大學(xué)機械原理課程設(shè)計高位自卸汽車設(shè)計計算說明書

大學(xué)機械原理課程設(shè)計高位自卸汽車設(shè)計計算說明書1.2設(shè)計要求及原始數(shù)據(jù).設(shè)計要求：具有一般自卸汽車的功能。能將滿載貨物的車廂在比較水平的狀態(tài)下平穩(wěn)地舉升到一定高度，最大升程S見表1。max③為方便卸貨，要求車廂在舉升過程中逐步后移，車廂處于最大升程位置時，其后移量a見表1。為保證車廂的穩(wěn)定性，其最大后移量a不得超過1.2a。在舉升過程中可在任意高度停留卸貨。maX在車廂傾斜卸貨時，后廂門隨之聯(lián)動打開；卸貨完畢，車廂恢復(fù)水平狀態(tài)，后廂門也隨之可靠關(guān)閉，后廂門和車廂的相對位置見圖2。舉升和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的安裝空間不超過車廂底部與大梁間的空間，后廂門打開機構(gòu)的安裝面不超過車廂側(cè)面。結(jié)構(gòu)盡量緊湊、簡單、可靠，具有良好的動力傳遞性能。原始數(shù)據(jù)：表1-1原始數(shù)據(jù)方案號車廂尺寸LXWXHL(mm)XW(mm)XH(mm)Sma\(mm)A(mm)W(kg)L(mm)H(mm)A4000X2000X64018003805000300500B3900X2000X64018503504800300500C3900X1800X63019003204500280470D3800X1800X63019503004200280470E3700X1800X62020002804000250450F3600X1800X610205025039002504502設(shè)計方案的評價及選擇2.1舉升機構(gòu)2.1.1設(shè)計要求：能將滿載貨物的車廂在比較水平的狀態(tài)下平穩(wěn)地舉升到一定高度，最大升程S見表1。為方便卸貨，要求車廂在舉升過程中逐步后移，車廂處于最大升程位置時，其后移量a見表1。為保證車廂的穩(wěn)定性，其最大后移量a不得超過1.2a。max在舉升過程中可在任意高度停留卸貨。2.1.2設(shè)計方案方案1：平行四邊形舉升機構(gòu)圖2-1平行四邊形舉升機構(gòu)如上圖所示機構(gòu)，CBEF形成一平行四邊形，桿BC在液壓油缸的帶動下繞C軸轉(zhuǎn)動，從而完成車廂的舉升和下降。優(yōu)點：.結(jié)構(gòu)簡單，易于加工、安裝和維修；.能夠保證車廂在舉升和下降過程中保持水平，穩(wěn)定性好；.液壓油缸較小的推程能夠完成車廂較大的上移量。缺點：車廂上移時，其后移量很大。為了保證車廂舉升到最大高度時，其最大后移量不超過設(shè)計要求，需將桿BC、EF做得很長，甚至大大超過了車廂的長度，在工程實際中不能實現(xiàn)。方案2：L型舉升機構(gòu)圖2-2L型舉升機構(gòu)工作原理：如上圖所示車廂舉升機構(gòu)，L形桿BDE一端與鉸鏈B相聯(lián)（鉸鏈B通過豎直桿固定在車架上），一端與車廂底部的鉸鏈E相聯(lián)，同時其上絞接一液壓油缸2,液壓油缸另一端與車廂底部的鉸鏈相聯(lián)。舉升時，液壓油缸1伸長，推動L形桿BCD繞鉸鏈B逆時針轉(zhuǎn)過角度甲，使E端上升；與此同時，液壓缸2也聯(lián)動工作，使車廂也轉(zhuǎn)過角度平，從而使車廂在上升過程中保持水平。隨著BCD桿的轉(zhuǎn)動，E點后移，同時帶動車廂后移，當(dāng)E點與B點等高時，后移量達(dá)到最大。優(yōu)點：該機構(gòu)充分利用了車廂前面的空間，使車廂底部的機構(gòu)變得簡單；該機構(gòu)克服了方案一中后移量過大的缺點，機構(gòu)的尺寸也較小。缺點：該機構(gòu)最大的缺點在于車廂全部重量均有L形桿BCD承擔(dān)，由于DE很長，所以BCD受到很大的扭矩作用。這就對L形桿的強度提出很高要求，同時也限制了車廂的裝載量。液壓缸1和液壓缸2需要聯(lián)動工作才能保證車廂的水平，使控制機構(gòu)復(fù)雜。液壓油缸的推程較大。方案3：剪式舉升機構(gòu)圖2-3剪式舉升機構(gòu)工作原理：如上圖所示，該舉升機構(gòu)是由長度相等的兩桿AC和BD彼此鉸接于E點；AC桿的A端和與水平的活塞桿鉸接，并可在滑槽移動；BD桿的B端與車廂底部為滑動鉸接。當(dāng)活塞F右移時，車廂上升，同時向后移動；活塞F左移時，車廂下降，同時向前移動。下面具體分析車廂的后移原理：LJTOC\o"1-5"\h\z設(shè)AE=BE二a,CE二DE=b,舉升前ZCAB=中，舉升后/CAB頊，則有12上移量：S=(a+b)(sin中—sin中)后移量：a=[2acos中-(a+b)cos?]-[2acos中-(a+b)cos中]1122化簡后得：a=(a-b)(cos?-cos?)12可見，后移量與a，b的差值有關(guān)，故采用此種布置形式時，鉸接點E不能為兩桿的中點。LJ采用此種布置時，會使CD的距離較小，影響了車廂工作時的穩(wěn)定性，特別是在車廂翻轉(zhuǎn)卸貨時，這種影響尤為顯著。為了消除這種影響，可將E取為兩桿的中點，同時，為了使車廂在上移時能夠逐漸后移，需要將C點換成滑動鉸接，而D點換成固定鉸接。如下圖所示：圖2-4圖2-4剪式舉升機構(gòu)最好用作圖法將極限為之畫出來。此時，由于E為兩桿的中點故在車廂上移過程中，A與D，B與C始終在一條直線上；同時由于A最好用作圖法將極限為之畫出來。此時，由于E為兩桿的中點設(shè)AC=BD=l，舉升前/CAB=?，舉升后/CAB=?，則有TOC\o"1-5"\h\z12上移量：S=l(sin?-sin?)12后移量：a=l(cos?-cos?)12該舉升機構(gòu)的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，緊湊；能夠很好的協(xié)調(diào)車廂上移量與后移量之間的關(guān)系，滿足工作要求;

機構(gòu)的受力情況較好。缺點：液壓缸水平布置時，在舉升初始階段，傳動角很小，不利于工作。根據(jù)以上缺點，可以將液壓缸改為豎直布置的形式，如下圖:圖2-5將液壓缸豎直布置后，可以很好地解決傳動角過小的問題，但不難想象，這樣布置使液壓缸的推程需要很大，不易實現(xiàn)。2.1.3方案確定為了解決以上矛盾，可以采用以下多級舉升機構(gòu):圖2-5多級舉升機構(gòu)如上圖所示，AD，BC，CF，DE為桿長相等的四桿，AD與BC，CF與DE鉸接與中點G，H；A，F(xiàn)為滑動鉸接。該方案較好地解決了以上方案液壓缸推程要求很大的缺點，同時，由于原設(shè)計中安裝液壓缸處空間變得較小，故將液壓缸布置在機構(gòu)的中間部位。2.2翻轉(zhuǎn)機構(gòu)2.2.1設(shè)計要求（1）利用連桿機構(gòu)實現(xiàn)車廂的翻轉(zhuǎn)，其安裝空間不能超過車廂底部與大梁間的空間。（2）結(jié)構(gòu)盡量緊湊，可靠，具有良好的動力傳遞性能。2.2.2設(shè)計方案

翻轉(zhuǎn)機構(gòu)是自卸汽車的關(guān)鍵部分，其性能直接影響車輛的性能。為此，我們設(shè)計了多種方案，比較各自的優(yōu)缺點。方案1：單缸直推式該機構(gòu)示意圖如下圖：圖2-6單缸直推式該機構(gòu)的優(yōu)點是簡單緊湊。采用單缸時，容易實現(xiàn)三面傾斜。另外，若油缸垂直下置時，油缸的推力可全部作為車廂的舉升力，因而所需的油缸功率較小。其缺點為該機構(gòu)橫向強度差，而且由于其油缸行程較大。方案2：油缸前推連桿式如下圖所示：圖2-7油缸前推連桿式該機構(gòu)的優(yōu)點是橫向剛度較好，舉升時轉(zhuǎn)動圓滑，三腳架推動車廂舉升時，車廂傾翻軸支架的水平反力比較小，車架底部的受力也比較均勻。其缺點是油缸在車廂翻轉(zhuǎn)過程中擺動角度稍微大了一些，帶來一定的不方便。方案3：Z字形舉升機構(gòu)

圖2-8Z字形舉升機構(gòu)這個機構(gòu)是有曲柄搖桿機構(gòu)聯(lián)想到的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，這個機構(gòu)中油缸是提供動力的作用，油缸的的行程變小，在油缸勻速推進(jìn)時，車廂的翻轉(zhuǎn)不勻速，可以方便卸貨。2.2.3方案確定根據(jù)以上各種方案的優(yōu)劣點，綜合分析后，選用方案3。2.3后廂門打開機構(gòu)2.3.1設(shè)計要求：（1）在車廂傾斜卸貨時，后廂門隨之聯(lián)動打開（2）卸貨完畢，車廂恢復(fù)水平狀態(tài)，后廂門也隨之可靠關(guān)閉（3）后廂門打開機構(gòu)的安裝面不超過車廂側(cè)面其中，后箱門和車廂的相對位置如下:3。3。2.3.2設(shè)計方案選擇：方案1：控制開合式機構(gòu)。車廂，圖2-9控制開合式廂門打開機構(gòu)該機構(gòu)通過控制桿控制廂門上面的鉸實現(xiàn)廂門的開合。把控制桿和車廂翻轉(zhuǎn)控制機構(gòu)恰當(dāng)?shù)穆?lián)系在一起時，可以精確的實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和廂門打開的聯(lián)動控制。但是這個機構(gòu)的安裝困難，這種結(jié)構(gòu)或者類似結(jié)構(gòu)安裝在車廂側(cè)面比較合適，桿在轉(zhuǎn)動的同時還要在移動副中進(jìn)行滑動，所以，如果稍微有個地方潤滑不好的話，就很有可能造成機構(gòu)的自鎖，使得后車廂門不能正常的打開。方案2：自開式廂門打開機構(gòu)圖2-10自開式廂門打開機構(gòu)機構(gòu)分析：因為廂門和車廂翻轉(zhuǎn)的角度相同，所以廂門在打開和關(guān)閉的時候都處于豎直狀態(tài)，因此考慮利用廂門的重力使之自由打開。在要卸貨的時候打開鎖住廂門的機構(gòu)，廂門可以隨車廂的翻轉(zhuǎn)自由打開。當(dāng)卸貨完畢的時候，在使用鎖止機構(gòu)把廂門鎖死，實現(xiàn)廂門可靠的關(guān)閉。該機構(gòu)設(shè)計簡單，容易想到。可以利用車廂底部空間，方便安裝。但是車門的開閉是自由的，不能精確實現(xiàn)車門打開角度與翻轉(zhuǎn)角度之間的函數(shù)關(guān)系。綜合上面的分析，我們選取第二中方案作為最后的設(shè)計方案。

3各工藝動作的配合及運動循環(huán)圖3.1舉升機構(gòu)圖3-1舉升機構(gòu)3.2翻轉(zhuǎn)機構(gòu)圖3-2翻轉(zhuǎn)機構(gòu)3.3后廂門打開機構(gòu)

圖3-3后廂門打開機構(gòu)4各運動構(gòu)件的尺寸計算4.1方案選擇圖3-3后廂門打開機構(gòu)根據(jù)以上各機構(gòu)方案設(shè)計與比較，最后確定各機構(gòu)方案如下:4.1.1舉升機構(gòu)下面對該方案進(jìn)行具體尺寸設(shè)計：根據(jù)設(shè)計要求，舉升機構(gòu)需要滿足:車廂尺寸L(mm)XW(mm)XH(mm)S(mm)A(mm)W(kg)L1(mm)H”(mm)3900X1800X630max19003204500280470如圖3-1，設(shè)AD=BC二CF=DE=l，初始位置AHAB=中，0由幾何關(guān)系可得：S=2l(sin中-sin中)l(cos中-cos中)<1.2a為了使整個舉升機構(gòu)不超過車廂底部安裝空間，需滿足2lsin中<H

0d

lcos中<L

0取2lsin中=450，聯(lián)立(3-1)(3-2)(3-3)與(3-4)解得到達(dá)最大升程時AHAB到達(dá)最大升程時AHAB=中1(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)用matlab編程得到結(jié)果，其中程序為：symsxyl；[l,x,y]=solve('2*l*(sin(y*pi/180)-sin(x*pi/180))-1900','l*(cos(x*pi/180)-cos(y*pi/180))-1.2*320','2*l*sin(x*pi/180)-450')l=1936.9,中=6.7。，中=37.3。01

E圖3-4舉升機構(gòu)簡圖欲使液壓桿受力最小，根據(jù)圖示機構(gòu)得到：當(dāng)舉升到最大高度時，液壓桿應(yīng)垂直桿CF。由圖解法知：當(dāng)舉升到最大高度時，所以CM二DN=549.74.1.2翻轉(zhuǎn)機構(gòu)如圖3-2所示，為使桿為了受力狀態(tài)良好，D點安排在車廂的重心附近，取DE=1900，假設(shè)最大翻轉(zhuǎn)角度為60°，當(dāng)翻轉(zhuǎn)到最大角度時，ABD三點共線，為最佳效果，且設(shè)此時ABD在垂直位置，則AE=DE/2=900，設(shè)水平時AE垂直距離為450設(shè)AB=x，BD二y。于是有：x+y=Lxsin60+L(4-1)(Jy2-L2+L)2+L2=x2(4-2)且LBD+LAB二AE(4-3)其中Lde=1800,AE為A,E點之間的垂直距離ae二450，BD為B，D之間的垂直距離，，取為150，LAD為A,D之間的水平距離，LAB為A,B之間的垂直距離，為300用matlab編程計算得到結(jié)果，其中matlab程序為symsxy；[x,y]=solve('(sqrt(y"2-150"2)+900)"2+(450-150)"2-x"2','x+y-1800*sin(pi/3)-450'),eval(x),eval(y),解得x=1460，y=549AB=1460，BD=549，DE=1800

如上圖所示，為了便于舉升機構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的安裝，在車廂和車架之間增加一凹形托板在凹形拖板的兩側(cè)安裝舉升機構(gòu)（即在車廂兩側(cè)對稱安裝一對所選定的舉升機構(gòu)），在凹形拖板的凹形槽安裝翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。這樣，舉升機構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)互相獨立，并且可以并行利用車廂底部的空間，使結(jié)構(gòu)緊湊。后廂門打開機構(gòu)安裝在車廂的兩側(cè)。4.3機構(gòu)總成將以上選定的各機構(gòu)組合后，得到如下最終機構(gòu)簡圖:5運動分析和運動仿真利用solidworks進(jìn)行仿真并導(dǎo)出圖像，其仿真結(jié)果如下圖所示:假設(shè)舉升時液壓缸的速度恒定為10mm/s0伽0.250.5?0.751.M1.251.5&1.752.252.5D03220tooI.1喜5/UJEJA，越增捋中47S5.2舉升時車廂的加速度圖像SX，后it5.4舉升時車廂的豎直位移圖像23414523.000.250.50175I.M1.251知1752.QC22525D*目i>ec)*3(EEJ、/，墊垣^中翻轉(zhuǎn)時假設(shè)候液壓缸的速度圖像恒定為100mm/s1&□■.(JO0.6(J1.2Q1.SD2.4(}3.003.60420-4.BO5.40甘寸洞〔我時146753