动设备如火车、汽车、轮船、移动式装卸搬运设备等。（3）、按照设备在物流活动中的服务范围，可分为企业(生产)物流设备和社会(供销)物流设备。企业物流设备是企业固定资产的_部分，属于企业的自有设备，如企业的运输车辆、

3、铁路专用线、装卸搬运机械、包装机械、仓储建筑等：社会物流设备是为社会物流服务的，属于公用设备，如运输线路、桥隧、车站、港口等。1.2机械自动化技术在物流中的发展 美国学者J.A.White将自动化技术在物流中的发展分为五个阶段：即人工物流、机械化物流、自动化物流、集成自动化物流和智能自动化物流阶段。1、 人工物流阶段初始的物流是从人们的举、推和计数等人工操作开始。在这一阶段，物料的输送、储存、管理和控制主要靠人工实现。虽然第一阶段物流是人工的，即使在今天，人工物流仍存在于几乎所有的系统中。至今，国内外生产和服务行业中的许多环节都是这一技术的实例。迄今，我们经常见到高度机械化和自动化的场合，仍存

4、在人工仓储技术的应用实例。例如从传送带上取下货箱或把货物放在托盘上。人工仓储技术的适时性和直观性是其明显的优点，面对面的接触，便于联系，减少了过程衔接中的问题。人工仓储技术在初期设备投资的经济性指标上也经常具有其优越性。在设计这种系统时，许多仓储基本规则可以不予考虑，结合我国情况，劳动力多而且便宜，更不可盲目追求过高的自动化程度。2、 机械化物流阶段它包括通过各种各样的传送带、工业输送车、机械手、吊车、堆垛机和升降机来移动和搬运物料，用货架、托盘和可移动式货架存储物料，通过人工操作机械储存设备，用限位开关、螺旋机械制动和机械监视器等控制设备的运行。机械化满足了人们的许多要求：速度、精确度、重复

5、存取和搬运、所达到的高度和提取的重量等。由于机械结构和机构的引入，人类的能力和活动范围，是物料堆得更高，在同样的面积上可以储存更多的物料。从19世纪中叶到20世纪中叶的一个世纪里，这种机械系统一直起主导作用。同时他在当今的物流系统中也仍然是主要的组成部分。对于某些要求来说，机械化仓储也有其缺点：需要大量的资金投入和维修费用。考虑到经济性，设计者必须注意到这样的原则：事实必要的人工操作并采用廉价的操作方式。3、 自动化物流阶段自动化技术对仓储的发展起了重要的促进作用。20世纪50年代末和60年代，相继研制和采用了自动导引小车（AGV）、自动货架、自动储存机器人、电子扫描和条形码自动识别和自动分拣

6、系统。70年代和80年代，旋转式货架、移动式货架、项道式堆垛机和其他搬运设备都加入了自动控制的行列，同时，自动化物流也普遍采用机器人堆垛物料和包装、监视物流过程即执行某些过程。但这时只是各个设备的局部自动化并各自独立应用。自动化输送机系统提供了物料和工具的搬运，加快了运输的速度。随着计算机技术的发展，中作重点转向物资的控制和管理要求适时协调和一体化，信息自动化逐渐成为仓储自动化的核心。计算机之数据采集点之机器设备的控制器之间以及他们于计算机之间的通信可以及时的汇总信息，仓库计算机及时的记录订货和到货时间，显示库存量，计划人员可以方便做出供货决策，他们知道正在生产什么、定什么货、什么时间发什么货

7、，管理人员随时掌握货源及需求。信息技术的应用已成为仓储技术的重要支柱。4、 集成自动化物流阶段它强调在中央控制系统下各个自动化物流设备的协调性。中央控制由主计算机来实现。这种物流系统实在自动化物流的基础上进一步讲物流系统的信息集成起来，使得从物料计划、物料调度、直到将物料运送到达生产的各个过程的信息，通过计算机网络互相沟通。这种系统不仅使物流系统各单元达到协调，而且使生产于物流之间达到协调。20世纪70年代初期，我国开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库。1980年，由北京市机械工业自动化研究所等单位研制成功的我国第一座自动化立体仓库在北京汽车制造厂投产。从此以后，立体仓库在我国得到了迅速的发展。

8、举不完全统计，目前我国已建成的立体仓库有近300座，其中全自动的立体仓库有30多座。我国的自动化仓库技术已实现了与其他信息决策系统的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作。5、智能自动化物流阶段人工智能技术的发展推动了自动化技术向更高级的阶段智能自动化方向发展。在智能自动化物流阶段，生产计划作出后，自动生成物料和人力需求；查看存货单和购货单，规划并完成物流。如果物料不够，无法满足生产要求，就推荐修改计划以生产出等值产品。这种系统是将人工智能集成到物流系统中。目前，这种物流系统的基本原理已在实际一些物流系统中逐步得到了实现。可以预见，21世纪智能自动化仓储技术将具有广阔的应用前景。1.3我国物

9、流设备发展现状自20世纪70年代末以来，我国物流设备有了较快的发展，各种物流运输设备数量迅速增长，技术性能日趋现代化，集装箱运输得到了快速发展等。随着计算机网络技术在物流活动中的应用，先进的物流设备系统不断涌现，我国已具备开发研制大型装卸设备和自动化物流系统的能力。总体而言，我国物流设备的发展现状体现在以下几个方面。1、物流设备总体数量迅速增加。近年来，我国物流产业发展很快，受到各级政府的极大重视，在这种背景下，物流设备的总体数量迅速增加，如运输设备、仓储设备、配送设备、包装设备、搬运装卸设备(如叉车、起重机等)、物流信息设备等。2、物流设备的自动化水平和信息化程度得到了一定的提高。以往我们的

10、物流设备基本上是以手工或半机械化为主，工作效率较低。但是，近年来，物流设备在其自动化水平和信息化程度上有了定的提高，工作效率得到了较大的提高。3、基本形成了物流设备生产、销售和消费系统。以前，经常发生有物流设备需求，但很难找到相应生产企业，或有物流设备生产却因销售系统不完善、需求不足，导致物流设备生产无法持续完成等。目前，物流设备的生产、销售、消费的系统已经基本形成，国内拥有一批物流设备的专业生产厂家、物流设备销售的专业公司和一批物流设备的消费群体，使得物流设备能够在生产、销售、消费的系统中逐步得到改进和发展。4、物流设备在物流的各个环节都得到了一定的应用。目前，无论是在生产企业的生产、仓储，

11、流通过程的运输、配送，物流中心的包装加工、搬运装卸，物流设备都得到了一定的应用。5、专业化的新型物流设备和新技术物流设备不断涌现。随着物流各环节分工的不断细化，随着满足顾客需要为宗旨的物流服务需求增加，新型的物流设备和新技术物流设备不断涌现。这些设备多是专门为某一物流环节的物流作业，某一专门商品、某一专门顾客提供的设备，其专业化程度很高。第二章 升降输送机的总体设计2.1 升降输送机总体设计准备与环境设定2.1.1 升降输送机的概念基本概念：升降输送机用于实现物料90度拐弯输送，整体分为托举机构与传送机构两部分。升降输送机的实例：如图2.1 图2.2示 。图2.1 链式升降输送机图 2.2 升

12、降输送机推举机构2.1.2 升降输送机的设计要求其主要技术要求如表2.1示。表2.1 升降输送机的主要技术要求序号项目技术参数1机体材质铝钢结构2额定载荷300（kg）3运行跟踪方式红外光电开关4控制方式手动单机自动联机自动5供电方式动力电缆，AC380V，50Hz6物流速度4个/min7推举动作高度60mm升降输送机的设计要求及环境设定表2.2示。表2.2 升降输送机的设计要求及环境设定序号项目技术参数1输送设备噪声不大于70dB（A）2输送机表面处理方式机体表面经过酸洗磷化处理，表面涂漆，能有效防锈。3输送面高度与堆垛机行走方向平行的输送机的输送面高度为650mm，与堆垛机行走方向垂直的输

13、送机的输送面高度为700mm，与开包机接口部分的输送面高度暂定为650mm。4安全保护措施1输送机两侧装有输送导向装置2输送系统各端口设机械挡块3输送机动作与堆垛机货叉动作联锁4输送机紧急停止开关2.2 升降输送机的工作原理2.2.1 升降输送机工作原理的确定已知升降机的工作为完成周期性的推举动作，动作过程中应选择适合的运动特性以减小刚性或柔性冲击。首先对 连杆机构升降机、凸轮连杆机构升降机与链式导轨升降机3种升降机进行分析对比见表2.3。表2.3 几种升降机的优劣对比升降机类型优点缺点连杆机构升降机设计制造简便。结构不够紧凑，为达到复杂的运动可能需要多级连杆机构才能实现。凸轮连杆机构升降机结

14、构紧凑，易实现复杂运动，适合需往复运动的场合。凸轮的设计制造比较复杂。链式导轨升降机可以精确灵活的定位，机械结构简单。一般与数控设备配合使用，不适合需长时间进行往复运动的场合。根据表2.3本设计选用凸轮连杆机构升降机。凸轮连杆机构升降机的一般结构如图2.3示。图2.3 凸轮连杆机构升降机的一般结构2.2.2 升降输送机工作原理简述在图2.3 中可以清楚的了解升降机的工作原理，首先电机通过链带动主轴旋转，凸轮安装在主轴上，凸轮将特定的运动方式通过连接在中框架上的摆动辊子传递到中框架上。中框架与摆动辊子连结为一刚体，而连杆的作用相当于摆动辊子的摆杆，保证中框架的运动轨迹是一确定弧线。平衡杆的作用是

15、协调两连杆的摆动，起到限制机构自由度的作用。可归纳为：以电机带动凸轮转动作为原动件，提供对物体的推举力，依靠连杆机构完成部分传动并起到平衡的作用。另外根据升降机的实际工作情况升降机可分为3个位置状态、2个工作阶段，每个位置状态的高度相差30mm 如下组图2.4。图2.4a推举机构的低位状态图2.4b推举机构的中位状态图2.4c推举机构的高位状态图中的3个状态代表机构的3个极限位置，这3个极限位置具有实际意义 如表2.4示。表2.4 升降机运动状态位置状态低位（-30mm）中位（0mm）高位（30mm）与推举货物的位置关系在输送面高度以下，没有接触货物。与输送面高度相等，接触货物在输送面高度以上

16、，接触货物并将货物举离原输送机。工作阶段低位中位中位高位载荷/运动状态空载/完成对中框架及输送机的一次加速、减速过程为消除冲击设计目标为加速度从0到0负载/完成对中框架、输送机与货物的一次加速、减速过程为消除冲击设计目标为加速度从0到02.3 升降输送机的组成升降输送机整体分为两部分即升降机与输送机。2.3.1 输送机图2.5 辊式输送机输送机为升降输送机的作用部件，可以根据需要选择，在此选择的是6辊被动辊式输送机，其外形如图2.5示。因升降机设计在输送线的转角处所以货物需要在制动装置的作用下停止在输送机上再传至动力输送机上继续输送，所以本输送机不需要动力为被动辊式输送机。输送机的作用为使货物

17、在升降机上的传递保持连贯，减小摩擦。因此设计的辊式输送机是无动力的所以它的正常运行需要满足一定的阻力条件。 即动力输送机始终可以克服升降台上的无动力辊子产生的阻力推动货物直至货物离开动力输送机。计算时可以根据极限情况设计辊式输送机，极限情况为：在动力输送机只有一根辊子推动货物时，主动辊子提供的滚动摩擦力加上滑动摩擦力要大于其余5根无动力辊子转动所产生的滚动摩擦力加上辊子轴轴颈处的摩擦力。2.3.2 升降机升降机是升降输送机的设计重点，升降机的机构组成如图2.6所示。图2.6 升降机的机构组成1、中框架 2、连杆机构 3、下机架 4、凸轮机构 5、主传动机构1、中框架中框架的结构为钢框焊接，水平

18、方向3根钢框，竖直方向两根钢框。中框架上端与辊式输送机使用螺栓M1030连接，单侧8个螺栓平均分布。下端使用SAG30E关节轴承连接摆动连杆。中框架起到的作用是将升降机的作用力传递到货物上，是推举机构的直接作用对象。因中框架始终与推举货物保持相同运动，所以在运动分析与受力分析中中框架是主要的研究对象，则中框架的尺寸、质量以及重心是设计计算的基础，直接关系到设计计算的准确。其外形如图2.7。图2.7 中框架及辊式输送机2、连杆机构连杆机构由摆动连杆、平衡杆、连杆轴及SAG20E关节轴承组成。其装配关系如图2.8所示。图2.8 连杆机构1、摆动连杆 2、平衡杆 3、连杆轴 4、SAG20E关节轴承

19、在升降机中连杆机构的主要作用是配合凸轮机构控制中框架的运动，而且平衡杆的设计还起到了协调两连杆的摆动、限制机构自由度的作用。是升降机中必不可少的辅助机构。在设计中摆动连杆为板件，主要设计其形状尺寸保证可以良好的配合凸轮机构控制运动、平衡杆是一根空心轴可以根据拉伸强度校核计算、连杆轴则作为连杆机构的设计重点来设计。连杆轴的外形如图2.9所示。图2.9 连杆轴3、下机架下机架的主要作用为支撑升降机及货物的全部质量与因加速度产生的惯性力，其次是对机架上的零件进行定位，所以下机架上有较多的装配尺寸。为了适应各种使用环境，下机架的支撑脚设计为可调整的，并使用地脚螺栓保证设备运行时的基准稳定。4、凸轮机构

20、凸轮机构是控制推举运动规律的主要机构，而且机构的受力与凸轮的运行有直接关系。所以对设备的运动与受力分析都是围绕凸轮的设计展开的。为了解决凸轮运动的复杂性在凸轮设计中使用计算机方法进行设计，以求对凸轮及系统的运动、受力有完整直接的掌握。本设计中凸轮为摆动辊子凸轮，所以凸轮机构由凸轮与摆动辊子组成。其装配关系如图2.10所示。图2.10 凸轮机构1、摆动辊子 2、摆动心轴 3、压块 4、支撑架 5、上支撑板 6、下支撑板 7、普通平键 8、主轴 9、凸轮由于凸轮机构的重要性在零件设计章节分别对凸轮、摆动辊子、摆动心轴进行零件设计。5、主传动机构主传动机构分为链传动，电机、减速器选型与主轴3大部分。

21、传动机构的设计建立在对力传递与功率传递分析的基础上。链传动是一种绕性传动，它由链条与链轮组成。通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动与动力。链传动在机械制造中应用广泛。链传动的设计主要是链条，大小链轮的选型。根据设计要求 供电方式为动力电缆，AC380V，50Hz。则电机应选择常用的直流电机，减速器也可选择商用通用减速器。主轴为升降机设计中受力最复杂，安装零件最多的轴，所以在零件设计中主轴是重点设计零件且需较全面的进行校核。主轴的外形如图2.11所示。图2.11 主轴2.4 升降机总体尺寸确定及图样表示2.4.1 输送机总体方案输送机的尺寸根据推举货物的尺寸设计，货物的输送使用托盘，托盘的规格

22、如表2.5。表2.5 选用托盘规格托盘种类四口欧式托盘长度/mm1200宽度/mm800高度/mm150根据托盘的选用确定输送机的规格如表2.6。表2.6 输送机规格输送机长度/mm1000输送机宽度/mm1054输送机高度/mm117辊筒长度/mm900辊筒直径/mm76辊筒间距/mm160输送机的总体方案示意图如图2.12所示。图2.12 辊式输送机装配示意图2.4.2 升降机机总体方案为明确机构各部件的功能及空间装配关系，绘制其二维装配图：图2.13a、图2.13b图2.13a 升降机机装配示意图11、输送机平面 2、下机架 3、平衡连杆机构 4、中框架 5、摆动辊子机构 6、凸轮 7、

23、大链轮 8、小链轮 9、减速电机 10、调节支脚 11、接近开关 12、链条12A-160 13、新型内膨胀螺栓M12125图2.13b 升降机机装配示意图2还需注意升降机的推举动作分为高中低3个位置状态，因与升降机行走方向垂直的输送机的输送面高度为650mm所以对应高中低3个位置的高度分别为：高位：680mm； 中位： 650mm； 低位：620mm。第三章 升降机运动与受力的分析计算3.1升降机运动分析与计算3.1.1升降机基本运动分析在总体设计中已经确定，升降机的基本动作为中框架及之上的辊式输送机的平移运动。已知中框架受摆动连杆的约束运动轨迹为一段圆弧，如图3.1所示 中框架右端关节轴承

24、的运动轨迹为一半径为L、圆心为摆动连杆轴承中心的圆弧。另外根据总体设计升降机可分为3个位置状态，每个位置状态的高度相差30mm。所以将连杆的摆角设计为在x轴的上下对称分布。根据已知L=150mm则连杆的摆角为-11.511.5。中框架与摆动辊子可视为一刚体，根据刚体平移的性质可知，平移中的刚体其上各点的运动轨迹相同。所以摆动辊子的摆动轴心如图3.1所示，摆动半径为L=150mm、摆角为-11.511.5。则对升降机的运动设计可以抽象为对一摆动辊子凸轮的设计。图3.1 升降机基本运动分析3.1.2升降机运动设计上节已将升降机的运动设计抽象为摆动辊子凸轮的设计，以下将从凸轮的设计入手进行升降机的运

25、动设计。3.1.3 凸轮的运动特性设计本设计中凸轮的设计目的是是摆动辊子按一定速度、加速度完成要求的圆弧轨迹，在设计中采用传统的解析法计算凸轮的各项参数，为了解决凸轮计算的复杂性在凸轮设计中使用计算机方法进行设计，以求对凸轮及系统的运动有完整直观的掌握。凸轮的设计分为3个部分，如表3.1所示。表3.1 凸轮的设计步骤步骤工作目的1运动规律的确定。实现设计要求的运动规律。2根据所需的运动规律进行凸轮的轮廓设计。得到凸轮的外形尺寸信息，以便加工与支持后续计算。3根据轮廓的设计及运动规律，对凸轮在运行中产生的重要数据进行收集。得到后续计算中的必须数据。1、运动规律的确定运动规律的选择关系到升降机及凸

26、轮机构的工作质量，现对几种常见的运动规律进行比较。表3.2几种常见的几种运动规律比较运动规律最大速度最大加速度最大跃度适用场合等速运动1.00中速轻载等加速等减速2.004.00低速轻载余弦加速度1.574.93中低速重载正弦加速度2.006.2839.5中高速轻载五次多项式1.885.7760.0高速中载升降机的速度与载荷较低，但是需长时间连续运行，为减小长时间冲击对机架与货物的影响所以应选择即无刚性冲击也无柔性冲击的运动规律。根据表3.2 考虑采用正弦加速度与等速运动组合规律。参考运动规律的组合理论设两修正区段的转角分别为与，推杆相应的位移分别为与，转速为w，有式（3-1）（3-1） 在求

27、解时，需先选定两修正区段的凸轮转角与。随着与的变化运动规律也随之变化，则需要计算求得运动规律的重要参数与的最优解，即：最小；最大。编制计算机程序以确定随着与的变化如何达到最优解。因只是观察随着与的变化与的变化规律，所以设h与w为一常量根据运动规律可知正弦加速段的最大加速度于最大速度即为整个运动过程的；。参考表3.2得 编制程序sin运动规律。exe 结果如图3.2，x轴为的变化图中红线为，蓝线为。图3.2 与的最优解 可见当=1/2总转角时最小；最大，就是说在只有正弦加速运动规律时可以达到最优解。根据总体设计可知升降机可分为3个位置状态、2个工作阶段。表3.3 升降机运动状态工作阶段低位中位中

28、位高位载荷/运动状态空载/完成对中框架及输送机的一个加速、减速过程为消除冲击设计目标为加速度从 0到0负载/完成对中框架、输送机与物品的一个加速、减速过程为消除冲击设计目标为加速度从0到0为了达到在两个工作阶段均消除冲击的目标，将两个正弦加速规律连用即可使在推举货物时也是从零速，零加速度开始，则两个正弦加速段的转角均为45正弦加速规律运动方程为（3-2） 式中-整个正弦加速段的转角 为45； h-整个正弦加速段的推杆位移 。这里需要说明式 （3-2）为推杆机构的表述形式，这里借鉴为摆杆机构，须将h视为摆动连杆的摆角。 图3.3 摆杆尺寸根据在升降机基本运动分析时的设计有连杆的摆角为在x轴的上下

29、对称分布。L=150mm连杆的摆角为-11.511.5即h=11.5=0.201352r另外凸轮的转速为4r/min则使用以上条件便可确定凸轮的转角与辊子摆角的关系。因为运动及受力分析均是一个随时间的函数，所以在本设计中若无声明均以时间为自变量。编制程序 凸轮摆杆运动规律分析.exe。可完整求出摆动连杆随时间的变化，摆角、速度、切向加速度、法向加速度的相应取值，并绘制曲线。数据输出见图3.4 数据的输出数据间隔为0.1s。注：回程时的摆角、速度、切向加速度、法向加速度的大小相等、方向相反，所以不再进行计算。图 3.4 摆动连杆随时间变化的，摆角、速度、切向加速度、法向加速度摆动连杆随时间的变化

30、，摆角、速度、切向加速度、法向加速度的曲线如图3.5所示，曲线从上至下为：摆角、速度、切向加速度、法向加速度。图3.5 摆动连杆随时间的，摆角、速度、切向加速度、法向加速度的曲线2、凸轮的轮廓设计机构运动的规律已经确定，可以根据运动规律进行凸轮的轮廓设计。通过上面的计算得到了凸轮转角（时间）与连杆摆角的关系代入凸轮理论轮廓解析式 （3-3）1 （3-4）2 式中参数的实际意义可见图3.6。图 3.6 凸轮轮廓参数式中：l为摆杆长度等于0.15m。 r0为凸轮基圆半径等于0.12m。 a为摆动轴心到凸轮中心的距离等于0.21m。代入公式（3-4）可得： 为摆杆的初始位置角等于0.5942r。将以

31、时间为自变量的关系代入式（3-3），便得到时间与凸轮轮廓坐标的解析方程。注：作为同向型凸轮应以负值代入。根据解析式编制程序 凸轮理论轮廓线.exe 得出凸轮理论轮廓线如图3.7所示。图 3.7 凸轮理论轮廓线根据图3.6 可知程序计算凸轮理论廓线的曲线较水平位置逆时针偏转角度为：（）=0.7756，0.7756即为凸轮计算中的校正系数。3、凸轮的重要运动数据收集。（1）、凸轮的轮廓线法线凸轮的轮廓线法线是凸轮的重要数据，在受力计算，生成工作廓线中都起到关键作用。在凸轮廓线程序的基础上加入法线的计算语句段就可生成轮廓线法线程序凸轮法向方向.exe 得到部分凸轮轮廓线法线如图3.8所示。图 3.8

32、 部分凸轮轮廓线法线（2）、凸轮的压力角的计算压力角为凸轮另一重要参数，压力角为受力分析中最重要的设计参数。在程序里加入摆杆的摆动方向角的计算，其与法线方向的夹角即为瞬时压力角。得到的部分数据如图3.9所示。从左至右分别为法线方向、凸轮转角、摆杆的摆动方向角、压力角。图 3.9 凸轮的压力角（3）、凸轮的工作轮廓线凸轮的工作轮廓线等于凸轮的理论轮廓线在法线方向减去凸轮辊子的半径。凸轮辊子的尺寸受其强度、结构的限制不能做的太小，但是如果半径过大对于外凸的轮廓线会出现变尖或失真。传统设计中可以通过计算曲率的方法避免，但是计算曲率的方法计算较复杂而且结果不直观。在本设计中通过计算机可以使用更直观方法

33、的对辊子半径进行选择。在理论廓线上做等于辊子半径的圆就可通过生成的包络线判断出是否出现变尖或失真现象。编制程序 凸轮工作廓线.exe 结果入图3.10所示。辊子的半径设置为40mm时工作廓线的效果最为理想。图 3.10 辊子直径为40mm时凸轮的工作轮廓线所以辊子的半径设置为40mm。至此凸轮的基本参数与重要运动数据收集已经完成，以下通过计算机对凸轮的运动进行仿真。3.1.4 凸轮的运动仿真为较为直观的表现凸轮的工作方式，设计程序对凸轮进行运动仿真。 凸轮运动仿真.exe 仿真凸轮在转角0 22.5 45 时的外形与辊子的位置。结果如表3.3所示。表3.3 凸轮运动仿真转角022.545仿真辊

34、子轴心坐标X=0.05013mmY=119.9934mmX=-2.212772mmY=134.897341mmX=-2.969644mmY=149.9417mm根据计算出的凸轮辊子极限位置坐标的数据得：推程的垂直变化为30mm，推程的水平变化为3mm。与静态几何分析相符 如图3.11所示。图3.11 连杆摆动极限位置静态几何分析将 凸轮运动仿真.exe 的程序加以改进对接触点坐标进行连续求解，隐藏凸轮显示 则得到 程序 凸轮理论轮廓线.exe 可生成接触点轨迹理论触点轨迹如图3.12a、图3.12b所示可见符合运动设计为圆周的一部分。图3.12a 理论触点轨迹图3.12b 理论触点部分坐标同理

35、 编程 凸轮接触点轨迹.exe 可生成接触点轨迹 如图3.13a、图3.13b。 如图3.13a工作触点轨迹图3.13b 工作触点部分坐标3.2升降机受力分析与计算3.2.1 升降机总体受力分析升降机的受力主要来自于推举货物的重力、自身机架的重力以及货物 机架作加速运动时产生的惯性力。另外因凸轮的质量不均、平衡连杆机构摆动等机构运动也会产生惯性力但是相对于来自货物与机架的力，这些力较小所以在受力分析时忽略不计。如图3.14所示：以升降机中框架为研究对象对升降机进行受力分析。主动力为 通过摆动辊子作用于中框架的凸轮力F，作用于中框架的中央位置的货物重力G，作用于货物与中框架共同质心处的货物与中框

36、架的惯性力ft、fn。被动力为 通过关节轴承作用于中框架的摆动连杆约束力fa、fb。因为升降机在运动过程中凸轮力F，惯性力ft、fn的大小方向均是变化的，所以升降机的受力应是随时间变化的连续函数。根据上面的分析，对升降机的受力分析方法为，按时间的变化输入连续的已知量从而得出相应的连续结果。再根据计算结果绘制受力曲线，进行完整的受力分析。其中大量的计算绘图工作由计算机程序完成，尽量使受力分析的结果完整、精确。图3.14 升降机受力示意图3.2.2升降机的受力分析与计算 升降机的受力分析与计算分为3部分。1、中框架的尺寸、重心需作为受力分析的已知代入计算，所以对中框架的设计是受力分析的重要部分。2

37、、凸轮力是最主要的主动力，首先凸轮力是其他力的求解基础，其次凸轮力及其分力是零件设计时的主要依据。3、平衡连杆机构对机构的受力起到平衡作用，而且平衡连杆机构的内力在零件设计是也是需要考虑的因素。所以有必要对平衡连杆机构进行受力分析。（1）升降机中框架尺寸、重心设计升降输送机的中框架是受力分析的对象，将中框架设计作为受力分析的一节，尺寸设计已在总体设计中确定。所以本节分为自重估算、重心位置确定，绘制受力简图3部分。1）升降机推举自重估算：升降机推举自重包括中框架与输送机2部分质量。估算方法：规则形状部分采用几何方法求体积非规则形状部分采用CAD工具计算体积并进一步估计质量。表3.4 升降机推举自

38、重估算输送机质量估算：中框架质量估算：项目面积体积质量kg项目面积体积质量kg导轨+C型槽钢+挡板17.32173356.5横梁18.7187066.34纵梁48.24820辊子质量3.9支撑架非规则405431.4整体质量约为：56.5+66.34+31.4+3.9=158.14kg取整得160kg升降机推举能力至少为：160+300=460kg2）升降机推举部分重心计算 重心计算公式为： （3-5）2 设坐标如图3.15所示。图 3.15 升降机推举部分各重心计算坐标设置则3）受力简图绘制：根据以上分析可绘制受力简图如图 3.16。图 3.16 受力简图（2） 凸轮力计算凸轮力是最主要的主

39、动力，首先凸轮力是其他力的求解基础，其次凸轮力及其分力是零件设计时的主要依据。凸轮力的计算分为凸轮力F的计算与凸轮分力的计算两部分。1）凸轮力F的计算机构受力简图如3.16。图 3.16 受力简图图中的力分别为：F-凸轮的主动力；f1-左机架提供的水平力；f2-左机架提供的垂直力；f3-右机架提供的水平力；f4-右机架提供的垂直力；G-机架所受的重力；at-机架的切向加速度；an-机架的法向加速度。根据受力图分析。 （3-6）式中参数意义同上。式中均为未知，c，d，at，an为变量。求出各瞬时未知受力大小的必要条件是，确定之间关系并确定各瞬时的受力方向与加速度大小。、之间关系的确定可将平衡连杆

40、机构抽象为受力简图3.17。图3.17 平衡连杆机构受力简图因平衡连杆机构的约束，对左端摆动连杆的力矩等于对右端摆动连杆的力矩。（3-7）可得： 、各瞬时受力方向的确定式（3-6）中 C为凸轮的压力角，d为连杆的摆动方向。其瞬时值在 3.1.3 中可以通过程序求出。根据凸轮的重要运动数据收集提供的程序 编程 机构运动角.exe 单独提取角度数据并绘制曲线，可得图3.18。 图 3.18a 凸轮角度曲线图 3.18b 凸轮角度部分输出数据1-凸轮法向角 2-摆杆切向速度方向 3-压力角 4-连杆角位移 、at、an的确定at为机架的切向加速度、an为机架的法向加速度其瞬时值可以通过3.1.3运动

41、规律的确定 中的程序 凸轮摆杆运动规律分析.exe 可完整求出摆动连杆随时间的变化，摆角、速度、切向加速度、法向加速度的相应取值，并绘制曲线。数据输出见图3.4。至此之间关系、各瞬时的受力方向与加速度大小均为已知。代入（3-6）式并联立便可解得f。将角度与时间的关系式、加速度与时间的关系式代入程序 凸轮力F.exe 可得详细的F-s图表如图3.19。 图 3.19a F-s图表图 3.19b 对应瞬时速度的部分F值可见F为周期变化并可求出最大值为:在0.74s时F为3918.7N注：需要指出凸轮在回程时因受加速度方向的作用受力要小于推程的受力如图3.20。回程推程图 3.20.1凸轮回程受力情

42、况图 3.20.2凸轮推程受力情况根据图3.20可以看出推程的受力完全大于回程，且回程时凸轮受力始终大于0，所以不会产生凸轮辊子脱离凸轮的情况。所以受力分析可以只以推程为研究对象也可保证达到设计要求。2）凸轮分力的计算在零件设计中凸轮的 凸轮法向力fn、凸轮切向力ft为链传动功率的计算的重要参数。凸轮水平向力fx、凸轮垂直向力fy为主轴设计的重要参数。所以在凸轮力F。Exe 的基础上编程 凸轮分力.exe 得出各分力与时间的关系。结果如图3.21、图3.22。 图 3.21 凸轮分力曲线 1-fn、2-ft、3-fy、4-fx图 3.22 凸轮分力部分瞬时数据fn凸轮法向力、 ft凸轮切向力、

43、 fx凸轮水平向力、 fy凸轮垂直向力 3）凸轮传递力矩的计算凸轮所传递的力矩是确定驱动电机的主要依据所以需要定量的求出凸轮所传递的力矩。现已经求出凸轮的切向力，用凸轮的切向力乘上凸轮的接触点所形成的力臂即可求出凸轮所传递的力矩。编制程序 凸轮传递功率.exe 得出结果如图3.23。图 3.23.1 凸轮传递力矩曲线从上至下-凸轮力F、凸轮传递的力矩。图 3.23.2 凸轮所传递的功率的部分瞬时力矩（3）平衡连杆机构受力分析计算平衡连杆机构在对机构运动起到平衡作用的同时也对机构的受力起到平衡作用，例如中框架两端关节轴承的受力不均就需要通过平衡连杆机构抵消。而且平衡连杆机构的内力在零件设计是也是需