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1、18屆機(jī)械課程設(shè)計(jì) 高位自卸汽車的研究 學(xué)生姓名： 熊非 學(xué) 號(hào)：8011214214 所屬學(xué)院：機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì) 班 級(jí)： 18-2 指導(dǎo)老師： 張涵 日 期：2016.06 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制 、八 — 刖言 隨著國(guó)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(guó)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(jī)構(gòu)進(jìn)行提升搬運(yùn)到較高處

2、。這樣不僅耗費(fèi)人力物力，還浪費(fèi)很多時(shí)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(jì)一種 高位自卸汽車，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(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，先將車廂舉升然后翻轉(zhuǎn)車廂進(jìn)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(dá)到自動(dòng)卸貨。 為了實(shí)現(xiàn)高位自卸汽車的設(shè)計(jì)要求， 再設(shè)計(jì)過程中主要考慮把工作分解，使 用舉升機(jī)構(gòu)實(shí)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(jìn)出油路使 舉升機(jī)構(gòu)穩(wěn)定的停止在任意高度；使用翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車廂翻轉(zhuǎn)，車廂翻轉(zhuǎn)只要實(shí) 現(xiàn)最大翻轉(zhuǎn)角度達(dá)到設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)在翻轉(zhuǎn)過程中的平穩(wěn)就可

3、以了。 就機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 要實(shí)現(xiàn)的目的來看，機(jī)構(gòu)上的點(diǎn)沒有要求具體的運(yùn)動(dòng)軌跡， 只要實(shí)現(xiàn)指定位置的 機(jī)構(gòu)的綜合就可以了，這個(gè)設(shè)計(jì)主要是通過四桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。 就機(jī)構(gòu)選擇和設(shè)計(jì) 的過程中除了機(jī)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(hù) 的方便。 關(guān)鍵詞：高位舉升翻轉(zhuǎn)自卸 設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介 目前國(guó)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(jì)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）。 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求 1. 具有一般自卸汽車的功能。 2. 在比

4、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(shí)，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。 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(shí)，后廂門隨之聯(lián)動(dòng)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(jī)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(jī)構(gòu) 的安裝面不超過車廂側(cè)面。 7. 結(jié)構(gòu)盡量緊湊、簡(jiǎn)單、可靠，具有良好的動(dòng)力傳遞性能。 萬案號(hào) 車廂尺寸（LxWxH） Sm

5、ax a /mm W /kg L /mm H /mm F 3600x1800x610 2050 250 3900 250 450 尺寸單位：mm 三、設(shè)計(jì)任務(wù) 1. 設(shè)計(jì)高位自卸汽車相關(guān)機(jī)構(gòu)，應(yīng)包括起升機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和后廂門打開機(jī)構(gòu)＜ 2. 提出2、3個(gè)方案。主要考慮滿足運(yùn)動(dòng)要求、動(dòng)力性能、制造與維修方便、結(jié) 構(gòu)緊湊等方面的因素，對(duì)方案進(jìn)行論證，確定最優(yōu)方案。 3. 畫出最優(yōu)方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。 4. 對(duì)高位自卸汽車的起升機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和后廂門打開機(jī)構(gòu)，進(jìn)行尺度綜合及 運(yùn)動(dòng)分析，求出各機(jī)構(gòu)的輸出件的位移、 速度、加速度， 繪制機(jī)

6、構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖。 5. 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 6. 完成高位自卸汽車的模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 四、 機(jī)構(gòu)提示 高位自卸汽車中的起升機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和后廂門打開機(jī)構(gòu)都具有行程較大， 做往復(fù)運(yùn)動(dòng)及承受較大載荷的共同特點(diǎn)。 齒輪機(jī)構(gòu)比較適合連續(xù)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 凸 輪機(jī)構(gòu)適合行程和受力都不太大的場(chǎng)合。 所以齒輪機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)都不太合適用 在此場(chǎng)合。 連桿機(jī)構(gòu)比較適合在這里的應(yīng)用。 下面用連桿機(jī)構(gòu)分別設(shè)計(jì)高位自卸 車的起升機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和后想打開機(jī)構(gòu)。 4.1、舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 舉升機(jī)構(gòu)的的設(shè)計(jì)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

7、在舉升過程中逐 步后移。車廂處于最大升程位置時(shí)，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。 禾U用 連桿機(jī)構(gòu)實(shí)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(dòng)力傳遞性能。 下面列舉出幾種方案以及它們的特 點(diǎn)，進(jìn)行比較選擇恰當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)： 方案一：平行四邊形舉升機(jī)構(gòu) 如上圖所示平行四邊形舉升機(jī)構(gòu)， ABC形成一平行四邊形，桿AW液壓油缸 的帶動(dòng)下繞Att轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成車廂的舉升和下降。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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，

8、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(shí)，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(shí)，其最大后移量不超過設(shè)計(jì)要求， 需將桿AD BC故得很長(zhǎng)，甚至大大超過了車廂的長(zhǎng)度，在工程實(shí)際中不能實(shí)現(xiàn)。 方案二：兩級(jí)剪式舉升機(jī)構(gòu) 如上圖所示兩級(jí)剪式舉升機(jī)構(gòu)，EF弋表車廂，機(jī)架代表車底座。在液壓缸 MN 的推動(dòng)下，滑塊A向右移動(dòng)，同時(shí)滑塊F向左運(yùn)動(dòng)，雙剪式機(jī)構(gòu)向中間靠攏，由于 桿長(zhǎng)不變，使得車廂向上運(yùn)動(dòng)，且同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了車廂的舉升動(dòng)作。 該機(jī)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(jiǎn)單、緊湊，能夠協(xié)

9、調(diào)舉升和后移間存在的函數(shù)關(guān)系， 同時(shí)該機(jī)構(gòu)的受 力狀況良好，將液壓缸布置在機(jī)構(gòu)的中間部位，很好的解決了退成要求很大的缺 點(diǎn)。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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 翻轉(zhuǎn)機(jī)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(jī) 構(gòu)實(shí)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(dòng)力傳遞性能。 方案一：?jiǎn)胃浊爸弥蓖剖椒D(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 直推式傾斜機(jī)構(gòu)的液壓缸直接作用在車廂上，不需要通過桿系作用，機(jī)構(gòu)布 置簡(jiǎn)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(shí)車廂橫向剛度大。但是液壓缸活塞的工

10、作行程長(zhǎng)，故一般采用多級(jí)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(jī)構(gòu)橫向強(qiáng)度差。 方案二：滑塊傾斜機(jī)構(gòu) RS代表車廂，PR桿一端鉸接在車廂的R點(diǎn)上，另一端與滑塊P鉸接，當(dāng)要 翻轉(zhuǎn)車廂時(shí)，只需要推動(dòng)液壓缸 0P帶動(dòng)滑塊P向右移動(dòng)，就能使車廂 PS繞S 點(diǎn)轉(zhuǎn)^動(dòng)。 該機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(shí)傳動(dòng)角較小，需要液壓缸較大的推力；并且對(duì) PR桿 強(qiáng)度要求較高。 4.3、后箱門打開機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 后箱門打開機(jī)構(gòu)是高位卸貨的重要環(huán)節(jié)，后箱門打開機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要滿足以下 幾個(gè)基本要求：（1）廂傾斜卸貨時(shí)，后廂

11、門隨之聯(lián)動(dòng)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(jī)構(gòu)和傾斜機(jī)構(gòu)相 同，即由同一個(gè)液壓缸帶動(dòng)；（3）后廂門打開機(jī)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(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的4連桿機(jī)構(gòu)，其中連桿1是和后箱門固連在一起的， 3是一個(gè)可以繞車廂體轉(zhuǎn)動(dòng)的移動(dòng)副。在車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使連桿 2在 3內(nèi)滑動(dòng)，從而推動(dòng)1繞C旋轉(zhuǎn)，從而使后廂門開啟。 該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、成本低，能夠保證車廂門打開和關(guān)閉的準(zhǔn)確位置， 比較容易實(shí)現(xiàn)和車廂的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，另外，計(jì)算也比較的簡(jiǎn)單。但是該機(jī)構(gòu)中 2 桿在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要在

12、移動(dòng)副中進(jìn)行滑動(dòng)， 所以，如果稍微有個(gè)地方潤(rùn)滑不好的 話，就很有可能造成機(jī)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(jī)構(gòu)后箱門啟閉架構(gòu) 該機(jī)構(gòu)完全由四桿機(jī)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(shí)，通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使桿 3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而 帶動(dòng)后廂門2轉(zhuǎn)動(dòng)，完成其開啟和關(guān)閉動(dòng)作。 該機(jī)構(gòu)利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，以搖桿作為輸入構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，傳動(dòng)可靠， 成本低。較易實(shí)現(xiàn)與其他機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)，能夠確保車廂門的打開和關(guān)閉的時(shí)候的準(zhǔn) 確位置。但是該機(jī)構(gòu)由搖桿作為主動(dòng)件，易出現(xiàn)死點(diǎn)，因此該機(jī)構(gòu)對(duì)尺寸要求比 較咼。 4.4、組合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 經(jīng)過前面

13、的各個(gè)機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較，最終確定的第方案的三個(gè)部分分別選擇： 雙剪式舉升機(jī)構(gòu)、滑塊傾斜機(jī)構(gòu)、重力直接打開機(jī)構(gòu)來進(jìn)行設(shè)計(jì)分析 441、機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì): 1、舉升機(jī)構(gòu)的計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，舉升機(jī)構(gòu)需要滿足: 萬案號(hào) 車廂尺寸(LxWxH) Smax a /mm W /kg L /mm H /mm F 3600x1800x610 2050 250 3900 250 450 (1)計(jì)算桿長(zhǎng)及其在機(jī)構(gòu)中的位置 舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，建立直角坐標(biāo)系，如下圖所示: 根據(jù)以上數(shù)據(jù)綜合出各桿的長(zhǎng)度，設(shè) AD=BC=CF=

14、DE二，初始位置/ HAB=o，到 達(dá)最大升程時(shí)/ HAB= i，由幾何關(guān)系可得 Smax 2n ! 2 Isin。2 a I cos 0 I cos 1 另外，需滿足整個(gè)舉升機(jī)構(gòu)不超過車廂底部安裝空間，此時(shí)還需考慮夾層厚度 d， 得 2I sin 0 H d d I cos0 L 取 d 100 則 2lsin 0 Hd 100 取 2I sin 0 400 由上式聯(lián)立可以求解， cos 1 0.7753 得 sin 1 0.6316 sin 0 0.1149 cos 0 0.9934 I 仃 40.64 即 o 6.5978 1 39.

15、1682 I 1740.64 (2)計(jì)算液壓桿的位置及其相關(guān)尺寸，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示，建立相應(yīng)的直角坐 標(biāo)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(diǎn)的坐標(biāo)分別為 C(0,200) H(864.58,300) G(864.58,100) N(Xn,Yn) M(Xm,Ym)。 所以 tan6.5978 Yn 300 XN 864.58 =0.1157 (1) 令HM=400,根據(jù)對(duì)稱性的 NG=HM=400。過點(diǎn)H做GM '平行于MN，此時(shí) 1740.64

16、CM ' 800 70.32 (2) CH 1740.64 2 870.32 (3) 初始狀態(tài)時(shí)，桿與水平面夾角為6.5978，舉升到最大高度時(shí)，桿與水平面 的夾角為39.1962所以 初始狀態(tài)時(shí) MCG 6.5978 2 13.1956 舉升到最大高度時(shí)， MCG 39.1962 2 78.3924 ⑸ 在CM'之中，根據(jù)公式： M 'G 一CM'2 CG2 2 CG CM ' COS MCG (6) 將(2) (3) (4) (5)帶入到(6)中，求解 可得，初始狀態(tài)下，M '=802.02 舉升到最大高度時(shí)，M '=858.87 858.87。 綜上可得，油桿的初

17、始長(zhǎng)度為802.02,舉升到最大高度后長(zhǎng)度為 由(1)且NG=400可得N點(diǎn)的坐標(biāo) 得 N(1261.94,145.96) 同理可得，M(467.22,254.04) 2、滑塊傾斜翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的尺寸計(jì)算 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示，并且建立相應(yīng)的直角坐標(biāo)系: 各點(diǎn)的坐標(biāo)分別為 °(0,°) P(Xp,0) S(Xs,0) R(Xr,Yr) ta n Xr Xs Yr PR RS tan RS .(Xr Xs)2 Yr2 最大翻轉(zhuǎn)角為55，即 55 取RS=1OO0帶入式⑵中可得 PR=1428.15 此時(shí)，液壓桿伸長(zhǎng)量可以根據(jù)公式： ⑷ (5)

18、 4)式中 I PR RS PS PS , PR2 RS2 將 PR=1428.15 RS=1OO0弋入⑸式， 得 PS=1743.45 將 PS=1743.45 PR=1428.15 RS=1000帶入 得 I 684.70 Xr Xp PR COS45 1756.55 1428.15 0.71=2760.40 Yr PR sin 45 1428.15 0.71 1009.85 所以各點(diǎn)的坐標(biāo)分別為 0(0,0)、P(1428.15,0) R(2760.40,1009.85) S(3500,0) 初始狀態(tài)時(shí)，取OS=3500所以O(shè)P=OS-PR-RS代入數(shù)據(jù)到上式，可得OP

19、=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(zhǎng)度要小于OP,取合適的尺寸。 3、重力開啟后廂門打開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 翻轉(zhuǎn)原理：在車廂翻轉(zhuǎn)后，后廂門在重力的作用下自動(dòng)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(dòng)關(guān)閉，易于實(shí)現(xiàn)。 442、組合機(jī)構(gòu)總圖如下: 五、結(jié)束語 通過將近一個(gè)學(xué)期的努力，從“高位自卸汽車”項(xiàng)目方案的提出，到汽車零 部件的設(shè)計(jì)、校核，再到高位自卸汽車的運(yùn)動(dòng)分析，動(dòng)力設(shè)計(jì)以及 AMAM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(jì)已基本 完成

20、。 在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，主要用到了學(xué)習(xí)到的關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)方面 的知識(shí)和三維建模軟件的應(yīng)用。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇中，我設(shè)想了很多的機(jī)構(gòu)，通 過對(duì)比他們的主要優(yōu)缺點(diǎn)我采用了最佳的機(jī)構(gòu)進(jìn)行桿長(zhǎng)的計(jì)算和設(shè)計(jì)。 然后開始 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和仿真并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析。 通過這次實(shí)習(xí)，我們大家了解了一個(gè)項(xiàng)目從規(guī)劃到完成的主要階段和各個(gè)階 段要解決的主要問題， 提高了自己對(duì)項(xiàng)目題目的提出和對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方面的能力。 通過高位自卸汽車的UG建模和ADAM運(yùn)動(dòng)仿真，我的計(jì)算機(jī)三維建模及與運(yùn)動(dòng) 仿真軟件和技術(shù)的集成、應(yīng)用的能力也得到了相應(yīng)的訓(xùn)練。通過這次綜合設(shè)計(jì)， 并且綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程知識(shí)，提高了我對(duì)學(xué)科的 綜合能力。