畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）絲桿驅(qū)動(dòng)式自動(dòng)托盤機(jī)械設(shè)計(jì)

絲桿驅(qū)動(dòng)式自動(dòng)托盤機(jī)械設(shè)計(jì)I摘要本設(shè)計(jì)介紹了自動(dòng)倉庫中的絲桿驅(qū)動(dòng)式自動(dòng)托盤機(jī)械設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。它采用機(jī)械裝置和電氣控制相結(jié)合，通過對(duì)倉庫中入口位置和倉庫中已存放好的托盤（包括貨物）取出和存入升降機(jī)庫中的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)倉庫存、取半自動(dòng)化。其利用升降機(jī)上的電機(jī)和減速器帶動(dòng)絲桿驅(qū)動(dòng)式裝置中的絲桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使得螺母作直線運(yùn)動(dòng)，而拔桿是固定在螺母上的，所以利用拔桿與托盤之間的作用來實(shí)現(xiàn)托盤進(jìn)出升降機(jī)的庫，其進(jìn)出的速度大約在 10 米/分鐘左右。此外，本設(shè)計(jì)還應(yīng)用到電磁鐵和接近開關(guān)，來使系統(tǒng)中絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的拔桿與托盤實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確對(duì)接，使托盤的進(jìn)出庫更為高效、準(zhǔn)確。本設(shè)備采用半自動(dòng)化控制，適用于 16KG 左右重量的貨物出入庫，通過控制面板上按鈕對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，其結(jié)構(gòu)簡單、方便實(shí)用。關(guān)鍵詞：自動(dòng)托盤；絲桿驅(qū)動(dòng)；拔桿；機(jī)械設(shè)計(jì)IIAbstractIntroduced the design of automated warehouses automatic tray screw-driven mechanical design of the basic structure and working principle. It uses mechanical and electrical control devices combine the entrance of the location of warehouses and warehouses have been put in a good tray (including goods) and into the lift out of action the Treasury to keep warehouse, semi-automatic check. The use of lift on the motor and reducer driven screw-driven device for rotation of the screw, so that nut for linear motion, and the pull rod is fixed on the nut, so the use of pull between the rod and the role of tray to achieve the tray lifts out of the library, the access speed of about 10 meters / minutes. In addition, the design is also applied to the electromagnet and close to switch, in order to make the system screw drive mechanism and the pull rod to achieve accurate docking tray to tray and out of the library more efficient and accurate. The semi-automatic control equipment for the weight of about 16kg of inbound cargo through the control panel buttons to operate the equipment, its structure is simple, convenient and practical.Keywords: Automatic tray; screw driver; pull rod; mechanical designIII目錄摘要.IAbstract .II緒論.1第一章 總體方案設(shè)計(jì).2第二章 托盤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).32.1 托盤主體設(shè)計(jì) .32.2 托盤軸的設(shè)計(jì) .32.3 托盤上輪子的設(shè)計(jì) .42.4 托盤上拉扣的設(shè)計(jì) .42.5 托盤上各附件設(shè)計(jì) .52.5.1滾動(dòng)軸承 .52.5.2 螺紋連接.52.5.3 墊片及附件的設(shè)計(jì).6第三章 絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).83.1 絲桿螺母副的設(shè)計(jì) .83.1.1 絲桿的設(shè)計(jì).83.1.2 螺母的設(shè)計(jì).93.2 底座的設(shè)計(jì) .93.3 前后端蓋的設(shè)計(jì) .103.4 滾動(dòng)軸承的選擇 .113.5 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) .113.6 拔桿的設(shè)計(jì) .123.7 絲桿驅(qū)動(dòng)上附件的設(shè)計(jì) .12第四章 電氣控制過程簡述.15第五章 結(jié)論.17致謝.19參考文獻(xiàn).20附錄一 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)裝配圖.21附錄二 托盤裝配圖.22附錄三 拔桿零件圖.23附錄四 輪子零件圖.24附錄五 托盤設(shè)計(jì)圖.251緒論現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透，從而使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)展了巨大變化，工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”的發(fā)展階段。自動(dòng)托盤系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)，它在現(xiàn)代倉儲(chǔ)物流，商品零售等作業(yè)過程中正越來越多地取代傳統(tǒng)手工作業(yè)。它是集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)于一體的。它廣泛應(yīng)用于倉庫自動(dòng)作業(yè)。在快餐店，藥店等零售業(yè)的運(yùn)用也日趨廣泛。在本題主要是設(shè)計(jì)自動(dòng)托盤的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，主要完成托盤的出架和入架的動(dòng)作。貨物先是通過某種動(dòng)作到升降機(jī)上的，然后升降機(jī)運(yùn)動(dòng)到了要存放該紅貨物的貨架前，如是進(jìn)入到了該設(shè)計(jì)的范疇。該課題就是研究升降機(jī)在貨架前以后的動(dòng)作。之后的動(dòng)作是貨物的入架或出架動(dòng)作，貨物的入架是單片機(jī)得到信息后給電動(dòng)機(jī)得電正轉(zhuǎn)，使絲桿運(yùn)動(dòng)利用拔桿把升降機(jī)中的托盤推出并進(jìn)入到要存放該貨物的貨架中，當(dāng)托盤完全進(jìn)入貨架后，單片機(jī)給電動(dòng)機(jī)一個(gè)信息使它停止正轉(zhuǎn)，到止托盤的入架動(dòng)作完成。其中托盤的出架動(dòng)剛好相反，它是利用拔桿與托盤上的拉扣連接后將其拉入升降機(jī)中完成動(dòng)作。它們的連接是利用單片機(jī)給電磁鐵信息使它動(dòng)作連接拔桿與拉扣。該設(shè)計(jì)中用到了電磁鐵和接近開關(guān)，在托盤的入、出架時(shí)拔桿與托盤都是通邊電磁鐵聯(lián)接為一體的，使托盤的出、入架更為精確高效。而在判斷電磁鐵該何時(shí)動(dòng)作使拔桿與拉扣連接是用到了接近開關(guān)，它為單片機(jī)反饋拔桿與拉扣之間距離的信息，告知單片機(jī)現(xiàn)在可以連接拔桿與托盤了。從而實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的托盤出、入貨架。本課題是自動(dòng)托盤作業(yè)系統(tǒng)中出架與入架的機(jī)械實(shí)現(xiàn)部分。其設(shè)計(jì)目的是為了實(shí)現(xiàn)倉庫存取的自動(dòng)化作業(yè)，更深入地理解機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與工作過程。2出架拔桿與拉扣連接出架完成圖 1-1 自動(dòng)托盤工作流程圖拔桿推托盤入架拔桿將托盤拉出貨架拔桿與拉扣脫離入架完成拔桿與拉扣脫離拔桿與托盤連接入架第一章 總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要分兩個(gè)部分，是托盤的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)運(yùn)作過程中，貨物通過皮帶輸送機(jī)等一些設(shè)備輸送到倉庫入口處，通過叉車或其它設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)到托盤中,之后通過安裝在升降機(jī)上的絲桿驅(qū)動(dòng)系與托盤對(duì)接，將托盤拉入升降機(jī)中，再通過升降機(jī)的運(yùn)作將托盤運(yùn)送到貨物的存放地點(diǎn)，利用絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)再將托盤從升降機(jī)中送入倉庫中，從而完成貨物的入庫動(dòng)作。出庫動(dòng)作剛好相反。在此過程中,所有的動(dòng)作都是以托盤為中心來實(shí)現(xiàn)的。技術(shù)要求：（1） 要把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為托盤盤出架和入架過程中的直線運(yùn)動(dòng)。（2） 托盤的尺寸滿足：0.3M0.4M。（3） 輪子的直徑：D100MM。（4） 托盤能夠載起重量在 16KG 的貨物。（5） 托盤的行程為托盤的長度略過 8 到 10 毫米左右。（6） 托盤在導(dǎo)軌上來回行使。（7） 托盤的行使速度約為 10 米/分鐘。依據(jù)工作原理及技術(shù)要求，本設(shè)計(jì)采用機(jī)械裝置和電氣控制相結(jié)合。機(jī)械裝置由托盤的設(shè)計(jì)和絲桿驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)組成。其中貨物的上下托盤和升降機(jī)的運(yùn)作由其它系統(tǒng)完成不在該設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。但本課題是該設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)部分，所以電氣控制方面的設(shè)計(jì)就只雖稍微介紹一下，具體方案就查看本設(shè)計(jì)的控制部分。具體工作流程如圖 11。3第二章 托盤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 托盤主體設(shè)計(jì)托盤主體是用來放置貨物的，根據(jù)技術(shù)要求托盤采用鋼作為主要材料，實(shí)行鑄造成型。其效果如下圖 2-1 所示：該托盤各邊厚為 20 毫米，在底部設(shè)計(jì)了兩個(gè) R10 半圓槽，位于托盤的中部，中心相距 180 毫米，用來安放兩根軸。在側(cè)過有一個(gè) 3015 毫米的方形穿透孔，用來安放與拔桿對(duì)接的拉扣。另外，在底部還有 18 個(gè) 5 的帶螺紋的孔，其中 16個(gè)用于固定兩根軸其它 2 個(gè)用于固定拉桿。托盤的尺寸為：30040080 毫米。重量約為：10。2.2托盤軸的設(shè)計(jì)軸是用來承載托盤和貨物的，根據(jù)技術(shù)要求軸采用鋼棒加工成型，其 CAD 設(shè)計(jì)圖如下圖 2-2 所示：該軸一共有兩根，長度為 386 毫米，軸的兩端有兩個(gè) 8 的帶螺紋的孔。軸的主要尺寸為 20，其中有兩個(gè) 26 的軸肩，長度為 15 毫米，兩軸肩之間的距離為 315 毫米且成對(duì)稱結(jié)構(gòu)。圖 2-1 托盤的造型圖 2-2 軸的 CAD 剖面圖42.3托盤上輪子的設(shè)計(jì)輪子是輔助托盤運(yùn)動(dòng)的，根據(jù)技術(shù)要求，該輪設(shè)計(jì)為在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的，且其中用深溝球軸承與軸結(jié)合。其效果如下圖 2-3 所示：該輪一共有四個(gè)，其外徑為 90，內(nèi)徑為 23.5，寬度為 30 毫米。輪子上有等腰梯形凹槽，是為了托盤行使的平穩(wěn)設(shè)計(jì)與導(dǎo)軌相嚙合的。其尺寸為：上底為7.5 毫米、下底為 22.5 毫米、高為 10 毫米，居中放置。輪子上有 8 個(gè) 5 的帶螺紋的孔，均勻分布在輪子端面的兩側(cè)，且兩端面上的孔是對(duì)稱的，其中心位于 60的圓上。2.4托盤上拉扣的設(shè)計(jì)托盤上的拉扣是為了實(shí)現(xiàn)托盤與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上的拔桿對(duì)接而設(shè)計(jì)的，它主要承受拉力，作用是傳遞驅(qū)動(dòng)力到托盤上，使托盤與拔桿一起運(yùn)動(dòng)。采用鑄造成型。其拉扣 CAD 設(shè)計(jì)圖如下圖 2-4 所示：該拉扣設(shè)計(jì)主要考慮合理，其設(shè)計(jì)的一些尺寸在圖 2-4 上已經(jīng)標(biāo)出來了，其中沒有標(biāo)出的拉扣厚度為 15 毫米，上圖中所示的右邊的那個(gè) 10 的孔與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上的拔桿的一個(gè)孔相對(duì)應(yīng)，當(dāng)兩孔中心重合時(shí)，電磁鐵作用，使銷釘穿透兩孔從而實(shí)現(xiàn)對(duì)接，達(dá)到傳遞力的效果。左邊兩個(gè)對(duì)稱的 5 的孔是用來固定拉扣的，避免其圖 2-3 輪子的造型圖 2-4 拉扣 CAD 設(shè)計(jì)圖5在運(yùn)動(dòng)過程中松落。2.5托盤上各附件設(shè)計(jì)托盤上的附件主要有：軸承、螺絲和一些安裝墊片。它們的作用主要是輔助托盤能夠正確的安設(shè)計(jì)要求運(yùn)動(dòng)。2.5.1 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一。它已標(biāo)準(zhǔn)化，由專門的軸承工廠成批生產(chǎn)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，只需根據(jù)工作條件選用合適的滾動(dòng)軸承類型和尺寸并進(jìn)行組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因?yàn)樵撦S承是安裝在托盤上的，起減少阻力提高效率作用，主要承受徑向載荷，所以決定選用常見的深溝球軸承。而它是安裝在軸與輪子之間的，它的選擇原則是跟據(jù)軸和輪子的一些數(shù)據(jù)去選用標(biāo)準(zhǔn)件。查看機(jī)械設(shè)計(jì) （彭文生等主編）和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) （唐增寶等主編）中有關(guān)滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)與選擇的內(nèi)容，因軸的外徑為 20，輪子的內(nèi)徑為 23.5，經(jīng)確定選擇軸承的型號(hào)為：3204 GB/T 276-1994。其相關(guān)數(shù)據(jù)如表 2-1 所示：表 2-1 滾動(dòng)軸承的數(shù)據(jù)基本尺寸/毫米安安裝尺寸/毫米基本額定負(fù)荷/KN軸承型號(hào)dDBrsMINdaMINDaMAXrasMAXCrCr0620420471412641112.86.65表 2-1 中所示的一些數(shù)據(jù)的代號(hào)在圖 2-5 所示的軸承示意圖中可以對(duì)應(yīng)的找到。圖 2-5 軸承示意圖2.5.2 螺紋連接螺紋連接是一種應(yīng)用非常廣泛的可拆連接。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，連接可靠性高，適用范圍廣。各種螺紋及其連接件大多數(shù)制訂有國家標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)是根據(jù)螺紋連6接的工作條件，按照螺紋的特點(diǎn)選擇螺紋類型。不論是螺紋還是螺紋緊固件，其主要參數(shù)是公稱直徑 D（D） ，它可以由強(qiáng)度計(jì)算確定，也可按照結(jié)構(gòu)上的需要確定。查看機(jī)械設(shè)計(jì) （彭文生等主編）和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) （唐增寶等主編）中有關(guān)螺紋連接設(shè)計(jì)與選擇的內(nèi)容，在托盤上一共用到三種型號(hào)的螺紋（GB/T 5783-2000） ，共 54 口，它們分別用在四個(gè)輪子、兩根軸的兩端、拉扣和兩根軸的固定上。它的一些尺寸數(shù)據(jù)如表 2-2 所示：表 2-2 螺栓的尺寸數(shù)據(jù)（/毫米）d2d1pacdwekslM54.484.130.820.278.793.5812M54.484.130.820.278.793.588M87.1886.6471.2540.512155.31318表 2-2 中所示的一些數(shù)據(jù)的代號(hào)在圖 2-6 所示的螺栓示意圖中可以對(duì)應(yīng)的找到。圖 2-6 螺栓的示意圖2.5.3 墊片及附件的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中托盤部份一共用到了 5 種不同樣式和功能的墊片及附件。墊片及附件的設(shè)計(jì)，它們分別有如下：1)、托盤上兩根軸與托盤結(jié)合時(shí)用的四個(gè)墊片，它的作用是為了固定兩根軸在托盤上，在這個(gè)墊片上有四個(gè)螺栓孔，它的直徑為 6。它的厚度為 5 毫米，外形尺寸為 70X50 毫米方形，中間有一個(gè)內(nèi)徑為 20 外徑為 30 的凸起。2)、托盤上兩根主軸上的兩端用于擋住軸承的，使軸承固定在軸上的軸肩與該墊片之間，避免不必要的活動(dòng)影響托盤正常的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。它的厚度為 3 毫米，其內(nèi)徑為 8 和外徑為 26。3)、輪子兩邊的墊片，每個(gè)輪子上有兩片，共八片，它的作用是為了連接和固定軸承與導(dǎo)軌輪子而設(shè)計(jì)的，每個(gè)上面有四個(gè) 5 螺孔，均勻分布。它是安裝在輪7子上的，其內(nèi)徑為 41 比輪子的內(nèi)徑要小，外徑為 75 也要比輪了的外徑要小，而厚度為 5 毫米。安裝在輪子的兩側(cè)，就可能把滾動(dòng)軸承夾在中間了，可以避免輪子與軸承之間的軸向移動(dòng)。4)、軸承與軸承之間的墊片，在托盤上一共用到八個(gè)滾動(dòng)軸承，每個(gè)軸端各兩個(gè)，在軸承與軸承之間為避免軸承的內(nèi)環(huán)與外環(huán)的動(dòng)作不一樣而引起不必要的摩擦，所以在兩個(gè)滾動(dòng)軸承的內(nèi)環(huán)之間也設(shè)計(jì)了一個(gè)環(huán)形墊片。它的外徑為 26，而內(nèi)徑為 21，其厚度為 2 毫米。5)、彈簧墊片，它是安裝在軸端擋片與軸端固定螺栓之間的，它的是起防松作用。它的應(yīng)用也非常的廣，所以也是一種標(biāo)準(zhǔn)件，可以根據(jù)要配用的螺栓的公稱直選取。8第三章 絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1絲桿螺母副的設(shè)計(jì)3.1.1 絲桿的設(shè)計(jì)絲桿是該機(jī)構(gòu)的核心部件，它主要起傳遞力的作用，所以設(shè)計(jì)它要考慮到它所需傳遞的功率的大致大小。由于托盤的設(shè)計(jì)時(shí)要求載重為 16 千克，而托盤采用鋼鐵制造而成，自重大約在 14 千克左右。所以計(jì)算時(shí)絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要推動(dòng)約 30 千克的重物運(yùn)動(dòng)。托盤運(yùn)動(dòng)的條件是絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)生的力矩與托盤產(chǎn)生阻力力矩相等。力矩的計(jì)算公試為：M=FL。其中 L 是從轉(zhuǎn)動(dòng)軸到著力點(diǎn)的矢量 , F 是矢量力；力矩也是矢量。托盤產(chǎn)生的阻力為滾動(dòng)摩擦力 ，但是在托盤受到拔桿的推力啟動(dòng)時(shí)，所要克服的是輪子與地面產(chǎn)生的最大靜摩擦力。托盤運(yùn)動(dòng)克服的最大靜摩擦力的計(jì)算如下：=N (=0. 2)fN=mg=30kg10kg/N=300N即=300N0.2=60Nf其中 N 為托盤的自重， 為輪子與在底面的摩擦因數(shù)所以絲桿驅(qū)動(dòng)要提供的力矩 M=NL=R（R 為輪子的半徑）fM=R=60N0.045m=0.27Nmf在該設(shè)計(jì)中采用外徑為 30 矩形螺紋，參考螺紋連接的一些相關(guān)資料，初步設(shè)計(jì)的一些數(shù)據(jù)如下表 3-1 所示：表 3-1 絲桿相關(guān)數(shù)據(jù)d2d1plM3027.72726.2113.5480因?yàn)樵撓到y(tǒng)要求的速度是 10 轉(zhuǎn)/分鐘而托盤與貨物的總重量為 30kg，所以是低速輕載，不必計(jì)算絲桿的承載能力。它的其它特征有鍵槽，它位于絲桿的一端。93.1.2 螺母的設(shè)計(jì)絲桿上的螺母與絲桿是一個(gè)運(yùn)動(dòng)副，它的作用是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成絲桿上螺母沿導(dǎo)軌的直線運(yùn)動(dòng)。它的設(shè)計(jì)效果圖如下圖 3-1 所示：圖 3-1 絲桿螺母效果圖在上圖中可以看到左右方向上有三個(gè)孔，一大兩小，其中兩個(gè)小孔是穿導(dǎo)軌而用的，它的大小為，而中間的那個(gè)大孔是一個(gè)螺紋孔，是絲桿的螺母孔，是與絲桿結(jié)合成運(yùn)動(dòng)副的。它的數(shù)據(jù)參照絲桿的。至于上面還有四個(gè) M8 的螺紋孔，該孔距邊界為 1050 毫米，是固定拔桿而設(shè)計(jì)的。3.2 底座的設(shè)計(jì)絲桿驅(qū)動(dòng)的底座有兩個(gè)方面的用途，一是用來把整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)固定在升降機(jī)上，二是用來支撐整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如在上面安裝有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的導(dǎo)軌等一些固定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的零部件。它的效果圖如下圖 3-2 所示：圖 3-2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座效果圖在上面所示的效果圖中并沒有反應(yīng)出相關(guān)尺寸，它的一些外形尺寸如后文所述。該底座的包裝尺寸為 58828170 毫米，底盤的厚度為 20 毫米，在底座的兩側(cè)分布著六個(gè) 16 螺孔，從上面的效果圖中也可以看的出來，孔與孔之間的距離為 200毫米，中間的一個(gè)孔是處在底座長邊的中間。從圖中看到的那放孔的兩長條矩形的10寬度為 40 毫米，而底座中兩端凸起的高度為 50 毫米，寬度為 54 毫米，在上面主要是安放絲桿驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)軌和滾動(dòng)軸承。左右兩端設(shè)計(jì)大致相同，不同之處在于上面效果圖中的左端上同軸的，除了有一個(gè)安放導(dǎo)軌的 20 半圓柱槽外還有一個(gè)從外端面往里的半個(gè)正六邊形的沉孔，深度為 10 毫米。在兩個(gè)凸起的高臺(tái)上，位于中心線上的還有一個(gè) 41 的略小于半個(gè)圓的槽，因?yàn)樵诘鬃弦惭b絲桿，所以，在這中心線上需要安裝上軸承。為了安裝軸承的所以各端的中央有凹下去比 41更大的半圓形槽。在上面的效果圖中還可以看到兩個(gè)凸起的高臺(tái)上每個(gè)上都有四個(gè)孔，它們都是 10 的螺紋孔，其孔中心的尺寸為：中間兩個(gè)孔相距為 80 毫米，最外邊兩個(gè)孔的距離為 172.5 毫米，在寬度上它們都是處于凸臺(tái)的中間。3.3 前后端蓋的設(shè)計(jì)前后端蓋是固定在底座兩端的兩個(gè)凸臺(tái)上的，上面的一些凹槽與對(duì)應(yīng)在底座上凹槽相對(duì)應(yīng)，也可以說是一模一樣的。它的效果圖如下圖 3-3 所示：圖 3-3 前后端蓋效果圖在上面所示的效果圖中并沒有反應(yīng)出相關(guān)尺寸，它的一些外形尺寸如后文所述。該前后端蓋包裝尺寸為 2015433.5 毫米，在該前后端蓋上面主要是固定絲桿驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)軌和滾動(dòng)軸承。前后兩端蓋的設(shè)計(jì)大致相同，不同之處在于上面效果圖中的左邊那個(gè)端蓋上同軸的，除了有一個(gè)安放導(dǎo)軌的 20 半圓柱槽外還有一個(gè)從外端面往里的半個(gè)正六邊形的沉孔，深度為 10 毫米。在兩個(gè)前后端蓋上，位于中心線上的還有一個(gè) 41 的略小于半個(gè)圓的槽，因?yàn)樵谏厦嬉潭ńz桿，所以，在這中心線上需要安裝上軸承。為了安裝軸承的所以各端的中央有凹下去比 41 更大的半圓形槽。在上面的效果圖中還可以看到兩個(gè)前后端蓋上每個(gè)上都有四個(gè)孔，它們都是 10 的螺紋孔，其孔中心的尺寸為：中間兩個(gè)孔相距為 80 毫米，最外邊兩個(gè)孔的距離為 172.5 毫米，在寬度上它們都是處于前后端蓋的中間。113.4 滾動(dòng)軸承的選擇滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一。它已標(biāo)準(zhǔn)化，由專門的軸承工廠成批生產(chǎn)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，只需根據(jù)工作條件選用合適的滾動(dòng)軸承類型和尺寸并進(jìn)行組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因?yàn)樵撦S承是安裝在托盤上的，起減少阻力提高效率作用，主要承受徑向載荷，所以決定選用常見的深溝球軸承。而它是安裝在軸與輪子之間的，它的選擇原則是跟據(jù)軸和輪子的一些數(shù)據(jù)去選用標(biāo)準(zhǔn)件。查看機(jī)械設(shè)計(jì) （彭文生等主編）和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) （唐增寶等主編）中有關(guān)滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)與選擇的內(nèi)容，又因?yàn)榘惭b在絲桿兩端的滾動(dòng)軸承要承受軸向載荷，所以它與前文在托盤上設(shè)計(jì)所選取的軸承不同，它的選擇取要考慮到軸承所要承受的軸向載荷。根據(jù)絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中計(jì)算的一些數(shù)據(jù)，分析之后決定選擇取圓錐滾子軸承的型號(hào)為：GB/T 29794 7204該軸承的示意圖如下圖 3-4 所示：圖 3-4 圓錐滾子軸承示意圖上圖中的一些代號(hào)如表 3-2 所示：表 3-2 圓錐滾子軸承數(shù)據(jù)基本尺寸/毫米安安裝尺寸/毫米軸承型號(hào)dDBCTdaMINdbMAXDaMAXDbMINrasMAXrbsMAX72042047141215.2526274143113.5 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的作用是為了限制絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中絲桿上的螺母的自由度的，使它不能作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只能延水平方向滑動(dòng)。它一共有兩根，分布在絲桿的兩側(cè)，且是穿過絲桿上的螺母。它主要是一個(gè) 20 的圓柱體，長度為 593 毫米。它的一端有螺螺紋，12另一端是一個(gè)厚度為 10 毫米的六角多邊行。導(dǎo)軌通過其上一端的螺紋和另一端的六角多邊行凸臺(tái)固定在底座上的。3.6 拔桿的設(shè)計(jì)拔桿是固定在絲桿的螺母上的，它的作用是隨著螺母一起運(yùn)動(dòng)，與托盤接觸，將能量與動(dòng)力傳遞給托盤，使托盤作出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。拔桿的三維設(shè)計(jì)圖如圖 3-5 所示，從圖中可以看出，拔桿的厚度為 10 毫米，長為 84 毫米，寬為 40 毫米，高為 70 毫米。圖 3-5 拔桿設(shè)計(jì)造型圖從上面拔桿的效果圖中可以看出，位于拔桿底面的四個(gè) 9 的孔是為了將拔桿固定在螺母上的螺栓孔，孔的間距為 2064 毫米。中間是一條加強(qiáng)筋。往上在底面的垂直面上可以看到三個(gè)孔，是安放接近開關(guān)用的，兩邊的小孔就固定接近開關(guān)用的。在拔桿的頂部也有三個(gè)孔，它們兩側(cè)的兩個(gè) 5 小孔是為固定電磁鐵而設(shè)計(jì)的，中間的那個(gè) 10 孔與下面的一個(gè)孔相對(duì)應(yīng)，它們與托盤上拉扣上的孔對(duì)應(yīng)，當(dāng)它們的孔心在一條線上時(shí)，電磁鐵上的銷釘就穿透這三個(gè)孔，從而達(dá)到絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與托盤對(duì)接成功。3.7 絲桿驅(qū)動(dòng)上附件的設(shè)計(jì)在該絲桿驅(qū)動(dòng)上所用的一些附件都是一些標(biāo)準(zhǔn)件，它們一共有七種，如螺紋連接、電磁鐵、接近開關(guān)、鍵、聯(lián)軸器、電動(dòng)機(jī)和變速箱。131)、螺紋連接螺紋連接是一種應(yīng)用非常廣泛的可拆連接。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，連接可靠性高，適用范圍廣。各種螺紋及其連接件大多數(shù)制訂有國家標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)是根據(jù)螺紋連接的工作條件，按照螺紋的特點(diǎn)選擇螺紋類型。不論是螺紋還是螺紋緊固件，其主要參數(shù)是公稱直徑 D（D） ，它可以由強(qiáng)度計(jì)算確定，也可按照結(jié)構(gòu)上的需要確定。查看機(jī)械設(shè)計(jì) （彭文生等主編）和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) （唐增寶等主編）中有關(guān)螺紋連接設(shè)計(jì)與選擇的內(nèi)容，在絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上就用到了五種不同的螺栓，它的一些數(shù)據(jù)如表 3-3 所示：（表中的一些數(shù)據(jù)代號(hào)在圖 2-6 中相對(duì)應(yīng)）表 3-3 螺栓的相關(guān)數(shù)據(jù)（：毫米）d2d1pacdwekslM54.484.130.820.278.793.5812M54.484.130.820.278.793.588M87.1886.6471.2540.512155.31318M109.0268.3761.540.614.417.76.41620M1614.70113.8351.520.82226.751024202)、電磁鐵電磁鐵可以看作是一個(gè)小型的電氣開關(guān)，在現(xiàn)在生活中應(yīng)用范圍相當(dāng)廣，所以在市場上可以很容買得到。它在該設(shè)計(jì)上的作用也是起到一個(gè)開關(guān)的作用，它主要負(fù)責(zé)拔桿與托盤上拉扣連接問題，它安裝在拔桿上，通過單片機(jī)發(fā)出的指令后作出相應(yīng)的動(dòng)作完成連接問題。3)、接近開關(guān)接近開關(guān)是一種簡單的傳感器，在市場上可以買得到，它在該設(shè)計(jì)中的作用是為了判斷絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上的拔桿與托盤上的拉扣之間的相對(duì)距離是否達(dá)到指定范圍的，它安裝在拔桿上，在拔桿與拉扣接近到接近開關(guān)的感應(yīng)范圍時(shí)，它就動(dòng)作傳遞信號(hào)到單片機(jī)中，使單片機(jī)作出相應(yīng)動(dòng)作。4)、鍵鍵的作用是傳遞扭矩，它是安裝在絲桿的一端與聯(lián)軸器之間的。在該設(shè)計(jì)中，絲桿一端設(shè)計(jì)有兩個(gè)鍵，成對(duì)稱分布在絲桿一端。它的尺寸為：10510 毫米。14圖 3-6 聯(lián)軸器5)、聯(lián)軸器聯(lián)軸器的基體功用是連接兩軸（也連接軸和其他回轉(zhuǎn)零件），是為了傳遞動(dòng)力而設(shè)計(jì)的，它連接變速器上的慢速軸與絲桿從而達(dá)到傳遞動(dòng)力。它的外型大致如右圖 3-6 所示： 6)、電動(dòng)機(jī)該機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此，正確選擇電動(dòng)機(jī)具有重要意義。選擇電動(dòng)機(jī)的出發(fā)點(diǎn)是符合機(jī)械設(shè)備的使用條件，即由具體的驅(qū)動(dòng)對(duì)象和工作規(guī)范來決定。7)、變速箱變速箱的作用是將電動(dòng)機(jī)軸的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為符合要求的低速從而帶動(dòng)絲桿螺母副的動(dòng)作。現(xiàn)如今變速箱的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。在現(xiàn)在市場上可以很容易就可以買到符合設(shè)計(jì)要求型號(hào)的變速箱。15第四章 電氣控制過程簡述在該自動(dòng)托盤絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中分有兩個(gè)課題，一個(gè)是機(jī)械設(shè)計(jì)部份，另一個(gè)是電氣控制部份。而本課題是自動(dòng)托盤絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的機(jī)械部份，所以電氣控制部份的設(shè)計(jì)，它不包括在本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容之中，所以在這里只是稍加敘述一下它控制該自動(dòng)托盤如何動(dòng)作的。它的控制流程圖如圖 4-1 所示：入架電磁鐵得電電機(jī)停止判斷托盤是否到位電磁鐵失電入架完成升降機(jī)運(yùn)動(dòng)否是出架電磁鐵得電電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)判斷拔桿是否到位電機(jī)停止是出架完成升降機(jī)運(yùn)動(dòng)否電機(jī)反轉(zhuǎn)判斷托盤是否到位否是電機(jī)停止電磁鐵失電圖 4-1 自動(dòng)托盤電氣控制流程圖16該自動(dòng)托盤絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，是通過電氣系統(tǒng)控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作過程是這樣的，開始時(shí)人工通過按控制面板上的按鈕存入，其實(shí)按鈕按下的動(dòng)作是一個(gè)指令，電氣控制系統(tǒng)中的單片機(jī)獲取這個(gè)指令，根據(jù)事先設(shè)置在里面的程序單片機(jī)作出相應(yīng)的動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)得電正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)變速器，變速器輸出低速通過聯(lián)軸器帶動(dòng)絲桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，絲桿與絲桿上的螺母把絲桿上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺母的直線運(yùn)動(dòng)，在絲桿驅(qū)動(dòng)上的螺母上拔桿由里向外運(yùn)動(dòng)，在拔桿快要與托盤接觸時(shí)（在感應(yīng)范圍內(nèi)） ，安裝在拔桿上接近開關(guān)捕獲到一個(gè)信號(hào)，它裝該信號(hào)反饋到單片機(jī)中，接著單片機(jī)動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)失電停止轉(zhuǎn)動(dòng)，與止同時(shí)單片機(jī)也發(fā)出指令，令安裝在拔桿上的電磁鐵作用，使它的銷釘伸長穿透拔桿與托盤上拉扣相對(duì)應(yīng)的孔。完成托盤與絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的對(duì)接。在對(duì)接動(dòng)作完成后三秒鐘后，單片機(jī)又開始發(fā)指令，該指令控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，在電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)后，絲桿上的螺母就開始往里作直線運(yùn)動(dòng)，連接在上面的托盤也就拉入庫中。到止，自動(dòng)托盤絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完成了入庫（該庫是指升降機(jī)中的那個(gè)臨時(shí)庫）動(dòng)作。在其存入動(dòng)作中還有一個(gè)出庫的動(dòng)作，該動(dòng)作是在前面入庫完成后，電氣控制系統(tǒng)完成對(duì)升降機(jī)的控制，使其到達(dá)指定的位置，然后就由單片機(jī)發(fā)出指令讓電動(dòng)機(jī)得電正轉(zhuǎn)，通過螺母上的拔桿將托盤從庫中推出存入指定位置，到止就完成了托盤的存入。自動(dòng)托盤的取出過程與存入過程剛好相反，這里就不再敘述了。17第五章 結(jié)論在該設(shè)計(jì)的自動(dòng)托盤是現(xiàn)代化物流倉儲(chǔ)設(shè)備的核心。隨著全球經(jīng)濟(jì)騰飛、科技進(jìn)步和信息革命的深入，世界經(jīng)濟(jì)進(jìn)入前所未有的全球化和市場化的新時(shí)代。邁向21 世紀(jì)的國際物流技術(shù)的特征是信息化、經(jīng)濟(jì)化、智能化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和社會(huì)化。為此，最科學(xué)和最經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì)和建造成本低、效率高、實(shí)用性強(qiáng)、柔性最佳的物流是至關(guān)重要的。而自動(dòng)托盤的設(shè)計(jì)很符合現(xiàn)在社會(huì)發(fā)展的需要，它是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用半自動(dòng)控制。貨物的進(jìn)出庫只需用按控制面板上的相應(yīng)按鈕就行了。絲桿驅(qū)動(dòng)式自動(dòng)托盤機(jī)械設(shè)計(jì)部分的效果圖如下圖 5-1 所示：圖 5-1 絲桿驅(qū)動(dòng)式自動(dòng)托盤效果圖在設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)托盤與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)接的是電磁鐵，它可以看著是一個(gè)電氣控制開關(guān)，它反應(yīng)靈敏，性能好而且成本低。在系統(tǒng)中還用到了一個(gè)電氣開關(guān)接近開關(guān)。它的作用是判斷拉扣與拔桿之間的距離，實(shí)現(xiàn)托盤與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)準(zhǔn)備的對(duì)接。本課題是自動(dòng)托盤作業(yè)系統(tǒng)中出架與入架的機(jī)械實(shí)現(xiàn)部分。其目的是通過本課題使學(xué)生更深入地理解機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程,熟悉機(jī)電一體設(shè)計(jì)的常用技術(shù),為走18向工作崗位打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整的絲桿驅(qū)動(dòng)式自動(dòng)托盤機(jī)械設(shè)計(jì)，使我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。19致謝看著兩個(gè)多月來的努力就要畫上一個(gè)圓滿的句號(hào)，我心情無法平靜。將近兩個(gè)月畢業(yè)設(shè)計(jì)生活和設(shè)計(jì)過程中所經(jīng)歷的困惑、艱辛和努力都成為一種美好的回憶。畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說是我三年大學(xué)學(xué)習(xí)的一次總結(jié)和檢驗(yàn)，在此過程中，我不僅僅鞏固、學(xué)習(xí)了專業(yè)知識(shí)，還學(xué)會(huì)了不少做人的道理，鍛煉了我的意志品質(zhì)。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完，無不凝聚著師長和同學(xué)的關(guān)心和幫助，讓我至誠難忘。在此之際，我要感謝我尊敬的導(dǎo)師別傳爽老師，在他的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以順利完成；感謝我的同學(xué)在學(xué)習(xí)和生活上關(guān)心和幫助。最后，我要感謝的是我的母校華中科技大學(xué)武昌分校，在這我度過了人生中最具激情和夢(mèng)想的三年。20參考文獻(xiàn)1曾億.機(jī)電一體化工程專業(yè)課程.安徽：合肥工業(yè)大學(xué)出版社,2007：1-152劉昌祺.物流配送中心高施及設(shè)備設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004：1-203劉昌祺.物流配送中心揀貨系統(tǒng)選擇及設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005：12-254楊曉輝.機(jī)電一體化實(shí)用手冊(cè).北京：科學(xué)出版社,2005：150-1565鐘毅芳.機(jī)械設(shè)計(jì).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001：1-1556芮延年.機(jī)電一體化原理及應(yīng)用.蘇洲：蘇洲大學(xué)出版社,2004：7徐博侯.工程力學(xué)基礎(chǔ)教程.浙江：浙江大學(xué)出版社,2001：27-8021附錄一 絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)裝配圖22附錄二 托盤裝配圖23附錄三 拔桿零件圖24附錄四 輪子零件圖25附錄五 托盤設(shè)計(jì)圖