中文摘要 室内用家具物品搬运车的设计 摘 要 21世纪来临伴随着社会发生了翻天覆地的变化，家具种类也在增加，在工厂搬运或者需要搬家时，面对各种大小形状不一的家具常常费时费力，目前市场上流通的家具搬运车只有用来定点运输的普通功能，遇到某些家具体型较大，重量较高，难以有一个好办法，工厂和家庭的货物运输市场需求慢慢的变多。本文设计的一个小型家庭用的家具物品搬运车对于清洁工作中需要移动家具的短距离搬运需求来说很实用。小型搬运车便捷，能够在一定程度上帮助使用者提高劳动效率，有着广阔的应用前景。 针对我国目前市场上家具搬运车存在的不足，本次设计电动的家具搬运车，主要是 在搬运车的传动装置和起降装置的部分，功能的实用性和操作的便捷方面。具体设计内容为：先确定搬运车机械系统的整体方案，再对托盘、轴、起升机构、传动机构等关键零部件进行设计，并依据使用和工艺的要求确定具体参数，最后确定各个机构部件的尺寸和进行校核。该家具搬运车驱动轮为后轮并通过后轮转向，后轮通过链轮和减速器离合器连接控制小车的行走，液压机构主要是用于家具的搬运工作。 本文设计的室内用家具物品搬运车通过电动机的电力驱动减少了劳动强度，提高了搬运效率。液压起降装置对于搬运过程中保护了使用者的安全，较好实现了家具的定点搬运。 关键词：搬运车；室内；减速器；家具 英文摘要 Design of indoor furniture goods carrier Abstract With the 21st century come, the great changes have taken place in our society, and there are more and more kinds of furniture in the market. When we move in factories or need to move, it often takes time and effort to deal with furniture of different sizes and shapes. At present, the furniture carriers in circulation in the market only have the common function of fixed-point transportation. When we encounter some furniture with larger size and higher weight, the furniture carriers can only be used for fixed-point transportation, It is difficult to have a good way, factories and families of goods transport market demand is increasing. In this paper, a small household furniture goods carrier is designed, which is very practical for the short distance transportation needs of moving furniture in the cleaning work. The small carrier is convenient and can help users improve labor efficiency. It has a wide application foreground. In view of the shortcomings of furniture carriers in Chinas current market, the electric furniture carriers are redesigned, mainly as follows In the transmission device and take-off and landing device of the truck, the practicality of functions and the convenience of operation. The specific design method is as follows: first determine the overall scheme of the mechanical system of the truck, then design the key components such as pallet, shaft, lifting mechanism and transmission mechanism, and determine the specific parameters according to the requirements of use and process, and finally determine the size of each mechanism component and check it. The driving wheel of the furniture carrier is the rear wheel, which turns through the rear wheel. The rear wheel is connected with the reducer clutch to control the walking of the car. The hydraulic mechanism is mainly used for carrying furniture. The indoor furniture truck designed in this paper is driven by electric motor, which reduces intensity of labor and raises transportation influence. The hydraulic take-off and landing device protects the safety of users in the process of transportation, and better realizes the fixed-point transportation of furniture. Key words: carrier; Indoor; retarder; furniture 目 录 TOC \o 1-4 \h \z \u 1 绪论 1 1.1 课题的背景及意义 1 1.2 国内外的研究现状及发展状况 2 1.2.1 国内外的研究状况 2 1.2.2 搬运车产品的发展的新趋势及尚待研究的问题 3 2 技术任务书 (JR) 5 2.1 家具搬运车的整体布局 5 2.2 家具搬运车工作原理 5 2.3家具搬运车主要技术参数 6 3 设计计算说明书(SS) 7 3.1家具搬运车的机架部分零部件的设计 7 3.1.1 家具搬运车工作机构原理的设计 7 3.1.2 家具搬运车机架的关键零部件的设计 7 3.1.2.1家具搬运车货叉的设计及校核 7 3.1.2.2机构杆件铰接处轴的设计及校核 9 3.2 起降装置的液压系统设计 11 3.2.1 液压系统工作原理 11 3.2.2 各液压元件的设计、计算与校核 12 3.2.2.1 液压缸设计及校核 12 3.2.2.2 油箱的设计与校核 14 3.2.2.3油路的设计 14 3.2.2.4截止阀和单向阀的设计与校核 15 3.2.2.5泵的设计 18 3.3 传动系统的结构设计 19 3.3.1 减速器设计 19 3.3.1.1 减速比与减速形式设计 19 3.3.1.2 行星齿轮传动配齿设计计算 19 3.2.1.3 行星齿轮传动和啮合参数设计计算 20 3.3.2减速器效率设计计算 20 3.3.3 行星齿轮传动的受力分析及强度设计计算 21 3.3.3.1齿轮材料选择设计 21 3.3.3.2行星齿轮传动受力分析设计计算 21 3.3.3.3行星齿轮传动强度校核 23 3.3.4 离合器设计 24 3.3.5 链传动和链轮的设计 25 4使用说明书 27 4.1操作说明书 27 4.2需要注意的几点 27 5 标准化审查报告 28 结 论 29 参 考 文 献 30 致 谢 31 PAGE 29 室内用家具物品搬运车的设计 1 绪论 1.1 课题的背景及意义 21世纪的科学技术的日新月异的发展和更新，自动搬运设备更多应用于物流和运输行列，随着工业化的持续不断的发展，越来越需要更加智能化和电动的搬运设备来代替人工，设计一种新型的室内用家具物品搬运车显得很重要。 随着搬运车需求的不断的提高，搬运车的种类、功能和数量有了显著的变化，并且操作规模也在增多。目前的国内市场上存在的家具搬运车大多为手动搬运车，使小车移动常常要我们人来拉动或拖动。当在室内家具搬运车上有较重的家具时，搬运者常常要更加费力的推动它移动，劳动强度非常的大。因此显而易见在家具搬运过程中，一方面造成的人工的浪费，另一方面也造成了宝贵时间的浪费，因此导致了室内家具搬运车的工作效率低下。但是即使是这种效率低下的搬运车设备，在各类家具搬运以及短途的货物搬运过程中还是被大量的应用，还仍然是最普遍的。当今时代跟着社会的迅猛发展，搬运行业更为发达但是人力资源却更加稀缺，设计一款更加省时省力的电动搬运车明显更有实用意义，更高的使用效率慢慢的变成了炙手可热的项目。虽然当今市场上有了更加新颖的设计，一些半电动搬运车[1]，搬运方式为电动升降，行走还需要人力推动，只是简单的将液压升高和降低装置改为电动升降装置，像这样的改进也仅仅是杯水车薪，仅适用于搬运的家具或货物比较轻便时，当有需要搬运较重物体时，小车行走主要是依靠人力，鉴于此，开发设计一种新式的半电动家具搬运车就显得更重要和紧迫，从而能轻松推动搬运车行走，提升工作效率，对于当前的家具和货物搬运行业有极为深远的影响。 1.2 国内外的研究现状及发展状况 1.2.1 国内外的研究状况 随着环保观念的增强，国内的搬运车在产品生产和市场营销方面呈现结构调整，手动搬运车也在向电动方向靠陇。 搬运车历经许多年的持续不断的发展进步，我国在搬运车的研发和产品设计开发中发挥了逐渐重要的作用，正在成长为世界上搬运车研发投入大国。 尽管国内搬运车产品的研究和生产晚于国外几十年，不得不承认国外的技术高于国内，但是我们国内的产品系列也是比较全面的，其中也包括家具搬运车。国内手动搬运车如下图1所示，国外手动搬运车如下图2所示，国内产品和国外产品同样受到大家亲睐，也正因如此，搬运车市场被巨大的市场潜力激发。 图1国内手动搬运车 图2国外手动搬运车 目前世界上各个国家也都在进行搬运车的研究发展历史如下： 第一代搬运车动力形式为纯手动，第一代产品总是具有划时代意义的，我们经历了从单纯的人力搬运转变到机械化搬运的伟大变革，对这个科技和革新日益迅速的今天，从节省人力方面而言，在短距离的搬运过程中仍然十分重要，它的省力，经济实惠特点非常受人们欢迎。 第二代的搬运车动力形式为内燃机，可以输出很强的动力，相应的其额定的载重量相比其他动力的搬运车更高。即便这样，我们不容忽视的是，内燃机靠燃烧化石能源工作，它的缺点也是很明显的。所以这一代的搬运车产品并没有正真获得很好的普及，除了实施工程单位和一些其他的场所被应用，大多数行业并不会采用，在食品卫生行业更是明令禁止使用。 第三代搬运车动力形式为电动[1]，它的智能化程度可与第四代产品想媲美，有了上一代的经验，这一代的纯电动搬运车是基于环保理念和节能减排理念下设计的一款全新产品，搬运车以电池供电，是在搬运车史上绝无仅有的一次全新的技术理念革新。纯电动搬运车由于其工作过程中不会产生废气，而且几乎无噪音，节省人力，效率高等特点，很适合当今的社会，在一些近距离的搬运过程行业成为了首选。但是好景不长，纯电动搬运车也由于自身特点存在一些固有的缺陷，很明显的是由于它采用纯电动搬运，举升和行走都是依靠电瓶活着电池供电驱动的，当然由于体积，经济性的因素电池不可能无限大，电池容量的限制了它的额定载重质量，所以其功率小，连续作业时常短，相比于手动搬运车，纯电动搬运车优势并不明显，并且由于一些方面的原因，它的设计更新没有继续下去，导致产品研发停滞不前，所以它的应用也并不普及。 第四代搬运车主要是无人搬运车，AGVS尚处于萌芽状态，无人搬运车的工作方式主要是通过编入程序来实现搬运工作，在现在看来确实是一种非常智能的产品，但是比较惋惜的是，目前这种搬运车还未实现，需要更进一步的技术推动，有很大的未来发展的潜在能力。 1.2.2 搬运车产品的发展的新趋势及尚待研究的问题 通过对搬运车的研究现状分析，虽然已发展到了第四代产品，仍有许多问题： 货物如何放上搬运车的搬运托盘（即搬运托盘的升降）。目前存在的前三代产品分别采取了的升降方式是液压升高和降低机构、内燃机动力升降和电力驱动升降。内燃机能源利用效率不高，用内燃机工作来作为动力太过于浪费能源，并且对环境污染很严重，噪音也过大，所以并不适用。电力驱动升降虽然没有像内燃机那样浪费资源，排放废气对环境造成污染，但是其动力不足，导致载重量过低，单次搬运货物较少，并且由于它是纯电动搬运车，所以行走也是电力驱动，导致其太过依赖电池的容量，从而上班时间被大大压缩，所以电力驱动升降也并不十分切合实际生产。液压起升装置，它的工作原理主要是依靠高压油的压力作用实现起升，在上升时，油缸上行主要时是依靠液压油的输出来使活塞杆上行，并带托盘上升，在下降时，叶片泵部件被关闭，控制阀处于打开状态并开始泄油，托盘平台在重力作用下开始下降，油缸中的高压油泄出，为了更好的提高托盘工作时的稳定性采用交叉式的刚体机械体，并且有着非常强的载重能力，使得单次运输货物更多，提高了工作效率，液压系统比较平稳，所以会更安全。所以采取了液压升降系统是目前最完美的一种选择。 搬运车的移动。目前存在的前三代产品分别采用的是，纯人力手工推（拉）动、内燃机动力驱动和电力驱动行走。用人力来拉动或者推动搬运车移动。当搬运车托盘上有较重的货物时，人也需要更加费力的推动它，劳动强度非常大。这就导致了运送货物时，不但浪费人力资源，也会浪费更多的时间，从而导致搬运车工作效率低下。内燃机驱动则还是与升降有一样的问题，太过于浪费能源，并且对环境污染很严重，噪音也过大，并且禁止用于食品行业，所以内燃机搬运车不会得到长久的发展，理应被淘汰。而电力驱动搬运车移动在相比之下则显得鹤立鸡群，因为绝大多数工作环境都是平整的场地，所以并不需要耗费很多电力，对电池容量要求并不十分苛刻。并且电力驱动不会有尾气的排放，完全不会对环境造成污染，并且能解放人力，一定程度上提高了效率。 综上所述，目前最好的产品应该是将第一代搬运车和第三代搬运车二者综合，采用液压升高和降低，电力驱动行走。形成“第五代”全新的产品，同时，这也是本设计课题的目标。 2 技术任务书 (JR) 总体方案确定的依据是完成室内家具的搬运，保证车上的家具不受损坏并且平稳的搬起和放下。既能节约人力，又不会因为搬运失误而家具掉落造成把人砸伤等生活事故。 当前，一些国内外知名网站以及市场上已经有了类似的该课题的作品，确定家具搬运车的整体结构和布局，以及家具搬运车的工作原理和主要技术参数。最重要的包含各个零部件的设计和校核以及电动机的选型和一些其它的细节的选型、设计工作。该家具搬运车驱动轮为后轮并通过后轮转向，后轮通过链轮和减速器离合器连接控制小车的行走，液压机构主要是用于家具的搬运工作。以此来实现可离合的电力驱动搬运车的设计过程，完成本次课题的设计任务。 2.1 家具搬运车的整体布局 (1) 机架：机架采用高速钢[4]焊接而成，刚性和强度均满足需求。作为家具搬运车的主要承重构件保证符合使用上的要求。 (2) 液压系统：液压系统包括手柄、液压装置、脚踏板、链条、货叉架和货叉。液压装置通过轴安装在底座上并于控制杆连接，手柄、脚踏板和链条控制液压装置，货叉架和货叉安装在底座上，由液压装控制升降工作[3]。 (3) 传动系统：传动系统包括电动机、减速器-离合器、链轮、链条、车轮(后轮)几个部分。为了不影响正常使用，电动机焊接在机架上部[2]，减速器-离合器也采用焊接的方式安装在底座上，减速器的输出轴和搬运车后轮上都安装有链轮用来传动 2.2 家具搬运车工作原理 室内用家具物品搬运车的组成部分和工作原理如下： 室内用家具物品搬运车最重要的包含传动系统、液压装置和机座构成，传动装置有电动机、减速器-离合器和链轮。液压系统组要由脚手柄、液压缸和托盘组成。机座部分由控制杆、舵柄和底座组成。 首先，启动电动机电源，通过减速器-离合器控制小车的行走，到达工作地后，起升家具时，先将货叉伸入到家具底部，然后将搬运车后轮制动防止打滑，然后扳动手柄带动链条，压轮压迫泵芯，让泵缸体中的高压油流进活塞液压缸中，从而使得活塞杆向上运动，带动托盘平台和货叉架、货叉上移。当托盘到达最高处时，高压油通过安全阀流回油箱中，手柄处于停止状态，避免构件破损毁坏，下降时踩动脚踏板，打开泄油阀，在托盘和重物的自重做通下活塞杆液压缸的高压油流回油箱，活塞杆下降从而托盘回到最低位置，卸下家具，拉出货叉，以此来实现家具的搬运功能。 2.3家具搬运车主要技术参数 结合具体使用上的要求，拟定室内用家具物品搬运车的设计主要技术参数包括最大载荷、最大行驶速度、驱动轮静摩擦系数、驱动轮直径、电机型号、电机功率、额定输出扭矩、限定转速、空载转速。 表1 主要技术参数 参数项目 具体数据 最大载荷(kg) 1200 最大行驶速度(km/h) 2.5～3 驱动轮静摩擦系数 0.05 驱动轮直径(mm) 180 电机型号 MY1020-700W 电机功率(W) 500 额定输出扭矩(N·M) 1.9 限定转速(r/min) 2500 空载转速(r/min) 3150 3 设计计算说明书(SS) 3.1家具搬运车的机架部分零部件的设计 3.1.1 家具搬运车工作机构原理的设计 家具搬运车的工作原理简图[2]如下图3所示，液压缸活塞杆2为原动件，液压缸活塞杆2上升时，带动旋转架3和支撑板4逆时针转动、支撑板6顺时针转动，带动托盘5上升，两轮不动，实现家具搬运车的举升功能。 1.空心轴 2.液压缸活塞杆 3.旋转架. 4.支撑板 5.托盘 6.支撑板 图3机构工作原理简图 上图中有6个运动机构，高副低副数为1和8，自由度数是F=3×6-2×8-1=1，原动件为1个，根据计算结果可知该机构的运动形式唯一。 3.1.2 家具搬运车的关键零部件的设计 3.1.2.1家具搬运车货叉的设计及校核 初选搬运车得货叉长是1100mm。下图4是家具搬运车的托盘货叉示意图。 图4家具搬运车货叉 货叉使用的是高拉伸槽钢。通过使货叉能够顺利插入托盘底部从而把家具抬起。初步选择Q235槽钢[2]、型号为16A，其h=160mm，按照使用需求设计的家具搬运车最大载重为2000kg， 表2 家具搬运车设计参考数据 参数项目 具体参数 型号 CBY 额定起重量（Kg） 2000 起升高度（mm） 115 货叉低放高度（mm） 85 货叉高放高度（mm） 200 货叉面长度（mm） 1100 外观尺寸（mm） 长 1480 宽 500 高 1120 自重（Kg） 72~100 叉轮尺寸 单轮 Ф74X93/70 双轮 Ф74X70 大轮尺寸 Ф180X50 单货叉受1000kg的力作用，所以应选择双轮，对承载货物重量设计定值，契合设计范围。下图5是双货叉的受力和力矩图。 图a 重力受力图 图b 剪切力受力图 图c 力矩图 图5 货叉受力和力矩图 1. 计算剪切应力 由从图5b中可知剪切力Fs，剪切应力为τ τ= Fs/A (3-1) Fs =10000N，A槽钢截面面积，通过查《机械设计手册》[5]表2—14选热轧槽钢 型号16b，得到A τ＝10０００N/25.16×１０ 因为τ[τ]，则货叉设计安全。 2. 计算弯曲应力 由图5c可得弯矩M=2.75X106 N·mm， W 抗弯截面系数，《查机械设计手册》 σ＝Ｍ/Ｗ＝2.75Ｘ10 要求σ[σ]，[σ]= 170 MPa，则货叉设计安全。选择固定货叉车轮的部位到或货叉顶部为332 3.1.2.2铰接处轴的设计及校核 1. 家具搬运车的货叉和升降的支撑部件5和6的铰接轴d的选择 搬运车承载的最大搬运重量为2000kg，单货叉承重为1000kg。所以其铰接处受力为 G=2/2×1000×9.8=9800N 作用力为剪切应力，交接轴的选40Gr钢，调质处理。可查《机械设计》[6]表15—1，得硬度为241~286HBS,剪切疲劳极限为 [τ]=200MPa，查《机械设计》[6]表4—11，得最小安全储备系数为n1=1.45，材料安全系数[7]为n2=1.1 n=n1·n [τ]≥ 4 d≥4nG =4X1.6×9800 =4X1.6×9800 =9.98mm (3-7) 按工艺技术要求取d=20mm，取货叉轮的轴和其他轴均为d 2. 搬运车的货叉的横梁和升降支撑部件铰接轴d的选择 图6中分析了横梁和支撑架的受力情况，横梁受重力和切向作用力的作用。 G G F 21mm 18mm 图6横梁和支撑架的受力分析图 因为F×18=G×21，G=3920N，F=4573N，为剪切应力，铰接轴选40Gr钢[7]，调质处理。查《 n=n1 [τ]≥4nGπd 所以 d≥ 按工艺技术要求取d=14mm，货叉下部的横梁不受力。取其另端的铰连接轴为d 3.2 起降装置的液压系统设计 3.2.1 液压系统工作原理 为了使设计的液压缸结构紧密相连，下图7作为设计原理图 1/6. 液压缸 2. 3. 单向阀 4. 油缸 5. 截止阀 图7 基于千斤顶的原理图 图8是该设计到最后得到的是搬运车的液压回路 1/6. 液压缸 2/5. 单向阀 3. 油箱 4. 截止阀 图8：液压搬运车回路原理图 具体工作原理是杠杆向上做往复运动，单向阀5打开，液压缸6中的高压油进入液压缸1中，截止阀4打开，单向阀2关闭，平台上行；在重力作用下，截止阀4打开，单向阀5关闭，液压缸1中的高压油流向油缸3，单向阀2打开高压油向液压缸1，平台下行。 3.2.2 各液压元件的设计、计算与校核 为了让液压装置结构紧密相连，把整个液压原件都设计在液压缸内，并让液压缸和油箱的轴线处于同一水平线上，把其余的其他部件安装在液压缸底盘上。 3.2.2.1 液压缸设计及校核 1. 液压缸材料选择 本设计为了要让使液压系统能够结构简约，液压缸为45钢[7]制造，正火处理。查《机械设计》[6]表15-1，得硬度162~217HBS，抗拉强度为σb=570MPa，屈服极限为σs 2. 液压缸的内壁直径的设计 参考表3是1.5吨的各运动副驱动力的数据。 表3 1.5吨的各运动副驱动力的数据 FXB FYB FXD FYD FXK FYK FXH FYH FXG FYG FNJ FMJ FYM FC -0.14 -0.23 -0.14 0.77 -0.73 -0.03 -0.73 0.425 -0.73 -0.03 0.46 0 -1.0 0.17 -0.14 -0.2 -0.13 0.76 -0.60 -0.02 0.60 0.43 -0.60 -0.02 0.47 0 -1.0 0.18 -0.16 -0.09 -0.15 0.66 -0.18 0 -0.18 0.43 -0.18 0.01 0.43 0 -1.0 0.18 -0.24 -0.65 -0.25 1.47 -1.53 0.15 -1.53 0.33 -1.53 0.15 0.17 0 -1.0 0.21 上表的数据计算能够获得，该液压元件[8]的最大载荷是F=45600N，液压杆最大L=200-85=105mm Pmax=F/A=4Fπ (A为液压缸内部总面积，D为液压缸内壁的直径) 所以 D= =4X45600 =40.76mm (4-2) 查《机械电子手册》[9]液压缸内壁直径D=50mm，查《液压与气压传动》[10]表4.2取活塞杆直径为d=0.7 Pmax=F/A= =4X45600 =19MPa (4-3) 3. 液压缸外直径的计算与确定 查《液压与气压传动》[10]，为了让液压装置紧凑，液压缸壁厚必须薄。因为，D/δ≥ δ≥Py (其中Pmax≥16MPa时，1.25Pmax=Py Pmax≤16MPa时，1.5 Pmax=Py) 所以Py=1.5 Pmax 所以 [σ]= σb δ≥ = 28.5X50 =6.0mm ( 4-6) 所以D/δ=50/6=8.3≤10 [σ] ≥σ （其中，Dw 取安全系数为n=5，所以 Dw =50 =61.5mm (4-8) 按工艺要求取液压缸外径为62mm。 3.2.2.2 油箱的设计与校核 伸缩臂套材料选工程用铸造钢ZG310?570[11]，查《机械设计》[6]表2-5，得硬度为≥153HBS，抗拉强度为σb=570MPa，油面不能超过油桶高度的80%，估算得最大流量是总油量的90%，但推程S=115mm，液压缸内 L=1 =225687.5mm3 ≈2.3升 (4-9) 需要的最少油量L需=L/90%=2.5,设计的供油油箱的最小容积为L筒= L需/80%=2.3/80%=3.13升 D_筒≥√((4L_筒)/πS+D_W = =83mm (4-10) 按工艺要求取油箱的上直径内为87mm。 3.2.2.3油路的设计 要让液压装置更加紧凑，各个液压元件都设计在液压缸内，因此油管不能选择太大，但是也不能选择太小影响工作所承受的压力，为此取油管内径为d 3.2.2.4截止阀和单向阀的设计与校核 液压系统模块设计的最大压力是Pmax=19MPa，取截止阀的开启系数为n= F =1 =412N (4-11) 截止阀弹簧的设计 取截止阀的弹簧的最大工作载荷为开启的1.5倍。所以截止阀的弹簧的最大工作载荷 Fmax=1.5 1. 根据工作真实的情况选择材料和许用应力 初选碳素弹簧钢丝D级，估算得弹簧钢丝d为3.0mm，查《机械设计》[6]表16—3，选σB=1710MPa，根据《机械设计》[6]表16—2，可知 τ=0.5σB= 2. 根据强度条件计算弹簧钢丝直径 取旋转绕比C=5,则有《机械设计》[6] K= = =1.3 (4-14) 所以根据《机械设计》[6]（16—12）得 d ≥ =8X1.5X5X6.18/3.14X855 =3.4mm (4-15) 取弹簧钢丝直径d=3.5mm，因为D=C×3.5mm=17.5mm，则取标准值 3. 压缩量的计算 查《机械设计》[6]表16—2，取切变模量G=80000MPa， 取标准有效工作圈数n=3，安全阀的开启力为F=412N λ= =8X412X16 =3.375mm (4-16) 4. 弹簧原长度计算 弹簧原长度 H = =30.5mm 5. 校核 极限工作载荷 F =3.14X855X3. = 弹簧的极限压缩量 λ = =10mm (4-19) 6. 结构设计 选取圆柱螺旋压缩弹簧，直径d=3.5mm，中经D=16mm， n=3，预压缩量λ=3.375mm， H0=30.5mm， Flim=1264N, λ 单向阀弹簧的设计 1. 材料选择和许用应力的计算 现选用碳素弹簧钢丝B级，直径d=0.4mm中径D=5mm，暂选σB [τ] 则切变模量G=80000MPa 2. 根据强度条件计算弹簧钢丝直径[11] 先取旋绕比 C=D/d=5/0.4=12.5 则有《机械设计》[6]式（16—4）得曲度系数 K= =4X5 =1.1 (4-22) 3. 弹簧的压缩量的计算 查得切变模量G=80000MPa，为了减小弹簧尺寸，取较小的标准有效工作圈数n=6，取单向阀的开启力F λ =8X1X53 =2.93mm (4-23) 4. 弹簧原长度计算 弹簧原长度 Hο= =512 =14.9mm (4-24) 5. 校核 极限工作载荷 Flim= =3.14X618X0. =2.82N (4-25) 弹簧的极限压缩量 λ=8 =8.14mm (4-26) 6. 压力损失的设计 弹簧的预压力为F=1N,初选单向阀油塞的体积为1300 mm3，铁的密度ρ铁 F开=1+0.1=1.1N 因为油路直径d=5mm P失= = 4X1.1 =0.05MPa (4-28) 吸油压力比供油压力小很多，满足设计条件，设计合理。 7. 进行结构设计 选取圆柱螺旋压缩弹簧[12]，直径d=3.5mm，中经D=16mm，λ=3.375mm，Flim=1264N，H0=30.5mm，n=3，λ_lim=10mm。导杆用于定位，查《机械设计》 3.2.2.5 泵的设计 取泵油缸的直径d= φ16mm，最大压力Pmax=19MPa，油泵杆的长度是l=24mm，操作杆长L=775mm Fmax= = =11824N=12.1kgf (4-29) 泵的最大位移S=50mm V= = 1 =10048 mm 3.3 传动系统的结构设计 3.3.1 减速器设计 3.3.1.1 减速比与减速形式设计 由于在冷启动时机器都需要有大转矩[13]，因此由T=F×r=μmgr，得到T=0.05×2000×10×0.18/2=90，冷启动时所需的扭矩为27N·M，依据需求速度2.5～3km/h，计算车轮上的转速为 减速器最低减速比为18.69，减速器减速比应为16～22，搬运车可供安装减速器空间较小，且电机输入端与减速器输出端共轴，宜采用行星齿轮减速器。基于以上考虑，该设计采用减速比相同的两级行星齿轮减速器，为5.1～5.8，减速器形式为2Z-X（A）。 3.3.1.2 行星齿轮传动配齿设计计算 2Z-X（A）型行星的传动之中，它的各个轮齿数目和传动比的相互关系是 iax 角度变位情况下同心条件为 za 邻接条件为 2racLc 在本次课题设计之中，初选太阳轮齿数15个，内齿轮齿数可以为66,69,72，行星轮齿数分别为25.5,27,28.5，当行星轮齿数为25.5，28.5时，当行星齿轮齿数为27时，由于太阳轮齿数为15，小于17，太阳轮需要变位，此时，行星轮得齿数应为26，选择行星轮数为3个，能让载荷较为均匀分布。综上，太阳轮齿数为15，行星轮数为3。齿数Zc=26，内齿轮的齿数的Zb=69，齿轮的模数 3.2.1.3 行星齿轮传动和啮合参数设计计算 本次设计中太阳轮齿数为15，小于17所以要变位。根据《机械原理》[14]，对齿轮的相关参数进行计算。 我们应按最大的啮合角选择变位系数和设计来增大齿轮接触强度， Z αac 得ac齿轮副αac=26.2011°，根据公式a=a×cosααac，得ac齿轮副实际中心距a=26.837mm，圆整中心距a=26.5mm，根据公式αac=a×cos ac齿轮副变位系数之和XΣac=0.782，根据bc齿轮副啮合角计算bc齿轮副变位系数和，得 齿数比u=ZcZa=2615 齿轮的齿顶高降低系数为?y=xΣ-y， 到此为止，第一级和二级减速器齿轮设计完成，要防止齿轮轮齿的根切导致齿轮失效，确保中心距并满足同心条件，增强齿轮的作用。 3.3.2减速器效率设计计算 行星齿轮在传动中的功率损失主要是啮合损失。该课题对行星齿轮传动的中心轮用啮合功率法计算传动效率，φa=P ηaxb 其中 φx=1? Σφm φmx ε=12π 通过代入公式计算得，得太阳轮a齿顶的圆压力角αa=36.94°，行星轮齿的顶圆压力角αc=31.32°， φma φmb Σφn ηaxb 此为一级齿轮传动的效率，该方案为两级齿轮传动，且两级传动所采用齿轮参数相同，所以该减速器总效率为η=98.16%×98.16%=96.35%，效率较高。 3.3.3 行星齿轮传动的受力分析及强度设计计算 3.3.3.1齿轮材料选择设计 选择行星齿轮要满足性能要求、工作稳定性和经济的效果与利益，选择材料：太阳轮应选45钢，调质处理，HB硬度230；行星轮选用Q235钢，淬火处理，HB硬度200；内齿轮选用40Gr钢，调质处理，HB硬度260[15]。 3.3.3.2行星齿轮传动受力分析设计计算 行星齿轮机构输入轴转动和扭矩方向相同，而输出轴转动和扭矩方向相反如下图9运动简图所示，图10是行星轮在传动中的受力分析。 图9 传动简图 图10 构件的受力分析 传动机构受力[16]如图上图所示，进行受力分析的计算可知，行星轮c在中心轮a处的切向力 Fca 中心轮a在行星轮c上的切向力是 Fac=? 切向力在内此轮b在行星轮c的作用力是 Fbc=F 切向力在转臂x对于行星轮c的作用力是 Fxc 在转臂x上所受力矩为 Tx=np 内齿轮b上所受切向力为 Fcb= 3.3.3.3行星齿轮传动强度校核 在行星齿轮的传动之中，齿轮损坏最重要的包含轮齿[17]折断、齿面磨损和点蚀等。行星齿轮在工作时当齿面接触应力多次长时间超过齿轮材料的最大极限应力时，齿轮齿面表层会产生许多细小裂纹，裂纹增多导致形成疲劳点蚀[18]。 必须增加齿轮轮齿强度来抗轮齿折断，计算小齿轮分度圆直径d1 d1= 45钢对45钢配对的齿轮副，直齿轮的传动Kd=768，T1=0.89N·M，KA为取值1，KH∑取值1.8，KHp d1=768× 所选太阳轮模数m=1.25，z=15，分度圆直径d=1.25?15=18.7517.5，满足规定的要求。 依据齿根弯曲强度求齿轮模数m，公式为 m=Km 对于直齿轮传动Km=12.1，KF∑取值1.9，KFp取值1.225， m=12.1×3 所选齿轮模数m=1.250.719，满足规定的要求。 根据《机械原理》[14]，进行齿根弯曲强度校核。 齿根应力 σF= σF0= 齿根许用应力按下式计算 σFp= 根据公式，各自校核第一级齿轮传动中的太阳轮、行星轮、内齿轮强度 σF0a σ σ σ σ σ σ σ σ 经过计算可知，第一级太阳轮、行星轮、内齿轮齿根应力均小于许用齿根应力，且差距较大，安全系数较高，故校核成功。由于第二级的行星传动受力情况与第一级相同，因此处不做

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