机械原理课程设计-高位自卸汽车设计说明书.doc

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY机 械 原 理 课 程 设 计题目： 高 位 自 卸 汽 车 学 院： 工学院 姓 名： 学 号： 20124319 专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： 1202 指导教师： 职 称： 讲师 二 一 四 年 六 月目录摘要- 3 -1 基本要求- 4 - 1.1 设计要求- 4 - 1.2 设计提示- 5 -2 机构选型设计- 6 - 2.1 举升机构基本要求- 6 - 2.2 举升机构方案比较- 6 - 2.2.1 平行四边形举升机构- 6 - 2.2.2 双滑块推动举升机构- 7 - 2.2.3 剪式举升机构- 8 - 2.3 翻转机构基本要求- 9 - 2.4 翻转机构方案比较- 9 - 2.4.1 车厢直推滑块翻转机构- 9 - 2.4.2 连杆直推滑块翻转机构- 10 - 2.4.3 连杆斜推滑块翻转机构- 11 - 2.6 后箱门打开机构方案比较- 12 - 2.6.1 直杆联动顶开机构- 12 - 2.6.2 直杆伸缩顶开机构- 13 - 2.6.3 圆弧联动顶开机构- 14 -3 总体机构运动简图及自由度验证- 15 - 3.1 总体机构运动简图- 15 - 3.2 机构自由度验证- 16 - 3.2.1 举升机构- 16 - 3.2.2 翻转机构- 16 - 3.2.3 后箱门打开机构- 17 -4 机构尺度综合分析- 18 - 4.1 举升机构尺度分析- 18 - 4.2 翻转机构尺度分析- 19 - 4.3 后箱门打开机构尺度分析- 20 -5 机构运动分析- 21 - 5.1 举升机构运动分析- 21 - 5.2 翻转机构运动分析- 22 - 5.3 后箱门打开机构运动分析- 23 - 5.4 机构运动线图- 24 - 5.5 机构运动循环图- 24 -结论与体会- 25 -参考文献- 26 -附录- 27 -致谢- 28 -摘要我们在生活中看过许多自卸汽车，目前国内生产的自卸汽车,其卸货方式都为散装货物沿汽车大梁卸下,这样一来卸货的高度就被固定的,如果需要货物卸到较高处或使货物堆积的较高些,尤其是当汽车直接向火车车厢卸料以及在建筑、矿产等其他场合，这些自卸汽车就难以满足要求。为此需设计一种高位自卸汽车,它能通过一定的机构运动平稳地将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货，并且卸货过程中始终保持后箱门垂直地面，从而保持卸货时的安全与平稳，为此我们准备设计高位自卸汽车的举升机构、翻转机构以及后箱门打开机构。关键词：高位自卸汽车、举升机构、翻转机构、后箱门打开机构1 基本要求1.1 设计要求(1)具有一般自卸汽车的功能。(2)能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度，最大升程Smax见表1-1。(3)为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移。车厢处于最大升程位置时，其后移量a见表1-1。为保证车厢的稳定性，其最大后移量amax不得超过1.2a。(4)在举升过程中可在任意高度停留卸货。(5)在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开：卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭，后厢门和车厢的相对位置见图1-3。(6)举升和倾斜机构的安装空间不超过车厢底部与大梁间的空间，后厢门打开机构的安装面不超过车厢侧面。(7)结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。图 1-1 高位自卸汽车原始状态图 1-2 高位自卸汽车卸货状态 图 1-3 高位自卸汽车后厢门与车厢相对位置序号车厢尺寸(LWH)SmaxaW(kg)L1Hd138001800630195030042002804701.2 设计提示高位自卸汽车中的举升机构、翻转机构和后箱门打开机构都具有行程较大，做往复运动及承受较大的载荷的共同特点。齿轮机构比较适合连续的回转运动，凸轮机构适合行程和受力都不太大的场合，因此齿轮机构与凸轮机构都不太适用，连杆机构比较适合在这里的应用。2 机构选型设计2.1 举升机构基本要求 因为在众多场合，受到场地因素，普通自卸汽车的卸载高度远远不够，所以我们设计的举升机构要能使得车厢能够升到将近2m的位置并且水平平稳的上移。另外货物会在下落过程中堆积成圆锥形状，所以车厢在水平上升的过程中要带有一定的向后移动。2.2 举升机构方案比较 经过我们小组的分析，我们查询并设计了三种以下举升机构。2.2.1 平行四边形举升机构 机构运动简图如图 原理 车厢与车底经过数根平行杆件铰接，杆件之间又通过一水平连杆联动，由车底的滑块作为主动件，向右移动，随之推动整个连杆做顺时针运动达到车厢上移并且后移的要求 优点 结构简单，利于装配，受力均匀，能够平稳运动。 缺点 由于举升高度约等于车厢总长的一半，导致联接的连杆长度过长，车厢初始与终点位置的左右极限长度与高度严重矛盾，并且使得整体重型偏后，无法合理共存。 总结 该举升机构不能很好的完成规定运动。2.2.2 双滑块推动举升机构 机构运动简图如图 原理 车厢通过一个L字形力臂与车底铰接，主动件是下端滑块的上移，使得力臂逆时针旋转，带动车厢上移并且后移，同时上端滑块向左移动，使得整个车厢上移过程中保持水平，从而到达运动目的。优点 杆件数量少，利于受力分析及其设计，运动过程简单类似做圆周运动利于控制，滑块的运动路程短，不易损坏。 缺点 力臂太长导致力矩过大，要想达到规定要求需要更大的功率的发动机及强度更高的钢材，成本严重过高不够经济，车厢与车头之间的间隙狭小不利于装配过多杆件，另外在举升过程中，两个滑块难以保持同步良好的移动，直接造成车厢上升过程中左右倾斜，造成严重的危险。总结 在有限的经济条件下，不够经济，运动过程难以控制保持，不适合在此场合中实施。2.2.3 剪式举升机构 机构运动简图如图原理 车厢与车底通过剪式连杆铰接，通过主动件底端的滑块向右移动，推动杆件使之整体张开，伴随着上面两个可调节的的滑块（调节滑块的左右极限可以控制车厢的的移动的左右极限）车厢水平上升并且同时伴随后移。优点 杆件简单利于设计制造，上升过程中两端受力平稳，一个运动本身形成上升并且后移，减少主动件个数， 移动过程中重心偏移量不大，车厢左右的位移量可通过限制上端滑块左右极限来微调，缺点少。缺点 剪式杆件的长度过长容易发生弯曲变形。总结 大体符合各种要求，在能达到规定运动的同时又能保持平稳，构件简单经济，并且主动件少利于更换，所以举升机构选择了剪式举升机构。2.3 翻转机构基本要求 因为车厢往往装载5吨多的重量，所以翻转机构的动力以及平稳性都很重要。另外翻转的角度也有要求，最大为55，所以杆件长度也要求精度很高。 2.4 翻转机构方案比较 经过我们小组讨论及设计分析，设计了以下三种翻转机构。2.4.1 车厢直推滑块翻转机构 机构运动简图如图 原理 车厢受到联接在车厢底部的滑块向右移动给予的垂直于滑块的向上分力，来实现车厢的圆周的翻转运动，从而使得货物依靠重力倾斜倒出。 优点 滑块的初始运动位置在车厢最长力臂位置，在货物减少的过程中，力臂随之减短，最大化的程度减少了连杆受力的大小。 缺点 因为滑块的初始位置离铰接位置太远，导致滑块连杆与水平位置的夹角过小，根据受力分析，滑块向右的力大部分都作用在了连杆的轴向方向，很导致连杆容易发生压弯变形。 总结 有用功太低，易损坏机构，不能选择。2.4.2 连杆直推滑块翻转机构机构运动简图如图原理 车厢通过滑块向右移动，推动连杆并且带动车厢的周转翻转，实现机构卸货目的。优点 杆件紧凑，受力大，运动简单，利于装配维修。缺点 滑块的动力要求过大，滑块连杆与车厢之间的距离太窄，容易形成死点位置，重心偏右，不稳定。总结 依旧有用功太小，虽然紧凑但不适于工程中运作。2.4.3 连杆斜推滑块翻转机构机构运动简图如图 原理 主动件滑块在斜杆上向上滑动，联动推动车厢翻转，实现自卸过程。 优点 充分利用了有限的空间，使得滑块连杆与车厢的夹角最大化，最大限度减少杆件分力。 缺点 力臂太短，受力过大，对滑块功率要求大。总结 相比前面两个机构，此机构最大程度加大了有用功，减少了成本，提升了可靠性，所以翻转机构选择连杆斜推滑块翻转机构。2.5 后箱门打开机构基本要求 车厢在卸料过程中，因为货物质量一般很大，所以要限制其下落的轨迹，即在车厢倾倒的过程中后箱门要始终与地面垂直，在设计中就必须使得车厢翻转和后箱门打开时同步进行的，我们可以用连杆把翻转机构与后箱门打开机构联接，并且设计要求我们后箱门打开机构安装面不吵过车厢侧面，所以只能设计在车厢底部。2.6 后箱门打开机构方案比较 经过我们小组模拟实验，设计查询了以下三种后箱门打开机构。2.6.1 直杆联动顶开机构机构运动简图如图 原理 当翻转机构运动时，通过铰链联接带动联接到后箱门的连杆运动，从而推开后箱门。 优点 只在原本基础上增加了一根杆件，简单易行。 缺点 由于受到尺寸因素影响后箱门无法每时每刻都与地面垂直，违背了开始的设计理念。 总结 不符合运动基本要求。2.6.2 直杆伸缩顶开机构机构运动简图如图 原理 根据要求，只要后箱门始终垂直地面即可，所以在举升架上固结一个空心圆柱轨道，把稍细的圆柱杆件装配进去，右端的滚动圆盘嵌入后箱门的滑槽中，因此后箱门的轨道被我们限制在垂直地面方向。 优点 十分精巧，适用于多种场合，简约而不简单。 缺点 由于后箱门始终向下运动，会给连杆一个横向力，从而使得连杆与圆筒之间的摩擦力变大，另外连杆容易发生弯曲变形，直接导致杆件卡死在圆筒中。 总结 灵感不错，可是实际的可操作性不强，容易发生故障。2.6.3 圆弧联动顶开机构机构运动简图如图 原理 由第一个后箱门打开机构衍生出来，因为后箱门不能每时每刻与地面保持垂直，所以我们只需要改进翻转机构与后箱门打开机构之间的连杆的形状，从而使得后箱门在与翻转机构联动过程中又保持垂直地面，根据分析得出后箱门在翻转过程中是在以一点为圆心做圆周平移，所以我们只需要将连杆设计成该圆上的一段圆弧即可完成规定运动。 优点 联接简单，杆件紧凑，充分利用空间，符合运动规律。 缺点 杆件加工稍复杂，杆件过长。 总结 相比其他，更加符合构件运动规律。3 总体机构运动简图及自由度验证3.1 总体机构运动简图 总体机构运动简图初始位置 总体机构运动简图结束位置3.2 机构自由度验证3.2.1 举升机构因为5为虚约束，所以只有5个构件N5，PL7，PH0，F35270111为主动件，水平方向运动，动力由电动机或液压缸提供。3.2.2 翻转机构N3，PL4，PH0，F33240111为主动件，沿机架向右上运动，动力由液压缸提供。3.2.3 后箱门打开机构N3，PL4，PH0，F33240111为主动件，有1个自由度，由翻转机构提供。总结：整个车厢有2个自由度：水平方向以及竖直方向4 机构尺度综合分析我们选择如下数据作为分析计算序号车厢尺寸(LWH)SmaxaW(kg)L1Hd138001800630195030042002804704.1 举升机构尺度分析已知各杆件长度，计算A0A1长度以及B0B1、D0D1水平相对在B0D0上的位移。总结：符合一般液压缸行程要求。4.2 翻转机构尺度分析已知DCE大小最大为55，其他杆件长度已知，验证A0B0与A1B1长度误差小于3%。总结：符合材料性能要求4.3 后箱门打开机构尺度分析已知各点坐标，验证杆件的长度变形率小于3%，以及D0、D1是否共圆。总结：符合材料性能要求5 机构运动分析5.1 举升机构运动分析经网上查询，找到液压缸（缸径80mm、行程1500mm、最大推力85kN、最大拉力40kN）5.2 翻转机构运动分析当B1CE转了一个很小的角度时，小到近似W没有减少经网上查询，找到液压缸（缸径30mm、行程1200mm、最大推力25kN、最大拉力13kN）5.3 后箱门打开机构运动分析利用瞬心法求V2作图可找出P1、P2两个时态的瞬心，初始时候车箱没有转动，V1=0依上面算出翻转运动构件的加速度a=0.625m/s ，又已知A0A1长度为888mm5.4 机构运动线图A:举升机构B:翻转机构C:后箱门打开机构Yabc:竖直方向的位移量T:时间5.5 机构运动循环图结论与体会 经过初步的设计与计算，一个简单的高位自卸汽车的卸货机构就此完成，我们设计的这个方案特点上，举升过程中运用剪式机构的三角形带来较好的稳定性，使得在上升过程中，重心位置偏移不大；翻转过程中我们把滑块最大化的放低，是为了在加长杆件的同时把与车厢的夹角最大化，从而尽可能消除了死点位置并且的省去了大量功耗；后箱门打开机构则用一个仿构件运动轨迹的方法设计了一个连杆，使得连杆每时每刻都与后箱门的运动圆心重合，进一步实现打开后箱门并与地面垂直的要求。所以说，总体上我们设计的机构能够稳定科学并且经济的完成规定运动。但是，我们的知识能力还是有一定限度，在设计计算一些地方还有很多不足，比如杆件长度设计，以及滑块的大小设计，以及各个构件的运动副联接的大小设计，都没有完整的经过严谨的的分析计算并设计，在材料的选择和尺寸设计以及动力来源问题，这些问题我们会在今后继续改进。另外，在机构尺度计算与运动计算过程中，我们使用的大多是CAD中测量的数据，和实际需求还存在差距，这与材料的粗细，成分，性能都有很大的关联，在有限的条件下，我们争取做最好。最后说下自己做完这次课程设计的收获与体会。首先，我们一开始看完题