高位自卸汽车设计计算说明书sc

1、高位自卸汽车设计计算说明书负责人： 指导老师： 成 员学 号班 级2013年6月III目录第1章 问题的提出11.1 项目背景11.2 设计要求4第2章 设计方案的选择52.1高位自卸汽车工作过程52.2 方案选择流程62.3 举升机构设计62.3.1 平行四边形举升机构62.3.2 剪式举升机构72.3.3 双剪式举升机构82.3.4 平行四边形举升机构92.4 倾斜机构设计102.4.1连杆滑块机构112.4.2 液压缸直推机构122.4.3 滑块倾斜机构122.4.4 曲柄摇杆翻转机构132.5 后厢门启闭机构设计142.5.1 重力直接打开机构152.5.2 摇块顶开机构152.5.3

2、 四级连杆机构162.5.4 滑轨打开机构机构172.6 机构的组合17第3章 机构设计尺寸设计193.1 方案一尺寸设计193.1.1举升机构的尺寸设计193.1.2倾斜机构尺寸设计213.1.3后厢门启闭机构尺寸设计243.1.4 机构组合253.2 方案二尺寸设计263.2.1举升机构的尺寸设计263.2.2倾斜机构尺寸设计273.2.3后厢门启闭机构尺寸设计303.2.4 机构组合31第4章 机构运动分析314.1 三维模型的建立314.1.1 部分零件图314.1.2 装配体344.2 机构运动分析374.2.1 组合方案一运动分析374.2.2 组合方案二运动分析41第5章 机构动

3、力分析465.1 组合方案一动力分析465.11 机构受力分析465.1.2 动力仿真分析485.2组合方案二动力分析545.2.1 机构受力分析545.2.2 动力仿真分析56第6章 方案比较与评价61第7章 设计工作总结627.1机械设计的目的：627.2机械设计的步骤：627.3设计中需要注意的几个问题：637.4机械设计的基本原则：637.5本次设计效果分析与改进意见64第9章 收获与体会65第10章 致 谢66参考文献67附录68附件一：部分零件图和装配体展示68附录二：Adams运动分析和动力分析界面71附录三：组合机构简图（见A3图纸）72第1章 问题的提出1.1 项目背景自卸汽

4、车是常用的运输机械，车厢配有自动倾卸机构的汽车，又称为翻斗车、工程车，由汽车底盘、液压举升机构、取力机构和货厢组成。在土木工程中，常同挖掘机、 装载机、 带式输送机等联合作业，构成装、运、卸生产线，进行土方、砂石、松散物料的装卸运输。由于装载车厢能自动倾翻一定角度卸料，大大节省卸料时间和劳动力，缩短运输周期，提高生产效率，降低运输成本，并标明装载容积。按底盘承载能力可分为轻卡系列自卸、中吨系列自卸和大吨位系列自卸；按驱动形式可分单桥自卸、双桥自卸、前四后八自卸、前四后十等不同系列车型；按卸载液压举升机构不同可分为单顶自卸和双顶自卸。图1-1 普通自卸汽车目前国内生产的自卸汽车其卸货方式为散装货

5、物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的，普通自卸汽车如图1-2，其基本构成如图1-3。对比国内外所生产的自卸汽车，由于卸货高度都是固定的，当遇到将货物卸到较高处的要求，只能通过先卸载后再靠起重机构提升到较高处的方式。这种方式不仅耗费人力物力和时间，同时给卸载制造了诸多不便。图1-2 自卸汽车图1-3 普通自卸汽车结构组成1-液压倾卸操纵装置；2-倾卸机构；3-液压油缸；4-拉杆；5-车厢；6-后铰链支座；7-安全撑杆；8-油箱；9-油泵；10-传动轴；11-取力器针对这一需求现状， 本小组设计一种高位自卸汽车，使其不仅能具有一般自卸汽车的功能，而且能实现将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货的功能

6、。为方便卸货，车厢在举升过程中还将逐步后移和任意高度停留。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，同时保证结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。这样可以提高效率，减轻人们的体力劳动，同时显示了自动化的优越性。同时高位自卸汽车既可以最大限度地简化卸货场地和地面设施, 又能更好地适应大、中、小型工厂企业及站场的使用。高位自卸汽车适合大量装卸物品，可配合装载机联合作业，大量运输矿石、砂石、土方等，充分提高了车辆的运输能力。高位自卸汽车是一种将卸货设备和车辆结构结合在一起的专用车辆。适用于备有机械化装车设备的工厂、矿山、大型建筑工地等部门,

7、常用以运输矿石、剥离岩石、砂砾、煤炭、建筑材料等不同比重的粒(块) 状货物。全车由车体、底架、举升机构、倾斜机构、后箱门启闭机构等组成，其特点是装有使车厢向上运动的举升机构，车箱在举升机构作用下，可向上运动到一定高度，然后在倾斜机构作用下，车厢开始倾卸货物，后箱门启闭机构随之联动将后箱门打开，从而实现将货物倾斜到较高的位置进行卸货的功能。高位自卸车的技术特点和发展方向：相对于普通车辆而言, 高位自卸车对动载荷和抗冲击性要求更高，后桥、后悬架都要加以强化。在工地作业的自卸车,要求转向灵活,转弯半径小。因为建筑工地往往对工期要求严格，所以工地型高位自卸车必须故障少、可靠性好。由于工地路面复杂,往往

8、松软、坑洼，所以车辆必须满足动力足、扭矩大、起步速度低等要求，即“低速重载大扭矩”。 高位自卸车最近的技术发展趋势主要是应用技术在自卸车上的推广使用。（1）向安全性舒适性发展提高整车安全性,包括车身安全性能、制动性能进一步提高;车身采用半浮气簧式减震装置，悬架采用少片簧以及橡胶悬架提高整车舒适性能；优化变速操纵系统以提高驾驶舒适性能。（2）高位自卸车底盘部分A.变速箱方面:随着动力需求升级，会采用多档位如8、9、12档变速箱，并会采用机械自动变速箱；另一方面也会选择采用少档位液力机械变矩器。B.提高载质量利用系数,进一步降低整车整备质量,节省原材料；上装部分主要是车厢采用高强度钢板，可以大幅降

9、低钢板选用规格，大幅降低整备质量。C.航空技术民用化，底盘车架材料可能会采用铝镁合金材料，除能提高整车承载能力同时，大幅降低整车整备质量。（3）液压装置高位自卸车的液压系统,或进口或国产、或前顶式或中顶式,不同的生产厂家、不同的要求、不同的技术参数,导致了彼此价格差距比较大。由底盘厂和改装厂联合指定液压件的规格、形状、要求和技术参数,统一进行采购，这将成为高位自卸车未来发展的方向，但目前还没有这样的做法。1.2 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

10、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1-5。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1-4 自卸汽车数据简图图1-5 后厢门和车厢的相对位置表1-1 设计的整体尺寸要求车厢尺寸(L×W×H)SmaxaW(kg)LtHd4000×20

11、00×64018003805000300500第2章 设计方案的选择2.1高位自卸汽车工作过程针对目前自卸汽车存在的不足，我们提出一些改进方案。我们将运用连杆机构和液压系统的组合，使汽车在卸货时，车厢首先比较平稳的上升一定高度，为了方便卸货车厢在举升过程中会逐步后移，而且在举升过程我们可以通过控制液压系统来控制车厢的举升高度，这样就可以使自卸汽车在任意高度停留卸货。最后在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开。卸货完毕后，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭，自卸汽车回复到初始状态。其工作过程如图2-1。图2-1 汽车卸货流程2.2 方案选择流程高位自卸汽车的机构包括举升机构、翻转机构

12、和后厢门开启机构。其中举升和翻转在机构合计中可以采取合适的结构同时实现这两种动作。车门机构相对独立。再设计过程中可以采用分别对各种机构按其功能进行设计然后采用结构组合和联动实现机构的协调动作。在每种机构的设计过程中，采用设计多种可以实现要求动作的机构，然后在结构，加工工艺、功能、使用寿命等各方面进行分析比较，最终选出较好的机构。再对三种较好的机构组合设计，实现在自卸汽车的基础上完成高位自卸汽车设计。图2-2 方案选择流程2.3 举升机构设计可以有多个方案来实现车厢举升和后移运动。利用连杆机构实现车厢的举升，其安装空间不能超过车厢底部与大梁间的空间。结构尽量紧凑，可靠，具有良好的动力传递性能。并

13、不是每个机构都能符合这种高要求，下面列举出各种方案和它们的特点，选择比较恰当的机构。2.3.1 平行四边形举升机构BEFCDA图2-3 平行四边形举升机构原理分析：如图2-3所示，ABCD刚好构成一个平行四边形机构，AD杆在液压缸EF的推动下，可以绕D点转动，BC杆绕C点转动，在整个转动过程中AB（即车厢）始终保持水平，从而实现了车厢平稳举升且逐渐后移的动作。优点：机构简单，易于加工，可靠性强。能够保证车厢在举升和下降过程中保持水平，稳定性好。液压油缸较小的推程能够完成车厢较大的上移量。缺点： 为了保证车厢举升到最大高度时，其最大后移量不超过设计要求，需将杆AD、BC做得很长，甚至大大超过了车

14、厢的长度，在工程实际中不能实现。2.3.2 剪式举升机构DECBA图2-4 剪式举升机构该机构采用长度相等的AB和CD杆铰接于E点，C和D点处可以滑动。当液压缸作用时，可以实现设计车厢的升降和平移。由于A和B是固定铰点，在车厢举升时铰点E向右移动，该机构满足车厢举升的时候向后移动，以方便卸货。优点：结构简单、紧凑，能够协调举升和后移间存在的函数关系，同时该机构的受力状况良好。缺点：在车厢处于初始状态的时候液压缸和CD杆之间的传动角很小，开始的时候需要较大的工作动力，不利于液压缸的工作。刚举升到一定高度的时候AC或BD两点之间的距离变短，车厢容易失稳，尤其是再进行翻转车厢的工作时这种缺点表现更明

15、显。2.3.3 双剪式举升机构图2-5 双剪式举升机构原理分析：如图2-5所示，GH代表车厢，机架代表车底座。连杆AE、BD铰接于点C；DH、EG铰接于点F，滑块A与车底座形成移动副，滑块H和车厢形成移动副。在液压缸的推动下，滑块A向右移动，同时滑块H向左运动，双剪式机构向中间靠拢，由于杆长不变，使得车厢向上运动，且同时向右运动，这样就实现了车厢的举升动作。当A点向左移动时，实现相反的功能，车厢左端下降，整体下落。优点：在举升过程中能够保证车厢处于比较水平的状态，举升位置比较容易控制， 平稳性较高。缺点：结构复杂，成本较高，安装精度要求高，运动副多，铰链点的受力问题比较关键。2.3.4 平行四

16、边形举升机构3142图2-6 平行四边形举升机构原理：当构件1逆时针摆动时，活塞杆2伸出，推动构件4顺时针转动，构件3逆时针转动，滑块左移，车厢平稳举升。当构件1顺时针转动时，活塞杆2伸出，推动构件3顺时针转动，滑块右移，构件4顺时针转动，车厢左端升起。优点：结构紧凑，比较容易控制上升量和后移量。缺点：运动副多，加工安装较为复杂，可靠性不太高。2.4 倾斜机构设计倾斜机构是为了实现车厢翻转的功能，方便卸货，同车厢举升机构一样，翻转机构也是利用连杆机构实现车厢的翻转，其安装空间不能超过车厢底部与大梁间的空间。结构尽量紧凑，可靠，具有良好的动力传递性能。既要结构简单，又要符合安装要求的机构是没有最

17、好的，而且翻转机构和车厢的举升机构要搭配使用实现他们的综合功能，所以要考虑的因素很多，因此也列出几种方案，根据其结构说出这种方案的主要特点，然后选择使用。2.4.1连杆滑块机构图2-7连杆滑块机构原理分析：该倾斜机构如图2-7所示，它的工作原理为当汽车的液压缸工作时AB工作段伸长，而且BC连杆固定，这样就通过铰链点B和C的作用使BC杆旋转，连杆组BCD因为三角形稳定性成为一个刚体，所以这样又将带动连杆DC绕C点顺时针转动，滑块D在车厢上滑动，因为转动后DC在竖直方向上的分量将变大，所以车厢将绕E点转动。其优缺点见表2-1。表2-1 连杆滑块机构优缺点优点缺点1、 机构简单，便于安装；2、 比较

18、容易控制车厢的倾斜角度；1、 当机构液压缸H运动完毕后会由于车厢自身的重量向下压，将会使机构变得不稳定，它的稳定性偏差。2、 它的支撑完全依靠液压缸H和活塞杆BH、连杆AH，所以它对这部分机构刚度要求比较高。2.4.2 液压缸直推机构图2-8 液压缸直推机构原理分析：该倾斜机构如图2-8所示，本机构的原理比较简单。在液压缸H的推动下，活塞杆BH伸长，由于铰链点B、C的作用，车厢将绕着点C转动，这样就实现车厢的倾斜动作。其优缺点见表2-2。表2-2 液压缸直推机构优缺点优点缺点1、 该机构结构简单，便于安装和修理；2、 该机构所需零件少，便于加工、制造；1、 该机构由于所需零件少，这就造成了此机

19、构的刚度比较差；2、 由于靠液压缸推动，这又造成了所需的液压缸的推程比较大。2.4.3 滑块倾斜机构图2-9 滑块倾斜机构原理分析：该倾斜机构如图2-9所示，工作时液压缸H伸长，BC杆一端铰接在车厢的C点上，另一端与滑块B铰接，由于液压缸长度伸长，滑块B向右运动，由于连杆BC和铰链点B、C、D作用就能使车厢绕D点转动。其优缺点见表2-3。表2-3 滑块倾斜机构优缺点优点缺点1、 机构比较简单，需要的零件比较少，易于加工和安装。2、 液压缸一直处于水平，比较容易控制。1、初始时传动角较小，需要液压缸较大的推力；2、对BC杆强度要求较高。2.4.4 曲柄摇杆翻转机构图2-10 曲柄摇杆翻转机构一图

20、2-11曲柄摇杆翻转机构二原理分析：该倾斜机构如图2-11、2-10所示，工作时液压缸H伸长，且活塞杆的另外一侧与连杆CF相连，CF可以绕铰链点F转动，通过BH的伸长使CF顺时针转动，且CD与CF铰接，所以它也会一起转动，通过CD的逆时针转动就带动了车厢绕E点的转动。这种倾斜机构的油缸作用点布置十分灵活，它既可布置在左端，也可以布置在右端。其优缺点见表2-4。表2-4 曲柄摇杆倾斜机构优缺点优点缺点1、 机构比较简单，需要的零件比较少，易于加工和安装。2、 液压缸的行程比较小，可以减少液压缸的损坏机率。1、对于CF杆来说，它还受到HB对它径向力，所以CF杆的强度要求比较大。2.5 后厢门启闭机

21、构设计后厢门打开机构的要求是当车厢翻转卸货时，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。图1-2中可以看出当车厢翻转一定角度时，厢门也打开相同的角度。由此可以进行机构设计。2.5.1 重力直接打开机构图2-12 重力直接打开机构原理分析：如图2-12所示，利用在车厢倾斜过程中货物的重力作用直接推动后厢门的打开，实现卸货，卸货完毕后，在车厢门自身的重力作用下又能够实现自动关闭了这种设计比较简单，安全可靠，容易想到。其优缺点见表2-5。表2-5 重力直接打开机构优缺点优点缺点1、 机构比较简单，不需要其他任何辅助机构，十分经济；2、 容易联想到，能够实现设计要求。1、不

22、能实现自锁。2.5.2 摇块顶开机构图2-13 摇块顶开机构原理分析：如图2-13所示，本机构是相当于一个四杆机构WX为厢门，其在W点与车厢铰接，在X点与XY杆铰接，XY与铰接在车厢上的滑块Y形成移动副。当车厢翻转时，通过联动机构使滑块Y绕车厢转动，使XY相对滑块Y移动，就能使车厢门WX绕W点转动，实现车厢门的打开。其优缺点见表2-6。表2-6 摇块顶开机构优缺点优点缺点1、 结构简单，自锁性较好；1、要使转动Y时，XY杆要移动且转动，要精确控制厢门的打开角度，对零件的精度要求较高。O2.5.3 四级连杆机构图2-14四级连杆机构原理分析：如图2-14所示，本机构是相当于一个四杆机构WX为厢门

23、，ABXW构成平行四边形连杆机构。且A、B与车厢构成转动副，O为倾斜机构的简化。当车厢翻转时，通过联动机构使平行四边形机构绕车厢转动，使WX相对车厢转动，就能实现车厢门的打开。其优缺点见表2-7。表2-7 四级连杆机构优缺点优点缺点1、 结构简单，自锁性较好2、 传动相对可靠1、联动机构2.5.4 滑轨打开机构机构图2-15 滑轨打开机构原理分析：如图2-15所示，本机构是相当于运用构件1、2与车厢组成简单的移动副联动开启厢门。当车厢翻转时，通过联动机构使移动副向重力方向运动，就能使车厢门WX同时打开，实现车厢门的打开。同时，复位是利用构件1的弹簧实现的。其优缺点见表2-8。表2-8 滑轨打开

24、机构优缺点优点缺点1、 自锁性较好2、 运动可靠3、 传动平稳，易于控制1、制造成本较高2.6 机构的组合在对要实现的目标运动进行拆解，分别进行机构设计之后。现在要从举升机构，翻转机构和车门打开机构中选择合适的机构进行组合设计。在组合中要保证整体运动合成后车厢运动的平稳同时要避免机构运动时发生干涉。举升机构要求举升过程平稳，可以在任意高度停止。虽然要求举升机构在举升的过程中车厢要向后移动，但是没有严格规定后移量和举升高度之间的函数关系，所以可以选择剪式举升机构和双剪式举升机构。翻转机构要求运动平稳，可靠性好，结构紧凑，适合安装，所以选择曲柄摇杆翻转机构和曲柄连杆倾斜机构，这样就可以在油缸行程不

25、大的时候，使车厢翻转适当的角度。厢门打开只是为了方便卸货，可以把题目中给定的厢门打开的角度等于车厢的翻转角度理解为车门打开的角度大于等于厢门打开的角度，再加上考虑到安装位置的影响，所以选择机构中重力直接打开机构，在这个考虑中主要是考虑了经济性和实用性。 最后，我们通过考虑各性能参数，制造成本以及各机构的的优缺点比较等因素，最终确定了两种组合方案，方案一为剪式举升机构、曲柄摇杆翻转机构二、重力直接打开机构的组合。方案二为双剪式举升机构、连杆滑块机构、重力直接打开机构的组合。两组设计方案组合设计简图如图2-15、2-16所示：图2-16 机构组合方案一图2-17 机构组合方案二第3章 机构设计尺寸

26、设计3.1 方案一尺寸设计3.1.1举升机构的尺寸设计图3-1 剪式举升机构如图3-1所示为剪式举升机构，各杆件间的连接主要为铰链接，OA表示油压缸，A、E为滑块。其工作原理是油压缸1伸出推动滑块2右移，带动构件3逆时针转动，使得车厢先右端升起，左端随之升起，实现举升功能，同时带动构件4顺时针旋转，实现车厢后移。复位过程为油压缸缩回使滑块2左移，带动构件3顺时针转动，使车厢先右端下降，左端随之下降，实现竖直方向复位，同时带动构件4逆时针旋转，实现水平方向复位。同时，停止油压缸运动即可实现任一高度停顿功能各尺寸关系如下：设油压缸伸长量为a，AE与x轴夹角为， AE长为l，则举升高度S为： (3.

27、1)油压缸安装位置O到铰链点B的位置等于油压缸伸长量a与原长与之和，即 (3.2)1. 约束条件如下：l 要求初始油压缸伸长量为0时，高度为Hd=500mm；油压缸伸长量小于等于1.2a时，最大举升高度Smax=1800mm,即初始时刻：最大高度时刻： (3.3)注：l0为液压缸长度，设为200mml 分析机构可知，后移量a=380mm是由油压缸伸长量a决定，因此,为使机构能达到后移量要求，只需满足以下条件：(3.4)l 油压缸安装位置O到铰链点B的位置不得大于车厢长度L=4000mm及预留空间 Lt=300mm之和，可得：(3.5)确定尺寸：根据（2.1）、（2.2）、（2.3）、（2.4）

28、、（2.5）式，带入数值，取amax=450mm通过matlab进行数值计算得出初算值如下：根据工程要求，可得各尺寸如下：可得满足设计要求。3.1.2倾斜机构尺寸设计图3-2 曲柄摇杆倾斜机构初始位置图3-3 最大倾斜位置示意图结合图3-2、 图3-3，对该机构的尺寸进行设计分析。设 ，在翻转到最大角度时，最理想状态为CDF 三点共线且垂直于DE。为了减小安装空间，现令EF 高度差为200，EF 水平距离为4000，故EF 两点距离为4005。此时（3.6）在机构计算中可以看出当的尺寸较大的时候，需要的和的长度也要增大，为了受力状态良好，D点安排在车厢的重心附近较为理想。从计算结果来看，D点到

29、E点的距离为2131mm，与理想状态较接近。在初始状态，车厢水平，CF与水平线有任意夹角时CD 与水平线都会有一确定角与其对应。设CF杆初始时与水平线夹角为，此时CD 与水平线夹角为，根据位置关系有：（3.7）当=0，及CF杆初始状态水平时时，由方程组（1）（2）用软件求解，得：因此，当CF杆水平时，CD杆与水平线夹角为，此时CF杆长2620mm，CD杆长773mm。油缸尺寸计算：图3-4 车厢最大倾角示意图设BF=1000，车厢倾斜到最大角度时，AB与CF垂直。如图3-4所示，建立直角坐标系，则，B点坐标为（819，573）。AB所在直线方程为（3.8）即油缸铰链点A就在AB所在直线上，设A

30、点距E点水平距离为1400，则所以A点坐标为（1400，-258）则：当车厢倾斜到最大角度时，CDF三点共线，同时AB垂直于CF，此时 油缸伸长长度 综上所述，油缸起始长度476，身长长度510。以F为坐标原点，水平线为x轴，垂直线为y轴，建立直角坐标系。则铰链点F、A、E的坐标分别为（0，0）、（1400，-258）、（4000，200）。3.1.3后厢门启闭机构尺寸设计图3-5 重力直接打开后厢门启闭机构本机构运用重力直接开启，因此无需计算，只需校核铰链点强度即可。3.1.4 机构组合将上述三部分机构，按照计算的尺寸，进行机构组合，组合简图如图3-6。图3-6 机构组合方案一3.2 方案二

31、尺寸设计3.2.1举升机构的尺寸设计(1) 计算杆长及其在机构中的位置图3-7 双剪式举升机构要使车厢平稳的水平举升，则这四根杆长度应相等，且点C、F为中点。设AD=BC=CF=DE=，初始位置HAB=，到达最大升程时HAB=，由几何关系可得（3.9） 根据设计要求，结合实际情况，我们假设，则（3.9）可化为：（3.10）求解得：另外,需满足整个举升机构不超过车厢底部安装空间，此时还需考虑夹层厚度d，得（3.11）则 根据设计要求，=500，所以，将计算结果带入验证，符合要求。根据几何关系，车厢的后移量即为油缸的伸长量。所以。若油缸初始长度为500,则最终长度为880。综上所述，AE初始位置与

32、水平线夹角AE最终位置与水平线夹角油缸伸长量，初始长度为3.2.2倾斜机构尺寸设计图3-8连杆滑块倾斜机构首先对原图进行简化得到分析图，见图3-8，首先我们为了使计算更为简便，我们假定铰链点A、C、E处于同一条直线上；由余弦定理得到： lAB=lAC2+lBC2-2lAClBCCOSACB（3.12）初状态（当车厢倾斜角度为0°时）：ECX轴=arctaneyex=26.6°运用正弦定理得：lDCSinCEX轴=lCESinCDE（3.13）初状态：ACB=CEX轴+CDE+DCB末状态，运用正弦定理得：lDCSinCEX轴+55°=lCESinCDE末状态：AC

33、B=CEX轴+55°+CDE+DCB约束条件（结果）：lAB末-lAB初500mm由于该设计仅有车厢倾斜角度和液压缸长度的已知条件，所以我们人为的给定了一些数据：ex=500mm ey=250mmlCE=eX2+ey2=559mmlDC=1250mmlAC=1000mmlBC=400mmDCB=10°把以上数据分别带入前公式解得：初状态：CDE=11.6°ACB=CEX轴+CDE+DCB=48.2°lAB=lAC2+lBC2-2lAClBCCOSACB=791.7mm末状态：CDE=26.3° ACB=CEX轴+55°+CDE+DCB

34、=117.9° lAB=lAC2+lBC2-2lAClBCCOSACB=1238.7mm lAB=lAB末-lAB初=447mm<500mm（满足设计要求）其它参数计算得：lBD=858.9mmBAC初=22.1°BAC末=16.6°由lDCSinCEX轴=lDESinDCE得初状态：lDE=1726.4mm<4000mm（满足要求）3.2.3后厢门启闭机构尺寸设计图3-9 后厢门滑轨启闭机构考虑到在车厢倾斜到最大角55度，也可满足后厢门为竖直状态 1，2杆长需确定。又1,2杆长差与1,2杆位置距离有关，位置距离也有待确定。杆1位置也需确定。结合所查资

35、料，杆1位置在车厢最上方最好。为了节省材料，和满足杆2在卸载完后的顺利回收，取杆1,2之间距离200。那么根据计算杆2要比杆1长164。在节省材料和满足杆的稳定滑行，滑槽定在车厢最后部长度为36。即杆1长200，杆2长264。杆1在车厢顶端，杆2在距车厢顶端200出水平位置。3.2.4 机构组合将上述三部分机构，按照计算的尺寸，进行机构组合，组合简图如图3-10。图3-10 机构组合方案二第4章 机构运动分析4.1 三维模型的建立在机构设计完成之后，仅是确定了机构的运动运动状态。想要实现机构的功能，清楚的表达机构设计的目的，还需要把机构简图转化为三维模型视图，然后通过三维模型的分析，清晰的表达

36、出机器形状和用途。因此，我们根据计算的各机构尺寸以及查找的高位自卸汽车的相关资料，用SolidWorks软件绘制各个零件，并将其进行组装，得到高位自卸汽车的装配体。4.1.1 部分零件图（1）车厢车厢的建模主要是应用了拉伸等特征，建立其符合尺寸要求的车厢模型。建模的时候主要是要判断铰接点的位置根据翻转机构的设计数据确定铰接点的合理位置，如图4-1。图4-1 车厢（2）底盘底盘是车厢作用的基础，如图4-2 图4-2 底盘（3）车头及轮胎 为使模型更加逼真，为得到更好的模拟效果，我们查找相关数据，对车头和轮胎做了较细致的建模，如图4-3、图4-4。图4-3 车头图4-4 轮胎（4）液压缸 液压缸为

37、举升机构和倾斜机构提供动力，如图4-5。图4-5 液压缸（5）各种杆件杆件机构和铰建模都相对简单。在实现高位自卸汽车工作的装置中主要是这些杆件铰接点位置和铰接点间相对长度在对机构的运动起到决定作用。建模主要是确定杆件机构的铰接点和铰接点之间的长度位置关系，严格按照尺寸计算的结果建立模型，以保证准确的模拟出机构的运动状态。4.1.2 装配体将建立的零件图进行初步组装，可分别得到举升机构图和倾斜机构图，如图4-5、图4-6、4-7所示图4-5 剪式举升机构图4-6 双剪式举升机构图4-7 倾斜机构图将零件图进一步组装，得到高位自卸汽车方案一和方案二的最终装配体，如图4-8、图4-9。图4-5 方案

38、一装配体图4-6 方案二装配体4.2 机构运动分析通过模型的运动仿真可以清楚的看到机构的运动过程，借此分析机构是否干涉，设计是否合理。通过观察模型的运动，进一步优化机构的设计，使工作更可靠，以便在符合要求的方案中采用最佳的方案。另外是运动分析可以直观的模拟机械的工作过程，仿真结果可以作为机械的推广和宣传材料，通过仿真得到主要机构运动的视频文件。因此，我们将在SolidWorks中完成的装配体导入到ADAMS软件进行运动分析与动力分析。4.2.1 组合方案一运动分析图4-7 剪式举升机构运动分析简图如图4-7所示，以B点初始位置为坐标原点，x轴水平向右，y轴竖直方向，建立如图所示坐标系，则D点横

39、坐标为1772mm，B点坐标为（vt，0）。车厢EF举升过程中的位移方程为：（4.1）其中：CE、BF杆长 油缸伸缩速度 初始位置杆BF与x轴的夹角对位移方程求导得车厢举升过程中的速度方程：（4.2）对速度方程求导得车厢举升过程中的加速度方程：（4.3）我们将在SolidWorks中完成的装配体导入到ADAMS软件进行运动分析与动力分析，如图4-7。图4-8 方案一装配体导入到Adams在运动仿真中定义了油缸的运动速度，根据油缸的运动速度可以通过软件分析得到目标点的位移、速度、和加速度线图。通过运动分析，判断机构的受力状态和运动状态是否良好，为机构的优化设计提供理论参照和数据支持。下面分别对举

40、升机构和倾斜机构进行运动分析。（1） 举升机构a. 当油缸在05s之间先做匀加速运动，加速到40mm/s后做匀速运动，得到车厢的位移、速度、加速度曲线图如图4-9所示。图4-9 举升机构运动学分析当油缸采用这种运动方式时，从曲线上可以大致看出，举升高度大约为1800mm，满足设计要求。举升加速度由零逐渐增大，2s后又逐渐减小，最后加速度逐渐趋于。，速度曲线较平滑，先增大后减小，最大速度约为130mm/s，不会给车厢带来较大冲击，有利于延长设备的使用寿命。速度变化相对平稳，有利于实现在任意位置停止，满足设计要求。b. 当油缸的速度是以40mm/s匀速运动的时候得到的位移、速度、加速度曲线图如图4

41、-10所示。图4-10 举升机构运动学分析从曲线上可以大致看出，当油缸以40mm/s的速度匀速运动时，举升高度大约为1800mm，满足设计要求。刚开始时，举升加速度波动比较大，这种情况给油缸和车厢带来的冲击比较大，不利于延长设备的使用寿命。5S后加速度逐渐趋于稳定，接近0，车厢以很小的速度向上运动。几乎是匀速上升。速度变化相对平稳，上升过程为减速运动，有利于实现在任意位置停止，满足设计要求。小结：通过上述不同输入方式的对比，可以发现通过改变油缸的输入状况来改善机构的运动方式。举升过程中的分析改进意见，这个分析过程使用的油缸的初速是均匀增大到一定速度再匀速运动的，如果直接使用匀速运动的油缸，在油

42、缸起步的时候，车厢的加速度很大，而且匀速运动的油缸只存在与理想条件中。在这个模拟中发现速度均匀增大的油缸在变为匀速的时候车厢有加速度突变，这是因为油缸有加速度突变。在机构难以做重大的改动的情况下，可以改善输入运动改善机构的运动。可以通过使用节流阀等油缸控制元件，使油缸的速度以多项式的运动速度变化，减小加速度的变化，这样可以优化机构的工作环境，延长机器的使用时间。（2）倾斜机构a. 让车厢保持在举升到最高位置的状态，然后对车厢翻转机构的进行运动学分析，定义油缸的运动，油缸以40mm/s的速度做匀速运动，车厢随之翻转，画出车厢翻转时，车厢相对于中间连接机构倾斜的角度，及车厢倾斜的角速度和角加速度曲

43、线，见图4-11。图4-11 倾斜机构运动学分析由图可知，车厢倾斜最大角度约为，满足设计要求。由角速度曲线可知，在运动刚开始时，角加速度比较大，且波动很大，由此引起角速度变化比较快，会给车厢以及油缸带来一定的冲击，不利于油缸和车厢的长久使用。车厢翻转先加速速后减速，在接近2s的时候，角加速度接近于0，最大角速度为。当达到最大倾角时，角速度接近零。b. 让车厢保持在举升到最高位置的状态，然后对车厢翻转机构的进行运动学分析，定义油缸的运动，油缸在0-6s之间做匀加速直线运动，速度达到40mm/s后保持不变，车厢随之翻转，画出车厢翻转时，车厢相对于中间连接机构倾斜的角度，及车厢倾斜的角速度和角加速度

44、曲线，见图4-12。图4-12 倾斜机构运动学分析由图可知，车厢倾斜角缓慢增加，最大角度约为，满足设计要求。由角速度曲线可知，速度变化较大，由零逐渐增大，6s左右角速度达到最大，约为 ，随后角速度缓慢减小。角速度变化平缓，不会对车厢产生较大的冲击。由角加速度曲线可知，角加速度由0逐渐增大，3s时达到最大，之后又逐渐减小。角速度曲线光滑，且变化范围不大，没有突变点，能够使车厢平稳的翻转。其结果与油缸匀速运动输出的结果相比，有了较大的改善。由此可见，采用改变输入运动的方式，可以有效的提高机构的使用效果，可以使机构具有更好的使用效果和更长的使用寿命。4.2.2 组合方案二运动分析双剪式举升机构与剪式

45、举升机构原理相同，只是初始条件不相同，由4.2.1节得到的举升机构的位移方程、速度方程和加速度方程可以容易的得到双剪式举升机构的位移、速度和加速度方程，具体如下：位移方程：（4.4）速度方程：（4.5）加速度方程:（4.6）将方案二的装配体导入到Adams中，如图4-12。在运动仿真中定义了油缸的运动速度，根据油缸的运动速度可以通过软件分析得到目标点的位移、速度、和加速度线图。通过运动分析，判断机构的受力状态和运动状态是否良好，为机构的优化设计提供理论参照和数据支持。下面分别对举升机构和倾斜机构进行运动分析。图4-12 方案二装配体导入到Adams（1）举升机构a. 当油缸的速度是以35mm/

46、s匀速运动的时候得到的位移、速度、加速度曲线图如图4-13所示。图4-13 举升机构运动分析曲线图从曲线上可以大致看出，当油缸以35mm/s的速度匀速运动时，车厢速度、加速度和位移变化都比较平稳。这种情况给油缸和车厢带来的冲击比较小，可以延长设备的使用寿命。双剪式举升机构举起中间架和车厢。由图可以看出，举升高度大约为1800mm，满足设计要求。初始启动的时候举升加速度较大，4S后加速度逐渐趋于零，车厢几乎是匀速上升。速度变化相对平稳，上升过程为减速运动，有利于实现在任意位置停止，满足设计要求。b. 当油缸在05s之间先做匀加速运动，加速到40mm/s后做匀速运动，得到车厢的位移、速度、加速度曲

47、线图如图4-14所示。图4-14 举升机构运动分析曲线图当油缸采用这种运动方式时，从曲线上可以大致看出，举升高度大约为1800mm，满足设计要求。举升加速度由零逐渐增大，1s后又逐渐减小，最后加速度逐渐趋于。，速度曲线较平滑，先增大后减小，最大速度约为230mm/s，不会给车厢带来较大冲击，有利于车厢的平稳举升和延长设备的使用寿命。速度变化相对平稳，有利于实现在任意位置停止，满足设计要求。通过上述不同输入方式的对比，可以发现通过改变油缸的输入状况来改善机构的运动方式。举升过程中的分析改进意见，这个分析过程使用的油缸的初速是均匀增大到一定速度再匀速运动的，如果直接使用匀速运动的油缸，在油缸起步的

48、时候，车厢的加速度很大，而且匀速运动的油缸只存在与理想条件中。在这个模拟中发现速度均匀增大的油缸在变为匀速的时候车厢有加速度突变，这是因为油缸有加速度突变。在机构难以做重大的改动的情况下，可以改善输入运动改善机构的运动。可以通过使用节流阀等油缸控制元件，使油缸的速度以多项式的运动速度变化，减小加速度的变化，这样可以优化机构的工作环境，延长机器的使用时间。（2）倾斜机构a. 让车厢保持在举升到最高位置的状态，然后对车厢翻转机构的进行运动学分析，定义油缸的运动，油缸以35mm/s的速度做匀速运动，车厢随之翻转，画出车厢翻转时，车厢相对于中间连接机构倾斜的角度，及车厢倾斜的角速度和角加速度曲线，见图

49、4-15。图4-15 倾斜机构运动分析曲线由图可知，车厢倾斜最大角度约为，满足设计要求。由角速度曲线可知，速度变化平稳，先减速在加速，在接近5s的时候，角速度接近于0，最大角速度为，没有速度突变。由角加速度曲线可知，角加速度虽然没有突变点，但初始角加速度较大，变化范围较大，从而使角速度变化也较快，导致车厢运动不够平稳。通过改变油缸的速度，可以对车厢的倾斜运动做适当改善。b. 让车厢保持在举升到最高位置的状态，然后对车厢翻转机构的进行运动学分析，定义油缸的运动，油缸在0-5s之间做匀加速直线运动，速度达到40mm/s后保持不变，车厢随之翻转，画出车厢翻转时，车厢相对于中间连接机构倾斜的角度，及车

50、厢倾斜的角速度和角加速度曲线，见图4-16。图4-16 倾斜机构运动分析曲线图由图可知，车厢倾斜最大角度约为，满足设计要求。由角速度曲线可知，速度变化平稳，由零逐渐增大，5s到10s之间角速度几乎保持不变。由角加速度曲线可知，角加速度由0逐渐增大，2.5s时达到最大，之后又逐渐减小。角速度曲线光滑，且变化范围不大，没有突变点，能够使车厢平稳的翻转。其结果与油缸匀速运动输出的结果相比，有了较大的改善。由此可见，采用改变输入运动的方式，可以有效的提高机构的使用效果，可以使机构具有更好的使用效果和更长的使用寿命。第5章 机构动力分析机构的受力情况关系到机构材料的选择和液压缸规格的确定，关系到方案的正

51、确与否。从受力分析和动力仿真分析中，我们可以发现机构存在的弊端，并根据此对机构进行改进。因此机构的受力分析在课程设计中占有重要的地位。5.1 组合方案一动力分析5.11 机构受力分析KHFDBACEG图5-1 方案一动力分析简图举升机构：在举升过程中，由图5-1可知，杆件EG所受外力只有重力W、AB给它的推力和两个铰链A、B的支座反力，CD杆受到油缸给它的推力、货物和车厢等给它的压力、杆EG给它的力和自身重力。因为AB、EG对称，因此它们平分车厢及货物给它的压力。由AB、EG的对称分布可知，杆件受力情况相同，现只取活AB进行受力分析，其受力图如图5-2所示：图5-2 杆件EG受力简图因为车厢在

52、举升过程中并不是匀速运动的，所以根据牛顿第二定律，合外力等于质量与加速度的乘积，可得杆件EG的受力方程：（5.1）倾斜机构：在倾斜过程中，由图5-1可知，杆件DF所受外力只有重力W、油缸给它的推力、两个铰链D的支座反力和运功副F给它的运动副反力。对杆件DF进行受力分析，能够得到油缸的受力情况，根据其受力情况，可以确定油缸规格的选择。杆件DF受力图如图5-3所示：图5-3 杆件DF受力简图由图5-3可知，因为车厢倾斜并不是匀速的，所以根据牛顿第二定律，合外力等于质量与加速度的乘积，曲柄DHF的受力方程为：（5.4）5.1.2 动力仿真分析假设车厢载重量为2吨，车厢重量为0.4吨，因此在Adams

53、动力分析时，定义车厢的重量为400kg，给车厢再增加一个2x9.8=19.6KN的力。（1）举升过程：运用Adams软件测量分析，分别得到杆件EG上的G点、E点和C点处在x、y方向上的分力和合力在举升过程中的变化曲线，如图5-4、5-5、5-6所示。图5-4 G点x方向、y方向受到的力及合力大小动态图由图5-4可知，G点一开始x方向受力较大，后来逐渐减小。这是因为起初传动角较小的缘故，需要很大的力才能推动。后面传动角逐渐变大，需要的力也就逐渐减小。竖直方向受力不变，这是因为重力和货物的重量不变，对杆件EG产生的压力不变。可见，测试结果与理论分析相符合。图5- 5 C点x方向、y方向受到的力及合

54、力大小动态图由图5-5可知，C点 x方向受力起初较大，后来逐渐减小。这是因为起初传动角较小的缘故，需要很大的力才能推动。后面传动角逐渐变大，需要的力也就逐渐减小。竖直方向的力也逐渐减小。 图5-6 E点x方向、y方向受到的力及合力大小动态图由图5-6可知， E点x方向受力相较于G点、C点小了很多，从简图中也不难看出这点。X方向仅受到车厢给它的阻力。后来杆件GE与车厢的夹角逐渐增大，在x方向上的力也逐渐减小。竖直方向E点受力逐渐减小，车厢上升的加速度也随之减小。对比运动分析图，可见此处力的变化与前面加速度曲线的变化是一致的。图5-7 杆件EG 在x方向上的受力图5-8 杆件EG 在y方向上的受力

55、为了便于观察整个杆件EG在受力情况的变化，我们又将GEC点在x方向和y方向上的分力组合到一张图上，如图5-7、5-8所示。从图中可以看出，无论是x方向，还是y方向，合力都基本上约等于0，从而使加速度约为0，速度保持基本不变，保证了车厢的平稳举升，有利于车厢在任何位置停止运动，进行卸货操作。 液压缸受力分析： 图5-9 A点x方向、y方向受到的力及合力大小动态图液压缸的受力情况关系到液压缸的选择和使用寿命，根据其液压缸的受力波动情况，可以选择适合的规格。因此我们又对液压缸处的运动副进行受力分析，得到A点x方向、y方向受到的力及合力大小动态图，如图5-9。由图可知，液压缸起初x方向上受力很大，因为杆