手动叉车的设计【三维SW】[20张CAD高清图纸和文档打包]
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本科毕业设计(论文)开题报告题目: 手动叉车的设计学 院: 机 械 学 院 专 业:机械工程及其自动化班 级: 2008级01班 学 号: 200802070105 学生姓名: 指导老师: 提交日期: 手动叉车的设计1 课题的背景及意义 叉车是指对成件托盘货物进行机械化装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车1。由于操作方便、轻便灵活,叉车广泛应用于铁路、港口、机场、货场、集装箱中转站等仓储场所2,特别是用于在仓库中的短途负载运输工作,也用于将货物装载到货车或从货车卸载货物3,在企业的物流系统中扮演着非常重要的角色,是物料搬运设备中的主力军4。手动叉车是一种用于原料和商品的高效流动和组织的设备。它们使一个人能够高质量高速度提升运输自己不能独自运输的产品。此外,手动叉车可以用最大限度地提高空间和时间使用的方式有序、可控地安置和存储产品5。 国内叉车行业发展历史短,但发展迅速。我国叉车产业自20世纪50年代末起步,到70年代才初具规模,到目前已有30多家内燃叉车企业、约20家电动车辆企业、30多家仓储叉车和轻小型搬运车辆企业和10多家独、合资企业6。国内叉车行业具有以下特点:产品系列发展比较全面;合、独资企业大举进入中国,并形成规模、站稳脚跟;市场需求开始明显增长,产业规模迅速壮大;行业格局出现分化,并向良性方向发展。国外叉车行业具有以下特点:生产企业多但比较集中,市场多年徘徊不前;产业规模在工程机械产品中最大;国际叉车巨头间整合趋势明显。 在全球范围内看,叉车产品和叉车产业都处于成熟期;但从国内情况看,叉车产品和叉车产业尚处于发展期:产品技术仍需发展完善、产品使用范围和使用量尚未得到足够拓展、市场经济环境下的产业自然调整仍处于初级阶段、用户使用意识和企业研发意识、能力尚且落后,国外用户和企业现在考虑的是如何把叉车用得更好,寻求更好的解决方案,而我国很多用户因为现实的国情还在人力和叉车间取舍难断,生产企业也不能很好的满足多样化的需求。总体来看,我国叉车产业仍大有文章可做7。在国际上,生产企业多但比较集中,市场多年徘徊不前。国际叉车巨头间整合趋势明显。日本的丰田并购了瑞典BT,德国的永恒力并购了英国BOSS,林德参股日本小松的同时收购法国派特,韩国现代收购本国的汉拿。出现这种趋势的原因是国际叉车市场持续低迷,多年来一直在50-55万台左右的水平徘徊,行业竞争日益激烈,利润不断下降,一些未达到一定规模的企业生存出现危机,从而导致国际叉车市场并购行为频繁8。2009年全年,我国共销售叉车138908台,其中国内销售11l350台,较2008年的107786台增长3,受国际金融危机影响,出口销售比上年下降17.38,为27558台。我国叉车行业在经历了多年的高速发展后,产销增长趋缓,但叉车市场多年的快速发展所呈现出典型的行业发展特征仍比较明显。与日本欧美等国家和地区市场相比,目前中国是世界唯一对叉车需求量保持持续旺盛增长的地区,因此我国叉车行业呈现以下发展特征:(1)产业集中度高,投资活动活跃。相对于其他大型机械行业,叉车行业产业集中度相对较高,仅安徽叉车与杭州叉车这两大龙头企业就几乎占据了市场近60的份额。与此同时,我国这个现今全球第四大叉车市场,行业的蓬勃发展也吸引着更多的投资活动,一方面国内厂家纷纷努力扩大产能以适应快速增长的市场需求,另一方面国外品牌也陆续加大在国内的投资力度,国外龙头厂商如丰田、林德都已经在国内合资建厂。(2)产品竞争白热化,内燃叉车优势明显。虽然近年来叉车的振动噪声越来越受到关注,客户对振动噪声的要求越来越严格9。电瓶叉车很符合噪声要求,电瓶叉车是食品行业和冷链物流的首选,而它却不畅销10。但是我国对环保还是要求较低,同时受到作业环境较恶劣以及运行成本等因素,我国的叉车需求倾向于使用内燃叉车,它撑起了叉车市场的半壁江山。目前国内几家知名企业的主流产品几乎清一色的是内燃叉车,外资品牌如林德、现代、斗山等也把内燃叉车作为冲击我国市场的先锋机种,从而使市场竞争白热化。电瓶叉车是食品行业和冷链物流的首选,而它却不畅销。(3)整体技术能力提高,出口增长较快。近几年我国叉车行业出口业务快速增长,中国叉车出口流向主要为美国、德国、法国、俄罗斯、意大利等机械制造强国市场。可以销售到这么多机械制造强国,说明国内企业能在竞争中处于领导者地位,一方面体现了企业整体研发能力的提高,叉车质量水平得到提升,已经被世界成熟市场用户所认可,另一方面说明国产叉车以其良好的性价比优势在国际竞争中已具备很高的市场竞争力。(4)企业生产能力不同,发展前景各异。在叉车市场中低端产品上,仍然是国内企业唱主角,受制于营销以及售后服务体系建立需要较长时间,并耗费大量人力和物力,国外品牌仍然局限于少而精的高端产品,而新进入的叉车生产企业和民营企业受制于技术壁垒等因素,在竞争中更多的扮演追随者角色11。2 课题的主要设计技术参数或研究工作要达到的目标2.1课题的主要设计技术参数12 手动叉车主要技术参数包括额定起重量、载荷中心距、最大起升高度、转动摇柄所需力等。 额定起重量是货物重心位于规定的载荷中心距和最大起升高度时,叉车应能举升的最大质量。载荷中心距是货物重心到货叉垂直段前表面的规定距离。最大起升高度是叉车处于平实地面,承载额定起重量,门架垂直,货叉升到最大高度时,货叉水平段上表面至地面的距离。转动摇柄所需力为叉车承载额定起重量并上升到最大起升高度所需的转动摇柄的力。 根据设计任务书,主要技术指标如下:(1)额定起重量是250kg(2)载荷中心距是300mm(3)最大起升高度是1500mm(4)转动摇柄所需力是8kgf2.2课题目标(1)完成手动叉车的总体方案分析和参数确定、机构原理分析及相关结构设计、传动分析及结构强度的计算。(2)完成合理手动叉车设计,运用三维实体造型软件进行手动叉车的优化设计,实现操作者的使用方便舒适,安全的工作效用。(3)完成手动叉车的设计总装图、相关具体零件图和三维总装图。3 课题研究的主要内容3.1课题设计的基本原理及技术方案13 手动叉车的设计基本原理是采用手动的提升与传动原理,货叉的托举原理以及机械制动原理。提升方式包括钢丝绳式提升型式、链条式提升型式和液压式提升型式等提升型式。传动包括带传动、齿轮传动和链传动等传动方式。机械制动包括自锁、摩擦制动及其它制动方式。 此次设计技术方案过程如下:(1) 资料收集及分析:对目前市场所常见手动叉车的资料进行收集、分析和总结; (2) 进行结构分析及计算:对其结构进行初步分析,动手画出平面机构运动简图,检查该机构运动简图是否符合自由度要求根据给定的设计参数,运用工程力学的计算分析,对各个杆件进行受力分析;(3) 进行尺寸设计并校核:根据材料的许用应力和我们所学的专业知识,在确保安全的前提下,设计各构件的尺寸大小,确定各构件的尺寸大小后,对各构件进行安全校核;(4) 进行三维实体建模并优化:根据计算的尺寸,对其基本机械结构进行设计并三维实体建模,通过三维实体建模,对机械结构进行优化设计;(5) 画出图纸并完成论文:整理数据,完成二维工程图和三维图,撰写论文。3.2课题的可行性分析 该课题涉及工程分析、机械设计、三维CAD等多种技术和软件的综合应用,属于多种技术的综合应用,先进性一般。该课题综合性一般,深度一般、难度一般,属于机械产品的重新开发设计,创新性一般。完成课题的硬件和软件条件都具备。3.3课题主要解决的技术关键问题及创新点1415 手动叉车适用于工厂、车间、仓库、储运等部门,更适用于有防火、防爆要求的场合。目前,国内常用的手动叉车以手动液压叉车为主。而手动液压叉车经常造成液压漏油,污染了搬运的货物及环境。因而有人设计了一种手动机构叉车,它采用了链条传动,卷筒提升滑车装置,克服了液压漏油的问题,但它又存在传动噪声大,瞬时速度不均匀,不适宜急促反向转动传动,制动不易。当货物停止提升时,最好它需要自动能够可靠安全地停在空中,而不需要手动地使用制动器。所以手动叉车主要需要解决的技术关键问题是传动和提升方式以及制动问题。我们可以对手动机构叉车进行改进来达到解决这些问题的目的。我们不采用链条传动,而是采用二级齿轮传动以及钢丝绳传动的传动方式,克服了液压漏油、传动噪声大及瞬时速度不均匀的问题。我们采用棘轮机构来解决手动叉车的制动问题。 当提升货物时,摇动手柄从而带动主轴转动,主轴带动主动轮转动,主动轮带动从动轮转动,从动轮带动所在的轴转动进而带动同一轴上的主动轮转动,主动轮带动从动轮转动进而带动所在的轴转动,轴带动其上的卷筒转动进而带动其上钢丝绳在卷筒上卷绕带动滑车上升。当停止上升时,离合器螺母处于拧紧状态,弹簧的压紧使摩擦片和棘轮始终压紧在一起,棘爪止住棘轮反转,从而使重物停在高处。当货物下降时,转动手柄使离合器螺母处于拧松状态从而摩擦片和棘轮松开,在重物自重的作用下下降。离合器螺母的拧紧或拧松是通过与手柄连在一起的法兰的转动而实现的。这是此次设计的一大创新点。3.4课题研究工作的技术路线 课题研究工作的技术路线分为计划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段和技术文件的编制阶段四个阶段。计划阶段:提出任务分析对机器的需求确定任务要求。计划阶段的目标是设计任务书。方案设计阶段:机器功能分析提出可能的解决方案组合几种可能的方案评价决策选定方案。方案设计阶段的目标是提出原理性的设计方案原理图或机构运动简图。 技术设计阶段:明确构形要求结构化选择材料、决定尺寸评价决策确定结构形状及尺寸零件设计部件设计总体设计。技术设计阶段的目标是总体设计草图及部件装配草图并绘制出零件图、部件图及总装图。 技术文件的编制阶段:编制技术文件。技术文件的编制阶段的目标是编制设计计算说明书、使用说明书、标准明细表、其他技术文件等。3.5预期成果 了解手动叉车的功能、结构、性能;设计出机械装置,给出关键件的零件图及装配总图,并对该设计装置进行分析计算。通过4000字以上的开题报告一份,4000以上的文献综述一篇,外文翻译两篇,8000字以上的论文,手动叉车的设计总装图、相关具体零件图,三维总装图来呈现成果。4 课题计划进度时间完成的主要工作2011111020111215文献综述、译文、开题报告2011121620120301原理方案设计2012030220120325总装配草图绘制2012032620120426零件图设计2012042720120505总装配图设计2012050620120531写设计说明书201206012012064毕业设计答辩准备参 考 文 献【1】胡星晔.基于SolidWorks的叉车装配设计与负载模拟仿真.科教文汇(上旬刊).2011年06期【2】陶元芳,卫良保.叉车构造与设计.机械工业出版社【3】臧传民,李淼.叉车用玻璃搬运器.工程机械.2010年02期【4】Jim L.Ladd.manual forklift apparatus and methods.Sep,9,2010【5】沈宝龙,姚映林.李真健,余跃军.手动叉车. 1999.8.17【6】Robert David Hutchinson.a portable hydraulic forklift attachment for a pallet truck.Sep,1,1994【7】刘铁儿.一种手动叉车.1989.10.17【8】机械工业部起重运输机械研究所.集装单元化搬运机具图册.机械工业出版社【9】姚振纲.国内叉车市场现状及产品发展趋势分析.商业经济.2010年第6期【10】刘建国.浅谈叉车技术的发展趋势.科技信息.2011年第19期【11】肖永清.叉车技术的发展趋势.港口装卸.2007年第2期【12】周峻,田红周,陈先成.某型叉车悬置支架的刚度分析.机械工程师.2011年第08期【13】罗东海,吴振光.中国叉车行业现状与发展趋势(下).交通世界.2004年1期【14】刘卫.叉车在冷链企业的运用.物流技术与应用.2011年09期【15】西北工业大学机械原理及机械零件教研室.机械设计.高等教育出版社本科毕业设计(论文)文献综述题目: 手动叉车的设计学 院: 专 业: 班 级: 学 号 学生姓名: 指导老师: 手动叉车的设计1 本课题的背景及意义叉车是指对成件托盘货物进行机械化装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆1,过去被称为叉式装卸车或铲车2。由于操作方便、轻便灵活,叉车广泛应用于铁路、港口、机场、货场、集装箱中转站等仓储场所3,特别是用于在仓库中的短途负载运输工作,也用于将货物装载到货车或从货车卸载货物4,在企业的物流系统中扮演着非常重要的角色,是物料搬运设备中的主力军5。手动叉车是一种用于原料和商品的高效流动和组织的设备。它们使一个人能够高质量高速度提升运输自己不能独自运输的产品。此外,手动叉车可以用最大限度地提高空间和时间使用的方式有序、可控地安置和存储产品6。 目前,国内常用的人力叉车以手动液压叉车为主。由于密封件易老化,加上维护保养不好,常造成液压漏油,污染了搬运的货物及环境,就有人一种手动机构叉车,它包括门架、支架、货铲、摇杆卷扬鼓轮、起重绳等7。这种手动叉车适用于工厂、车间、仓库、储运等部门的搬运装卸作业,更适用于有防火、防爆要求的场合8。2 本课题的国内外现状及发展趋势9101112 国内叉车行业发展历史短,但发展迅速。我国叉车产业自20世纪50年代末起步,到70年代才初具规模,到目前已有30多家内燃叉车企业、约20家电动叉车企业、30多家仓储叉车和轻小型搬运车辆企业和10多家独、合资企业。 在国际上,生产企业多但比较集中,市场多年徘徊不前。国际叉车巨头间整合趋势明显。日本的丰田并购了瑞典BT,德国的永恒力并购了英国BOSS,林德参股日本小松的同时收购法国派特,韩国现代收购本国的汉拿。出现这种趋势的原因是国际叉车市场持续低迷,多年来一直在50-55万台左右的水平徘徊,行业竞争日益激烈,利润不断下降,一些未达到一定规模的企业生存出现危机,从而导致国际叉车市场并购行为频繁。 2009年全年,我国共销售叉车138908台,其中国内销售11l350台,较2008年的107786台增长3,受国际金融危机影响,出口销售比上年下降1738,为27558台。我国叉车行业在经历了多年的高速发展后,产销增长趋缓,但叉车市场多年的快速发展所呈现出典型的行业发展特征仍比较明显。与日本欧美等国家和地区市场相比,目前中国是世界唯一对叉车需求量保持持续旺盛增长的地区,因此我国叉车行业呈现以下发展趋势:(1)产业集中度高,投资活动活跃。相对于其他大型机械行业,叉车行业产业集中度相对较高,仅安徽叉车与杭州叉车这两大龙头企业就几乎占据了市场近60的份额。与此同时,我国这个现今全球第四大叉车市场,行业的蓬勃发展也吸引着更多的投资活动,一方面国内厂家纷纷努力扩大产能以适应快速增长的市场需求,另一方面国外品牌也陆续加大在国内的投资力度,国外龙头厂商如丰田、林德都已经在国内合资建厂。(2)产品竞争白热化,内燃叉车优势明显。由于我国对环保要求较低,同时受到作业环境较恶劣以及运行成本等因素,我国的叉车需求倾向于使用内燃叉车,它撑起了叉车市场的半壁江山。目前国内几家知名企业的主流产品几乎清一色的是内燃叉车,外资品牌如林德、现代、斗山等也把内燃叉车作为冲击我国市场的先锋机种,从而使市场竞争白热化。(3)整体技术能力提高,出口增长较快。近几年我国叉车行业出口业务快速增长,中国叉车出口流向主要为美国、德国、法国、俄罗斯、意大利等机械制造强国市场。可以销售到这么多机械制造强国,说明国内企业能在竞争中处于领导者地位,一方面体现了企业整体研发能力的提高,叉车质量水平得到提升,已经被世界成熟市场用户所认可,另一方面说明国产叉车以其良好的性价比优势在国际竞争中已具备很高的市场竞争力。(4)企业生产能力不同,发展前景各异。在叉车市场中低端产品上,仍然是国内企业唱主角,受制于营销以及售后服务体系建立需要较长时间,并耗费大量人力和物力,国外品牌仍然局限于少而精的高端产品,而新进入的叉车生产企业和民营企业受制于技术壁垒等因素,在竞争中更多的扮演追随者角色。 从叉车市场的发展看,我国叉车不仅在国际市场,而且在国内市场,前景仍然乐观。与此同时,叉车市场竞争日趋加剧,外资企业已占据了高端市场,并开始转攻中低端市场,而原有企业近几年的投资扩张,带来了整个行业的产能急剧扩大,产销问题也日渐突出。面对发展的机遇和激烈的竞争,企业产品战略和产品的定位就显得尤为重要了。根据技术更新和用户需求的变化,未来叉车产品的发展主要有如下三个趋势:(1)产品向系列化、专业化两极发展。系列化是叉车发展的重要趋势,国外著名大公司已经逐步实现产品系列化,形成了从微型到特大型不同规格的产品。叉车通用性也在提高,这样可使用户在不增加投资的前提下充分发挥设备本身的效能,能完成更多的工作。(2)产品加快电子化升级,强调环保。近年来叉车的振动噪声越来越受到关注,客户对振动噪声的要求越看越严格。而目前电动叉车具有能量转换效率高、无废气排放、噪声小等突出优点,对室内作业、靠近人群作业以及整个的食品行业而言,电瓶叉车是最好的选择。电瓶叉车是食品行业和冷链物流公司的首选。国际上,电瓶叉车的产量已占叉车总量的40(国内则为1015),且有不断上升的趋势。近年来叉车的振动噪声越来越受到关注,客户对振动噪声的要求越来越严格。新电子技术的应用如采用电子转向系统与动力转向比可节能25 ,它可根据叉车使用工作状况,适时控制电机转速,是叉车节能降噪的有效措施,高可靠性、性能优越的产品,同时装备先进电子技术的机电一体化叉车市场前景看好。(3)产品突出安全性,提高舒适性。保证驾驶员的安全一直是叉车设计中重点考虑的问题,随着国际化进程的加快,产品的安全性已经成为我国企业迈向国际市场的一道门槛。经验表明,疲劳驾驶是最容易造成事故的,而舒适宽松的驾驶环境则能有效提高叉车的作业效率。同时驾驶员的舒适感对保证叉车高效运行非常重要,新型叉车将更加注重人类功效学,提高操纵舒适性。各叉车公司也不断优化改进叉车人机界面,使操纵简便省力、迅速准确,充分发挥人机效能,提高作业效率。3 我国叉车行业所存在的问题1314 从产业周期的角度分析,在全球范围内,叉车产品和叉车产业都处于成熟期。从国内情况看,叉车产品和叉车产业处于发展期,产品技术仍需要继续完善。产品使用范围和使用量尚未得到足够拓展,市场经济环境下的产业自然调整仍处于初级阶段,用户使用意识和企业研发意识、能力相对落后。总体来看,整个叉车行业存在以下突出的问题:(1)优秀零部件市场空缺 有些整机企业的同质发展、数量扩张,引导了零部件企业重复投资,资源浪费,加入到价格战的混乱局面中。而在同时,对于发展高档叉车所需的一些优秀零部件,如液压比例控制阀、符合高排量标准的发动机、柔性传动变速箱等产品开发的企业很少,整机生产企业找不到配套企业。(2)转嫁市场压力 有些整机企业为了生存,未能反省企业实行的低价竞争行为所导致的后果,采取向零部件企业转嫁压力的做法,造成其供货商无利或微利运营,长此以往,零部件企业无力更新设备,无法保证产品质量。(3)重整机发展,轻视零部件 任何企业的发展,最终都要追求利润。但在中国,社会的背景文化及考核方法造成了急功近利的现实。整个叉车行业表现出重整机发展,轻视零部件,尤其是关键零部件的研发。而整机的发展也仅仅停留在外形的变化上,重要的生产工艺无法完善。 同时,为了及时填补市场空缺,企业纷纷扩展产能,行业中新增企业数量很多,并且急于获取利润。新增企业进入行业后,由于无主要零部件或关键零部件的制造能力,只能外协采购,盯紧成熟企业的供货渠道。成熟型的大企业由于常年的合作,以及采购批量大,在采购成本上具有优势,整机零部件采购成本低;新增企业在不具有制造优势、产品质量优势、品牌优势、行业知名度等条件下,为了尽快占领市场,只好以价格战来获取市场。当市场处于卖方市场时,通过价格战可以获取市场份额,但同时,产品在客户心目中也被定位在更低端的位置上,起步阶段已是微利了;当市场出现零部件及原材料价格波动时,必将进入无利或亏损状态。4 课题的主要技术关键点的比较分析和实现方法4.1手动叉车提升方式 提升方式可以基本分为以下列三种,可根据不同要求任意选用。(1) 钢丝绳式提升型式(2) 链条式提升型式(3) 液压式提升型式 在手动叉车设计中,三种提升方式特点如下:(1) 采用链提升:优点是传动简单可靠,维修简单,造价低廉;缺点是冲击比较大,有提升高度的限制,安装调试时需要注意是否有咬链的情况出现。(2) 采用钢丝绳提升:优点是对提升的高度可以不加限制,造价比较低;缺点是因为需要外加钢丝绳桶和刹车盘增加了安装调试的时间和造价。(3) 采用液压提升:优点是可以真正实现无级调速,结构紧凑,功率与重量比高、响应速度快、抗干扰能力强、误差小精度高、低速平稳性好、调速范围宽、介质自身可起冷却润滑作用、安全防爆等优点;同时也具有元件昂贵、成本高、密封技术要求高、油液易污染、能源传输不便等缺点。 综合考虑,因为此次设计的手动叉车,要求传动平稳,噪音小,加上安装和经济性的考虑,所以选择了用钢绳提升的方式。4.2手动叉车动力系统15 手动叉车的动力来源是人力,有一定的传动比,可以采用以下方式:(1)带传动(2)齿轮传动(3)链传动 这三种提升方式各有优劣,适用于不同场合,需要根据需求选择。这三种提升方式特点如下: 带传动:优点是平稳无噪声,过载时打滑可防止零件损坏,制造安装要求比齿轮低,结构简单、维护方便、成本低,可传动中心距较大的传动。缺点的传动比不准确,传动效率低,传遍同样的圆周力,外轮廓尺寸比齿轮等传动形式大,轴及轴承上受力较大,传动带寿命较短。 齿轮传动:优点是效率高,结构紧凑,工作可靠、寿命长,传动比稳定。缺点是制造及安装精度要求高,价格较贵,且不适宜用于传动距离过大的场合。 链传动:优点是能保持准确的平均传动比,传动效率高,作用于轴上的径向压力较小,结构较为紧凑,制造与安装要求较低、成本也低。缺点是只能实现平行轴间链轮的同向传动,运转时不能保持恒定的瞬时传动比,磨损后易发生跳齿,工作时有噪声,不宜用在载荷变化很大、高速和急速反转的传动中。 综合考虑,因为此次设计的手动叉车,要求传动平稳,噪音小,可靠性高,确定的传动比,加上经济性的考虑,所以选择了用齿轮传动的方式。因此,手动叉车的传动是钢丝绳和齿轮传动的组合。4总结 叉车出现不但保证了安全生产,而且占有的劳动力大大减少,劳动强度大大降低,作业效率大大提高,经济效益十分显著。叉车具有工作效率高、操作使用方便、机动灵活等优点,因此在企业的物流系统中扮演着非常重要的角色,是物料搬运设备中的主力军,是托盘运输、集装箱运输必不可少的设备。就全球市场来说,中国是世界唯一对叉车需求量保持持续旺盛增长的地区,国内大小企业很多,还有国外企业在中国投资建厂,使得产品竞争白热化,产品利润降低,小企业举步维艰。国内生产企业需要在做好国内市场的同时,扩大国外市场,尤其是开拓发展中国家新兴市场,才能获得持久的发展,在竞争中立于不败之地。参 考 文 献【1】胡星晔.基于SolidWorks的叉车装配设计与负载模拟仿真.科教文汇(上旬刊).2011年06期【2】陶元芳,卫良保.叉车构造与设计.机械工业出版社【3】臧传民,李淼.叉车用玻璃搬运器.工程机械.2010年02期【4】Jim L.Ladd.manual forklift apparatus and methods.Sep,9,2010【5】沈宝龙,姚映林.李真健,余跃军.手动叉车. 1999.8.17【6】Robert David Hutchinson.a portable hydraulic forklift attachment for a pallet truck.Sep,1,1994【7】刘铁儿.一种手动叉车.1989.10.17【8】机械工业部起重运输机械研究所.集装单元化搬运机具图册.机械工业出版社【9】姚振纲.国内叉车市场现状及产品发展趋势分析.商业经济.2010年第6期【10】刘建国.浅谈叉车技术的发展趋势.科技信息.2011年第19期【11】肖永清.叉车技术的发展趋势.港口装卸.2007年第2期【12】周峻,田红周,陈先成.某型叉车悬置支架的刚度分析.机械工程师.2011年第08期【13】罗东海,吴振光.中国叉车行业现状与发展趋势(下).交通世界.2004年1期【14】刘卫.叉车在冷链企业的运用.物流技术与应用.2011年09期【15】西北工业大学机械原理及机械零件教研室.机械设计.高等教育出版社浙江工业大学毕业设计(论文)本科毕业设计(论文)题目: 手动叉车的设计学 院: 机 械 学 院 专 业:机械工程及其自动化班 级: 学 号: 学生姓名: 指导老师: 提交日期: 2012年05月 27日浙江工业大学毕业设计(论文)手动叉车的设计学生姓名:黄荣跃 指导教师:王晨浙江工业大学机械学院摘 要 手动叉车是一种用于原料和商品的高效流动和组织的设备。它们使一个人能够高质量高速度提升运输自己不能独自运输的产品。此外,手动叉车可以用最大限度地提高空间和时间使用的方式有序、可控地安置和存储产品。它手动叉车适用于工厂、车间、仓库、储运等部门的搬运装卸作业,更适用于有防火、防爆要求的场合。本文概要地介绍了手动叉车的用途,进行了方案的设计选择,着重设计了手动叉车的结构。关键词:手动 叉车 Design of the Manual forklift Student:Rongyue Huang Advisors:Dr.Chen WangCollege of Engineering Zhejiang University of TechnologyAbstract Manual forklift is a machine used for raw materials and goods flowing and organizing efficiency. They enable a person to transport products which they cannt transport alone in a high quality and high speed . In addition, manual forklift can be used to maximize space and time using way of orderly, controllable placement and storage products. It is applicable to factories, workshops, warehouses, storage and Transportation Department of transportation loading and unloading operations, more suitable for fire prevention, explosion-proof requirements of the occasion.This paper briefly introduces the manual forklift uses, the design selection, focused on the design of the manual forklift structure.Key words: manual; forkliftII浙江工业大学毕业设计(论文)目 录中文中文摘要I英文摘要II1.1课题的背景11.2本课题的国内外现状及发展趋势11.3我国叉车行业所存在的问题3第二章 手动叉车的总体方案设计42.1方案的制定原则42.2叉车基本参数42.3方案设计选择42.3.1传动方案设计42.3.2提升方案选择52.3.3制动方案设计6第三章 手动叉车各部分结构设计73.1叉车工作装置的结构设计73.1.1货叉的设计73.1.2叉架的结构设计83.1.3钢丝绳及滑轮的结构设计93.1.4车架的结构设计113.2手摇动力箱的结构设计113.2.1手摇手柄的结构设计113.2.2传动比的选择与分配113.2.3计算各级转矩123.2.4齿轮的设计123.2.5轴的设计183.2.6齿轮结构及尺寸设计203.2.7螺纹快速离合自锁装置的设计223.2.8润滑方式的选择24第四章 手动叉车结构校核254.1输出轴的校核254.2轴承的校核284.3键的校核344.4货叉的强度校核344.5上横梁强度校核354.6下横梁强度校核354.7立柱稳定性校核36第五章 总 结38参考文献39致 谢40第一章 绪论1.1课题的背景 叉车是指对成件托盘货物进行机械化装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车,过去被称为叉式装卸车或铲车。由于操作方便、轻便灵活,叉车广泛应用于铁路、港口、机场、货场、集装箱中转站等仓储场所,特别是用于在仓库中的短途负载运输工作,也用于将货物装载到货车或从货车卸载货物,在企业的物流系统中扮演着非常重要的角色,是物料搬运设备中的主力军。 手动叉车是一种用于原料和商品的高效流动和组织的设备。它们使一个人能够高质量高速度提升运输自己不能独自运输的产品。此外,手动叉车可以用最大限度地提高空间和时间使用的方式有序、可控地安置和存储产品。目前,国内常用的人力叉车以手动液压叉车为主。由于密封件易老化,加上维护保养不好,常造成液压漏油,污染了搬运的货物及环境,就有人一种手动机构叉车,它包括门架、支架、货铲、摇杆卷扬鼓轮、起重绳等。这种手动叉车适用于工厂、车间、仓库、储运等部门的搬运装卸作业,更适用于有防火、防爆要求的场合。1.2本课题的国内外现状及发展趋势 国内叉车行业发展历史短,但发展迅速。我国叉车产业自20世纪50年代末起步,到70年代才初具规模,到目前已有30多家内燃叉车企业、约20家电动叉车企业、30多家仓储叉车和轻小型搬运车辆企业和10多家独、合资企业。 在国际上,生产企业多但比较集中,市场多年徘徊不前。国际叉车巨头间整合趋势明显。日本的丰田并购了瑞典BT,德国的永恒力并购了英国BOSS,林德参股日本小松的同时收购法国派特,韩国现代收购本国的汉拿。出现这种趋势的原因是国际叉车市场持续低迷,多年来一直在50-55万台左右的水平徘徊,行业竞争日益激烈,利润不断下降,一些未达到一定规模的企业生存出现危机,从而导致国际叉车市场并购行为频繁。 2009年全年,我国共销售叉车138908台,其中国内销售11l350台,较2008年的107786台增长3,受国际金融危机影响,出口销售比上年下降1738,为27558台。我国叉车行业在经历了多年的高速发展后,产销增长趋缓,但叉车市场多年的快速发展所呈现出典型的行业发展特征仍比较明显。与日本欧美等国家和地区市场相比,目前中国是世界唯一对叉车需求量保持持续旺盛增长的地区,因此我国叉车行业呈现以下发展趋势: (1)产业集中度高,投资活动活跃。相对于其他大型机械行业,叉车行业产业集中度相对较高,仅安徽叉车与杭州叉车这两大龙头企业就几乎占据了市场近60的份额。与此同时,我国这个现今全球第四大叉车市场,行业的蓬勃发展也吸引着更多的投资活动,一方面国内厂家纷纷努力扩大产能以适应快速增长的市场需求,另一方面国外品牌也陆续加大在国内的投资力度,国外龙头厂商如丰田、林德都已经在国内合资建厂。 (2)产品竞争白热化,内燃叉车优势明显。由于我国对环保要求较低,同时受到作业环境较恶劣以及运行成本等因素,我国的叉车需求倾向于使用内燃叉车,它撑起了叉车市场的半壁江山。目前国内几家知名企业的主流产品几乎清一色的是内燃叉车,外资品牌如林德、现代、斗山等也把内燃叉车作为冲击我国市场的先锋机种,从而使市场竞争白热化。 (3)整体技术能力提高,出口增长较快。近几年我国叉车行业出口业务快速增长,中国叉车出口流向主要为美国、德国、法国、俄罗斯、意大利等机械制造强国市场。可以销售到这么多机械制造强国,说明国内企业能在竞争中处于领导者地位,一方面体现了企业整体研发能力的提高,叉车质量水平得到提升,已经被世界成熟市场用户所认可,另一方面说明国产叉车以其良好的性价比优势在国际竞争中已具备很高的市场竞争力。 (4)企业生产能力不同,发展前景各异。在叉车市场中低端产品上,仍然是国内企业唱主角,受制于营销以及售后服务体系建立需要较长时间,并耗费大量人力和物力,国外品牌仍然局限于少而精的高端产品,而新进入的叉车生产企业和民营企业受制于技术壁垒等因素,在竞争中更多的扮演追随者角色。 从叉车市场的发展看,我国叉车不仅在国际市场,而且在国内市场,前景仍然乐观。与此同时,叉车市场竞争日趋加剧,外资企业已占据了高端市场,并开始转攻中低端市场,而原有企业近几年的投资扩张,带来了整个行业的产能急剧扩大,产销问题也日渐突出。面对发展的机遇和激烈的竞争,企业产品战略和产品的定位就显得尤为重要了。根据技术更新和用户需求的变化,未来叉车产品的发展主要有如下三个趋势: (1)产品向系列化、专业化两极发展。系列化是叉车发展的重要趋势,国外著名大公司已经逐步实现产品系列化,形成了从微型到特大型不同规格的产品。叉车通用性也在提高,这样可使用户在不增加投资的前提下充分发挥设备本身的效能,能完成更多的工作。 (2)产品加快电子化升级,强调环保。近年来叉车的振动噪声越来越受到关注,客户对振动噪声的要求越看越严格。而目前电动叉车具有能量转换效率高、无废气排放、噪声小等突出优点,对室内作业、靠近人群作业以及整个的食品行业而言,电瓶叉车是最好的选择。电瓶叉车是食品行业和冷链物流公司的首选。国际上,电瓶叉车的产量已占叉车总量的40(国内则为1015),且有不断上升的趋势。近年来叉车的振动噪声越来越受到关注,客户对振动噪声的要求越来越严格。新电子技术的应用如采用电子转向系统与动力转向比可节能25 ,它可根据叉车使用工作状况,适时控制电机转速,是叉车节能降噪的有效措施,高可靠性、性能优越的产品,同时装备先进电子技术的机电一体化叉车市场前景看好。(3)产品突出安全性,提高舒适性。保证驾驶员的安全一直是叉车设计中重点考虑的问题,随着国际化进程的加快,产品的安全性已经成为我国企业迈向国际市场的一道门槛。经验表明,疲劳驾驶是最容易造成事故的,而舒适宽松的驾驶环境则能有效提高叉车的作业效率。同时驾驶员的舒适感对保证叉车高效运行非常重要,新型叉车将更加注重人类功效学,提高操纵舒适性。各叉车公司也不断优化改进叉车人机界面,使操纵简便省力、迅速准确,充分发挥人机效能,提高作业效率。1.3我国叉车行业所存在的问题 从产业周期的角度分析,在全球范围内,叉车产品和叉车产业都处于成熟期。从国内情况看,叉车产品和叉车产业处于发展期,产品技术仍需要继续完善。产品使用范围和使用量尚未得到足够拓展,市场经济环境下的产业自然调整仍处于初级阶段,用户使用意识和企业研发意识、能力相对落后。总体来看,整个叉车行业存在以下突出的问题:(1)优秀零部件市场空缺 有些整机企业的同质发展、数量扩张,引导了零部件企业重复投资,资源浪费,加入到价格战的混乱局面中。而在同时,对于发展高档叉车所需的一些优秀零部件,如液压比例控制阀、符合高排量标准的发动机、柔性传动变速箱等产品开发的企业很少,整机生产企业找不到配套企业。(2)转嫁市场压力 有些整机企业为了生存,未能反省企业实行的低价竞争行为所导致的后果,采取向零部件企业转嫁压力的做法,造成其供货商无利或微利运营,长此以往,零部件企业无力更新设备,无法保证产品质量。(3)重整机发展,轻视零部件 任何企业的发展,最终都要追求利润。但在中国,社会的背景文化及考核方法造成了急功近利的现实。整个叉车行业表现出重整机发展,轻视零部件,尤其是关键零部件的研发。而整机的发展也仅仅停留在外形的变化上,重要的生产工艺无法完善。同时,为了及时填补市场空缺,企业纷纷扩展产能,行业中新增企业数量很多,并且急于获取利润。新增企业进入行业后,由于无主要零部件或关键零部件的制造能力,只能外协采购,盯紧成熟企业的供货渠道。成熟型的大企业由于常年的合作,以及采购批量大,在采购成本上具有优势,整机零部件采购成本低;新增企业在不具有制造优势、产品质量优势、品牌优势、行业知名度等条件下,为了尽快占领市场,只好以价格战来获取市场。当市场处于卖方市场时,通过价格战可以获取市场份额,但同时,产品在客户心目中也被定位在更低端的位置上,起步阶段已是微利了;当市场出现零部件及原材料价格波动时,必将进入无利或亏损状态。第2章 手动叉车的总体方案设计2.1方案的制定原则(1)科学性 任何设计方案必须满足现行的设计规范,满足相关的设计课程,如果设计人仅凭自己的想象设计,那么必然会出现与客观实际相脱节的情况。(2)可行性与可靠性 满足使用功能是设计方案应具备的首要条件。设计人要把握好两方面的因素:一个是与项目相关的外部因素,一个是项目内部因素。外部因素包括:设计方案不能与国家规范相冲突。内部因素则包括:仔细研究叉车的使用功能和负荷运行特性,确定合理并且规范的设计参数;计算准确、清晰并且格式规范。(3)经济性经济性往往是建设单位关注最多的因素,也是设计者应该认真研究的一个使用特性。但是经济性不是衡量设计方案的唯一因素,还要与其他因素结合起来进行取舍。2.2叉车基本参数 叉车基本参数至关重要,下面首先来大致确定所要设计类型的叉车的基本参数:(1)额定起重量Q 货物重心位于规定的载荷中心距和最大起升高度时,叉车应能举升的最大质量为额定起重量。本课题设计的是手动叉车,其额定起重量为250Kg。(2)载荷中心距C 载荷中心距是货物重心到货叉垂直段前表面的规定距离(mm)。本课题设计的手动叉车载荷中心距为300mm。(3)最大起升高度 最大起升高度是叉车处于平实地面,承载额定起重量,门架垂直,货叉升到最大高度时,货叉水平段上表面至地面的距离(mm)。本课题设计的手动叉车的最大起升高度为1500mm。(4) 转动摇柄所需力转动摇柄所需力为叉车承载额定起重量并能够上升到最大起升高度的转动摇柄的力。本课题设计的手动叉车的转动摇柄所需力为8kgf。2.3方案设计选择2.3.1传动方案设计 手动叉车的动力来源是人力,有一定的传动比,可以采用以下方式:(1)带传动(2)齿轮传动(3)链传动 这三种提升方式各有优劣,适用于不同场合,需要根据需求选择。这三种提升方式特点如下: 带传动:优点是平稳无噪声,过载时打滑可防止零件损坏,制造安装要求比齿轮低,结构简单、维护方便、成本低,可传动中心距较大的传动。缺点的传动比不准确,传动效率低,传遍同样的圆周力,外轮廓尺寸比齿轮等传动形式大,轴及轴承上受力较大,传动带寿命较短。 齿轮传动:优点是效率高,结构紧凑,工作可靠、寿命长,传动比稳定。缺点是制造及安装精度要求高,价格较贵,且不适宜用于传动距离过大的场合。 链传动:优点是能保持准确的平均传动比,传动效率高,作用于轴上的径向压力较小,结构较为紧凑,制造与安装要求较低、成本也低。缺点是只能实现平行轴间链轮的同向传动,运转时不能保持恒定的瞬时传动比,磨损后易发生跳齿,工作时有噪声,不宜用在载荷变化很大、高速和急速反转的传动中。综合考虑,因为此次设计的手动叉车,要求传动平稳,噪音小,可靠性高,确定的传动比,加上经济性的考虑,所以选择了用齿轮传动的方式。图2-1 齿轮传动2.3.2提升方案选择 手动叉车提升方式可以基本分为以下列三种,可根据不同要求任意选用。(1) 钢丝绳式提升型式(2) 链条式提升型式(3) 液压式提升型式 在手动叉车设计中,三种提升方式特点如下:(1) 采用链提升:优点是传动简单可靠,维修简单,造价低廉;缺点是冲击比较大,有提升高度的限制,安装调试时需要注意是否有咬链的情况出现。(2) 采用钢丝绳提升:优点是对提升的高度可以不加限制,造价比较低;缺点是因为需要外加钢丝绳桶和刹车盘增加了安装调试的时间和造价。(3) 采用液压提升:优点是可以真正实现无级调速,结构紧凑,功率与重量比高、响应速度快、抗干扰能力强、误差小精度高、低速平稳性好、调速范围宽、介质自身可起冷却润滑作用、安全防爆等优点;同时也具有元件昂贵、成本高、密封技术要求高、油液易污染、能源传输不便等缺点。综合考虑,因为此次设计的手动叉车,要求传动平稳,噪音小,加上安装和经济性的考虑,所以选择了用钢绳提升的方式。图2-2 钢丝绳提升2.3.3制动方案设计当货物停止提升时,最好它需要自动能够可靠安全地停在空中,而不需要手动地使用制动器。我们采用螺纹快速离合自锁装置解决手动叉车的制动问题。螺纹快速离合自锁装置由六头螺母、摩擦片、棘轮、离合器螺母、联接螺钉、弹簧、法兰以及棘爪组成。六头螺母上放置摩擦片和棘轮,而离合器螺母压在六头螺母上,离合器螺母又与法兰通过联接螺钉连接,法兰与手柄相连。 螺纹快速离合自锁装置制动原理:当货物停止上升时,离合器螺母处于拧紧状态,弹簧的压紧使摩擦片和棘轮始终压紧在一起,棘爪止住棘轮反转,从而使重物停在高处。当货物下降时,转动手柄使离合器螺母处于拧松状态从而摩擦片和棘轮松开,在重物自重的作用下下降。离合器螺母的拧紧或拧松是通过与手柄连在一起的法兰的旋转而实现的。第3章 手动叉车各部分结构设计3.1叉车工作装置的结构设计3.1.1货叉的设计货叉是叉车最基本和最通用的取物装置。一般叉车都装有两个同样的货叉。货叉装在叉架上。它的外形是一个L形杆件,分为水平段和垂直段两部分。一般货叉货叉的水平段和垂直段做成整体的,称为整体式货叉。有的叉车货叉的水平段和垂直段分别制成,用销轴连接起来,水平段既可平置,又可以向上折叠起来,与垂直段靠拢,称为折叠式货叉。折叠式货叉使叉车在空车时长度小,便于叉车出厂运输和行驶通过,但制造比较麻烦。叉车一般用的都是整体式货叉。在叉车叉取货物时,货叉的水平段用来插入货物或托盘的底部,叉起后,用来承载货物。因此,货叉水平段的上表面必须水平,水平段前端的下表面略有斜度,以使叉尖处厚度较薄,并且前端逐渐变窄,叉尖两侧带有圆弧,这样有利于使货叉插入货物底部,叉取货物。货叉的垂直段用来与叉架连接,根据连接的形式不同,分为挂钩式和铰接式两种。挂钩型货叉垂直段的背部上方有一个钩,钩在叉架的上横梁上。这种形式货叉制造较为容易,也方便安装和拆卸,适合中、小吨位的叉车。铰接式货叉垂直段上端较厚,中心为销轴孔,货叉通过此孔安装在叉架的支承光轴上,允许绕轴转动,在重力的作用下,货叉垂直段下部背面支靠在叉架的下横梁前表面。这种货叉安装拆卸不太方便,中、小吨位用得较少,主要用在大吨位上。货叉是叉车的重要构件,受力大,要求截面小,重量轻。货叉的主要尺寸有货叉水平段长度L、货叉垂直段高度、货叉断面尺寸、挂钩尺寸或轴孔尺寸等。根据设计要求,货叉有效长度L为620mm。载荷中心距为300mm,货叉垂直段高度设为300mm。 通过对叉车市场的调查了解,货叉钢材大多采用槽钢,因此货叉采用槽钢焊接而成,货叉水平段和垂直段都采用6.5号槽钢。因为所设计的是小吨位的叉车,因而不采用铰接式货叉,采用挂钩式货叉。挂钩是由等边角钢与货叉垂直段的焊接形成的凹槽。角钢采用,使用等边角钢的长度等于货叉的垂直段的宽度,即65mm。具体见图3-1。图3-1挂钩式货叉 所选用的6.5号槽钢参数如下:高度h:65mm腿宽b:40mm腰厚d:4.8mm腿厚t:7.5mm理论重量:6.70kg/m 角钢表示边宽为50mm、边厚为5mm的等边角钢。它的理论重量为3.77kg/m。使用角钢的长度等于货叉的垂直段的宽度,即65mm。 因而一个货叉重量: 3.1.2叉架的结构设计叉架又名滑架,它的作用是安装货叉或其他工作属具,并带动货物一起升降。根据叉架的位置,货物的重量靠叉架传给钢丝绳,货物重量产生的力矩通过叉架传给立柱,当钢丝绳带动叉架升降时,叉架要可靠地沿着门架运动。由此,决定了叉架在构造上是一个垂直运动的承载小车,一般由两部分构成。其前部是一个焊接框架结构,主要用于安装悬挂货叉及其他属具;后部是两列装有导向滚轮的滚轮架,与前部框架焊接构成一体,由钢丝绳牵引,沿立柱垂直升降。根据货叉的形式和它在框架上的安装方式,叉架有两种形式,即板式和滑杆式。当货叉为挂钩型时,采用板式叉架。板式叉架的框架有多种形式,但不管哪种一般都是钢板焊接而成,或由整块钢板按所需结构进行切割,挖去多余部分以减轻重量。货叉的钩挂在框架的上横梁上。当货叉为铰接型时,叉架做成滑杆式,在叉架框架内装有一根圆轴,圆轴上左右对称地套有两个货叉,货叉可以在圆轴上移动,以调节两货叉的间距。装卸货叉时,需要将圆轴拆下。货叉在轴上的定位,使用定位卡销。因为货叉使用挂钩式,所以叉架做成板式叉架,并是做成封闭框架结构。具体是:上下横梁使用角钢,左右使用钢板,由它们焊接而成。角钢采用,表示边宽为60mm、边厚为5mm的等边角钢。它的理论重量为4.57kg/m。上、下横梁使用角钢长度为480mm。钢板采用厚5mm,长245mm,宽60mm的钢板。因为货物的重量是靠叉架传给钢丝绳,货物重量产生的力通过叉架传给立柱,所以叉架必须牢固可靠。为保证牢固可靠,在上横梁与钢板之间使用加强筋。加强筋采用厚5mm的30*30的直角等边钢板。在其上是4个直径30mm的孔。这4个孔通过螺栓连接叉架与滚轮,滚轮采用L60306,内径为30mm,外径为95mm,厚度24mm,重量为0.8kg。具体见图3-2图3-2 叉架整个叉架重量:手动叉车所受载荷:3.1.3钢丝绳及滑轮的结构设计钢丝绳一端与定滑轮相连结,钢丝绳另一端缠绕在卷筒上,当货物或托盘需要提升时,通过手摇手柄带动卷筒旋转实现货物或托盘的提升。在此提升系统中钢丝绳的强度对整个车库的安全起到了至关重要的作用。磨损、腐蚀和疲劳断裂是钢丝绳的三种主要破坏形式,也是导致钢丝绳报废的三个主要原因。提升用钢丝绳选用合成纤维芯的619钢丝绳,即六股十九丝,中间一根绳芯扭制而成,提升钢丝绳工作时即承受拉应力,又承受弯曲应力,在这种重复应力作用下产生的疲劳破坏是它的主要破坏形式。这些应力的大小与卷筒、滑轮的结构、钢丝绳本身的结构以及操作使用条件(如润滑、材质等)有关,在钢丝绳中因磨损和腐蚀而造成的损失是很大的,但由于腐蚀进行的慢,一般可以根据绳内钢丝的损坏程度定期更换或修理来解决。而断裂则常常会突然发生,往往导致灾难性的设备事故和人身事故,所以钢丝绳的断裂破坏更为人们所重视,钢丝绳突然断裂事故中,绝大多数是因疲劳断裂和磨损引起的,提升载车板的钢丝绳主要破坏形式就是疲劳破坏和磨损。(1)钢丝绳疲劳破坏的三个阶段钢丝绳疲劳破坏的过程是:在循环载荷作用下,绳中钢丝的局部最高应力处,最弱的及应力最大的钢丝内部晶粒上形成微裂纹,进而裂纹扩展,最终导致疲劳断丝。所以疲劳破坏经历了裂纹形成、扩展和突然断裂三个阶段。(2)弯曲疲劳对钢丝绳寿命的影响使用中的钢丝绳,当钢丝绳绕过卷筒和滑轮时,绳内钢丝便产生弯曲和扭转变形,在这种应力和应变的反复作用下,绳中钢丝便会出现疲劳裂纹,加快钢丝的破坏速度,最后形成断丝,钢丝绳的形式、能力大小和弯曲曲率对钢丝绳的疲劳都有影响。(3)磨损对钢丝绳寿命的影响当钢丝绳绕过卷筒和滑轮时存在一定的偏角,若偏角过大,钢丝绳不可避免的会与滑轮的槽边相互磨擦,造成的磨损极大影响钢丝绳的使用寿命,显然,偏角越小越好,因此偏角必须控制在一定的范围之内。机构利用等级按总设计寿命规定为假定的使用年数内处于运转的总小时数,它仅作为机构零件的设计基础,而不能视为保用期。手动叉车属于一般经常使用的,所以属于经常中等地使用,机构利用等级为T5,总设计寿命为6300h。机构载荷状态是表明机构承受最大载荷及载荷变化的程度。手动叉车应用广泛,情况复杂繁多,故选择载荷状态较大的,用于L3。机构工作级别按机构的利用等级及机构载荷状态分为八级。根据机械设计手册表8-1-3得:机构工作级别为M4。钢丝绳直径可由钢丝绳最大工作静拉力按以下式确定。 其中,d:钢丝绳的最小直径(mm) C:选择系数 S:钢丝绳最大工作静拉力 由于只用一根钢丝绳,所以真正工作阻力,所以 。 而其中:n为安全系数 k为钢丝绳捻制折减系数,取k为0.82 w为钢丝绳充满系数,取w为0.46 为钢丝绳的公称抗拉强度,取为1470MPa 查机械设计手册表8-1-8得:由于机构工作级别为M4,安全系数n为4.5 钢丝绳最小直径,所以钢丝绳最小直径d为6mm。 按钢丝绳所在机构工作级别有关的安全系数选择钢丝绳直径。所选钢丝绳的破断拉力应满足以下方程式:。 查机械设计手册8-1-10得: 所以,满足要求。滑轮采用深圳天达威科技有限公司生产的滑轮(带有轴承和轴),其直径为120mm,厚度为36mm,轴直径为20mm,轴承为NF204。3.1.4车架的结构设计门架是由左、右两根立柱,通过上、中、下不同数量的横梁连接而成的门式框架。立柱既是门架承载的主要构件,又是叉架作升降运动的导轨。左、右立柱通过二到三根横梁连接,构成框架结构,依靠滚轮,使叉架沿门架立柱滚动。立柱采用C型钢,使用。根据表3-3,截面高度H=100mm,截面宽度B=50mm,卷边宽度C=20mm,厚度t=2.5mm,重量为4.71kg/m,长度采用1900mm。门架通常具有上横梁和中横梁,门架就横梁的形状既要考虑可靠的连接,又要注意避让叉架的运动。上横梁支承着滑轮,采用角钢,长度570mm。下横梁采用不等边,由于角钢放置着手摇动力箱,手摇动力箱宽度较宽,需要比较宽的不等边角钢。根据表3-4,采用160/100、边厚为10的不等边角钢,长度采用上横梁的长度,即为570mm。底座采用10号槽钢,其高度为100mm,腿宽为48mm,腰厚为5.3mm,腿宽为8.5mm。底座支承着立柱,叉架宽度,立柱间距离需要大于490mm,取立柱间距离为500mm,故底座长度。车腿采用国际方管。根据表3-5选用边长40mm,壁厚2.5mm的国际方管,长度需要比货叉短一些,长度设为400mm。手动叉车共用四个轮子,即两个前轮和两个后轮。车腿上装有两个前轮,采用铁心聚氨酯小轮。在立柱边上装有两个后轮,采用型号为ZP13D-10037.5 GB/T14688,其为车轮直径100mm,轮宽37.5mm,金属本体,通用橡胶轮胎,额定载荷为D级的制动平板型脚轮。其额定载荷为1250N。3.2手摇动力箱的结构设计手摇动力箱是手动叉车动力来源,其本质是一个带有螺纹快速离合自锁装置和手柄的减速箱。3.2.1手摇手柄的结构设计手摇手柄由手柄杆、手柄、手柄套组成。手柄杆采用手柄杆BM8250 JB/T7271.6-1994,手柄采用手柄BM863 JB/T7270.1-1994,手柄套采用手柄套BM8 JB/T7271.3-1994。3.2.2传动比的选择与分配 传动比又以为最佳,又根据机械设计手册表15-1-4,二级减速器公称传动比为符合要求的为10、11.2、12.5、14、16、18、20、22.5,根据设计要求选取。对于二级展开式圆柱齿轮减速器,各级大齿轮直径相近的条件分配传动比,常取,(式中分别为减速器高速级和低速级的传动比);对同轴线减速器则常取(为减速器总传动比)。本次设计采用二级展开式圆柱齿轮减速器,因此取,而传动比又以为最佳,根据机械设计手册表15-1-4,二级减速器公称传动比为符合要求的为12.5、14、16、18,在根据设计要求,选取。减速器低速级传动比:减速器低速级传动比:3.2.3计算各级转矩根据机械设计课程设计表2-4得出:圆柱齿轮传动效率:,滚动轴承传动效率:, 手柄及高速轴的转矩:中间轴的转矩:低速轴的转矩:3.2.4齿轮的设计3.2.4.1高速级齿轮的设计1)选择材料及齿数: 高速级小齿轮选用40Cr(调质),硬度为280HBS。高速级大齿轮选用45钢(调质),齿面硬度为240HBS,7级精度。选小齿轮齿数,大齿轮齿数由传动比可知,初选螺旋角。按齿面接触强度计算: 1)试选Kt=1.62)由机械设计图10-30及表10-6查得,3)由机械设计图10-26查得4)由机械设计表10-7选取齿宽系数5)由机械设计图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限:;大齿轮的接触疲劳强度极限:6)由于使用手动摇动手柄的方式转动,因此转速不定,此处设转速为(较高转速)。应力循环次数,7)由机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数,取失效概率1%,安全系数S=1.3,有:,8)试算小齿轮分度圆直径,代人中的较小的值:9)计算圆周速度:10)计算齿宽b与模数:; 11)计算纵向重合度:12)计算载荷系数K,由机械设计表10-2,使用系数,根据速度v=0.094m/s,7级精度,由机械设计图10-8查得动载系数;由机械设计表10-4查得;由机械设计图10-13查得;由机械设计表10-3查得。 故动载系数,按实际的载荷系数矫正所算得分度圆直径: 计算模数:(2) 按齿根弯曲强度设计 齿根弯曲强度设计公式: 1)由机械设计图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳前度极限;大齿轮的弯曲疲劳前度极限;2)由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数; 计算弯曲疲劳许用应力,取弯曲疲劳安全系数S=1.3,由下式得: 3);由机械设计图10-28有4)计算当量齿数:;5)由机械设计表10-5查取齿形系数:; 查取应力校正系数:;6)计算大、小齿轮并加以比较: 大齿轮的数值大。7)设计计算: 对比计算结果,由于齿面接触疲劳强度计算法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取可满足弯曲强度。但为满足接触疲劳强度,取分度圆直径。于是由 ,取,则(3)几何尺寸计算:1)计算中心距:,圆整为89mm2)修正螺旋角:3)计算齿轮分度圆直径:,4)计算齿轮宽度:,圆整后取3.2.4.2低速级齿轮的设计(1)选择材料及齿数: 高速级小齿轮选用40Cr(调质),硬度为280HBS。高速级大齿轮选用45钢(调质),齿面硬度为240HBS,7级精度。选小齿轮齿数,大齿轮齿数由传动比可知,初选螺旋角。按齿面接触强度计算: 1)试选Kt=1.62)由机械设计图10-30及表10-6查得,3)由机械设计图10-26查得4)由机械设计表10-7选取齿宽系数5)由机械设计图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限:;大齿轮的接触疲劳强度极限:6)应力循环次数:, 7)由机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数,取失效概率1%,安全系数S=1.3,有, ,8)试算小齿轮分度圆直径,代人中的较小的值:9)计算圆周速度:10)计算齿宽b与模数:; 11)计算纵向重合度:12)计算载荷系数K: 由机械设计表10-2,使用系数,根据速度v=0.031m/s,7级精度,由机械设计图10-8查得动载系数;由机械设计表10-4查得;由机械设计图10-13查得;由机械设计表10-3查得。 故动载系数13)按实际的载荷系数矫正所算得分度圆直径: 14)计算模数:(2)按齿根弯曲强度设计 齿根弯曲强度设计公式: 1)由机械设计图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳前度极限;大齿轮的弯曲疲劳前度极限;2)由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数;3)计算弯曲疲劳许用应力,取弯曲疲劳安全系数S=1.3,由下式得: 4);由机械设计图10-28有5)计算当量齿数:;6)由机械设计表10-5查取齿形系数:; 查取应力校正系数:;7)计算大、小齿轮并加以比较: 大齿轮的数值大。8)设计计算: 对比计算结果,由于齿面接触疲劳强度计算法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取可满足弯曲强度。但为满足接触疲劳强度,取分度圆直径。于是由 ,取,则(3)几何尺寸计算:1)计算中心距:,圆整为93mm2)修正螺旋角:3)计算齿轮分度圆直径:计算齿轮宽度:,圆整后取。3.2.5轴的设计3.2.5.1轴径的设计 根据机械设计手册表5-1-18,按扭转强度计算: 根据机械设计手册表5-1-19,的范围为2545。(1)高速轴: 选择材料45钢(调质),硬度217255HBS,对称循环弯曲需用应力;选择=40MPa。 高速轴最小轴径:,由于轴上开有键槽,使强度下降,故取最小轴径为。(2)中间轴:选择材料45钢(调质),硬度217255HBS,对称循环弯曲需用应力:;选择=32MPa。中间轴最小轴径:,由于轴上开有键槽,使强度下降,故取最小轴径为。(3)低速轴:选择材料45钢(调质),硬度217255HBS,对称循环弯曲需用应力:;选择=40MPa。低速轴最小轴径:,由于轴上开有键槽,使强度下降,故取最小轴径为。3.2.5.2各轴段直径及轴上零件的确定(1)高速轴:段:与轴承配合。选取角接触球轴承7002AC,尺寸参数,使用套筒轴向定位,套筒采用91mm的长度,套筒与齿轮轴向定位,齿轮宽度35mm。故该段轴径d=15mm,轴长l=135mm。采用普通平键,键的尺寸:宽度b=5mm,高度h=5mm,键长L=30mm。段:与轴承配合。选取角接触球轴承7004AC,尺寸参数,故取该段轴径d=20mm,轴长l=39mm。段:轴肩定位六头螺母,该段轴径d=25mm,轴长l=8mm。段:螺纹段,螺纹为M20,长度为28mm,左端有退刀槽,故取该段轴径d=20mm,轴长l=30mm。段:该段轴径d=15mm,轴长l=10mm。(2)中间轴:段:与轴承配合。选取角接触球轴承7005AC,尺寸参数,使用套筒轴向定位,套筒采用13.5mm的长度,套筒与段上的齿轮轴向定位,因此相距1mm,故取该段轴径d=25mm,轴长l=26.5mm。段:与齿轮配合,齿轮右端通过套筒定位。已知齿轮轮毂尺寸42mm,为了使套筒端面可靠的压紧齿轮,此轴段应略小于轮毂宽度,取41mm。齿轮左端通过轴肩定位,故该段轴径d=35mm,轴长l=41mm。采用普通平键,键的尺寸:宽度b=8mm,高度h=7mm,键长L=36mm。段:齿轮定位轴肩,轴径d=35mm,轴长l=6mm。段:齿轮轴段,该段长度62.5mm,并在齿轮轴段左右留出齿轮加工的退刀槽。段:轴承定位轴肩,轴径d=30mm,轴长l=16mm。VI段:与轴承配合。选取角接触球轴承7005AC,取该段轴径d=25mm,轴长l=12mm。2)低速轴:段:与轴承配合。选取角接触球轴承7007AC,尺寸参数,故取该段轴径d=35mm,长度l=14mm。段:轴向定位轴承,取该段轴径d=41mm,轴长l0mm。段:为避免发生干涉,缩小轴径,故取该段轴径d35mm,轴长l=42mm。段:齿轮定位轴肩,轴径d=45mm,轴长l=6mm。段:与齿轮配合,齿轮左端通过套筒定位。已知齿轮轮毂尺寸63mm,为了使套筒端面可靠的压紧齿轮,此轴段应略小于轮毂宽度,取轴长l=62mm。齿轮右端通过轴肩定位,故该段轴径d=40mm,轴长62mm。采用普通平键,键的尺寸:宽度b=12mm,高度h=8mm,键长L=58mm。段:与轴承配合,选取角接触球轴承7007AC,B=14mm,故取该段轴径d=35mm,其上套筒轴向定位齿轮,套筒长度15mm,故长度l=29+1=30mm。3.2.6齿轮结构及尺寸设计 齿轮结构按其毛坯制造方法的不同有锻造、铸造和焊接三大类。锻造毛坯适用于齿轮顶圆直径时,材料为锻钢。铸造毛坯适用于齿轮直径较大(一般,圆柱齿轮,锥齿轮)时,常用材料为铸铁或铸钢。对单件或小批生产的大齿轮,为缩短生产周期和减轻齿轮重量,有时也采用焊接齿轮结构。高速级小齿轮:低速级小齿轮齿轮顶圆直径较小,采用实心式锻造齿轮。 高速级大齿轮:低速级大齿轮齿轮顶圆直径,采用锻造齿轮。 低速级小齿轮:高速级小齿轮,采用齿轮轴。低速级大齿轮:高速级大齿轮齿轮顶圆直径,采用锻造齿轮。低速级大齿轮作为卷筒进行钢丝绳的卷扬。具体见图3-3本次设计低速级大齿轮又作为卷筒使用,为了减少钢丝绳在卷筒轮绳槽内的磨损,必须选择合适的绳槽槽形。卷筒槽形分为标准槽形和加深槽形两种,由于本设计的手动叉车载重较小,速度较低,因此选择标准槽形。根据机械设计手册表8-1-59,通过钢丝绳直径,得到钢丝绳缠绕量:,而,故,其中。卷筒缠绕钢丝绳的长度,其中H为最大起升高度;为安全圈数,去。为了保证卷筒能够缠绕足够的钢丝绳,需要。即: 因为为整数,得到。侧板的作用是防止多层缠绕时钢丝绳的脱出,其高度应比交错缠绕最外层钢丝绳高出,故。图3-3 低速级大齿轮3.2.7螺纹快速离合自锁装置的设计支承件具体结构及尺寸见图3-4。离合器螺母具体结构及尺寸见图3-5。法兰采用法兰DN20-PN2.5RF GB/T9115.1-2000。 图3-4支承件 图3-5离合器螺母 螺纹快速离合自锁装置的制动主要靠棘轮机构。棘轮机构按结构形式分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构。齿式棘轮机构结构简单,制造方便;动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现。该机构的缺点是动程只能作有级调节;噪音、冲击和磨损较大,故不宜用于高速。摩擦式棘轮机构是用偏心扇形楔块代替齿式棘轮机构中的棘爪,以无齿摩擦代替棘轮。特点是传动平稳、无噪音;动程可无级调节。但因靠摩擦力传动,会出现打滑现象,虽然可起到安全保护作用,但是传动精度不高。适用于低速轻载的场合。 棘轮机构按啮合方式分外啮合棘轮机构和内啮合棘轮机构。外啮合式棘轮机构的棘爪或楔块均安装在棘轮的外部,而内啮合棘轮机构的棘爪或楔块均在棘轮内部。外啮合式棘轮机构由于加工、安装和维修方便,应用较广。内啮合棘轮机构的特点是结构紧凑,外形尺寸小。 按从动件运动形式分单动式棘轮机构、双动式棘轮机构和双向式棘轮机构。单动式式棘轮机构当主动件按某一个方向摆动时,才能推动棘轮转动。双动式棘轮机构,在主动摇杆向两个方向往复摆动的过程中,分别带动两个棘爪,两次推动棘轮转动。双动式棘轮机构常用于载荷较大,棘轮尺寸受限,齿数较少,而主动摆杆的摆角小于棘轮齿距的场合。 双向式棘轮机构可通过改变棘爪的摆动方向,实现棘轮两个方向的转动。棘轮齿形有不对称梯形、不对称三角形、不对称圆弧形、矩形和对称梯形。不对称梯形用于承受载荷较大的场合;当棘轮机构承受的载荷较小时,可采用三角形或圆弧形齿形;矩形和对称梯形用于双向式棘轮机构。本次设计要求棘轮机构载荷不大、安全可靠、安装方便和单向止动,所以选择单动式外啮合齿式棘轮机构,选用不对称三角形齿形。与齿轮相同,棘轮轮齿的有关尺寸也用模数m作为计算的基本参数,但棘轮的标准模数要按棘轮的顶圆直径da来计算,本次设计采用顶圆直径da=90mm。棘轮齿数z一般由棘轮机构的使用条件和运动要求选定。因为是手摇动力箱,棘轮齿数大约为,本次设计取。模数;齿顶圆直径;齿高;齿厚;棘轮长度;齿根圆角半径r=0.5mm;齿槽夹角选用;图3-6 棘轮机构棘爪轴心与轮齿顶点A的连线与过A点的齿面法线的夹角称为棘爪轴心位置角。 为使棘爪在推动棘轮的过程中始终紧压齿面滑向齿根部,应满足棘齿对棘爪的法向反作用力N对O1轴的力矩大于摩擦力沿齿面对轴的力矩,即 则 即 式中f和分别为棘爪与棘轮齿面间的摩擦系数和摩擦角,一般f取0.13 0.2。,本次设计取。棘轮具体结构及尺寸见图3-7,棘爪具体结构及尺寸见图3-8。图3-7 棘轮图3-8 棘爪3.2.8润滑方式的选择齿轮以及轴承在工作时都需要良好的润滑。由于本次设计的齿轮转动属于低速(v0.5m/s)而且可控,因此齿轮采用脂润滑。润滑脂在装配时涂在齿轮上,以后每年添加12次。因为齿轮使用脂润滑,所以轴承难以使轴承浸油润滑,采用润滑脂润滑。润滑脂通常在装配时填入轴承室,其装填量一般不超过轴承室空间的,以后每年添加12次。脂润滑在低速、工作温度70以下选用钙基脂。根据机械设计课程设计表8-168,选用钙基润滑脂1号。第四章 手动叉车结构校核4.1输出轴的校核对输出轴作受力分析:圆周力径向力轴向力图4-1 输出轴的载荷分析图1)水平面故求得水平弯矩最大值2) 垂直面故求得,3)总弯矩按弯扭合成应力校核轴的强度故安全3) 精确校核轴的疲劳强度 由上分析可知危险截面取弯矩最大处的左右截面。左截面:抗弯截面系数抗扭截面系数截面上的弯距:截面上的弯曲应力截面上的扭转应力由机械设计表15-1查得,截面上由于轴肩行程的应力集中系数由机械设计表3-2查得。 由于,故查得:,轴的材料的敏性系数,故有效应力集中系数:由机械设计附图3-2查得尺寸系数 由机械设计附图3-3查得扭转尺寸系数轴按磨削加工,由机械设计附图3-3查得表面质量系数为轴未经强化处理,故,求得综合系数为由碳钢的特性系数范围,取,故安全。右截面:抗弯截面系数:抗扭截面系数:弯矩:截面上的弯曲应力截面上的扭转应力由表15-1查得,过盈配合处的,由机械设计附表3-8用插值法求出,并取,于是得:,轴按磨削加工,由机械设计附图3-4得表面质量系数为轴未经强化处理,故,求得综合系数为由碳钢的特性系数范围,取,故安全。4.2轴承的校核(1)高速轴轴承的校核1) 求径向载荷圆周力径向力轴向力图4-2 输入轴的载荷分析图因为轴承是AC型轴承,所以,按计算轴承7007AC基本额定静载荷6300h,故安全。(3)中间轴轴承的校核1)求径向载荷低速轴大齿轮对中间轴的作用力,因此:圆周力径向力轴向力高速轴齿轮对中间轴的作用力,因此:圆周力径向力轴向力图4-3 中间轴的载荷分析图因为轴承是AC型轴承,所以1318.4N故3) 计算当量动载荷P,故,由于工作条件有轻微冲击,故,按计算轴承7005AC基本额定静载荷6300h,故安全。4.3键的校核假定载荷在键的工作面上均匀分布,普通平键连接的强度条件为 式中:T传递的转矩,; k键与轮毂键槽的接触高度,此处h为键的高度,mm; l键的工作长度,mm,圆头平键,平头平键,这里L为键的 公称长度,mm;b为键的宽度,mm; d轴的直径,mm; 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力,Ma。(1)高速级齿轮处键的校核 此处采用普通平键,键的尺寸:宽度b=5mm,高度h=5mm,键长L=30mm,材料使用铸铁。普通平键连接的强度条件为 故该键安全。(2)中间轴齿轮处键的校核 此处采用普通平键,键的尺寸:宽度b=10mm,高度h=8mm,键长L=36mm,材料使用铸铁。普通平键连接的强度条件为 故该键安全。低速轴齿轮处键的校核 此处采用普通平键,键的尺寸:宽度b=12mm,高度h=8mm,键长L=44mm,材料使用钢。普通平键连接的强度条件为故该键安全。4.4货叉的强度校核货叉不管是自己设计,还是选用标准尺寸的货叉,必须保证它的强度,必须对它进行合理的设计和验算。6.5槽钢抗弯截面系数为16.1,截面面积为8.54。弯曲正应力和轴向应力分别为 故安全。4.5上横梁强度校核图4-2 上横梁载荷图 已知 上横梁采用角钢,其截面模量 ,故安全。4.6下横梁强度校核 已知 上横梁采用160/100、厚度为10的不等边角钢,其截面模量 ,故安全。图4-3 下横梁载荷图4.7立柱稳定性校核立柱为等截面立柱,受压静力,前立柱受力状态简化如图4-2所示。两中心压杆的稳定条件为:其中:临界载荷, P工作载荷, n安全系数
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