1、皖西學院本科畢業(yè)論文（設計）立體倉庫機械結構的設計作 者李 帥指導教師宋誠生摘要：論文針對郵包分揀存取系統(tǒng)的特點，通過對立體倉庫中堆垛機工作環(huán)境的分析，以及對堆垛機結構的力學分析與研究，得出了適合堆垛機的特殊結構的設計方法，并由此得出最優(yōu)結構參數(shù)。論文主要完成了如下幾個方面的工作：（1）利用經(jīng)典力學的方法，對堆垛機進行了全面的力學分析，在此基礎上又展開了包括堆垛機的靜剛度、動剛度、立柱強度、整體穩(wěn)定性、下橫梁的強度等各方面的分析，還重點就貨叉機構進行了受力分析和剛度分析。（2）根據(jù)結構設計的合理性初步選擇主要的結構參數(shù)，并進行校驗，在校驗中反復改進參數(shù)的選擇，使得所選參數(shù)能夠滿足設計要求。著重

2、提出了適合存取分揀郵包的貨叉運行機構，力求簡單輕便并且能夠很好的完成存取貨物時的伸縮轉(zhuǎn)向功能。（3）由于堆垛機的結構設計的好壞直接影響堆垛機的運行性能，所以論文對堆垛機的結構進行了計算機輔助優(yōu)化設計。利用UGNX 軟件進行堆垛機的三維建模，以生動的視覺效果直觀感受結構參數(shù)選擇的合理性，完成了主要零部件的設計及總體裝配的制圖工作。根據(jù)郵政物流業(yè)的郵包尺寸與重量的現(xiàn)實情況，比較本文所設計的堆垛機結構的校驗結果，可以看出本文設計的堆垛機完全可以勝任現(xiàn)實中的郵包自動化倉庫中的分揀存取工作，而且結構輕便簡單，易于加工。關鍵詞：機械設計； 堆垛機； 力學分析； 計算機輔助設計Mechanical Desi

3、gn WarehouseAbstract: In this paper, by study of the features of the packet sorting system and the environment of the automated warehouse where the stacking crane works, an optimal design approach to the structure of the stacking crane and the optimal structural parameters were obtained. This thesis

4、 has finished several aspects of work as follows: (1)The classical dynamic method was used to comprehensively analyze the machine, including stationary and dynamic inflexibility, intension, stability, etc. The fork was also analyzed especially. (2)The structural parameters were elementarily chosen a

5、nd checked by the rationality of structural design. The parameters were improved time after time during checking process in order to meet the demand of the design. The operating framework of the fork that fits packet sorting was proposed to make sure that the framework is simple and convenient and t

6、o accomplish the work successfully. (3)Since the structure of the machine directly affects its function, the optimal design was performed on the computer. Through making 3D model of the stacking crane by using of the UGNX software and observing the rationality of the parameters by the vivid visual e

7、ffects, the design of the main parts and the entire assemblage were accomplished.According to the reality of the sizes and weights applied in postal packets logistics industry, the outcomes of the checking parameters meet the practical needs. The stacking crane that is designed in this thesis will b

8、e competent for the packet sorting work in reality and its structure is simple and is conveniently produced.Keywords: Mechanical design; Stacking crane; Dynamic analysis; Computer aided design引言 立體倉庫( Warehouse)是物料搬運、倉儲科學的一門綜合科學技術工程。它以高層立體貨架為主要標志，以成套先進的搬運設備為基礎，以先進的計算機控制技術為主要手段，實現(xiàn)搬運、存取機械化、自動化，儲存管理現(xiàn)代化

9、的新型倉庫1。堆垛機是自動化立體倉庫中最重要的搬運、起重、堆垛設備，對立體倉庫的出入庫效率有重要影響，是立體倉庫能否達到設計要求和體現(xiàn)其優(yōu)點的關鍵設備之一。自動化立體倉庫在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的作用是顯而易見的，可將自動化倉庫技術應用到郵包流通領域中，充分利用自動化倉庫的優(yōu)勢和特點，實現(xiàn)郵包倉庫信息管理自動化和郵包入出庫作業(yè)的自動化，為提高郵包的流通效率發(fā)揮重要的作用。從對我國自動化立體倉庫使用的行業(yè)分布情況分析，絕大多數(shù)自動化倉庫還只是僅僅應用于工廠企業(yè)領域，而且，自動化程度不高。據(jù)作者的調(diào)研，目前國內(nèi)還沒有應用于郵包流通領域的自動化立體倉庫出現(xiàn)，而郵包自動化倉庫有其自身的特點，如郵包無統(tǒng)一規(guī)格難

10、以用一般機械手抓取方式實現(xiàn)，郵包出入庫的控制算法復雜，郵包倉庫信息管理系統(tǒng)有其自身的要求等。本文的主要任務是將自動化倉庫技術應用到郵包流通領域中，結合郵包流通的特點，設計出適合郵政部門包裹自動分揀、儲存的堆垛機。整個設計過程主要包括堆垛機結構的力學分析和設計，主要零部件的強度與剛度校核，堆垛機的整體穩(wěn)定性的校核以及升降臺和取貨叉的結構設計與校核，在進行參數(shù)的合理選擇校驗后還要利用計算機進行輔助設計，即根據(jù)所設計的大致結構利用UGNX軟件進行機械制圖和優(yōu)化，完成主要零部件的三維建模，并在此基礎上完成堆垛機整體結構的總裝配圖，包括三維建模圖和二維投影圖。在設計工作完成后總結堆垛機的改進和發(fā)展方向，

11、提出自己對于堆垛機設計和應用的展望。1 自動化立體倉庫堆垛機的力學分析和設計1.1 單立柱堆垛機的結構如1-1圖所示，單立柱堆垛機是由下橫梁、立柱、和帶貨叉的載貨臺組成。以前大多數(shù)堆垛機的載貨臺上都設有司機室，裝在下橫梁上的行走輪在固定于地面上的單軌上行駛，立柱頂端裝有水平導輪，它行走在安裝于巷道頂部的工字鋼上。下橫梁用槽鋼及鋼板拼焊，其裝有行駛機構、主、從動行走輪、水平導輪、安全機構、緩沖器、縱向定位裝置以及終端限位裝置、供電、通信部件等。立柱為一抗扭曲的箱形結構(有帶工字鋼箱形結構和一般箱形結構)，立柱和下橫梁是用螺栓聯(lián)成一體的。立柱頂端除裝有水平導輪外，還裝有起升機構滑輪、松繩超載保護裝

12、置。在立柱下部，在載貨臺的另一側，裝有堆垛機控制柜和起升機構。 圖1-1 單立柱堆垛機示意圖現(xiàn)今，越來越多的商家把注意力集中在了單立柱堆垛機上。單立柱堆垛機以其結構簡單、重量輕巧著稱，但其受力情況比較復雜，在設計時，必須對各個組成部分進行優(yōu)化設計，避免自重過大。1.2 單立柱堆垛機的結構力學分析1.2.1 堆垛機外載荷計算巷道堆垛機沿巷道內(nèi)的地面軌道運行，視為Y軸向運行，立柱上的載貨臺沿導軌升降，視為Z軸向運行，載貨臺的貨叉對巷道兩邊貨架進行存取作業(yè)，視為X軸向運行。圖1-2是堆垛機正常作業(yè)的示意圖。圖中：1.立柱；2.貨叉機構；3.載貨臺；4.導軌；5.地面導軌；6.提升機構；7.鋼絲繩；8

13、.滑輪；9.上部導軌。圖1-2堆垛機正常作業(yè)示意圖載荷處于最高位置時，立柱的受力狀況最為不利、這時各部分的載荷位置及結構尺寸示于圖1-3。參看圖1-3，由力學平衡條件可求得載荷臺滾輪對立柱導軌的作用力和提升總拉力。圖1-3 載貨臺受力分析簡圖圖中：Q-額定起重量，N；G臺-載貨臺自重，N；G叉-貨叉機構自重，N；G 叉-伸出部分貨叉自重，N；T-提升總拉力，N； L1 、 L2 、S、e-各種載荷作用位置, mm； P正、P側-分別為導軌對正滾輪和側滾輪的反作用力。（1）載貨臺滾輪壓力由圖1-3，M = 0 ,得正滾輪壓力： (1-1)由圖1-3，M = 0，得側滾輪壓力： (1-2)（2）總

14、提升力由圖1-3， ，得 (1-3)（3）立柱頂部作用力 圖1-4 提升卷揚系統(tǒng)力學簡圖 利用圖1-4表示的堆垛機提升卷揚系統(tǒng)力學簡圖，由此確定立柱頂部上橫梁上的作用力F，即立柱的軸向壓力。a. 起升載荷， (1-4)式中為動力系數(shù)，一般可取=1.051.1b. 滾輪摩擦力， (1-5)式中為滾動摩擦系數(shù)，鋼制滾輪取 =0.08c. 提升繩張力， (1-6)式中m為繞繩倍率，圖中m =2；為提升系統(tǒng)效率2，可取=0.980.99d. 立柱頂部壓力, (1-7)式中G滑與G上分別為頂部滑輪與上橫梁的自重。通過以上分析可知，立柱在兩個平面內(nèi)分別承受外載荷的作用，但在XOZ 平面的力只有在堆垛機停穩(wěn)

15、、貨叉伸出存、取貨時才存在，所以，對立柱只進行YOZ 平面的受力分析。1.2.2 沿巷道縱向平面（即YOZ 平面）受力分析 當載貨臺滿載位于最高位置，以最大加(減)速度起(制)動， 立柱受力處于最不利情況。此時的YOZ平面結構計算簡圖如圖1-5。圖中H和B分別為堆垛機總高與走輪間距；為水平慣性力，h為上滾輪距立柱頂端的距離，b1和b2分別為立柱截面X方向中性軸到下橫粱兩支點(車輪中心線)的距離。圖中的軸向壓力F可用式(1-7)計算，立柱橫向力矩用下式算： 圖1-5 YOZ平面內(nèi)受力簡圖 (1-8)以公式（1-1）代入上式，則 (1-9)立柱橫向力用下式計算： (1-10)式中a 是最大加速度，

16、 為由各部分質(zhì)量換算得出的等效質(zhì)量kg,等效質(zhì)量 的計算公式如下2：式中，、依次為上部橫梁、滑輪質(zhì)量，包括貨物在內(nèi)的載貨臺總質(zhì)量，提升機構質(zhì)量和立柱均布質(zhì)量。為立柱振動系數(shù)，最大絕對值取22。1.2.3 彎矩放大系數(shù)由圖1-5中YOZ平面內(nèi)，立柱承受軸向壓力F，橫向力和橫向力矩M正的共同作用，是壓彎構件，它可以簡化認為：軸向壓力始終平行于Z軸，并在頂湍作用有彎矩，因而立拄彎曲變形可用圖1-6表示。圖中是由橫向載荷與M正的作用在頂端產(chǎn)生的撓度。在軸向力F的作用下，撓度由增大為f ，根據(jù)彈性分析， （1-11）圖1-6 結構撓曲變形示意圖式中 是立柱中心受壓的臨界載荷。 稱為撓度放大系數(shù)2。由圖1

17、-6立柱任意截面z的彎矩為： (1-12）令 (1-13)并稱 MX (z) 為橫向彎矩， 則有 (1-14)在式(1-13)、(1-14)中， 當z=0，y=0， 立柱根部有最大彎矩: (1-15)式中 稱為等效彎矩系數(shù)，它和橫向載荷作用方式有關。，稱為彎矩放大系數(shù)2。對于圖1-6中所示結構，則： （1-16）1.2.4 立柱結構臨界載荷圖1-7 立柱承受臨界載荷分析示意圖 參看圖1-7，當立柱頂端作用有臨界力，產(chǎn)生側位移 時，下端由于下橫梁的抗彎剛度阻礙其截面自由產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，因此下橫梁是立柱的彈性支座，彈性轉(zhuǎn)角為， 是支座截面上作用單位載荷時引起的彈性變形。根據(jù)壓桿穩(wěn)定計算的基本假定，從圖1

18、-7可得立柱任意截面(圖示的Z截面)上的力學平衡方程：平衡微分方程3 ,式中通解：邊界條件：z = 0處y = 0，得z = 0處1 ，得z = H 處y = ，得以表示求解以A 、B 、 為未知數(shù)的三元一次方程組的系數(shù)行列式，該方程組是由邊界條件確定的。即 由=0可得到兩種情況， (i) A = B = = 0，它對原微分方程無意義；(ii) A、B、 有無窮多解，我們確定臨界載荷時需求其最小值或稱本征值3。展開后整理得 （1-17）令 = nH，則 （1-18）為了確定值，先計算下橫粱和立柱連接處截面產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角的力矩。根據(jù)位移法，由于節(jié)點單位位移引起的附加約束反力矩r M 等于節(jié)點各桿由

19、于單位位移產(chǎn)生的桿端彎矩之和。、分別表示兩段下橫粱的線性剛度，即 ；則3由和的物理含義可得如下關系式： （1-19）將（1-19）式代入（1-18）式得： （1-20） 式中和分別是立柱和下橫梁截面X方向的慣性力矩，而是由結構尺寸確定的常數(shù)。C值確定后公式的cot 可利用圖1-8求 值,交點P所對應的就是式(1-20)的解。確定值后由可得立柱中心受壓臨界力: （1-21）式中E 是結構材料的彈性模量。圖1-8 Mr值求解曲線在計算時，可在假設下橫梁的剛度比較大，發(fā)生的變形很小時考慮，立柱下端可當作固定端，則由壓桿穩(wěn)定性條件計算3: （1-22）2 單立柱堆垛機立柱剛度分析2.1 靜態(tài)剛度分析

20、單立柱的靜剛度是以載貨臺滿載位于立柱最高位置時，頂端在巷道縱向平面內(nèi)的撓度來表征。設計撓度應小于許用值，即f f 。由圖1-5的單立柱堆垛機的受力分析簡圖。當載貨臺升至立柱最高位置時，立柱在偏心力矩M正的作用下，端部產(chǎn)生的水平位移主要由三部分組成:(1)在M正的作用下，立柱端部的水平位移(2)在M正的作用下，下滾輪處截面轉(zhuǎn)角引起的端部水平位移(3)下橫梁和立柱聯(lián)接處截面轉(zhuǎn)角引起的立柱頂部水平位移即：其中 (1-23)對于 ，先求 (1-24)對于，由下橫梁的因素而引起的立柱頂部撓度與立柱高度成正比，所以，增強橫梁對改善結構系統(tǒng)的剛度很重要，而且相對立柱而言，橫梁很短，增強橫梁對結構的重量影響不

21、大，故在設計下橫梁時總是盡量避免出現(xiàn)明顯的下?lián)?，所以由下橫梁變形而引起的撓度常忽略不計。當載貨臺升至最高位置時，由（1-24）式得因此立柱頂部總撓度可按進行計算，在靜剛度校核時要求f f 。撓度許用值f 目前沒有統(tǒng)一標準，根據(jù)設計單位經(jīng)驗，一般取。2.2 動態(tài)剛度分析 堆垛機立柱的動剛度可用自振頻率來表征，也可以用頂部振幅來表征，即要求該頻率或振幅不大于許用值。堆垛機在運行過程中制動，各部分質(zhì)量將受到慣性力的作用，由于立柱是彈性構件，慣性沖擊將引起堆垛機的振動。同時，載貨臺也可能改變運動狀態(tài)，通過彈性媒介鋼絲繩作用在立柱頂部上橫梁上，使立柱發(fā)生振動。其振動可以作如下分析:當貨叉伸出取貨或卸貨時

22、，立柱又受到YOZ平面內(nèi)的一個偏心力，產(chǎn)生偏心彎矩，由于載貨臺及貨物的偏心不大，又由于天軌的存在，可以與之平衡，由計算得對天軌的作用力很小，而且，貨叉只有在機構停穩(wěn)時才工作，所以，在考慮堆垛機動力學問題時，對它可以忽略不計。 單立柱堆垛機動力學分析及模型的初步確定： 如上所述，堆垛機在運動時我們只考慮沿軌道平面內(nèi)的受力情況。 1）.起升機構的質(zhì)量相對載貨臺及整個系統(tǒng)的質(zhì)量小，而且偏心又小，所以可對其作用忽略不計。 2）.堆垛機水平加速(減速)運行時對立柱產(chǎn)生的慣性載荷假設為均布載荷。 3）.由堆垛機的運行特性，即沿水平軌道的直線運動和沿立柱軌道的垂直運動這兩個運動同時進行，對這兩方面綜合考慮，

23、然后進行建模。(1) 水平運動 由于對兩運動分開進行考慮，所以對載貨臺及貨物的偏心力矩因其主要是在垂直運動時產(chǎn)生作用，故可以不予考慮，把其當作集中質(zhì)量來考慮，又因在水平運行時，載貨臺在最高位置時產(chǎn)生的動載荷最大，所以我們把載貨臺簡化為立柱頂端的集中載荷，在堆垛機起、制動時，把系統(tǒng)當作懸臂梁來處理，即解決懸臂梁的振動問題，具體如下:在啟動或制動結束后，系統(tǒng)是進入自由振動。(2) 載貨臺垂直運動 起升機構啟動，載貨臺起升瞬間結構產(chǎn)生振動，這時可以把系統(tǒng)看作靜止系統(tǒng)，是載貨臺突然受到初速度V0 的自由振動。設廣義坐標原點選在質(zhì)量的靜平衡位置，因而初位移可以近似看作為零，另外，因為是自由運動，激勵力均

24、為零，故在各質(zhì)量點作用的力就是該質(zhì)量的加速力，方向與加速度相反。所以可以建立其振動方程。圖2-1 堆垛機振動簡圖堆垛機在運行過程中制動，各部分質(zhì)量將受到慣性力作用。由于立柱是彈性構件，慣性沖擊將引起堆垛機振動。這時堆垛機可簡化為圖2-1所示的多質(zhì)量振動系統(tǒng)。圖中： 貨臺總質(zhì)量； 立柱均布質(zhì)量； 起升機構質(zhì)量； 下橫梁總質(zhì)量利用等效質(zhì)量原理可將圖2-1中振動系統(tǒng)簡化為如下圖2-2的單自由度系統(tǒng)。根據(jù)文獻4 、 、 等效簡化到立柱頂部的總等效質(zhì)量為： (2-1)其中H1 為起升機構到下橫梁的高度。圖2-2堆垛機振動力學模型如圖2-2所示堆垛機適走行位置I制動，制動距離為 ，至位置時走行停止。此時振

25、動力學方程為： (2-2)式中是立柱頂部等效質(zhì)量，k為立柱頂部橫向剛度， a 為運行制動加速度。x 和分別為立柱頂部在水平x方向的位移和加速度?？蓪⑹剑?-2）改寫為： (2-3)令，并寫成標準方程： (2-4)其解為：由和可得：則而故A = 0代入方程解將代入上式得： (2-5)由以上可知：(1) 立柱靜態(tài)變形為(2) 立柱振動系數(shù)(3) 立柱振動圓頻率(4) 立柱振動頻率其中f 動為立柱滿載自振頻率容許值，根據(jù)設計單位經(jīng)驗一般取f 動 =4Hz。3 單立柱堆垛機結構強度與穩(wěn)定性的分析3.1 立柱強度分析 注結構或結構的一部分在受載后達到某種特定狀態(tài)便不能滿足規(guī)定的功能要求， 稱此特定狀態(tài)為

26、符合該功能的極限狀態(tài)。對最大內(nèi)力在支承處的壓彎構件，當截面出現(xiàn)塑性鉸時便達到強度極限。在利用材料的塑性過程中，應受到一定的限制。限制的辦法是在結構強度計算中引入塑性發(fā)展系數(shù)， 即采用塑性從局部深入截面的彈塑性工作階段作為設計準則。(1) 強度計算公式 在新鋼結構設計規(guī)范中，應用極限狀態(tài)法的設計準則， 提出了雙向壓彎構件的強度計算公式5： (3-1)式中N為軸向壓力，kN；A為截面積， ； 分別為X軸和Y軸的最大彎矩； 分別為X軸和Y軸的凈截面抗彎模量， 和 分別是X向和Y向塑性發(fā)展系數(shù)，它與截面形式、塑性發(fā)展深度、翼緣扳與腹板截面積比值以及應力狀態(tài)有關。規(guī)范規(guī)定5：箱形截面 = =1.05工字

27、形截面 =1.05， =1.20圓管截面 = =1.15格形構件的虛軸不考慮塑性深入截面， =1.0直接承受動載荷的構件 =1.0 為材料許用應力6，Q-235A的=180Mpa；16Mn的=240MPa(2) 堆垛機結構的強度分析計算 由前面的分析可以知道，堆垛機的立柱是屬于雙向壓彎構件，立柱下部與橫梁連接處為危險截面，強度校核選此截面: (3-2)式中的軸向壓力F由式(1-7)確定，立柱在X軸方向底部截面上的橫向彎矩由式(1-13)確定，是在Y軸方向立柱中部截面作用的橫向彎矩，由 式(3-3)來確定， 和是彎矩放大系數(shù)，分別由式(1-16)和 (3-4)其中 是中心受壓桿件的臨界載荷， 和

28、 是箱形截面立柱的截面塑性發(fā)展系數(shù) = =1.05。3.2 結構整體穩(wěn)定性分析(1) 極限狀態(tài)法的穩(wěn)定性計算方法： 雙向壓彎構件整體失穩(wěn)時呈現(xiàn)出彎曲和扭轉(zhuǎn)并存的變形狀態(tài)。由堆垛機的工作特性可知，在沿巷道方向水平行走時，貨叉是不伸出的，只有在堆垛機停穩(wěn)時，貨叉才伸出，才產(chǎn)生在YOZ平面內(nèi)的偏心彎矩。故在計算時，僅考慮立柱的彎曲變形。鋼結構規(guī)范已給出了適合于工字形和箱形截面壓彎構件由極限狀態(tài)設計準則3確定的整體穩(wěn)定性計算公式： (3-5)式中和分別是截面X軸和Y軸方向的中心壓桿穩(wěn)定性系數(shù)5，箱形截面取，是在沿X軸方向的臨界載荷， 是截面某一方向彎矩作用平面內(nèi)的等效彎矩系數(shù)。 和分別是X軸和Y軸方向

29、的截面抗彎模量，和是彎矩放大系數(shù)。(2) 堆垛機結構的整體穩(wěn)定性分析計算： 承受雙向壓彎的立柱結構整體穩(wěn)定性可按式(3-5)進行計算校核。根據(jù)堆垛機受力情況及結構特點，按有關規(guī)范的規(guī)定，式中各參數(shù)和系數(shù)選用方式如下： F、分別由公式(1-7)、(1-13)、（3-3）式來確定。 由公式(1-22)確定。 塑性發(fā)展系數(shù)= =1.05 等效彎矩系數(shù)=1.0 中心壓桿穩(wěn)定性系數(shù)箱形截面取3.3 堆垛機下橫梁強度計算 下橫粱在YOZ平面內(nèi)可簡化為如圖3-1所示的計算簡圖。圖中G電為電氣控制柜自重載荷，q梁是下橫梁自重均布載荷，M是立柱底部截面的最大彎矩，由式(1-13)確定，P總是額定起重量和上部結構

30、自重載荷的總和，由此可確定下橫梁和立柱聯(lián)接處的截面為危險截面。圖3-1 堆垛機下橫梁強度計算簡圖則： (3-6)式中是危險截面彎矩，是下橫梁X軸方向的抗彎模量。4 堆垛機結構參數(shù)的選擇與校驗4.1 初選參數(shù) 根據(jù)自動化倉庫中郵包自動分揀具體操作的實際情況取額定起重載荷Q=600N，堆垛機載貨臺重=50N，貨叉機構自重=25N，貨叉伸出部分重量=10N，設在圖1-3中取=650mm, =360mm, =210mm, =400mm, e=50mm。設立柱采用箱形結構，高度H=2000mm，立柱橫截面尺寸為150×100mm2,中空部分尺寸取50mm，下橫梁長度取500mm，下橫梁橫截面尺

31、寸取150×100mm2，載貨臺位于最高點時上滾輪距立柱頂端的距離h=80mm。起升機構高度為=800mm。采用Q235號剛，由材料力學手冊可知彈性模量E=200GPa。則可由公式（1-1）求得=504.4N，由公式（1-2）得=991.3N，由公式（1-3）得T=675N，由公式（1-4）起升載荷W=742.5N，滾輪摩擦力由公式（1-5）得=239.36N，提升繩的張力由公式（1-6）得S=496N，立柱所承受的軸向壓力由公式（1-7）得F =1563N，立柱頂部所受橫向力矩由公式（1-8）得=200Nm。設堆垛機制動加速度為a = 2而等效質(zhì)量=111.2kg，故可由公式（1-

32、10）求得立柱橫向慣性力=444.8N。由公式（1-22）可得立柱所受臨界載荷= 1.54×106 N ，則=0.000997，而等效彎矩放大系數(shù)由公式（1-16）.4.2 剛度校核4.2.1 靜剛度校核 表由立柱結構的幾何參數(shù)可得到立柱的X軸方向的慣性據(jù)由公式可得端部水平位移=0.16mm,則立柱頂部總撓度 f =（1.11.2）=（0.1760.192）mm，而撓度許用值 f = =（12）mm，可見f f ，符合靜剛度的要求。4.2.2 動剛度校核 等效質(zhì)量由公式（2-1）可得=111.2kg，由公式其中k = 0.5×N m ，故=3.37Hz，而f 動為立柱滿載自

33、振頻率容許值，一般取 =4Hz，可見，即滿足設計要求。4.3 立柱強度校核 橫向彎矩x M 由公式(1-13)確定 =1091.6Nm，Y 軸方向的力矩由公式（3-3） =396.5Nm，彎矩放大系數(shù) 和分別由公式（1-16）和（3-4）確定為=1/（1-）=1.001。由幾何參數(shù)可得到抗彎模量 = 2.4×10.4， = 3.7×10.4 。則可由公式（3-2）求得 = 5.46MPa = 200MPa ，即危險截面的最大應力在許用應力范圍之內(nèi)，符合設計要求。4.4 堆垛機結構整體穩(wěn)定性計算 由公式（3-5）可進行穩(wěn)定性校核如下：可見由極限狀態(tài)設計準則得到的校驗結果在許用

34、值范圍內(nèi)，故所選的參數(shù)符合設計要求。4.5 下橫梁強度計算 在由幾何參數(shù)可知下橫梁界面的X軸方向抗彎模量 則可由公式（3-6）求得下橫梁的極限應力如下：可見極限應力在許用值范圍之內(nèi)，參數(shù)選擇有效。5 利用 UGNX 軟件的計算機輔助設計 根據(jù)以上各章的綜合設計分析和計算及所選擇的結構參數(shù)，利用UGNX軟件可以進行單立柱堆垛機的機械結構設計制圖。 首先以立柱和貨臺為基本零部件，按照所選擇的理想?yún)?shù)進行三維建模。設計制圖時需要考慮立柱兩側軌道與升降貨臺的嚙合結構和配合尺寸。本文所設計的嚙合結構是在貨臺背面左右兩側安裝兩組滾輪機構，每組上下兩排各兩個滾輪，每兩個滾輪間的寬度能夠恰與立柱上的條形軌道相

35、配合，以保證嚙合的穩(wěn)定性和可靠性。其次主要是貨叉伸縮轉(zhuǎn)向的結構設計制圖。在本文的設計中采用傳統(tǒng)的三層貨叉結構，最下面是固定在貨臺上的箱體，其中設計有長條形的凹槽軌道，可使上面一層的薄臺與其嚙合后能夠沿凹槽前后伸縮，而這層薄臺中又設計有環(huán)形凹槽，可以使得最上面的貨叉通過圓柱形的連接件與其環(huán)形槽嚙合后能夠?qū)崿F(xiàn)在水平面內(nèi)左右任何角度的轉(zhuǎn)向功能。各零部件及總體裝配的具體結構設計模型如下面各圖所示。 圖5-1 貨叉三維示意圖 圖5-2 整體裝配三維圖6 總結與展望 本文通過查閱大量國內(nèi)外專業(yè)文獻，對自動化立體倉庫和其中應用的堆垛機進行了認真的研究，特別是對其核心部件堆垛機的結構進行了力學分析校核與設計，對結構有