課程設(shè)計高位自卸車

1、 18 屆機械課程設(shè)計高位自卸汽車的研究 學(xué)生姓名： 熊非 學(xué) 號： 8011214214 所屬學(xué)院：機械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計 班 級： 18-2 指導(dǎo)老師： 張涵 日 期： 2016.06 塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院制前 言隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的全面展開，自卸汽車也發(fā)揮著越來越重要的作用。目前國內(nèi)生產(chǎn)的自卸汽車，其卸貨方式為散裝貨物沿汽車大梁卸下。卸貨高度都是固定的。若需要將貨物卸到較高處或使貨物堆積得較高些，只能先卸載后再靠人力或起重機構(gòu)進行提升搬運到較高處。這樣不僅耗費人力物力，還浪費很多時間，給卸載該來了很多不便。由于目前的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

2、，使它不僅能具有一般自卸汽車的功能，而且能將車廂舉升到一定高度后再傾斜車廂卸貨。為實現(xiàn)這個目的，先將車廂舉升然后翻轉(zhuǎn)車廂進行卸貨，可以將車廂舉升到任意高度后停止舉升，然后車廂翻轉(zhuǎn)以達到自動卸貨。為了實現(xiàn)高位自卸汽車的設(shè)計要求，再設(shè)計過程中主要考慮把工作分解，使用舉升機構(gòu)實現(xiàn)車廂的舉升，在舉升過程中通過關(guān)閉或打開液壓缸的進出油路使舉升機構(gòu)穩(wěn)定的停止在任意高度；使用翻轉(zhuǎn)機構(gòu)實現(xiàn)車廂翻轉(zhuǎn)，車廂翻轉(zhuǎn)只要實現(xiàn)最大翻轉(zhuǎn)角度達到設(shè)計要求和結(jié)構(gòu)在翻轉(zhuǎn)過程中的平穩(wěn)就可以了。就機構(gòu)設(shè)計要實現(xiàn)的目的來看，機構(gòu)上的點沒有要求具體的運動軌跡，只要實現(xiàn)指定位置的機構(gòu)的綜合就可以了，這個設(shè)計主要是通過四桿機構(gòu)來實現(xiàn)。就機構(gòu)

3、選擇和設(shè)計的過程中除了機構(gòu)分析還要考慮到結(jié)構(gòu)的受力和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定即使用過程中維護的方便。關(guān)鍵詞：高位 舉升 翻轉(zhuǎn) 自卸 一、 設(shè)計題目簡介 目前國內(nèi)生產(chǎn)的自卸汽車其卸貨方式為散裝貨物沿汽車大梁卸下，卸貨高度都是固定的。若需要將貨物卸到較高處或使貨物堆積得較高些，目前的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，它能將車廂舉升到一定高度后再傾斜車廂卸貨）。二、 設(shè)計數(shù)據(jù)與要求1.具有一般自卸汽車的功能。2.在比較水平的狀態(tài)下,能將滿載貨物的車廂平穩(wěn)地舉升到一定的高度，最大升程Smax見表。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。為保證車廂的穩(wěn)定

4、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。6.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。7.結(jié)構(gòu)盡量緊湊、簡單、可靠，具有良好的動力傳遞性能。方案號車廂尺寸（LxWxH)Smaxa/mmW/kgL/mmH/mmF3600x1800x61020502503900250450 尺寸單位：mm 三、 設(shè)計任務(wù)1. 設(shè)計高位自卸汽車相關(guān)機構(gòu)，應(yīng)包括起升機構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和后廂門打開機構(gòu)。2. 提出2、3個方案。主要考慮

5、滿足運動要求、動力性能、制造與維修方便、結(jié)構(gòu)緊湊等方面的因素，對方案進行論證，確定最優(yōu)方案。3. 畫出最優(yōu)方案的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。4. 對高位自卸汽車的起升機構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和后廂門打開機構(gòu)，進行尺度綜合及運動分析，求出各機構(gòu)的輸出件的位移、速度、加速度，繪制機構(gòu)運動線圖。5. 編寫設(shè)計計算說明書。 6. 完成高位自卸汽車的模型實驗驗證。四、 機構(gòu)提示高位自卸汽車中的起升機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和后廂門打開機構(gòu)都具有行程較大，做往復(fù)運動及承受較大載荷的共同特點。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。所以齒輪機構(gòu)與凸輪機構(gòu)都不太合適用在此場合。連桿機構(gòu)比較適合在這里

6、的應(yīng)用。下面用連桿機構(gòu)分別設(shè)計高位自卸車的起升機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和后想打開機構(gòu)。4.1、舉升機構(gòu)的設(shè)計 舉升機構(gòu)的的設(shè)計在首先必須滿足比較水平的狀態(tài)下,能將滿載貨物的車廂平穩(wěn)地舉升到一定的高度，最大升程Smax，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。為保證車廂的穩(wěn)定性，其最大后移量amax不得超過1.2a，并且在舉升過程中可在任意高度停留卸貨。利用連桿機構(gòu)實現(xiàn)車廂的舉升，其安裝空間不能超過車廂底部與大梁間的空間。結(jié)構(gòu)盡量緊湊，可靠，具有良好的動力傳遞性能。下面列舉出幾種方案以及它們的特點，進行比較選擇恰當(dāng)?shù)臋C構(gòu)：方案一：平行四邊形舉升機構(gòu)如上圖所示平行四

7、邊形舉升機構(gòu)，ABCD形成一平行四邊形，桿AD在液壓油缸的帶動下繞A軸轉(zhuǎn)動，從而完成車廂的舉升和下降。該機構(gòu)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。但是車廂上移時，其后移量很大，滿足不了技術(shù)要求.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AD、BC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)。方案二：兩級剪式舉升機構(gòu)如上圖所示兩級剪式舉升機構(gòu)，EF代表車廂，機架代表車底座。在液壓缸MN的推動下，滑塊A向右移動，同時滑塊F向左運動，雙剪式機構(gòu)向中間靠攏，由于桿長不變，使得車廂向

8、上運動，且同時向右運動，這樣就實現(xiàn)了車廂的舉升動作。該機構(gòu)不但能夠保證車廂在舉升和下降過程中保持水平，穩(wěn)定性好 ，卸貨方便，并且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能夠協(xié)調(diào)舉升和后移間存在的函數(shù)關(guān)系，同時該機構(gòu)的受力狀況良好，將液壓缸布置在機構(gòu)的中間部位，很好的解決了退成要求很大的缺點。但是該結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易加工、安裝和維修。4.2、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計 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。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。結(jié)構(gòu)盡量緊湊，可靠，具有良好的動力傳遞性能。方案一：單缸前置直推式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)直推式傾斜機構(gòu)的液壓缸直接作用在車廂上，不需要通過桿系作用，機構(gòu)布置簡

9、單，結(jié)構(gòu)緊湊，舉升效率高，在相同的舉升載荷下，前置式需要的舉升力較小，舉升時車廂橫向剛度大。但是液壓缸活塞的工作行程長，故一般采用多級伸縮式套筒液壓缸，使液壓缸制造工藝復(fù)雜，密封性稍差，并且該機構(gòu)橫向強度差。 方案二：滑塊傾斜機構(gòu)RS代表車廂，PR桿一端鉸接在車廂的R點上，另一端與滑塊P鉸接，當(dāng)要翻轉(zhuǎn)車廂時，只需要推動液壓缸OP，帶動滑塊P向右移動，就能使車廂PS繞S點轉(zhuǎn)動。該機構(gòu)比較簡單，需要的零件比較少，易于加工和安裝。液壓缸一直處于水平，比較容易控制。但是初始時傳動角較小，需要液壓缸較大的推力；并且對PR桿強度要求較高。4.3、后箱門打開機構(gòu)的設(shè)計 后箱門打開機構(gòu)是高位卸貨的重要環(huán)節(jié)，后

10、箱門打開機構(gòu)的設(shè)計要滿足以下幾個基本要求：（1）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，因此后廂門的輸入機構(gòu)和傾斜機構(gòu)相同，即由同一個液壓缸帶動；（3）后廂門打開機構(gòu)的安裝面不超過車廂側(cè)面，即要求結(jié)構(gòu)緊湊。方案一：導(dǎo)桿滑塊后箱門啟閉機構(gòu)該機構(gòu)就是一個簡單的4連桿機構(gòu)，其中連桿1是和后箱門固連在一起的，3是一個可以繞車廂體轉(zhuǎn)動的移動副。在車廂翻轉(zhuǎn)時，通過聯(lián)動機構(gòu)使連桿2在3內(nèi)滑動，從而推動1繞C旋轉(zhuǎn)，從而使后廂門開啟。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、成本低，能夠保證車廂門打開和關(guān)閉的準確位置，比較容易實現(xiàn)和車廂的聯(lián)動關(guān)系，另外，計算也比較的簡單。但是該機構(gòu)

11、中2桿在轉(zhuǎn)動的同時還要在移動副中進行滑動，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。方案二：雙四桿機構(gòu)后箱門啟閉架構(gòu)該機構(gòu)完全由四桿機構(gòu)構(gòu)成，其中的一根桿2就是車廂的后門。另外兩根桿1和3都是鉸接在車廂體上的。當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)時，通過聯(lián)動機構(gòu)使桿3轉(zhuǎn)動，從而帶動后廂門2轉(zhuǎn)動，完成其開啟和關(guān)閉動作。該機構(gòu)利用曲柄搖桿機構(gòu)，以搖桿作為輸入構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，傳動可靠，成本低。較易實現(xiàn)與其他機構(gòu)的聯(lián)動，能夠確保車廂門的打開和關(guān)閉的時候的準確位置。但是該機構(gòu)由搖桿作為主動件，易出現(xiàn)死點，因此該機構(gòu)對尺寸要求比較高。4.4、組合機構(gòu)的設(shè)計經(jīng)過前面的各個機構(gòu)優(yōu)缺點

12、比較，最終確定的第方案的三個部分分別選擇：雙剪式舉升機構(gòu)、滑塊傾斜機構(gòu)、重力直接打開機構(gòu)來進行設(shè)計分析 4.4.1、機構(gòu)尺寸的設(shè)計：1、舉升機構(gòu)的計算根據(jù)設(shè)計要求，舉升機構(gòu)需要滿足：方案號車廂尺寸（LxWxH)Smaxa/mmW/kgL/mmH/mmF3600x1800x61020502503900250450(1) 計算桿長及其在機構(gòu)中的位置舉升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖，建立直角坐標系，如下圖所示：根據(jù)以上數(shù)據(jù)綜合出各桿的長度，設(shè)AD=BC=CF=DE=，初始位置HAB=，到達最大升程時HAB=，由幾何關(guān)系可得另外,需滿足整個舉升機構(gòu)不超過車廂底部安裝空間，此時還需考慮夾層厚度d，得取則取由上式聯(lián)立可

13、以求解，得即（2）計算液壓桿的位置及其相關(guān)尺寸，機構(gòu)簡圖如圖所示，建立相應(yīng)的直角坐標系：圖5-3設(shè)油缸的推力為F，推程為S，車廂重力為G，上升高度為H，則FS=GH。欲使液壓缸受力最小，則推程應(yīng)該盡量的大。各點的坐標分別為C(0,200) H(864.58,300) G(864.58,100) 。所以 =0.1157 (1)令HM=400，根據(jù)對稱性的NG=HM=400。過點H做，此時 (2) (3)初始狀態(tài)時，桿與水平面夾角為，舉升到最大高度時，桿與水平面的夾角為所以初始狀態(tài)時, (4)舉升到最大高度時， (5) 在CMG之中，根據(jù)公式： （6）將（2）（3）（4）（5）帶入到（6）中，求解

14、可得，初始狀態(tài)下，MG=802.02舉升到最大高度時，MG=858.87綜上可得，油桿的初始長度為802.02，舉升到最大高度后長度為858.87。由（1）且NG=400可得N點的坐標得N(1261.94,145.96)同理可得，M(467.22,254.04)2、滑塊傾斜翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的尺寸計算機構(gòu)簡圖如下圖所示，并且建立相應(yīng)的直角坐標系：各點的坐標分別為 (1) (2) (3)最大翻轉(zhuǎn)角為，即取RS=1000，帶入式(2)中可得PR=1428.15此時，液壓桿伸長量可以根據(jù)公式： (4) (5)將PR=1428.15，RS=1000代入(5)式，得PS=1743.45將PS=1743.45 PR

15、=1428.15 RS=1000帶入（4）式中得=2760.40所以各點的坐標分別為O(0,0)、P(1428.15,0)、R(2760.40,1009.85)、S(3500,0)初始狀態(tài)時，取OS=3500,所以O(shè)P=OS-PR-RS，代入數(shù)據(jù)到上式，可得OP=1071.85翻轉(zhuǎn)完成后OP=0S-PS 則OP=3500-1743.45=1756.55所以液壓桿的初始長度要小于OP，取合適的尺寸。3、重力開啟后廂門打開機構(gòu)設(shè)計翻轉(zhuǎn)原理：在車廂翻轉(zhuǎn)后，后廂門在重力的作用下自動打開，開始卸貨，卸貨完成后，貨車恢復(fù)水平位置，后廂門隨之自動關(guān)閉，易于實現(xiàn)。4.4.2、組合機構(gòu)總圖如下：五、 結(jié)束語通過將近一個學(xué)期的努力，從“高位自卸汽車”項目方案的提出，到汽車零部件的設(shè)計、校核，再到高位自卸汽車的運動分析，動力設(shè)計以及AMAMS仿真，我們小組經(jīng)歷了一次又一次的討論研究和分析比較，高位自卸汽車的設(shè)計已基本完成。在整個課程設(shè)計的設(shè)計計算過程中，主要用到了學(xué)習(xí)到的關(guān)于機械設(shè)計方面的知識和三維建模軟件的應(yīng)用。在機構(gòu)設(shè)計和選擇中，我