高位自卸汽车设计计算说明书_毕业设计(编辑修改稿)

高位自卸汽车设计计算说明书_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

其优缺点见表 21。 表 21 连杆滑块机构优缺点 优点 缺点 机构简单，便于安装； 比较容易控制车厢的倾斜角度； 当机构液压缸 H 运动完毕 后会由于车厢自身的重量向下压，将会使机构变得不稳定，它的稳定性偏差。 它的支撑完全依靠液压缸 H 和活塞杆 BH、连杆 AH，所以它对这部分机构刚度要求比较高。 12 液压缸直推机构 图 28 液压缸直推机构 原理 分析 ：该倾斜机构 如图 28 所示，本机构的原理比较简单。 在液压缸 H的推动下，活塞杆 BH 伸长，由于铰链点 B、 C 的作用，车厢将绕着点 C 转动，这样就实现车厢的倾斜动作。 其优缺点见表 22。 表 22 液压缸直推机构优缺点 优点 缺点 该机构结构简单，便于安装和修理； 该机构所需零件少，便于加工、制造； 该机构由于所需零件少，这就造成了此机构的刚度比较差； 由于靠液压缸推动，这又造成了所需的液压缸的推程比较大。 滑块倾斜 机构 13 图 29 滑块倾斜机构 原理 分析 ：该倾斜机构 如 图 29 所示，工作时液压缸 H 伸长， BC 杆一端铰接在车厢的 C 点上，另一端与滑块 B 铰接，由于液压缸长度伸长，滑块 B 向右运动，由于连杆 BC 和铰链点 B、 C、 D 作用就能使车厢绕 D 点转动。 其优缺点见表 23。 表 23 滑块倾斜机构优缺点 优点 缺点 机构比较简单，需要的零件比较少，易于加工和安装。 液压缸一直处于水平，比较 容易控制。 初始时传动角较小，需要液压缸较大的推力； 对 BC 杆强度要求较高。 曲柄摇杆翻转机构 图 210 曲柄摇杆翻转 机构 一 14 图 211 曲柄摇杆翻转 机构 二 原理 分析 ：该倾斜机构 如图 21 210 所示，工作时液压缸 H 伸长，且活塞杆的另外一侧与连杆 CF 相连， CF 可以绕铰链点 F 转动，通过 BH 的伸长使 CF顺时针转动，且 CD 与 CF 铰接，所以它也会一起转动，通过 CD 的逆时针转动就带动了车厢绕 E 点的转动。 这种倾斜机构的油缸作用点布置十分灵活，它既可布置在左端，也可以布置在右端。 其优缺 点见表 24。 表 24 曲柄摇杆倾斜机构优缺点 优点 缺点 机构比较简单，需要的零件比较少，易于加工和安装。 液压缸的行程比较小，可以减少液压缸的损坏机率。 对于 CF 杆来说，它还受到 HB 对它径向力，所以 CF 杆的强度要求比较大。 后厢门 启闭 机构 设计 后厢门打开机构的要求是当车厢翻转卸货时，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。 图 12 中可以看出当车厢翻转一定角度时，厢门也打开相同的角度。 由此可以进行机构设计。 15 重力直接打开机构 图 212 重力直接打开 机构 原理分析：如图 212 所示， 利用在车厢倾斜过程中 货物的重力作用直接推动后厢门的打开，实现卸货，卸货完毕后，在车厢门自身的重力作用下又能够实现自动关闭了这种设计比较简单，安全可靠，容易想到。 其优缺点见表 25。 表 25 重力直接打开机构优缺点 优点 缺点 机构比较简单，不需要其他任何辅助机构，十分经济； 容易联想到，能够实现设计要求。 不能实现自锁。 摇块顶开 机构 16 图 213 摇块顶开机构 原理分析：如图 213 所示，本机构是相当于一个四杆机构 WX 为厢门，其在 W 点 与车厢铰接，在 X 点与 XY 杆铰接， XY 与铰接在车厢上的滑块 Y 形成移动副。 当车厢翻转时，通过联动机构使滑块 Y 绕车厢转动，使 XY 相对滑块 Y 移动，就能使车厢门 WX 绕 W 点转动，实现车厢门的打开。 其优缺点见表 26。 表 26 摇块顶开机构优缺点 优点 缺点 结构简单，自锁性较好； 要使转动 Y 时， XY 杆要移动且转动，要精确控制厢门的打开角度，对零件的精度要求较高。 四级 连杆 机构 图 214 四级 连杆 机构 原理分析：如图 214 所示，本机构是相当于一个四杆机构 WX 为厢门， ABXW构成平行 四边形连杆 机构。 且 A、 B 与 车厢构成转动副， O 为 倾斜机构的简化。 当车厢翻转时，通过联动机构使 平行四边形机构 绕车厢转动，使 WX 相对车厢转动，就能实现车厢门的打开。 其优缺点见表 27。 O 17 表 27 四级连杆机构优缺点 优点 缺点 结构简单，自锁性较好 传动相对可靠 联动机构 滑轨打开 机构 机构 图 215 滑轨打开机构 原理分析：如图 215 所示，本机构是相当于运用构件 2 与 车厢组成简单的移动副联动开启 厢门。 当车厢翻转时，通过联动机构使 移动副 向重力方向运动 ，就能使车厢门 WX 同时 打开 ，实现车厢门的打 开。 同时 ， 复位 是利用构件 1 的 弹簧实现的。 其优缺点见表 28。 表 28 滑轨打开机构优缺点 优点 缺点 自锁性较好 运动可靠 传动平稳 ，易于控制 制造 成本较高 机构的组合 在对要实现的目标运动进行拆解，分别进行机构设计之后。 现在要从举升机构，翻转机构和车门打开机构中选择合适的机构进行组合设计。 在组合中要保证整体运动合成后车厢运动的平稳同时要避免机构运动时发生干涉。 18 举升机构要求举升过程平稳，可以在任意高度停止。 虽然要求举升机构在举升的过程中车厢要向后移动，但是没有严格规定后移量和举升高度之间 的函数关系，所以可以选择剪式举升机构和双剪式举升机构。 翻转机构要求运动平稳，可靠性好，结构紧凑，适合安装，所以选择曲柄摇杆翻转机构和曲柄连杆倾斜机构，这样就可以在油缸行程不大的时候，使车厢翻转适当的角度。 厢门打开只是为了方便卸货，可以把题目中给定的厢门打开的角度等于车厢的翻转角度理解为车门打开的角度大于等于厢门打开的角度，再加上考虑到安装位置的影响，所以选择机构中重力直接打开机构，在这个考虑中主要是考虑了经济性和实用性。 最后 ，我们通过考虑各性能参数， 制造成本 以及 各 机构 的 的 优缺点比较 等因素 ，最终确定了两 种组合方案， 方案一 为 剪式 举升机构 、曲柄摇杆翻转机构 二 、重力 直接 打开机构 的组合。 方案二为 双 剪式举升机构 、连杆滑块机构、 重力直接打开机构的组合。 两组设计方案 组合 设计 简 图如 图 21 216 所示： 图 216 机构组合方案一 19 图 217 机构组合方案二 第 3 章 机构 设计尺寸设计 方案 一尺寸设计 举升机构的尺寸设计 图 31 剪式举升机构 20 如图 31 所示为剪式举升机构，各杆件间的连接主要为铰链接， OA 表示油压缸， A、 E 为滑块。 其工作原理是油压缸 1 伸出推动滑块 2 右移，带动构件 3逆时针 转动，使得车厢先右端升起，左端随之升起，实现举升功能，同时带动构件 4 顺时针旋转，实现车厢后移。 复位过程为油压缸缩回使滑块 2 左移，带动构件 3 顺时针转动，使车厢先右端下降，左端随之下降，实现竖直方向复位，同时带动构件 4 逆时针旋转， 实现水平方向复位。 同时，停止油压缸运动即可实现任一高度停顿功能 各尺寸关系如下：设油压缸伸长量为 a， AE 与 x 轴夹角为 α ， AE 长为 l，则举升高度 S 为： „„„„„„„„ „„ () 油压缸安装位置 O 到铰链点 B 的位 置等于油压缸伸长量 a 与原长与 之和，即 „„„„ „„ () 1. 约束条件如下：  要求初始油压缸伸长量为 0 时，高度为 Hd=500mm；油压缸伸长量小于等于 时，最大举升高度 Smax=1800mm,即 初始时刻： 最大高度时刻： „„„„„„ () 注： l0 为液压缸长度，设为 200mm 21  分析机构可知，后移量 a=380mm 是由油压缸伸长量 a 决定，因此 ,为使机构能达到后移量要求，只需满足以下条 件： „„„„„„„„ „„„„ ()  油压缸安装位置 O 到铰链点 B 的位置不得大于车厢长度 L=4000mm 及预留空间 Lt=300mm 之和，可得： „„„„„„„„ „„„„ () 确定尺寸： 根据（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）式，带入数值，取 amax=450mm通过 matlab 进行数值计算得出初算值如下： 根据工程要求，可得各尺寸如下： 可得满足设计要求。 倾斜 机构 尺寸设计 22 图 32 曲柄摇杆 倾斜 机构初始位置 图 33 最大倾斜位置示意图 结合图 3 图 33，对该机构的尺寸进行设计分析。 设 1CFL ， 2CD L ， 3DE L 在翻转到最大角度时，最理想状态为 CDF 三点共线且垂直于 DE。 为了 减小安装空间 ，现令 EF 高度差为 200， EF 水平距离为 4000，故 EF 两点距离为 4005。 此时 200= 5 5 a r c ta n 5 7 . 94000D E F      3 * c os 57 .9 21 31L EF 12 * sin 57 .9 33 93L L E F  „„„„„„„„（ ） 在机构计算中可以看出当 3L 的尺寸较大的时候，需要的 1L 和 2L 的长度也要增大，为了受力状态良好， D 点安排在车厢的重心附近较为理想。 从计算结果来看， D 点到 E 点的距离为 2131mm，与理想状态较接近。 在初始状态，车厢水平， CF 与水平线有任意夹角时 CD 与水平线都 会有一 23 确定角与其对应。 设 CF杆初始时与水平线夹角为  ， 此时 CD 与水平线夹角为  ，根据位置关系有 ： 12* s in * s in 2 0 0* c o s * c o s 1 8 7 4LL  „„„„„„„（ ） 当  =0，及 CF 杆初始状态水平时时，由方程组（ 1）（ 2）用 Matlab 软件求解，得： 122620773=15LL 因此 ，当 CF 杆水平时， CD 杆与水平线夹角为 15 ，此时 CF 杆长 2620mm，CD 杆长 773mm。 油缸尺寸计算： 图 34 车厢最大倾角示意图 设 BF=1000，车厢倾斜到最大角度时， AB 与 CF 垂直。 如图 34 所示，建立直角坐标系，则 39。 35BFB   ， B 点坐标为（ 819， 573）。 AB 所在直线方程为 24 8195 7 3 (x 8 1 9 )573y    „„„„„„„„„„（ ） 即    油缸铰链点 A 就在 AB 所在直线上，设 A 点距 E 点水平距离为 1400，则1 . 4 3 * 1 4 0 0 1 7 4 3 . 6 2 5 8y      所以 A 点坐标为（ 1400， 258） 则： 22(1 4 0 0 1 0 0 0 ) 2 5 8 4 7 6ABl    ‘ 258a r c ta n 1 0 .41400AFB   ’ 当车厢倾斜到最大角度时， CDF 三点共线，同时 AB 垂直于 CF，此时 1 0 . 4 3 2 . 1 2 . 9 4 5 . 4AFB         10 00 / t a n A F B 98 6ABl    油缸伸长长度 39。 9 8 6 4 7 6 5 1 0A B A B ABl l l      综上所述 ， 262077321311000CFCDDEBF 油缸起始长度 476，身长长度 510。 以 F 为坐标原点，水平线为 x 轴，垂直线为 y 轴，建立直角坐标系。 则铰链点 F、 A、 E 的坐标分别为（ 0， 0）、（ 1400，258）、（ 4000， 200）。 后厢门 启闭 机构 尺寸设计 25 图 35 重力直接打开后厢门启闭机构 本 机构运用 重力直接开启， 因此 无需计算，只需校核 铰链点强度即可。 机构组合 将上述三部分机构，按照计算的 尺寸，进行机构组合，组合 简图 如图 36。 图 36 机构组合方案一 26。