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1、西南交通大學 機械綜合設計機械綜合設計 I I 設計說明書設計說明書 設計題目：高位自卸汽車 學生姓名： 所在班級： 指導老師： 2012 年 06 月 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 2 目錄目錄 第一章第一章 問題的提出問題的提出 .4 1.1 項目背景.4 1.2 設計技術要求.5 第二章第二章 方案的比較方案的比較 .6 2.1 整體設計.6 2.1.1構想6 2.1.2設計中需要考慮的問題7 2.2 舉升機構的比較.7 2.2.1方案一：平行四邊形舉升機構7 2.2.2方案二：液壓缸直推舉升機構8 2.2.3方案三：滑槽舉升機構9 2.2.4方案四：雙平行四邊形舉升機構

2、10 2.2.5：雙剪式舉升機構.11 2.3 傾斜機構的比較.11 2.3.1方案一：液壓缸直推傾斜機構12 2.3.2方案二：液壓缸連桿傾斜機構12 2.3.3方案三：搖塊傾斜機構13 2.3.4方案四：“之”字形傾斜機構14 2.3.5方案五：滑塊傾斜機構15 2.4 車廂聯(lián)動打開機構的比較.16 2.4.1方案一：重力直接打開機構16 2.4.2方案二：搖塊頂開機構16 2.4.3方案三：滑塊打開機構17 2.4.4方案四：搖桿打開機構18 2.5 機構綜合.18 2.5.1第一套方案的確定18 2.5.2第二套方案的確定19 2.5.3第三套方案的確定20 第三章第三章 機構尺寸設計

3、機構尺寸設計 .21 3.1 滑槽舉升機構.21 3.1.1 滑槽舉升機構（搖桿式）的引入.21 3.1.2 搖桿式舉升機構的幾何尺寸設計.22 3 3.1.3 滑槽舉升機構（搖塊式）的引入.24 3.1.4 搖塊式舉升機構的幾何尺寸設計.25 3.2 傾斜機構的設計.30 3.2.1 傾斜機構的引入.30 3.2.2 傾斜機構的分析計算.30 3.3 車廂聯(lián)動打開機構設計.32 3.3.1 車廂聯(lián)動打開機構導入.33 3.3.2 車廂聯(lián)動打開機構的分析計算.34 3.4 關鍵尺寸的優(yōu)化.34 3.5 機構的運動分析.34 第四章第四章 第二套方案的設計第二套方案的設計 .41 4.1 行平四

4、邊形舉升機構.41 4.1.1平行四邊形舉升機構的引入41 4.1.2雙平行舉升機構的幾何尺寸設計43 4.1.3建立坐標系50 4.2 翻轉機構的設計分析.50 4.2.1翻轉機構的分析計算51 4.2.2建立坐標系51 4.3 后廂門的啟閉機構的設計.52 4.3.1 后廂門的啟閉機構導入.52 4.3.2 后廂門的啟閉機構的分析計算.53 4.4 機構的運動分析.53 第五章第五章 第三套方案的設計第三套方案的設計 .62 5.1 雙剪式舉升機構.62 5.1.1雙剪式舉升機構的引入62 5.1.2 雙剪式舉升機構的幾何尺寸設計.63 5.2 滑塊傾斜翻轉機構設計.67 5.2.1滑塊傾

5、斜翻轉機構的引入67 5.2.2滑塊傾斜翻轉機構的尺寸計算68 5.3 重力開啟后廂門打開機構設計.70 5.4 機構總圖.71 5.5 模擬仿真分析.72 5.5.1滑塊的特性曲線72 5.5.2箱體的特性曲線74 5.5.3夾板的特性曲線76 結束語結束語 .80 致謝致謝 .81 參考文獻參考文獻 .82 4 第一章第一章 問題的提出問題的提出 1.1 項目背景項目背景 目前市面上存在的工程自卸汽車，其卸貨方式均為車廂在液壓缸的推動作用下沿車底 座轉動一定角度后，后廂門打開，散裝貨物沿汽車大梁卸下， （如圖 1.1 就是傳統(tǒng)的自卸汽 車卸貨方式）其卸貨高度都是固定的。如果需要將貨物卸到一

6、定的高度或使貨物堆積得較 高些，傳統(tǒng)的自卸汽車就不能夠滿足要求了。如：石料廠、煤廠、建筑工地等工地上，貨 物一堆堆的傾倒在貨場，不僅占地面積較大，而且散亂難以管理。若想將貨物集中起來堆 積的更高些，還需要有鏟土機或大量的勞力，這樣將會延誤工時，影響工作效率。 圖 1.1 傳統(tǒng)后傾式自卸汽車 為此需要設計一種新式的高位自卸汽車，如圖 1.2 所示為汽車卸貨前的初始狀態(tài)。當 高位自卸汽車卸貨的時候，如圖 1.3，它能將車廂舉升到一定高度后再傾斜車廂卸貨，滿 足不同環(huán)境的要求。圖上的初始設計尺寸參數及 Lt、L、Hd、H 及舉升量 Smax、后移量 a 的設計要求均見表 1.1。 5 圖 1.2 高

7、位自卸汽車未卸貨前 圖 1.3 高位自卸汽車卸貨時 1.2 設計技術要求設計技術要求 （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)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，車廂恢復水平狀態(tài)，后廂門也 隨之可靠關閉，后廂門和車廂的相對位置見圖 1.4。 6 圖 1.4 后廂門和車廂的相對位置 （6）

8、舉升和傾斜機構的安裝空間不超過車廂底部與大梁間的空間，后廂門打開機構的安裝 面不超過車廂側面。 （7）結構盡量緊湊、簡單、可靠，具有良好的動力傳遞性能。 車廂尺寸(LWH)SmaxaW(kg)LtHd 4000200064018003805000300500 表 1.1 設計的整體尺寸要求 第二章第二章 方案的比較方案的比較 2.1 整體設計整體設計 2.1.1 構想構想 根據第 1 章第 1.2 節(jié)提出的設計技術要求，本設計把高位自卸汽車的設計大致分為三 個部分來進行設計，即舉升機構、傾斜機構、后廂門聯(lián)動打開機構。傾斜貨物時需要先 將車廂舉升到一定高度，然后翻轉車廂把后廂門打開就能滿足不同條

9、件的卸貨。如圖 2.1 所示為高位自卸汽車傾卸貨物的運動流程圖。 車廂舉升 開始卸貨 車廂傾斜 7 圖 圖 2.1 汽車傾卸貨物的運動流程 舉升機構的設計是指通過設計機構來實現(xiàn)汽車能將滿載貨物的車廂在比較水平的狀 態(tài)下平穩(wěn)地上升到一定高度，且在車廂上升過程中逐步后移，并能在上升過程中的任意 高度停留卸貨的功能；傾斜機構的設計是指設計機構使在車廂被舉升到一定高度后，車 廂能繞著車體轉過一定的角度，以方便卸貨；后廂門聯(lián)動打開機構的設計是指設計機構 實現(xiàn)車廂傾斜卸貨時，后廂門隨之聯(lián)動打開，方便卸貨；卸貨完畢，車廂恢復水平狀態(tài)， 后廂門也隨之可靠關閉的功能。 2.1.2 設計中需要考慮的問題設計中需要

10、考慮的問題: （1）舉升與傾斜機構的結合且不影響各部分的功能。 （2）機構的動力機構的方式和設計及合理布局。 （3）如何保證在恰當的時機實現(xiàn)兩種不同運動形式的連貫性。 （4）機構應具有簡單易修理的特性，以保證其能長期使用并擁有穩(wěn)定的安全性能。 （5）機構體積大小和取材應合理，以保證其美觀。 （6）制作成本不宜太高，應盡量控制在合理的范圍之內。 廂門打開 開始卸貨完畢復位 8 2.2 舉升機構的比較舉升機構的比較 2.2.1 方案一：平行四邊形舉升機構方案一：平行四邊形舉升機構 圖 2.2 平行四邊形舉升機構 原理分析：如圖 2.2 所示，ABCD 剛好構成一個平行四邊形機構，AB 桿在液壓缸

11、EF 的推動下，可以繞 A 點轉動，CD 桿繞 C 點轉動，在整個轉動過程中 BD（即車廂）始終 保持在同一高度，從而實現(xiàn)了車廂平穩(wěn)舉升且逐漸后移的動作。如表 2.1 為平行四邊形舉 升機構的優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、在舉升或下降過程中能夠保證車廂一 直處于比較水平狀態(tài)； 2、機構簡單，易于加工和安裝。 1、要實現(xiàn)設計要求的舉升量和后移量，需 要把 CD、AB 桿做的比較長，經計算， 至少要 5、6m 長才能實現(xiàn)要求，這已經 超過車廂長度，不可能實現(xiàn)； 2、液壓缸的行程太長。 表 2.1 方案比較 9 2.2.2 方案二：液壓缸直推舉升機構方案二：液壓缸直推舉升機構 2.3 液壓缸直

12、推舉升機構 原理分析：如圖 2.2 所示，液壓缸 CD、EF 安裝在一個與車底座具有相對滑動功能的 裝置上，該裝置在液壓缸 AB 的推動作用下就能實現(xiàn)相對滑動。同時車廂的上升動作由 CD、EF 液壓缸的共同推動來實現(xiàn)。這樣在液壓缸 AB、CD、EF 的共同作用下就能夠實現(xiàn) 車廂舉升同時逐步后移的動作。如表 2.2 為液壓缸直推舉升機構的優(yōu)缺點比較 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、在舉升過程中能夠保證車廂處于比 較水平的狀態(tài)； 2、機構比較簡單，只需要液壓缸就能 實現(xiàn)舉升。 1、 需要液壓缸的數量比較多，不易控制； 2、 由于車廂上升是由液壓缸直接推動的， 而根據設計要求，需要液壓缸的推程是 1800mm

13、，這會使得液壓缸的長度很長， 不利于實際生產。 表 2.2 方案比較 10 2.2.3 方案三：滑槽舉升機構方案三：滑槽舉升機構 圖 2.4 滑槽舉升機構 原理分析：如圖 2.4 所示，滑塊 D 是固定在車廂底的，機架代表車底座，BCD 為一導 桿。把車廂上的滑塊 D 安裝在車底座上有一定角度的滑槽內（滑槽的角度由車廂后移量和 上升量決定的） ，這樣在液壓缸 AC 的推動作用下就能實現(xiàn) D 沿滑槽滑動，這樣就實現(xiàn)了 車廂同時上升和后移。如表 2.3 為滑槽舉升機構的優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、車廂始終處于滑槽內，使車廂在舉 升過程中一直處于比較水平； 2、機構比較簡單，需要的零件類型比

14、 較少，易于加工和安裝。 1、根據舉升設計數據要求，需要將滑槽做 的很高，對滑槽的剛度要求較大，同時 增加了車自身的重量； 2、要滿足設計要求，BCD 導桿的長度將達 到 2m 多，對它的強度剛度要求較大。 表 2.3 方案比較 11 2.2.4 方案四：雙平行四邊形舉升機構方案四：雙平行四邊形舉升機構 圖 2.5 雙平行四邊形機構 原理分析：如圖 2.5 所示，GACD 為下平行四邊形機構，GDJH 為上平行四邊形機構， HIJ 代表車廂，在液壓缸 ML 的推動作用下，GFD 桿移動（GFD 始終保持水平） ，從而使 車廂 HIJ 也始終保持水平的運動，就能夠實現(xiàn)車廂的舉升運動，機構中的 F

15、I、FB 形成的 轉動副為虛約束。如表 2.4 為本機構的優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、解決了單平行四邊形機構桿長太長 的問題； 2、機構較緊湊，能夠滿足舉升過程中 的平穩(wěn)性。 1、構件較多，機構比較復雜，不便于制造、 安裝和維修； 2、運動副多，鉸鏈點的受力問題比較關鍵； 3、由于舉升的原動力有兩個液壓缸來提供， 增大液壓缸的負載。 表 2.4 方案比較 12 2.2.5：雙剪式舉升機構：雙剪式舉升機構 圖 2.6 雙剪式舉升機構 原理分析：如圖 2.6 所示，EF 代表車廂，機架代表車底座。連桿 AD、BC 鉸接于點 H；CF、ED 鉸接于點 G，滑塊 A 與車底座形成移動副，滑塊

16、F 和車廂形成移動副。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，雙剪式機構向中間靠攏，由 于桿長不變，使得車廂向上運動，且同時向右運動，這樣就實現(xiàn)了車廂的舉升動作。如表 2.5 為雙剪式舉升機構的優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、結構緊湊，能夠滿足舉升過程中的 平穩(wěn)性； 2、比較容易控制上升量和后移量，滿 足設計要求。 1、機構比較復雜，不便于制造、安裝和維 修； 2、運動副多，鉸鏈點的受力問題比較關鍵； 3、液壓缸鉸接在連桿間，對液壓缸的安裝 要求較高。 表 2.5 方案比較 2.3 傾斜機構的比較傾斜機構的比較 13 2.3.1 方案一：液壓缸直推傾斜機構方

17、案一：液壓缸直推傾斜機構 圖 2.7 液壓缸直推傾斜機構 原理分析：如圖 2.7 所示，本機構的原理比較簡單。在液壓缸 QR 的推動下，車廂 QP 繞著點 P 轉動，就實現(xiàn)車廂的傾斜動作。表 2.6 是本方案的優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、 機構簡單、實用，目前應用比較廣泛； 2、 采用單液壓缸，容易控制車廂傾角。 1、 采用單液壓缸，機構的橫向強度較差； 2、 液壓缸所需的行程較長。 表 2.6 方案比較 2.3.2 方案二：液壓缸連桿傾斜機構方案二：液壓缸連桿傾斜機構 2.8 液壓缸連桿傾斜機構 14 原理分析：如圖 2.8 所示，機構的工作原理比較簡單。在液壓缸 PR 的推動下，帶

18、動 SQR 桿的轉動，實現(xiàn)車廂 ST 繞 T 點的轉動。如表 2.7 為本設計機構的優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、機構比較簡單； 2、機構比較簡單，需要的零件類型比 較少，易于加工和安裝； 3、比較容易控制車廂的傾斜角度。 1、機構的橫向強度較差； 2、在車廂傾斜過程中，傳動角比較小，對 液壓缸的負載能力要求比較高。 表 2.7 方案比較 2.3.3 方案三：搖塊傾斜機構方案三：搖塊傾斜機構 圖 2.9 搖塊傾斜機構 原理分析：如圖 2.9 所示，PQ 代表車廂，PS 桿一端鉸接在車廂的 P 點上，另一端與 搖塊 S 形成移動副，轉動 S 帶動 PS 在搖塊內移動實現(xiàn)車廂 PQ 繞 Q

19、點的轉動。如表 2.8 為 本機構的優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 15 1、機構比較簡單，需要的零件比較少， 易于加工和安裝。 1、需要比較大的動力來轉動搖塊； 2、要滿足設計要求，PS 導桿的長度較大， 對強度要求較高。 表 2.8 方案比較 2.3.4 方案四：方案四：“之之”字形傾斜機構字形傾斜機構 圖 2.10 之字形傾斜機構 原理分析：如圖 2.10 所示，TU 為車廂，在液壓缸 PR 的推動作用下，SQ 桿轉動， 從而帶動 ST 桿轉動，使車廂 TU 繞 U 點轉動，實現(xiàn)車廂的傾斜動作。如表 2.9 為本機構的 優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、 機構簡單，方便安裝； 2、 在

20、車廂舉升的同時就能將車廂傾 斜卸貨。 1、液壓缸的行程較大，對液壓缸的負載能 力也要求較高； 2、ST、SQ 桿較長，對兩桿的強度要求較大。 3、機構的橫向強度較差。 表 2.9 方案比較 16 2.3.5 方案五：滑塊傾斜機構方案五：滑塊傾斜機構 圖 2.11 滑塊傾斜機構 原理分析：如圖 2.11 所示，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，當要翻轉車廂時，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 點轉動。如表 2.10 為本機構的優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、 機構比較簡單，需要的零件比較 少，易于加工和安裝

21、。 2、 液壓缸一直處于水平，比較容易 控制。 1、初始時傳動角較小，需要液壓缸較大的 推力； 2、對 PR 桿強度要求較高。 表 2.10 方案比較 17 2.4 車廂聯(lián)動打開機構的比較車廂聯(lián)動打開機構的比較 2.4.1 方案一：重力直接打開機構方案一：重力直接打開機構 圖 2.12 重力直接打開機構 原理分析：如圖 2.12 所示，利用在車廂傾斜過程中貨物的重力作用直接推動后廂門的 打開，實現(xiàn)卸貨，卸貨完畢后，在車廂門自身的重力作用下又能夠實現(xiàn)自動關閉了這種設 計比較簡單，安全可靠，容易想到。如表 2.11 為本機構的優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、 機構比較簡單，不需要其他任何輔助

22、機構，十分經濟； 2、 容易聯(lián)想到，能夠實現(xiàn)設計要求。 1、不能實現(xiàn)自鎖。 表 2.11 方案比較 2.4.2 方案二：搖塊頂開機構方案二：搖塊頂開機構 2.13 搖塊頂開機構 18 原理分析：如圖 2.12 所示，本機構是相當于一個四桿機構 WX 為廂門，其在 W 點與 車廂鉸接，在 X 點與 XY 桿鉸接，XY 與鉸接在車廂上的滑塊 Y 形成移動副。當車廂翻轉 時，通過聯(lián)動機構使滑塊 Y 繞車廂轉動，使 XY 相對滑塊 Y 移動，就能使車廂門 WX 繞 W 點轉動，實現(xiàn)車廂門的打開。如表 2.12 為本設計機構的優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、 結構簡單，自鎖性較好；1、要使轉動 Y

23、時，XY 桿要移動且轉動， 要精確控制廂門的打開角度，對零件的精度 要求較高。 表 2.12 方案比較 2.4.3 方案三：滑塊打開機構方案三：滑塊打開機構 圖 2.14 滑塊打開機構 原理分析：如圖 2.14 所示，UV 代表車廂門，其上端與連桿 UX 鉸接，下端與連桿 WV 鉸接，滑塊 Y 與車廂底部形成移動副。在車廂傾斜過程中，通過聯(lián)動機構移動滑塊 Y，使 WV 桿轉動，使車廂門 UV 繞 V 點轉動，實現(xiàn)車廂門的聯(lián)動打開。如表 2.13 為本機 構的優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、 機構比較緊湊，能夠可靠且準確 控制廂門的打開角度； 2、 通過移動滑塊來實現(xiàn)聯(lián)動打開， 比較方便。

24、1、 對于只需實現(xiàn)廂門的聯(lián)動打開，機構有 點復雜； 2、 計算相對比較復雜。 19 表 2.13 方案比較 2.4.4 方案四：搖桿打開機構方案四：搖桿打開機構 圖 2.15 搖桿打開機構 原理分析：如圖 2.15 所示 UV 為車廂門，其上端與 WU 桿鉸接，下端與 XV 桿鉸接， 在車廂傾斜卸貨時，只需通過聯(lián)動機構轉動 XV 桿，就能實現(xiàn)車廂門 UV 繞 V 點的轉動。 如表 2.14 為本機構的優(yōu)缺點比較。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1、 機構簡單，方便安裝； 2、 能夠比較準確控制車廂門啟閉時 的位置，自鎖行好。 1、不易控制車廂在傾斜過程中廂門始終保 持豎直。 表 2.14 方案比較 2.5

25、 機構綜合機構綜合 2.5.1 第一套方案的確定第一套方案的確定 經過前面的各個機構優(yōu)缺點比較，最終確定的第一套方案的三個部分分別選擇：滑槽 舉升機構、液壓缸直推傾斜機構、搖桿打開機構來進行設計分析，如圖 2.16 為第一套方案 20 的機構簡圖。 圖 2.16 2.5.2 第二套方案的確定第二套方案的確定 經過前面的各個機構優(yōu)缺點比較，最終確定的第二套方案的三個部分分別選擇：雙平 行四邊形舉升機構、搖塊傾斜機構、搖塊頂開機構來進行設計分析，如圖 2.17 為第一套方 案的機構簡圖。 圖 2.17 21 2.5.3 第三套方案的確定第三套方案的確定 經過前面的各個機構優(yōu)缺點比較，最終確定的第三

26、套方案的三個部分分別選擇：雙剪 式舉升機構、滑塊傾斜機構、重力直接打開機構來進行設計分析，如圖 2.18 為第一套方案 的機構簡圖。 圖 2.18 22 第三章第三章 機構尺寸設計機構尺寸設計 3.1 滑槽舉升機構滑槽舉升機構 3.1.1 滑槽舉升機構（搖桿式）的引入滑槽舉升機構（搖桿式）的引入 如圖 3-0 所示為設計的舉升機構的簡圖，其原理是把設計的車廂置于一個傾斜 的固定導槽內，車廂下部的夾板連接一個可以自由轉動的氣缸，這樣在油缸的推動 作用下，車廂就能夠沿著導槽移動，就實現(xiàn)了車廂在上升的同時逐步后移。 在導槽式的舉升機構設計時，最先被列入考慮的的乃是最為簡單的搖桿機構，如下 圖 3-1

27、 所示： 23 圖 3-1 滑槽舉升機構 （搖桿式）結構非常簡單，整個機構僅有一個液壓缸（AC)和 一根搖桿 (BD)組成，而其尺寸則主要由車廂要求的舉升高度與后移量來確定。但 是此方案可能需要的構件的尺寸不太符合要求。 3.1.2 搖桿式舉升機構的幾何尺寸設計搖桿式舉升機構的幾何尺寸設計 由于本設計的計算都比較簡單，計算都是根據各幾何關系及設計者自己設計的 一些數據，故本設計的計算不用矩陣法計算，也不用電腦編程計算。先建立直角坐 標系，如下圖3-2 所示： 24 圖 3-2 1. 滑槽傾斜角的設計：由圖 3-2 可知，導槽的傾斜角度 tan=Smax/a=1800/380=4.74 所以 =

28、arctanSmax/a=78.08。 圖 3-2 1. 液壓缸和搖桿的長度設計： 先設夾板的厚度為d（d500，由車廂低與車體的尺寸所決定），各點 坐標分別為 A (XA ，YA)、B（XB ， YB)、C (XC， YC)、D (XD， YD)、C (XC， YC)、D (XD， YD)。由圖 3-1 可知： BD BD XX YY BC BC Y-X Y-Y (3.1.1) (3.1.2) BD BD BC BC XX YY XX YY （1） 、 （2）式是由 C、C兩點分別在BD、BD兩條直線上而列出的。由 設計要求液壓缸最短不低于1000 mm，最長時不大于1700 mm，可以得到

29、： AC1000 mm ， AC1700 mm (3.1.3) 根據初始位置和運動終點位置，可以得到如下的兩個方程式： BD=2300 mmd . (3.1.4) 2sin BD=500 mmd . (3.1.5)1sin 由三角形余弦定理有（ABC)： 25 . (3.1.6) 222 1cos 2 BCABAC ABBC 根據該舉升機構的結構簡圖，列取了上述的幾個數學公式，一些具體的尺寸就 必須由設計者自行進行設計。根據結構簡圖及一些資料的查詢，初步擬大致的尺寸 如下（如果算得不符合要求可以適當的調整數據）： d= 100 mm (d 500 mm) 對于正三角形，它的三邊相等，受外力的時

30、候能夠很好地把力均分出去。所 以，我們假設ABC是正三角形，且另AC處于液壓缸的最長臨界值 1700 mm 則有： AB = AC = AC =1700 mm 2 60 將數據帶入式子可得： mm sin602200BD mm 1 sin400BD BD=BD 2 22 1 17001700 cos 2 1700 1700 AC 經計算得到： 1 9 338 BD = BD = 2540 mm AC = 267 mm 從得到的計算結果中可得出，此方案設計時AC 桿的桿長并不符合設計要 求（ AC 1000 mm） 。當然，可以經過更改一些設計尺寸得到符合要求的設計方 案。但是經過分析，有更好的

31、方案符合要求，故此方案不被采納，所以各點的坐標 也不再求算。下面來分析設計的另一個更好的方案。 3.1.3 滑槽舉升機構（搖塊式）的引入滑槽舉升機構（搖塊式）的引入 舉升機構的原理依然是把設計的車廂置于一個傾斜的固定導槽內，車廂下部的 夾板連接一個可以自由轉動的氣缸，這樣在油缸的推動作用下，車廂就能夠沿著導 槽移動，就實現(xiàn)了車廂在上升的同時逐步后移。上面分析可最為簡單的舉升方案， 但是由于尺寸的原因，導致該方案不太符合設計要求，下面介紹另一種由上面方案 修改而來的導槽式舉升機構（搖塊式）的方案。下面的方案是由我們反復推敲，再 26 在如下圖 3-3 的機構中得以啟發(fā)而設計出來的方案。 圖 3-

32、3 根據先前的方案，為保證AC 桿的長度設計符合要求，經過分析，只要在B 出增加一個搖塊，使得桿BD 的長度可變。那么在AC 桿改變量符合設計要求 的前提下， BD 桿長度就可以有比較大的改變，使得車廂的舉升量得以滿足。具 體的設計結構簡圖如下圖3-4 所示： 圖 3-4 此方案的結構相對于上一個方案要稍微的復雜，但是此方案也是上一種方案的 延伸。此方案機構由一根導桿（CD） 、一個液壓缸 (AC)、一搖塊組成 ,也是屬 于比較簡單的舉升機構。比較經濟，而且所占空間也不大。下面我們對其一些構件 的尺寸進行分析并計算。 3.1.4 搖塊式舉升機構的幾何尺寸設計搖塊式舉升機構的幾何尺寸設計 本設計

33、此方案結構簡單，計算也相對的簡單，都是簡單的幾何關系計算。下面 就先進行一些簡單的設計計算分析： 【1】 首先建立如圖直角坐標系，如下圖3-5 所示： 27 圖 3-5 【2】 再分析各桿的長度變化，各點的坐標變化，由于次方案中桿BD 和液壓缸 AC的長度都有變化，所以其長度表示用坐標表示比較方便； 【3】 在各桿長度變化的同時，一些重要的角度也都在變化，通過角度的變 化來列取坐標方程也可以求解； 【4】 雖然各桿的長度、各個角度都在變化，但是在整個舉升的過程中依然 有一些量并沒有變化； 【5】 通過列取各桿的長度方程、各個角度的變化方程，最后再自行通過查 找資料，設定某些數據。通過計算，最后

34、得到正確的設計。 2） 導槽傾斜角的設計，如圖3-6（搖塊式與搖桿式計算相同）： 由圖 3-2 可知，滑槽的傾斜角度 tan=Smax/a=1800/380=4.74 ，所以 =arc tan Smax/a=78.08 圖 3-6 3） 液壓缸及導桿的長度設計： 先設夾板的厚度為d（d500，由車廂低與車體的尺寸所決定），則底板 與車體的間隔 變?yōu)椋海桓鼽c坐標分別為 A (XA ，YA)、B（XB ， YB)、C (XC， d Hd 28 YC)、D (XD， YD)、C (XC， YC)、D (XD， YD)。由圖 3-1 有： 1） 根據點 C 始終在桿 BD 上，改變的僅僅是它初始位置與

35、終點位置的坐標， 則由直線斜率相同有以下兩式（1） 、 （2）： BD BD XX YY BC BC Y-X Y-Y (3.1.7) (3.1.8) BD BD BC BC XX YY XX YY 4) 根據初始位置和運動終點位置的幾何關系，可以得到下面兩個方程式： BD=2300 mmd (3.1.9) 2sin BD=500 mmd . (3.1.10)1sin 5) 由三角形余弦定理可以得到以下兩式： 對ABC由余弦定理有： . (3.1.11) 222 2 cos 2 BCABAC ABBC 對ABC 由余弦定理有： . (3.1.12) 222 cos 1 2 BCABAC ABBC

36、 5） 根據各個桿長、液壓缸長，用各點坐標表示，可以得到以下四式： AC 桿的長度： . (3.1.13) 22 CACA ACYYXX BD 桿的長度： . (3.1.14) 22 BDBD BDYYXX AC桿的長度： . (3.1.15) 22 CACA ACYYXX BD桿的長度： 29 . (3.1.16) 22 DBDB BDYYXX 1. 如坐標圖所示，各點坐標都可以用點D的坐標 來表示，以 , DD XY 方便后面的計算。則有： 點 A： 2 sin 0 ABD A XXABXBDAB Y 點 B： 2 sin 0 BD B XXBD Y 點 C： 11 11 coscos s

37、insin CDD CDd XXDCXaDC YYDCHdDC 點 D： DD Dd XXa YHd 經過分析，由該簡圖的坐標系能夠列取的數學方程都已經列出來，下面通過計 算、分析及檢驗，來得到符合設計要求的設計方案。 首先，我們根據設計要求和一些車身及車上間隙的具體尺寸尺寸，各桿長都有 一定的取值范圍： 1000 mm (最短液壓缸長） 22 CACA ACYYXX 1700 mm （最長液壓缸強） 22 CACA ACYYXX d 500 mm （車體與車廂間隙） 下面通過自行設定一些值，通過分析計算，得到想要的法案。由已知的條件， 我們可以取值： mm100d mm (液壓缸 AC 最短

38、時取的是其最短的臨界值）1000AC 對于正三角形，它的三邊相等，受外力的時候能夠很好地把力均分出去。故 我們就選取ABC為正三角形。所以有： AB = AC = AC 2 60 現(xiàn)在來分步計算： 首先有： 30 mm 2 23002200 2540 sinsin60 d BD （考慮到車長為4000 mm，車身的高度也不會太高，故桿在最長是不應太長， 以免其自身長度超過了車身長度；也避免桿在舉升的過程中，由于桿在搖塊中旋轉 伸長而觸碰到地面。而經算得的桿長=2540 mm 符合要求。） BD 其次取： 1350,0 1300,400 A D 由所取兩點的坐標，其它點坐標可以寫成如下所示： 或

39、者 3 (1680 ,0) 2 BBD1350,0BAB 11 1300cos,400sinCDCDC 3 1680,2200 22 D C CD C 1680,2200D 將各點的坐標帶入（3.1.7） 、 （3.1.8）兩式可以得到： 1 400 tan 3 380 2 BD 3 2200 2 3 22 BD D C BD 由 B 點的兩種表示： 或者 3 (1680 ,0) 2 BBD1350,0BAB 即： 3 16801350 2 BDAB 由 mm 2 23002200 2540 sinsin60 d BD 31 最后由各式子求得 各桿長度及各個點的坐標分別為： A ( 1350

40、， 0 ) B ( 2890 ， 0） C ( 2339 ， 148) C (2214 ， 1274) D ( 1300 ， 400） D（1680 ，2200） mm 22 1000 CACA ACYYXX mm 22 1540 CACA ACYYXX 經過各種分析比對，此設計符合設計要求。 3.2 傾斜機構的設計傾斜機構的設計 3.2.1 傾斜機構的引入傾斜機構的引入 在傾斜機構的設計時，最先被想到的方案就是如下圖3-7 所示的簡單機構： 圖 3-7 此傾斜機構很簡單，全機構僅僅是由一個液壓缸和車廂構成，在液壓缸的推動 之下，車廂在繞著鉸接點P 轉動，而液壓缸則是繞著鉸鏈點R、O 同時旋轉

41、。 從而達到在車廂被舉升到預定的位置后，翻轉卸貨的目的。 3.2.2 傾斜機構的分析計算傾斜機構的分析計算 先有整個車廂翻轉結構簡圖3-8： 32 圖 3-8 由圖可以看出，車廂翻轉機構的翻轉角度需要達到。下面我們建立直55 角坐標系如下圖3-9 所示，進行求解： 圖 3-9 由上圖可以看出：QP 為車廂與車身的夾板 NP 為車廂 MN 為液壓缸 上述各點的坐標分別為： , QQ Q XY , RR R XY , OO O XY , PP P XY 33 根據上述翻轉機構簡圖所建立的直角坐標系，可以得到： (,)cos,sin OORR XYXROORP YROORP tan OP OP YY

42、 XX 并且有 55 的取值范圍為（1000 mm，1700 mm）OR 在初始位置時 1000 mmOR 在終點位置時 1700 mmOR 經過分析，在設計過程中當時，整個機構的受力情況最為理想，OROP 所以在進行計算時取。下面我們通過選取一些點的位置，再通過計90ORP 算，從而得到正確的設計方案。 取： 夾板長度 ： 3500 mm 點 P 坐標： （3800，500） 最短時取 1000 mmOR 最后經過計算及檢驗，可得到各點坐標值及車廂舉升后的翻轉角度分別為： R 點坐標： (1668，400） O 點初始坐標： （2660，500） O 點終點位置坐標：（3142，1440）

43、55 故此：此翻轉機構也設計完畢，而且設計所得的方案也符合要求。 3.3 車廂聯(lián)動打開機構設計車廂聯(lián)動打開機構設計 后廂門的各個翻轉狀態(tài)如下圖 3-10 所示： 34 圖 3-10 3.3.1 車廂聯(lián)動打開機構導入車廂聯(lián)動打開機構導入 車廂聯(lián)動打開機構的啟閉最好是自動的，即在車廂舉升的同時后廂門慢慢的開 起，所以我們就想到了如下的方案。下圖3-11 和圖 3-12 分別是后廂門在關閉 和開啟時的狀態(tài)： 圖 3-11 圖 3-12 UV 為車廂門，其上端與 WU 桿鉸接，下端與 XV 桿鉸接，在車廂傾斜卸貨時，只需 通過聯(lián)動機構轉動 XV 桿，就能實現(xiàn)車廂門 UV 繞 V 點的轉動。 35 3.

44、3.2 車廂聯(lián)動打開機構的分析計算車廂聯(lián)動打開機構的分析計算 先建立如下圖 3-13 所示直角坐標系： 圖 3-13 由設計要求有車廂的長度、寬度、高度分別為：4000 mm、2000 mm、640 mm 。根據 設計要求，最后得到各點坐標為： X (3000 ， 320 ) W (3800 ， 600） V (4000 ， 0 ） U (4000 ， 320） 3.4 關鍵尺寸的優(yōu)化關鍵尺寸的優(yōu)化 尺寸優(yōu)化的目的： 1、在為了后面的仿真過程中不出現(xiàn)干涉，死點的情況； 2、由于實際計算中并未涉及到插銷及螺釘的尺寸，某些間隙空間等。 因此，基于此兩點，必須對機構的尺寸進行優(yōu)化，來達到優(yōu)化的目的。

45、對于尺 寸的優(yōu)化，我們采取了在各個連接之處的零件保持一定的間隙不接觸。同時要考慮 到液壓缸在收起的狀態(tài)下時能夠伸長，在收起時候就與板就應該有一角度。即在液 壓缸收起時對板上槽進行了加深處理。在后面的裝配中也對轉動處和移動處轉動移 動范圍進行來了控制。 3.5 機構的運動分析機構的運動分析 運動機構的設計，主要還是要看其在運動過程中是否平穩(wěn)，還有就是看起運動 36 是否是符合設計要求?？紤]到這，我們對自己設計的方案進行了運動的仿真分析， 其中有一些重要的點的位置、速度、加速度分析。 下圖 3-14 是在 solidworks 中建立的整個機構的完整模型圖： 圖 3-14 下面我們先對圖3-5 中

46、點 C 的運動進行了分析： 下圖是點 C 的位移仿真圖3-15 和圖 3-16： 圖 3-15 37 圖 3-16 點 C 的速度分析圖 3-17 和圖 3-18： 圖 3-17 圖 3-18 38 點 C 的加速度分析圖 3-19、圖 3-20： 圖 3-19 圖 3-20 圖 3-5 中點 D 的運動分析： 點 D 的位移分析圖 3-21、圖 3-22： 圖 3-21 39 圖 3-22 點 D 的速度分析圖 3-23、圖 3-24： 圖 3-23 圖 3-24 點 D 的加速度分析圖 3-25、圖 3-26： 40 圖 3-25 圖 3-26 對圖 3-9 中點 N 的運動進行了分析：

47、點 N 的位移分析圖 3-27、圖 3-28： 圖 3-27 41 圖 3-28 點 N 的速度分析圖 3-29、圖 3-30： 圖 3-29 圖 3-30 點 N 的加速度分析圖 3-31、圖 3-32： 42 圖 3-31 圖 3-32 經分析，由上述所有圖片我們可以得出：方案符合設計要求。 第四章第四章 第二套方案的設計第二套方案的設計 4.1 行平四邊形舉升機構行平四邊形舉升機構 4.1.1 平行四邊形舉升機構的引入平行四邊形舉升機構的引入 如圖 4-1 所示為我們設計的平行四邊形舉升機構的簡圖，其原理是把設計的車廂 置于一個夾層之上，車廂下部的夾層連接可以自由轉動的桿，在油缸的推動作

48、用下， 車廂就能夠就實現(xiàn)了車廂在上升的同時逐步后移。在平行四邊形舉升機構設計 時，最先被列入考慮的的乃是最為簡單的單平行四邊形機構，如下圖4-1 所 43 示： 圖 4-1 根據題意易知： 車廂到底板間的距離： d H500mm 車廂舉升后高度為：, max S1800mm 車廂后移量： a 380mm 因為設計方案時考慮到高位自卸汽車的整個運動過程是車廂先舉升再傾 斜，最后后廂板打開開始傾卸貨物；因此在設計舉升裝置和傾斜裝置時必須 使得相互間的工作不會相互影響，為此經本小組的認真討論分析提出了在車 廂底層加裝一個夾層，使得在夾層和底板間安裝舉升機構，夾層和車廂底之 間安裝傾斜機構，如此可以完

49、美的實現(xiàn)車廂的舉升與傾斜運動。 為此，設夾層厚度為： ，100hmm 夾 則車廂到夾層底的距離： 1 =500-100=400 dd HHhmm 夾 設：桿 AB 與底板的夾角為， 、舉升后為 ，舉升前為BAE 1 2 桿長| |ABCDl 根據題意：舉升前底板到夾層底的距離： （4.1） 12 sin400 d Hlmm 舉升后底板到夾層底的距離： （4.2） 1max1 sin400 18002200 d HSlmm 44 車廂后移量： a 380mm （4.3） 21 a coscos=380llmm 根據（4.1） （4.2） （4.3）聯(lián)立方程組 所以可以推出： 2222 40022

50、00380ll 4679810.517lmm 這里可以發(fā)現(xiàn) 的長度非常的大，遠遠的超過了車廂的長度，這是在工程上是不可能實現(xiàn)l 的事情，所以此方案不符合設計要求。 4.1.2 雙平行舉升機構的幾何尺寸設計雙平行舉升機構的幾何尺寸設計 如 圖 4-2 所示為雙平行舉升機構，各桿件間的連接均為鉸鏈接，ML 表示油壓缸， E 為滑塊。其工作原理是將車廂置于夾層之上，通過油缸的伸縮，控制夾層與底板之間 機構的升起與降落，從而實現(xiàn)車廂的舉升和后移，并可實現(xiàn)車廂在空中任意位置停留。 2 1 21 sin400 sin2200 coscos=380 l l ll 2 22 2 11 cos1 sin cos

51、1 sin 45 圖 4-2 初定尺寸如下：初定尺寸如下： 設連桿 FB 與底板的夾角為，舉升前為 、舉升后為 由已知條件， 1 2 易得出桿 FI 與夾層間的夾角也等于; 1 2 HGFIEIJDFKEKl 因此，很容易證明四邊形 FKEI 為菱形， 且 FBABFDIFEHIF 因此，夾層和底板之間的最遠距離和最近距離只差應等于車廂的最大升高距離 max S 當連桿 FB 與底板的夾角為時，為夾層和底板之間最近距離 1 即 1121 sinsinll 當連桿 FB 與底板的夾角為時， 夾層和底板之間的最遠距離 2 即 1222 sinsinll 依題意可得： 車廂舉升高度為：, max S

52、1800mm 升高量 ： max S 12221121max sinsin( sinsin)llllS 即 -(4.1) 1221 ()(sinsin)1800llmm 2 1 AGBFCDl 3ABGFHI 4BCDFIJ 5，| 200ALmm50GAL 1 AGl 因為液壓缸的伸長范圍在之間10001700mmmm 即 伸長前： 1 | 1000MLmm 伸長后： 2 | 1700MLmm 222 | cos(50 ) | sin(50 )|ALAMALML 當時 , 1 FBA | 1000MLmm 當時 , 2 FBA | 1700MLmm -（4.2） 222 11 222 22

53、| cos(130) | sin(130)1000 | cos(130) | sin(130)1700 ALAMAL ALAMAL 46 根據余弦定理 BL 長度:如圖 4-3 所示，根據余弦定理得50GAL 又| 200ALmm 1 |AGl50GAL -（4.3） 22 1 |GL|= 400 | cos50200AGl 6車廂后移量： 圖 4-3a 380mm 由于車廂在舉升的時候，雙層連桿機構中長度為 的桿分別以 A，B，C 1 l 點為基點順時針旋轉使得車廂向后移動，而長度為的桿分別以 2 l H，I，J 為基點逆時針旋轉，使得車廂向前移動，因此長度為 桿的后移 1 l 量減去長度為

54、桿的前移量就必須等于車廂的后移量，因此， 2 la 380mm 長度為 的桿長必須大于長度為的桿長 1 l 2 l 即 桿長 12 ll 長度為 桿的后移量： 1 l 1112 coscosll 長度為桿的前移量： 2 l 2122 coscosll 則 總后移量： 11122122 coscos( coscos)lllla 即 - 1212 ()(coscos)380llmm (4.4) 7車廂到底板間的距離： d H500mm 因為設計方案時考慮到高位自卸汽車的整個運動過程是車廂先舉升 再傾斜，最后后廂板打開開始傾卸貨物；因此在設計舉升裝置和傾 222 | cos 2 | ALAGGL G

55、AL ALAG 222 | cos 2 | AMALML LAM AMAL LAMGAL 47 斜裝置時必須使得相互間的工作不會相互影響，為此經本小組的認 真討論分析提出了在車廂底層加裝一個夾層，使得在夾層和底板間 安裝舉升機構，夾層和車廂底之間安裝傾斜機構，如此可以完美的 實現(xiàn)車廂的舉升與傾斜運動。 為此，設夾層厚度為： ，100hmm 夾 則車廂到夾層底的距離： 1 =500-100=400 dd HHhmm 夾 8夾層到底板的高度： 1 400 d Hmm 因為舉升機構安置于夾層與底板之間，因此當舉升機構處于最低位 置時的舉升機構總高不得高于夾層與底板之間的高度； 1 400 d Hmm

56、 、又因為當時舉升機構處于最低位置，所以，此時機構 1 FBA 的高度為 1121 sinsinll 所以 11211 sinsin d llH 即 -（4.5) 1121 sinsin400llmm 9整個舉升過程中，舉升機構的總長度不能超過車廂的整體長度，車廂長 度與車廂和車頭之間距離之和則為車廂的整體長度。 即 40003004300 t LLmm 而當車廂在最低位置時機構的整體長度最長， 當時，車廂位置最低，舉升機構整體長度，最長此 1 FBA 時期長度為： 或 11 cos|lABBC 21 cos|lABBC 又由于在第（6）步尺寸設計中求得桿長， 12 ll 因此當時，舉升機構最

57、長的長度 1 FBA 即 11 cos|lABBC 因此必須滿足： 11 cos| t lABBCLL 即 -(4.6) 11 cos| 4300lABBCmm 10整個舉升過程中，舉升機構中的滑塊必須得自由運動，因此桿 FD 的長度 必須大于在舉升運動過程中桿的最大值。 48 當車廂處于最低位置時，桿長度最大 即當時，桿最長 1 FBA 2 | |FIEIl IFEEFB 如圖 4-4 所示當時， 最長， 1 =|EF 此時, max21 | 2 cosEFl 圖 4-4 不能影響機構中滑塊的自由移動 圖 4-4 max | |DFEF 即-(4.7) max21 |DF| 2 cosEFl

58、 綜合上述約束條件及尺寸設計綜合上述約束條件及尺寸設計 升高量約束條件： -(4.1) 1221 ()(sinsin)1800llmm 液壓缸的伸長范圍約束條件 -（4.2） 總后移量約束條件 -(4.4) 1212 ()(coscos)380llmm 機構高度約束條件 -（4.5) 1121 sinsin400llmm 機構長度約束條件 222 11 222 22 | cos(130) | sin(130)1000 | cos(130) | sin(130)1700 ALAMAL ALAMAL 49 或 -(4.6) 11 cos| 4300lABBCmm|AM| | 4300ABBCmm

59、DF 桿長度約束條件 -(4.7) max21 |DF| 2 cosEFl 所以根據（4.1） 、 （4.2） 、 （4.4） 、 （4.5） （4.6） （4.7）這六個約束條件 經計算并取值的： 取， 1=10 1121 sinsin400llmm 因此，設 又 1221 ()(sinsin)1800llmm 1=10 經代入數據，求得 2=73 ， 1=10 2=73 1212 ()(coscos)380llmm 12 548.9llmm 因此，取 12 550llmm 又 12 2300llmm 1 AGBFCD1425lmm 2 HGFIEIJDFKEK875lmm 因為 DF 桿長

60、度約束條件 max21 |DF| 2 cos2 875 cos101723.4EFlmm 所以取桿 DF 長度：|DF|=1750mm BCDFIJ=1750mm 又因為液壓缸的伸長范圍約束條件 12 400 2303.5 sin mm llmm 12 2300llmm 12 12 2300 550 llmm llmm 1 2 1425 875 lmm lmm 222 11 222 22 | cos(130) | sin(130)1000 | cos(130) | sin(130)1700 ALAMAL ALAMAL 50 上式 12 | 200,10 ,73ALmm 當 因為機構長度約束條件

61、為 或 11 cos| 4300lABBCmm|AM| | 4300ABBCmm 所以?。?11 cos| 4300lABBCmm 所以，| 1146.6ABmm 所以取| 1000ABmm 三角板 FL 長度 22 1 |GL|= 400 | cos502001535.3AGlmm 11 | 995cos=1425 cos10 =1403.4mmAMmm l 222 | cos 2 | AMALML LAM AMAL LAMGAL =10時 =60LAMGAL 11 | 995cos=1425 cos10 =1403.4mmAMmm l 51 4.1.3 建立坐標系建立坐標系 圖 4-5 按照如圖 4-5 所示建立坐標系 并依照圖 4-2 計算各點坐標 A 點坐標（1518，0） B 點坐標（2518，0） C 點坐標