机械原理课程设计-高位自卸汽车说明书.doc

机械原理课程设计姓名班级2010.12.2高位自卸汽车说明书机械原理课程设计高位自卸汽车说明书 学校班级学号 姓名指导老师2010年12月2日高位自卸汽车的设计摘要目前国内生产的自卸汽车其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的。若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，目前的自卸汽车就难以满足要求。为此需设计一种高位自卸汽车，它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货。先将车厢举升然后翻转车厢进行卸货，可以将车厢举升到任意高度后停止举升，然后车厢翻转以达到自动卸货。关键词：高位、举升、翻转目录第一章 问题的提出. 51.1题目简介. 51.2设计要求和有关数据 . 51.3工作原理及其运动流程 . 6第二章 主要执行结构方案设计. 72.1举升机构的设计. 72.2 车厢的翻转机构设计. 112.3后厢门打开机构的设计. 16第三章 机构综合. 203.1方案的选择. 203.2机构总图. 23第四章 模拟仿真分析. . 244.1举升时液压缸的速度图像. 244.2举升时车厢的速度图像. 244.3举升时车厢的加速度图像. 254.4举升时车厢的水平方向位移图像. 254.5举升时车厢的竖直位移图像. 264.6翻转时候液压缸的速度图像. 264.7翻转时车厢的速度图像. 274.8翻转时候车厢加速度图像. 27.第五章 总结. 285.1机构设计原理. 285.2收获与提高. 29.附录. 30结束语. 31第一章 问题的提出图1自卸汽车1.1 题目简介目前国内生产的自卸汽车其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的。若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，目前的自卸汽车就难以满足要求。为此需设计一种高位自卸汽车（图1），它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货（图2, 图3）。图2 高位自卸汽车卸货1.2设计要求和有关数据:1.具有一般自卸汽车的功能。2.在比较水平的状态下,能将满载货物的车厢平稳地举升到一定的高度，最大升程Smax见表1。3.为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移（图23）。车厢处于最大升程位置时，其后移量a见表18。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。图3 自卸车厢倾斜角度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。6.举升和翻转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。表1 设计数据车厢尺寸（L×W×H）mmSmaxmmammWkgLtmmHdmm4000×2000×640180038050003005001.3工作原理及其运动流程车厢的翻转车厢的举升车厢的复位车厢的下降第二章 主要执行结构方案设计方案一：双臂式举升机构该方案如下图所示：工作原理：如上图机构所示，图中地面代表与车底座具有相对可滑动的装置，滑动幅度由2个水平液压机构AB决定，车厢上升装置由4个竖直液压机构共同组成，达到抬升车厢的目的。CD靠近车头，所以上升幅度更大，EF上升幅度小，从而使车厢能够具有一定倾斜角度，达到卸货的目的。优点缺点1、 该装置设计简单，所需构件种类少，便于修理和维护。2、 在上升和下降过程中平稳性好。1、 该装置需要液压油缸较大的推程，为达到效果，所需的CD杆较长，不利于实际生产。2、 液压杆的数量较多方案二：平行四边形举升机构该方案如下图所示： 工作原理：如上图所示机构，CBEF形成一平行四边形，杆BC在液压油缸的带动下绕C轴转动，从而完成车厢的举升和下降。优点缺点1、 结构简单，易于加工、安装和维修。2、 能够保证车厢在举升和下降过程中保持水平，稳定性好。3、 液压油缸较小的推程能够完成车厢较大的上移量。1、车厢上移时，其后移量很大。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BC、EF做得很长，甚至大大超过了车厢的长度，在工程实际中不能实现。方案三：L型举升机该方案如下图所示： 工作原理：如上图所示车厢举升机构，L形杆BDE一端与铰链B相联（铰链B通过竖直杆固定在车架上），一端与车厢底部的铰链E相联，同时其上绞接一液压油缸2，液压油缸另一端与车厢底部的铰链相联。举升时，液压油缸1伸长，推动L形杆BCD绕铰链B逆时针转过角度，使E端上升；与此同时，液压缸2也联动工作，使车厢也转过角度，从而使车厢在上升过程中保持水平。随着BCD杆的转动，E点后移，同时带动车厢后移，当E点与B点等高时，后移量达到最大。优点缺点1、 该机构充分利用了车厢前面的空间，使车厢底部的机构变得简单。2、 该机构克服了方案一中后移量过大的缺点，机构的尺寸也较小。1、 该机构最大的缺点在于车厢全部重量均有L形杆BCD承担，由于DE很长，所以BCD受到很大的扭矩作用。这就对L形杆的强度提出很高要求，同时也限制了车厢的装载量。2、 液压缸1和液压缸2需要联动工作才能保证车厢的水平，使控制机构复杂。3、 液压油缸的推程较大。方案四：双剪式举升机构该方案如下图所示： 工作原理：如上图所示，该举升机构是由长度相等的四根杆AD、BC、DE和CF彼此铰接于H、G点；AD杆的A端和与水平的滑块铰接，并可在滑槽内移动；BC杆的B端与车体底部为铰接，CF杆的F点与车厢底部的水平滑块铰接，DE杆的E点和车厢底部铰接。当液压杆升长时，车厢上升，同时A点向右移动，车厢实现一定的后移量；反之，车厢下降，同时车厢左移。优点缺点1、 结构简单，紧凑；2、 能够很好的协调车厢上移量与后移量之间的关系，满足工作要求；3、 机构的受力情况较好。1、 该方案杆数较多，杆的铰接处的压力较大。2、 由于液压杆放在杆的中间位置，对液压杆的摆放位置要求较高。2.2车厢翻转机构的设计1设计要求  1）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。2）结构尽量紧凑，可靠，具有良好的动力传递性能。  2设计方案  翻转机构是自卸汽车的关键部分，其性能直接影响车辆的性能。为此，我们设计了多种方案，比较各自的优缺点。 方案一：双液压错位式本机构本意作为和举升机构的方案一配套使用。方案二：单缸直推式该方案如下图所示：工作原理：油缸直接推动车厢绕铰接点转动，实现车厢的翻转。优点缺点1、 结构简单、紧凑、比较容易想到。2、 油缸所需的功率较小。1、 采用单缸时候容易导致三面倾斜。2、 横向强度差，油缸行程较大。方案三：油缸推进连杆该方案如下图所示：工作原理：油缸推动三脚架CDE翻转，使BC上升，从而车厢绕着F点转动。优点缺点1、 横向刚度较好，举升时转动圆滑。2、 车厢倾翻轴支架的水平反力较小，车架底部受力也比较均匀。1、油缸在翻转过程中的摆动角度较大，带来了一些不稳定性。方案四：连杆放大式该方案如下图所示：优点缺点1、 横向刚度较好，举升时转动圆滑。2、 三脚架推动车厢举升时，车厢倾翻轴支架的水平范例较小。1、该机构的三角架比较大。方案五：Z字形举升机构该方案如下图所示：举升原理：A点固定，由液压缸拉动B点右移，从而使得车厢翻转。 优点缺点1、具有良好的举升性，安装方便。1、液压杆的升程较大。2.3后厢门打开机构设计要求：  1、 在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开2、 卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭3、 后厢门打开机构的安装面不超过车厢侧面4、 其中，后箱门和车厢的相对位置如下：方案一：重力开启机构该方案如下图所示：机构分析： 该种方案是最容易想到的，因为设计要求中提到在车厢倾斜卸货时，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。所以，在本设计中，当车厢翻转的时候，后箱门是完全依靠自重下垂的，在车厢倾斜卸货的时候，后箱门是可以随之打开的，当车厢恢复水平的时候，后箱门也可以自动的依靠重力而随之关闭。优点缺点1、 结构简单，非常容易想到。2、 不需要其他任何机构，自动打开，十分经济。1、不能实现自锁。方案二：滑杆顶开机构该方案如下图所示：机构分析：该机构就是一个简单的4连杆机构，其中连杆1是和后箱门固连在一起的，3是一个可以绕车厢体转动的移动副。在车厢翻转时，通过联动机构使连杆2在3内滑动，从而推动1绕C旋转，从而使后厢门开启。 优点缺点1、 能够保证车厢门打开和关闭的准确位置，比较容易实现和车厢的联动关系。2、 计算也比较的简单。主要缺点就是2杆在转动的同时还要在移动副中进行滑动，所以，如果稍微有个地方润滑不好的话，就很有可能造成机构的自锁，使得后车厢门不能正常的打开。方案三：转动开启机构该方案如下图所示：机构分析：本机构完全由四杆机构构成，其中的一根杆2就是车厢的后门。另外两根杆1和3都是铰接在车厢体上的。当车厢翻转时，通过联动机构使杆3转动，从而带动后厢门2转动，完成其开启和关闭动作。  优点缺点1、 该方案的结构比较简单。2、 该方案较易实现与其他机构的联动，能够确保车厢门的打开和关闭的时候的准确位置。本机构虽然原理简单，但对机构尺寸的要求较高。方案四：滑块顶开机构该方案如下图所示：机构原理：如图所示（图中只表示一侧），由滑块A带动杆AB，从而推动后厢门打开，打开后AB紧贴车厢两侧面。优点缺点方案简单，容易实现，同时倒货时不影响杆AB。本机构虽然原理简单，但对机构尺寸的要求较高。第三章 机构综合3.1方案选择经过对比以上各机构的优、缺点，最终确定各机构方案如下图：举升机构车厢尺寸（L×W×H）mmSmaxmmammWkgLtmmHdmm4000×2000×64018003805000300500根据以上数据综合出各杆的长度设AD=BC=CF=DE=l，初始位置 ，到达最大升程时 ，由几何关系可得： 为了使整个举升机构不超过车厢底部安装空间，需满足：取 ， 联立解得： 设油缸推力为F，推程为S，车厢重力为G，上升高度为H，所以有FS=GH欲使液压杆受力最小，根据图示机构得到：当举升到最大高度时，液压杆应垂直杆CF。 当举升到最大高度时，所以 由于对称性，所以 翻转机构当翻转到最大角度时，ABD三点共线，为最佳效果。初始位置AB垂直BC，A、B垂直距离为150，AF=450，,CF=600，可以假设翻转最大角度为60°，DE=1732，初始位置时，AD的垂直高度为450。当翻转60°后，AD在一条垂直线上，所以AD水平距离为866，AC=1035.55，设AB=x，BD=y。于是有 解得 AB=1564.22，BD=685.784，AC=866，DE=1732后厢门打开机构整体布局图中棕色部分为车厢紫色部分为举升车厢的底板红色部分为后厢门蓝色部分的杆为举升车厢的杆翻转车厢所用的杆安装在紫色的底板与车厢之间3.2机构总图天蓝色线车厢；红色线车厢底部凹形拖板；蓝色线举升机构；淡红色线翻转机构；绿色线后厢门打开机构；灰色线联动机构。 第四章 模拟仿真分析我们利用ProE进行仿真并导出图像，其仿真结果如下图所示：4.1举升时液压缸的速度图像4.2举升时车厢的速度图像4.3举升时车厢的加速度图像4.4举升时车厢的水平方向位移图像4.5举升时车厢的竖直位移图像4.6翻转时候液压缸的速度图像4.7翻转时车厢的速度图像4.8翻转时候车厢加速度图像第五 章总结5.1机构设计原理1、机械设计的目的：1）培养综合运用所学的理论知识与实践技能，树立正确的设计思想，掌握机械设计的一般方法和规律，提高机械设计的能力。2）通过设计实践，熟悉设计过程，学会准确使用资料，设计计算，分析设计结果，绘制图样，在机械设计基本技能的运用上得到训练。3）在课余时间，提供一个较为充分的设计空间，使在巩固所学知识的同时，强化创新意识，在设计实践中深刻领会机械设计的内涵。2、机械设计的步骤：1）设计准备：明确设计任务，设计要求，工作条件，针对设计任务和要求进行分析调研，查阅有关资料，参观现场实物。2）方案设计： 根据分析调研结果，选择原动机，传动装置，执行机构以及它们之间的连接方式，拟定若干可行的设计方案。3）总体设计：对所拟定的发难进行计算，分析，对执行机构和传动机构进行必要的初步设计，进行分析比较，选择一个正确合理的设计方案，绘制整体方案简图。4）结构设计（本次没有用到这一步）：针对某一部件，如部分传动装置或执行机构，进行详细设计，根据各个零部件的强度，刚度，使用寿命和结构要求，确定其结构尺寸和装配关系，完成装配图样设计和零件图样设计。5）整理文档：整理设计图样，编写设计说明书。3、设计中需要注意的几个问题：1）循序渐进，逐步完善：在设计过程中应该注意理论与实践的结合，要意识到，设计过程是一个复杂的系统工程，要从机械系统整体需要考虑，必须经过反复推敲和认真思考才能得到一个好的设计方案。2）巩固机械设计基本技能，注重设计能力的培养和训练：机械设计的内容繁多，有很多需要的知识课本上并没有，应该自觉加强理论与工程实践的而结合，掌握认识、分析、解决问的基本方法，提高设计能力。3）汲取传统经验，勇于创新：机械设计题目主要来自工程实际中的常见问题，设计中有很多前人的设计经验可以借鉴。在学习的过程中，要注意了解学习，继承前人的经验，同时发挥主观能动性，勇于创新，在设计实践中培养创新能力，以及发现问题、分析问题、解决问题的能力。4）整体着眼，提高综合设计素质：在设计过程中，应该自居加强自主设计意识，注意先总体设计，后部分设计，先概要设计，后详细设计。遇到设计难度时，要从设计目标出发，首先解决主要矛盾，逐渐解决次要矛盾。4、机械设计的基本原则：1）创新原则：设计是人们为达到某种目的所做的创造性工作，以内创新是设计的主要特征。机械设计，首先应是创新的设计，其特点是理论与实践经验同直觉的结合。现代设计的综合性越来越突出，子啊增加了设计的复杂性的同时，也给创新提供了更好的机会。2）安全原则：产品安全可靠的工作是对设计的基本要求。设计为了保障机械的安全可靠运行，必须在结构设计，材料性能，零部件强度，运动稳定性等多方面进行标准设计。3）工艺性原则：构件图样设计完成后，要力求使部件的结构工艺性合理，结构简单，易于加工。5.2收获与提高虽然这学期的机械原理大作业结束了，但有了这样一个机会来独立自主的设计机械，我感到非常难得。通过这次课程设计，我不但将所学的知识整理巩固了一遍，在大脑里形成了一个知识网络，锻炼了我独立思考的能力，增强了我的创新能力，更给了我一种创新的激情，在设计机械的时候，总是希望不断改进，追求完美。其实这次课程设计的过程也是一个自主学习的过程，在设计机构的时候我们所用到的连杆不止是课本上所学，我还额外查阅了许多机械原理相关书籍，以及利用网络资源查阅了很多资料。另外就是在机构仿真的时候，本来我都不会用Pro/E进行仿真，但经过我的努力学习和老师的帮助，终于学会了运用Pro/E进行仿真，这无疑是锻炼了我们自主学习的能力。附录实物搭建图结束语通过这次大作业，我知道其实要做一项课程设计并不简单，要把它做好就更不易了，从中我也感到自己的知识面其实是很狭隘的。在理论知识的贯穿上和用理论解决实际问题的能力上也亟待提高，可以说这次的设计就像是一面镜子，照出了我的不足之处。但也因此而小小地锻炼了一下自己，为大四的毕业设计做了一个准备。参考文献1罗洪量主编，机械原理课程设计指导书（第二版），北京：高等教育出版社，1986年。2JJ.杰克（美）主编，机械与机构的设计原理（第一版），北京：机械工业出版社，1985年。3王玉新主编，机构创新设计方法学（第一版），天津：天津大学出版社，1996年。4孙恒、陈作模主编，机械原理（第六版），北京：高等教育出版社，2001 5朱文予主编，机械设计课程设计，合肥工业大学出版社 6冯鉴、何俊、雷智翔主编 机械原理西南交通大学出版社，2008年5月 7钟日铭等编proe/ENGINEER Wildfire 3.0(中文版) 北京 机械工业出版社 2007年1月 32 / 32