堆垛機(jī)貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究

韓天文 王永昊 付文杰

摘要：論述了堆垛機(jī)貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理，推導(dǎo)出貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)正確傳動(dòng)條件的計(jì)算方法，為堆垛機(jī)貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：堆垛機(jī)；貨叉；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

Abstract：The paper expounds the working principle of fork driving mechanism of storage and retrieval machine， and deduces the calculation method of the correct driving condition of fork driving mechanism， providing a theoretical basis for the design of fork driving mechanism.

Key words：storage and retrieval machine； fork； driving mechanism

隨著現(xiàn)代化物流技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)越來(lái)越受到企業(yè)的青睞，有軌巷道堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的重要設(shè)備，而貨叉作為堆垛機(jī)的工作裝置，需要進(jìn)行叉取作業(yè)，因此，貨叉具有一定的精度要求和行程要求。堆垛機(jī)貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用多個(gè)齒輪與齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有效地增加貨叉的行程范圍。為了防止貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，需要建立機(jī)構(gòu)的正確傳動(dòng)條件。

本文介紹了一種貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理，建立了貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)條件，根據(jù)傳動(dòng)條件能夠?yàn)樨洸骝?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 堆垛機(jī)貨叉和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

貨叉部件由上叉、中叉、下叉和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括齒輪架、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪，驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)主動(dòng)齒輪帶動(dòng)從動(dòng)齒輪運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)齒輪帶動(dòng)中叉上的齒條運(yùn)動(dòng)，鏈條經(jīng)下叉鏈條座繞過(guò)中叉導(dǎo)輪并連接在上叉上，中叉帶動(dòng)上叉運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)貨叉的伸縮運(yùn)動(dòng)。

1.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 2.下叉 3.中叉 4.上叉

在圖1堆垛機(jī)貨叉結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定在下叉下面，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有一個(gè)主動(dòng)齒輪，兩個(gè)從動(dòng)齒輪外加驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用伺服驅(qū)動(dòng)，控制精確。中叉下面裝有齒條，齒條與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的從動(dòng)齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)貨叉的伸縮運(yùn)動(dòng)。

2 貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)條件

2.1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的幾何條件

設(shè)計(jì)貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)要建立正確的幾何條件，否則會(huì)出現(xiàn)無(wú)法正常裝配，使驅(qū)動(dòng)裝置不能正常工作。

圖2中主動(dòng)齒輪1的齒數(shù)、模數(shù)和壓力角分別表示為、和，從動(dòng)齒輪2和從動(dòng)齒輪3的齒數(shù)、模數(shù)和壓力角分別為、和，齒條的模數(shù)和壓力角表示為和。

為保證驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠正常運(yùn)動(dòng)，需要滿(mǎn)足基本條件如下：

根據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系可知，從動(dòng)輪2的齒頂圓不能與從動(dòng)輪3的齒頂圓相互接觸，主動(dòng)齒輪1的齒頂圓不能與齒條的齒頂相碰。

其中，、和分別為主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪以及齒條的齒頂高。

根據(jù)式（4）和式（5）結(jié)合三角函數(shù)關(guān)系可得：

并且，。

2.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的嚙合條件

在主動(dòng)齒輪1的分度圓上，設(shè)定點(diǎn)A與點(diǎn)B夾角之間具有個(gè)整周節(jié)，兩個(gè)端點(diǎn)分別具有和個(gè)非整周節(jié)（即）。從動(dòng)齒輪2在端點(diǎn)存在對(duì)應(yīng)的個(gè)非整周節(jié)，從動(dòng)齒輪3在端點(diǎn)存在對(duì)應(yīng)的個(gè)非整周節(jié)。設(shè)定從動(dòng)齒輪2和從動(dòng)齒輪3分別在角、內(nèi)具有和個(gè)整周節(jié)，在點(diǎn)C與點(diǎn)D分別存在和個(gè)非整周節(jié)，從而齒條在分度線(xiàn)端點(diǎn)存在和個(gè)非整周節(jié)，并在點(diǎn)C和點(diǎn)D之間具有個(gè)整周節(jié)。

根據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的嚙合關(guān)系可得

（8）

（9）

（10）

因此，需滿(mǎn)足：

（11）

3 結(jié)論

進(jìn)行堆垛機(jī)貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須滿(mǎn)足正確的傳動(dòng)條件，否則可能無(wú)法裝配，或者勉強(qiáng)裝配上，也不能正常工作，會(huì)導(dǎo)致卡死、蹩勁等問(wèn)題。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)除了要滿(mǎn)足幾何條件外，必須同時(shí)符合嚙合條件，基于此機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系和嚙合原理推導(dǎo)出設(shè)計(jì)條件，為堆垛機(jī)貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)。

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