高位自卸汽車設(shè)計說明書

1、JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY機 械 原 理 課 程 設(shè) 計題目： 高 位 自 卸 汽 車 學(xué) 院： 工學(xué)院 姓 名： 劉譯文 學(xué) 號： 20124319 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化班 級： 1202 指導(dǎo)教師： 林金龍 職 稱： 講師 二 一 四 年 六 月目錄摘要- 3 -1 基本要求 - 4 - 1.1 設(shè)計要求 - 4 - 1.2 設(shè)計提示- 5 -2 機構(gòu)選型設(shè)計- 6 - 2.1 舉升機構(gòu)基本要求- 6 - 2.2 舉升機構(gòu)方案比較- 6 - 2.2.1 平行四邊形舉升機構(gòu)- 6 - 2.2.2 雙滑塊推動舉升機構(gòu)- 7 -

2、 2.2.3 剪式舉升機構(gòu)- 8 - 2.3 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)基本要求- 9 - 2.4 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)方案比較 - 9 - 2.4.1 車廂直推滑塊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)- 9 - 2.4.2 連桿直推滑塊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)- 10 - 2.4.3 連桿斜推滑塊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)- 11 - 2.6 后箱門打開機構(gòu)方案比較- 12 - 2.6.1 直桿聯(lián)動頂開機構(gòu)- 12 - 2.6.2 直桿伸縮頂開機構(gòu)- 13 - 2.6.3 圓弧聯(lián)動頂開機構(gòu)- 14 -3 總體機構(gòu)運動簡圖及自由度驗證- 15 - 3.1 總體機構(gòu)運動簡圖- 15 - 3.2 機構(gòu)自由度驗證- 16 - 3.2.1 舉升機構(gòu)- 16 - 3.2.2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)

3、- 16 - 3.2.3 后箱門打開機構(gòu)- 17 -4 機構(gòu)尺度綜合分析- 18 - 4.1 舉升機構(gòu)尺度分析- 18 - 4.2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)尺度分析- 19 - 4.3 后箱門打開機構(gòu)尺度分析- 20 -5 機構(gòu)運動分析- 21 - 5.1 舉升機構(gòu)運動分析- 21 - 5.2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)運動分析- 22 - 5.3 后箱門打開機構(gòu)運動分析- 23 - 5.4 機構(gòu)運動線圖- 24 - 5.5 機構(gòu)運動循環(huán)圖- 24 -結(jié)論與體會- 25 -參考文獻(xiàn)- 26 -附錄- 27 -致謝- 28 -摘要我們在生活中看過許多自卸汽車，目前國內(nèi)生產(chǎn)的自卸汽車,其卸貨方式都為散裝貨物沿汽車大梁卸下,這樣一來

4、卸貨的高度就被固定的,如果需要貨物卸到較高處或使貨物堆積的較高些,尤其是當(dāng)汽車直接向火車車廂卸料以及在建筑、礦產(chǎn)等其他場合，這些自卸汽車就難以滿足要求。為此需設(shè)計一種高位自卸汽車,它能通過一定的機構(gòu)運動平穩(wěn)地將車廂舉升到一定高度后再傾斜車廂卸貨，并且卸貨過程中始終保持后箱門垂直地面，從而保持卸貨時的安全與平穩(wěn)，為此我們準(zhǔn)備設(shè)計高位自卸汽車的舉升機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)以及后箱門打開機構(gòu)。關(guān)鍵詞：高位自卸汽車、舉升機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、后箱門打開機構(gòu)1 基本要求 1.1 設(shè)計要求 (1) 具有一般自卸汽車的功能。 (2) 能將滿載貨物的車廂在比較水平的狀態(tài)下平穩(wěn)

5、地舉升到一定高度，最大升程Smax見表1-1。 (3) 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1-1。為保證車廂的穩(wěn)定性，其最大后移量amax不得超過1.2a。 (4) 在舉升過程中可在任意高度停留卸貨。 (5) 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1-3。 (6) 舉升和傾斜機構(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。 (7) 結(jié)構(gòu)盡量緊

6、湊、簡單、可靠，具有良好的動力傳遞性能。圖 1-1 高位自卸汽車原始狀態(tài)圖 1-2 高位自卸汽車卸貨狀態(tài) 圖 1-3 高位自卸汽車后廂門與車廂相對位置序號車廂尺寸(L×W×H)SmaxaW(kg)L1Hd13800×1800×630195030042002804701.2 設(shè)計提示高位自卸汽車中的舉升機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和后箱門打開機構(gòu)都具有行程較大，做往復(fù)運動及承受較大的載荷的共同特點。齒輪機構(gòu)比較適合連續(xù)的回轉(zhuǎn)運動，凸輪機構(gòu)適合行程和受力都不太大的場合，因此齒輪機構(gòu)與凸輪機構(gòu)都不太適用，連桿機構(gòu)比較適合在這里的應(yīng)用。2 機構(gòu)選型設(shè)計2.1 舉升機構(gòu)基本要求

7、 因為在眾多場合，受到場地因素，普通自卸汽車的卸載高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，所以我們設(shè)計的舉升機構(gòu)要能使得車廂能夠升到將近2m的位置并且水平平穩(wěn)的上移。另外貨物會在下落過程中堆積成圓錐形狀，所以車廂在水平上升的過程中要帶有一定的向后移動。2.2 舉升機構(gòu)方案比較 經(jīng)過我們小組的分析，我們查詢并設(shè)計了三種以下舉升機構(gòu)。2.2.1 平行四邊形舉升機構(gòu) 機構(gòu)運動簡圖如圖 原理 車廂與車底經(jīng)過數(shù)根平行桿件鉸接，桿件之間又通過一水平連桿聯(lián)動，由車底的滑塊作為主動件，向右移動，隨之推動整個連桿做順時針運動達(dá)到車廂上移并且后移的要求 優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單，利于裝配，受力均勻，能夠平穩(wěn)運動。 缺點 由于舉升高度約等于車廂總長的

8、一半，導(dǎo)致聯(lián)接的連桿長度過長，車廂初始與終點位置的左右極限長度與高度嚴(yán)重矛盾，并且使得整體重型偏后，無法合理共存。 總結(jié) 該舉升機構(gòu)不能很好的完成規(guī)定運動。2.2.2 雙滑塊推動舉升機構(gòu) 機構(gòu)運動簡圖如圖 原理 車廂通過一個L字形力臂與車底鉸接，主動件是下端滑塊的上移，使得力臂逆時針旋轉(zhuǎn)，帶動車廂上移并且后移，同時上端滑塊向左移動，使得整個車廂上移過程中保持水平，從而到達(dá)運動目的。優(yōu)點 桿件數(shù)量少，利于受力分析及其設(shè)計，運動過程簡單類似做圓周運動利于控制，滑塊的運動路程短，不易損壞。 缺點 力臂太長導(dǎo)致力矩過大，要想達(dá)到規(guī)定要求需要更大的功率的發(fā)動機及強度更高的鋼材，成本嚴(yán)重過高不夠經(jīng)濟(jì)，車廂

9、與車頭之間的間隙狹小不利于裝配過多桿件，另外在舉升過程中，兩個滑塊難以保持同步良好的移動，直接造成車廂上升過程中左右傾斜，造成嚴(yán)重的危險?？偨Y(jié) 在有限的經(jīng)濟(jì)條件下，不夠經(jīng)濟(jì)，運動過程難以控制保持，不適合在此場合中實施。2.2.3 剪式舉升機構(gòu) 機構(gòu)運動簡圖如圖原理 車廂與車底通過剪式連桿鉸接，通過主動件底端的滑塊向右移動，推動桿件使之整體張開，伴隨著上面兩個可調(diào)節(jié)的的滑塊（調(diào)節(jié)滑塊的左右極限可以控制車廂的的移動的左右極限）車廂水平上升并且同時伴隨后移。優(yōu)點 桿件簡單利于設(shè)計制造，上升過程中兩端受力平穩(wěn)，一個運動本身形成上升并且后移，減少主動件個數(shù)， 移動過程中重心偏移量不大，車廂左右的位移量可

10、通過限制上端滑塊左右極限來微調(diào)，缺點少。缺點 剪式桿件的長度過長容易發(fā)生彎曲變形。總結(jié) 大體符合各種要求，在能達(dá)到規(guī)定運動的同時又能保持平穩(wěn)，構(gòu)件簡單經(jīng)濟(jì)，并且主動件少利于更換，所以舉升機構(gòu)選擇了剪式舉升機構(gòu)。2.3 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)基本要求 因為車廂往往裝載5噸多的重量，所以翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的動力以及平穩(wěn)性都很重要。另外翻轉(zhuǎn)的角度也有要求，最大為55°，所以桿件長度也要求精度很高。     2.4 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)方案比較  經(jīng)過我們小組討論及設(shè)計分析，設(shè)計了以下三種翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。2.4.1 車廂直推滑塊翻轉(zhuǎn)機構(gòu) 機構(gòu)運動簡圖如圖 原理 車廂受到聯(lián)接在車廂底部

11、的滑塊向右移動給予的垂直于滑塊的向上分力，來實現(xiàn)車廂的圓周的翻轉(zhuǎn)運動，從而使得貨物依靠重力傾斜倒出。 優(yōu)點 滑塊的初始運動位置在車廂最長力臂位置，在貨物減少的過程中，力臂隨之減短，最大化的程度減少了連桿受力的大小。 缺點 因為滑塊的初始位置離鉸接位置太遠(yuǎn)，導(dǎo)致滑塊連桿與水平位置的夾角過小，根據(jù)受力分析，滑塊向右的力大部分都作用在了連桿的軸向方向，很導(dǎo)致連桿容易發(fā)生壓彎變形。 總結(jié) 有用功太低，易損壞機構(gòu)，不能選擇。2.4.2 連桿直推滑塊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)機構(gòu)運動簡圖如圖原理 車廂通過滑塊向右移動，推動連桿并且?guī)榆噹闹苻D(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機構(gòu)卸貨目的。優(yōu)點 桿件緊湊，受力大，運動簡單，利于裝配維修。缺點 滑

12、塊的動力要求過大，滑塊連桿與車廂之間的距離太窄，容易形成死點位置，重心偏右，不穩(wěn)定?？偨Y(jié) 依舊有用功太小，雖然緊湊但不適于工程中運作。2.4.3 連桿斜推滑塊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)機構(gòu)運動簡圖如圖 原理 主動件滑塊在斜桿上向上滑動，聯(lián)動推動車廂翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)自卸過程。 優(yōu)點 充分利用了有限的空間，使得滑塊連桿與車廂的夾角最大化，最大限度減少桿件分力。 缺點 力臂太短，受力過大，對滑塊功率要求大?？偨Y(jié) 相比前面兩個機構(gòu)，此機構(gòu)最大程度加大了有用功，減少了成本，提升了可靠性，所以翻轉(zhuǎn)機構(gòu)選擇連桿斜推滑塊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。2.5 后箱門打開機構(gòu)基本要求 車廂在卸料過程中，因為貨物質(zhì)量一般很大，所以要限制其下落的軌跡，即在車廂

13、傾倒的過程中后箱門要始終與地面垂直，在設(shè)計中就必須使得車廂翻轉(zhuǎn)和后箱門打開時同步進(jìn)行的，我們可以用連桿把翻轉(zhuǎn)機構(gòu)與后箱門打開機構(gòu)聯(lián)接，并且設(shè)計要求我們后箱門打開機構(gòu)安裝面不吵過車廂側(cè)面，所以只能設(shè)計在車廂底部。2.6 后箱門打開機構(gòu)方案比較 經(jīng)過我們小組模擬實驗，設(shè)計查詢了以下三種后箱門打開機構(gòu)。2.6.1 直桿聯(lián)動頂開機構(gòu)機構(gòu)運動簡圖如圖 原理 當(dāng)翻轉(zhuǎn)機構(gòu)運動時，通過鉸鏈聯(lián)接帶動聯(lián)接到后箱門的連桿運動，從而推開后箱門。 優(yōu)點 只在原本基礎(chǔ)上增加了一根桿件，簡單易行。 缺點 由于受到尺寸因素影響后箱門無法每時每刻都與地面垂直，違背了開始的設(shè)計理念。 總結(jié) 不符合運動基本要求。2.6.2 直桿伸

14、縮頂開機構(gòu)機構(gòu)運動簡圖如圖 原理 根據(jù)要求，只要后箱門始終垂直地面即可，所以在舉升架上固結(jié)一個空心圓柱軌道，把稍細(xì)的圓柱桿件裝配進(jìn)去，右端的滾動圓盤嵌入后箱門的滑槽中，因此后箱門的軌道被我們限制在垂直地面方向。 優(yōu)點 十分精巧，適用于多種場合，簡約而不簡單。 缺點 由于后箱門始終向下運動，會給連桿一個橫向力，從而使得連桿與圓筒之間的摩擦力變大，另外連桿容易發(fā)生彎曲變形，直接導(dǎo)致桿件卡死在圓筒中。 總結(jié) 靈感不錯，可是實際的可操作性不強，容易發(fā)生故障。2.6.3 圓弧聯(lián)動頂開機構(gòu)機構(gòu)運動簡圖如圖 原理 由第一個后箱門打開機構(gòu)衍生出來，因為后箱門不能每時每刻與地面保持垂直，所以我們只需要改進(jìn)翻轉(zhuǎn)機

15、構(gòu)與后箱門打開機構(gòu)之間的連桿的形狀，從而使得后箱門在與翻轉(zhuǎn)機構(gòu)聯(lián)動過程中又保持垂直地面，根據(jù)分析得出后箱門在翻轉(zhuǎn)過程中是在以一點為圓心做圓周平移，所以我們只需要將連桿設(shè)計成該圓上的一段圓弧即可完成規(guī)定運動。 優(yōu)點 聯(lián)接簡單，桿件緊湊，充分利用空間，符合運動規(guī)律。 缺點 桿件加工稍復(fù)雜，桿件過長。 總結(jié) 相比其他，更加符合構(gòu)件運動規(guī)律。3 總體機構(gòu)運動簡圖及自由度驗證3.1 總體機構(gòu)運動簡圖 總體機構(gòu)運動簡圖初始位置 總體機構(gòu)運動簡圖結(jié)束位置3.2 機構(gòu)自由度驗證3.2.1 舉升機構(gòu)因為5為虛約束，所以只有5個構(gòu)件N5，PL7，PH0，F(xiàn)3×52×70×111為主動

16、件，水平方向運動，動力由電動機或液壓缸提供。3.2.2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)N3，PL4，PH0，F(xiàn)3×32×40×111為主動件，沿機架向右上運動，動力由液壓缸提供。3.2.3 后箱門打開機構(gòu)N3，PL4，PH0，F(xiàn)3×32×40×111為主動件，有1個自由度，由翻轉(zhuǎn)機構(gòu)提供?？偨Y(jié)：整個車廂有2個自由度：水平方向以及豎直方向4 機構(gòu)尺度綜合分析我們選擇如下數(shù)據(jù)作為分析計算序號車廂尺寸(L×W×H)SmaxaW(kg)L1Hd13800×1800×630195030042002804704.1 舉升機構(gòu)尺度

17、分析已知各桿件長度，計算A0A1長度以及B0B1、D0D1水平相對在B0D0上的位移?？偨Y(jié)：符合一般液壓缸行程要求。4.2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)尺度分析已知DCE大小最大為55°，其他桿件長度已知，驗證A0B0與A1B1長度誤差小于3%。總結(jié)：符合材料性能要求4.3 后箱門打開機構(gòu)尺度分析已知各點坐標(biāo)，驗證桿件的長度變形率小于3%，以及D0、D1是否共圓?？偨Y(jié)：符合材料性能要求5 機構(gòu)運動分析5.1 舉升機構(gòu)運動分析經(jīng)網(wǎng)上查詢，找到液壓缸（缸徑80mm、行程1500mm、最大推力85kN、最大拉力40kN）5.2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)運動分析當(dāng)B1CE轉(zhuǎn)了一個很小的角度時，小到近似W沒有減少經(jīng)網(wǎng)上查詢，找到

18、液壓缸（缸徑30mm、行程1200mm、最大推力25kN、最大拉力13kN）5.3 后箱門打開機構(gòu)運動分析利用瞬心法求V2作圖可找出P1、P2兩個時態(tài)的瞬心，初始時候車箱沒有轉(zhuǎn)動，V1=0依上面算出翻轉(zhuǎn)運動構(gòu)件的加速度a=0.625m/s ，又已知A0A1長度為888mm5.4 機構(gòu)運動線圖A:舉升機構(gòu)B:翻轉(zhuǎn)機構(gòu)C:后箱門打開機構(gòu)Yabc:豎直方向的位移量T:時間5.5 機構(gòu)運動循環(huán)圖結(jié)論與體會 經(jīng)過初步的設(shè)計與計算，一個簡單的高位自卸汽車的卸貨機構(gòu)就此完成，我們設(shè)計的這個方案特點上，舉升過程中運用剪式機構(gòu)的三角形帶來較好的穩(wěn)定性，使得在上升過程中，重心位置偏移不大；翻轉(zhuǎn)過程中我們把滑塊最大

19、化的放低，是為了在加長桿件的同時把與車廂的夾角最大化，從而盡可能消除了死點位置并且的省去了大量功耗；后箱門打開機構(gòu)則用一個仿構(gòu)件運動軌跡的方法設(shè)計了一個連桿，使得連桿每時每刻都與后箱門的運動圓心重合，進(jìn)一步實現(xiàn)打開后箱門并與地面垂直的要求。所以說，總體上我們設(shè)計的機構(gòu)能夠穩(wěn)定科學(xué)并且經(jīng)濟(jì)的完成規(guī)定運動。但是，我們的知識能力還是有一定限度，在設(shè)計計算一些地方還有很多不足，比如桿件長度設(shè)計，以及滑塊的大小設(shè)計，以及各個構(gòu)件的運動副聯(lián)接的大小設(shè)計，都沒有完整的經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡姆治鲇嬎悴⒃O(shè)計，在材料的選擇和尺寸設(shè)計以及動力來源問題，這些問題我們會在今后繼續(xù)改進(jìn)。另外，在機構(gòu)尺度計算與運動計算過程中，我們使用的大多是CAD中測量的數(shù)據(jù)，和實際需求還存在差距，這與材料的粗細(xì)，成分，性能都有很大的關(guān)聯(lián)，在有限的條件下，我們爭取做最好。最后說下自己