機(jī)械原理課程設(shè)計-高位自卸汽車的設(shè)計

1、<p><b>　　高位自卸汽車設(shè)計</b></p><p><b>　　說明書</b></p><p>　　班 級： 車輛五班 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號： </p>

2、<p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　時間：2012年3月到6月</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　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或者側(cè)向卸下，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

3、自卸汽車，它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(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)到自動卸貨。</p><p>　　高位自卸汽車的設(shè)計要求是具有一般自卸汽車的功能。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。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，車廂后移量為a。為保證車廂的穩(wěn)定性，其最大后移量am

4、ax不得超過1.2a。在舉升過程中可在任意高度停留卸貨。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。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。結(jié)構(gòu)盡量緊湊、簡單、可靠，具有良好的動力傳遞性能。</p><p>　　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(jī)構(gòu)實現(xiàn)車廂的舉升，在舉升過程中通過

5、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(dá)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(jī)構(gòu)設(shè)計要實現(xiàn)的目的來看，機(jī)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(jī)構(gòu)的綜合就可以了，這個設(shè)計主要是通過四桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。就機(jī)構(gòu)選擇和設(shè)計的過程中除了機(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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：高

6、位 舉升 翻轉(zhuǎn) 自卸 </p><p><b>　　一 背景資料</b></p><p>　　自卸汽車（dump truck）車廂配有自動傾卸裝置的汽車。俗稱為翻斗車、工程車，由汽車底盤、液壓舉升機(jī)構(gòu)和貨廂組成。在土木工程中，常同挖掘機(jī)、 裝載機(jī)、 帶式輸送機(jī)等聯(lián)合作業(yè)，構(gòu)成裝、運、卸生產(chǎn)線，進(jìn)行土方、砂石、松散物料的裝卸運輸。由于裝載車廂能自動傾翻一定角度卸

7、料，大大節(jié)省卸料時間和勞動力，縮短運輸周期，提高生產(chǎn)效率，降低運輸成本，并標(biāo)明裝載容積。是常用的運輸機(jī)械。</p><p>　　圖1-1 北奔牌自卸車ND33104D46J7自卸汽車</p><p>　　圖1-2 一般自卸汽車的結(jié)構(gòu)原理簡圖</p><p>　　發(fā)動機(jī)、底盤及駕駛室的構(gòu)造和一般載重汽車相同。車廂可以后向傾翻或側(cè)向傾翻，通過操縱系統(tǒng)控制活塞桿運動，以后

8、向傾翻較普遍，推動活塞桿使車廂傾翻。少數(shù)雙向傾翻。高壓油經(jīng)分配閥、油管進(jìn)入舉升液壓缸，車廂前端有駕駛室安全防護(hù)板。發(fā)動機(jī)通過變速器、裝置驅(qū)動液壓泵，車廂液壓傾翻機(jī)構(gòu)由油箱、液壓泵、分配閥、舉升液壓缸、控制閥和油管等組成。車廂液壓傾翻機(jī)構(gòu)由油箱、液壓泵、分配閥、舉升液壓缸、控制閥和油管等組成。發(fā)動機(jī)通過變速器、取力裝置驅(qū)動液壓泵，高壓油經(jīng)分配閥、油管進(jìn)入舉升液壓缸，推動活塞桿使車廂傾翻。以后向傾翻較普遍，通過操縱系統(tǒng)控制活塞桿運動，可使車

9、廂停止在任何需要的傾斜位置上。車廂利用自身重力和液壓控制復(fù)位。</p><p><b>　　二 設(shè)計題目</b></p><p>　　2.1 設(shè)計簡介和母的</p><p>　　目前國內(nèi)生產(chǎn)的自卸汽車其卸貨方式為散裝貨物沿著汽車大梁卸下或者側(cè)向傾翻卸下，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

10、要求。</p><p>　　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。這樣可以滿足使貨物堆積的更高的要求，在現(xiàn)在土地資源緊張，使用高位自卸汽車可以在相同的面積上更快的堆積更多的貨物。而不用其它機(jī)械配合作業(yè)，提高了工作效率。</p><p>　　2.2 設(shè)計條件和設(shè)計要求</p><p>　　1.具有一般自卸汽車的功能。</p>

11、;<p>　　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。</p><p>　　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，車廂后移量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。</p><p>　　4.在舉升過程中可在任意高度停留卸貨。</p><p>　　5

12、.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。</p><p>　　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。</p><p>　　7.結(jié)構(gòu)盡量緊湊、簡單、可靠，具有良好的動力傳遞性能。</p><p>　　圖2-1 自卸汽車數(shù)據(jù)簡圖</p><p&

13、gt;　　圖2-2 自卸汽車廂工作狀態(tài)圖</p><p>　　表2-1機(jī)構(gòu)要求數(shù)據(jù)表（單位：mm）</p><p><b>　　三 執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　3.1 舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　3.1.1機(jī)構(gòu)的選擇方案</p><p>　　舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計可以有多個方案來實

14、現(xiàn)車廂舉升和后移運動。利用連桿機(jī)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。并不是每個機(jī)構(gòu)都能符合這種高要求，下面列舉出各種方案和它們的特點，選擇比較恰當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)。</p><p>　　方案一：平行四邊形舉升機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖3-1 平行四邊形舉升機(jī)構(gòu)原理圖</p><p>　　如上圖所示機(jī)構(gòu)，C

15、BEF 形成一平行四邊形，桿BC 在液壓油缸的帶動下繞C 軸轉(zhuǎn)動，</p><p>　　從而完成車廂的舉升和下降。</p><p><b>　　優(yōu)點：</b></p><p>　　1．結(jié)構(gòu)簡單，易于加工、安裝和維修；</p><p>　　2．能夠保證車廂在舉升和下降過程中保持水平，穩(wěn)定性好；</p><

16、;p>　　3．液壓油缸較小的推程能夠完成車廂較大的上移量。</p><p><b>　　缺點：</b></p><p>　　車廂上移時，其后移量很大。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)</p><p>　　計要求，需將桿BC、EF 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)。</p><p

17、>　　方案二： L型舉升機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖3-2 L型舉升機(jī)構(gòu)原理圖</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　如上圖所示車廂舉升機(jī)構(gòu)，L 形桿BDE 一端與鉸鏈B 相聯(lián)（鉸鏈B 通過豎直桿固定在</p><p>　　車架上），一端與車廂底部的鉸鏈E 相聯(lián)，同時其上絞接一液壓油

18、缸2，液壓油缸另一端與</p><p>　　車廂底部的鉸鏈相聯(lián)。</p><p>　　舉升時，液壓油缸1 伸長，推動L 形桿BCD 繞鉸鏈B 逆時針轉(zhuǎn)過角度􀀆 ，使E 端上升；</p><p>　　與此同時，液壓缸2 也聯(lián)動工作，使車廂也轉(zhuǎn)過角度􀀆 ，從而使車廂在上升過程中保持水</p><p><b

19、>　　平。</b></p><p>　　隨著BCD 桿的轉(zhuǎn)動，E 點后移，同時帶動車廂后移，當(dāng)E 點與B 點等高時，后移量達(dá)</p><p><b>　　到最大。</b></p><p><b>　　優(yōu)點：</b></p><p>　　1．該機(jī)構(gòu)充分利用了車廂前面的空間，使車廂底部

20、的機(jī)構(gòu)變得簡單；</p><p>　　2．該機(jī)構(gòu)克服了方案一中后移量過大的缺點，機(jī)構(gòu)的尺寸也較小。</p><p><b>　　缺點：</b></p><p>　　1．該機(jī)構(gòu)最大的缺點在于車廂全部重量均有L 形桿BCD 承擔(dān)，由于DE 很長，所以</p><p>　　BCD 受到很大的扭矩作用。這就對L 形桿的強(qiáng)度提出很

21、高要求，同時也限制了車廂的裝載</p><p><b>　　量。</b></p><p>　　2．液壓缸1 和液壓缸2 需要聯(lián)動工作才能保證車廂的水平，使控制機(jī)構(gòu)復(fù)雜。</p><p>　　3．液壓油缸的推程較大。</p><p>　　方案三 剪式舉升機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖3-3 剪式

22、舉升機(jī)構(gòu)原理圖</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　如上圖所示，該舉升機(jī)構(gòu)是由長度相等的兩桿AC 和BD 彼此鉸接于E 點；AC 桿的A</p><p>　　端和與水平的活塞桿鉸接，并可在滑槽內(nèi)移動；BD 桿的B 端與車廂底部為滑動鉸接。</p><p>　　當(dāng)活塞F 右移時，車廂上升，同

23、時向后移動；活塞F 左移時，車廂下降，同時向前移</p><p><b>　　動。</b></p><p>　　下面具體分析車廂的后移原理</p><p>　　圖3-4 剪式舉升機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)分析圖</p><p>　　如上圖，設(shè)AE=BE=a，CE=DE=b，舉升前，舉升后，則有</p><p>&

24、lt;b>　　上移量：</b></p><p><b>　　后移量： </b></p><p><b>　　化簡后得 </b></p><p>　　可見，后移量與a，b 的差值有關(guān)，故采用此種布置形式時，鉸接點E 不能為兩桿的中點。</p><p>　　采用此種布置時，會使CD

25、的距離較小，影響了車廂工作時的穩(wěn)定性，特別是在車廂翻</p><p>　　轉(zhuǎn)卸貨時，這種影響尤為顯著。</p><p>　　為了消除這種影響，可將E 取為兩桿的中點，同時，為了使車廂在上移時能夠逐漸后</p><p>　　移，需要將C 點換成滑動鉸接，而D 點換成固定鉸接。</p><p><b>　　如下圖所示：</b>

26、;</p><p>　　圖3-5 剪式舉升機(jī)構(gòu)初次改進(jìn)圖</p><p>　　最好用作圖法將極限為之畫出來。</p><p>　　此時，由于E 為兩桿的中點，故在車廂上移過程中，A 與D，B 與C 始終在一條直線</p><p>　　上；同時由于A 點向后移動，故車廂上的D 點也隨之后移，于是整個車廂就向后移動。</p>&l

27、t;p>　　設(shè)AC=BD＝l，舉升前，舉升后，則有</p><p><b>　　上移量： </b></p><p><b>　　后移量： </b></p><p>　　該舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是：</p><p>　　1．結(jié)構(gòu)簡單，緊湊；</p><p>　　2．能夠很好的協(xié)調(diào)

28、車廂上移量與后移量之間的關(guān)系，滿足工作要求；</p><p>　　3．機(jī)構(gòu)的受力情況較好。</p><p><b>　　缺點：</b></p><p>　　液壓缸水平布置時，在舉升初始階段，傳動角很小，不利于工作。</p><p>　　根據(jù)以上缺點，可以將液壓缸改為豎直布置的形式，如下圖： </p><

29、;p>　　圖3-6 剪式舉升機(jī)構(gòu)二次改進(jìn)圖</p><p>　　將液壓缸豎直布置后，可以很好地解決傳動角過小的問題，但不難想象，這樣布置使液</p><p>　　壓缸的推程需要很大，不易實現(xiàn)。</p><p>　　為了解決以上矛盾，可以采用以下多級舉升機(jī)構(gòu)：</p><p>　　將液壓缸豎直布置后，可以很好地解決傳動角過小的問題，但不

30、難想象，這樣布置使液</p><p>　　壓缸的推程需要很大，不易實現(xiàn)。</p><p>　　為了解決以上矛盾，可以采用以下多級舉升機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖3-7 多級剪式機(jī)構(gòu)舉升機(jī)構(gòu)原理圖</p><p>　　如上圖所示，AD，BC，CF，DE 為桿長相等的四桿，AD 與BC，CF 與DE 鉸接與中</p><p&

31、gt;　　點G，H；A，F(xiàn) 為滑動鉸接。</p><p>　　該方案較好地解決了以上方案液壓缸推程要求很大的缺點，同時，由于原設(shè)計中安裝</p><p>　　液壓缸處空間變得較小，故將液壓缸布置在機(jī)構(gòu)的中間部位。</p><p>　　3.1.2 機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)計</p><p>　　已知的車廂等重要的尺寸：</p><p&

32、gt;<b>　　舉升機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計：</b></p><p>　　設(shè)AD=BC=CF=DE=l，初始位置，到達(dá)最大升程時由幾何關(guān)系可得：</p><p>　　為了使整個舉升機(jī)構(gòu)不超過車廂底部安裝空間，需滿足</p><p><b>　　取，聯(lián)立得 </b></p><p>　　l=1803mm

33、 </p><p><b>　　液壓缸尺寸計算</b></p><p>　　取MG=NH=200mm </p><p>　　時，,CM=701.5mm，CH=901.5mm，由余弦定理得</p><p>　　解得MH=284mm ∠CHM=37.9°</p><p>　　∠

34、MHN=∠CHN－∠CHM=(180－2×7.2°) －37.9°＝127.7°</p><p>　　解得MN=436mm</p><p>　　時，,CM=701.5mm，CH=901.5mm，由余弦定理得</p><p>　　解得MH=1012mm ∠CHM=42.5°</p><p&

35、gt;　　∠MHN=∠CHN－∠CHM=(180－2×38.6°) －42.5°＝60.3°</p><p>　　解得MN=864mm</p><p>　　所以 液壓缸行程S=＝864－436=428mm</p><p>　　根據(jù)液壓缸的本體長度、行程及市場常見規(guī)格，取缸體直徑為100mm，活塞桿直徑為50mm。</p

36、><p>　　3.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計是為了實現(xiàn)車廂翻轉(zhuǎn)的功能的機(jī)構(gòu)，同車廂舉升機(jī)構(gòu)一樣，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也是利用連桿機(jī)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。既要結(jié)構(gòu)簡單，又要符合安裝要求的機(jī)構(gòu)是沒有最好的，而且翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和車廂的舉升機(jī)構(gòu)要搭配使用實現(xiàn)他們的綜合功能，所以要考慮的因素很多，因此也列出幾種

37、方案，根據(jù)其結(jié)構(gòu)說出這種方案的主要特點，然后選擇使用。</p><p>　　3.2.1 機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　方案一 雙油缸位錯翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖3-8雙油缸位錯翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)</p><p>　　這種機(jī)構(gòu)是和舉升機(jī)構(gòu)方案一中的滑動直接舉升機(jī)構(gòu)搭配使用的，在直接舉升機(jī)構(gòu)中，這個方案存在許多問題，但是可以很好的吧舉升和翻轉(zhuǎn)

38、功能結(jié)合在一起，實現(xiàn)空間的有效利用和結(jié)構(gòu)的簡單化。如果和舉升機(jī)構(gòu)的方案一結(jié)合考慮，平且能夠?qū)崿F(xiàn)很好的控制，是可以考慮采用這個方案的。</p><p>　　方案二、普通直推式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖3-9 普通直推翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)</p><p>　　這種機(jī)構(gòu)是油缸驅(qū)動的四桿機(jī)構(gòu)，是目前一般的自卸汽車上面最常使用的機(jī)構(gòu)，在普通自卸汽車上面得到了廣泛的應(yīng)用，時間說明這種

39、機(jī)構(gòu)具有很高的使用價值。首先是機(jī)構(gòu)簡單，只需要使用一個液壓油缸就可以實現(xiàn)車廂的翻轉(zhuǎn)，維護(hù)方便。但是油缸的行程相對較大，選用舉升力量較大的油缸把油缸安裝在靠近旋轉(zhuǎn)支座的地方或者利用汽車底盤間隙合理安裝布局可以避免行程較大的缺點。</p><p>　　方案三、曲柄搖桿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖3-10 曲柄搖桿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)</p><p>　　這個機(jī)構(gòu)是有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

40、聯(lián)想到的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，這個機(jī)構(gòu)中油缸是提供動力的作用，油缸的的行程變小，在油缸勻速推進(jìn)時，車廂的翻轉(zhuǎn)不勻速，可以方便卸貨。</p><p>　　3.2.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計：</p><p>　　圖3-11 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計</p><p>　　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中B和H的豎直高度差，偏轉(zhuǎn)角度。</p><p>　　在機(jī)構(gòu)計算中可以看出當(dāng)?shù)某叽巛^大的時候

41、，需要的L1和L2的長度也要增大考慮到車廂的長度是3900，為了受力狀態(tài)良好，E點安排在車廂的重心附近。設(shè)L3=1800。L1=L2，當(dāng)車廂在水平的時候，B點在E點的正下方，舉升到最高時，L1=L2和L2在一條直線上，機(jī)構(gòu)鎖死。可以得出公式：</p><p>　　計算得到：L1=L2=1060，L3=1800</p><p>　　根據(jù)計算可以安排油缸最短尺寸800，AB=300，BC=10

42、00。</p><p>　　3.3 廂門開合機(jī)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　3.3.1 機(jī)構(gòu)的選擇方案</p><p>　　后廂門打開機(jī)構(gòu)的要求是當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)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。圖2-2中可以看出當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)一定角度時，廂門也打開相同的角度。由此可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計。</p><p>&l

43、t;b>　　方案一、自開式機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　3-12 自開式廂門打開機(jī)構(gòu)</p><p>　　因為廂門和車廂翻轉(zhuǎn)的角度相同，所以廂門在打開和關(guān)閉的時候都處于豎直狀態(tài)，因此考慮利用廂門的重力使之自由打開。在要卸貨的時候打開鎖住廂門的機(jī)構(gòu)，廂門可以隨車廂的翻轉(zhuǎn)自由打開。當(dāng)卸貨完畢的時候，在使用鎖止機(jī)構(gòu)吧廂門鎖死，實現(xiàn)廂門可靠的關(guān)閉。該機(jī)構(gòu)設(shè)計簡單，容易想到?？?/p>

44、以利用車廂底部空間，方便安裝。但是車門的開閉是自由的，不能精確實現(xiàn)車門打開角度與翻轉(zhuǎn)角度之間的函數(shù)關(guān)系。</p><p>　　方案二、控制開合式機(jī)構(gòu)。</p><p>　　圖3-13 控制開合式廂門打開機(jī)構(gòu)</p><p>　　該機(jī)構(gòu)通過控制桿控制廂門上面的鉸實現(xiàn)廂門的開合。把控制桿和車廂翻轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)恰當(dāng)?shù)穆?lián)系在一起時，可以精確的實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和廂門打開的聯(lián)動控制。但是這

45、個機(jī)構(gòu)的安裝困難，這種結(jié)構(gòu)或者類似結(jié)構(gòu)安裝在車廂側(cè)面比較合適，設(shè)計題目中沒有給車廂側(cè)面的空間，如果安裝在車廂底部，控制桿會影響卸貨。</p><p>　　3.3.2 廂門開合機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計：</p><p>　　廂門開合機(jī)構(gòu)是基于實用的目的選擇了廂門開合機(jī)構(gòu)中的利用重力自由開合的機(jī)構(gòu)，在這個簡單的機(jī)構(gòu)中，具體尺寸要求不高，但是必需要保證廂門的配合緊密，使廂門能夠嚴(yán)密的關(guān)上，當(dāng)廂門的鎖止機(jī)構(gòu)

46、打開的時候，機(jī)構(gòu)不能影響廂門自由的打開。</p><p>　　四 CATIA建模和運動仿真</p><p><b>　　4.1 模型的建立</b></p><p>　　利用CATIA，根據(jù)設(shè)計確定的機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)建立三維模型，模型截圖見附錄。</p><p>　　4.2 模型的運動仿真</p><p>

47、;　　通過模型的運動仿真可以清楚的看到機(jī)構(gòu)的運動過程，借此分析機(jī)構(gòu)是否干涉，設(shè)計是否合理。通過觀察模型的運動，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)構(gòu)的設(shè)計，使工作更可靠，以便在符合要求的方案中采用最佳的方案。另外是運動分析可以直觀的模擬機(jī)械的工作過程，仿真結(jié)果可以作為機(jī)械的推廣和宣傳材料，通過仿真得到主要機(jī)構(gòu)運動的視頻文件。</p><p>　　以下是通過CATIA做的速度與加速度的分析。</p><p>　　因

48、為整個車廂是整體后移和上移和翻轉(zhuǎn)，所以只用取車廂上一點分析其速度與加速度便可得整個車廂的速度與加速度。</p><p>　　圖4-1 運動分析所取點</p><p>　　當(dāng)油缸的速度是以500mm/s勻速運動的時候得到的曲線圖如圖所示。</p><p>　　圖4-2 運動分析速度與加速度圖</p><p>　　從曲線上可以大致看出這種參數(shù)

49、曲線的變化，借此可以大致分析機(jī)構(gòu)的運行。平行四邊形舉升機(jī)構(gòu)舉起中間架和車廂上升。其中扯清舉升的數(shù)據(jù)是以車廂相對底盤運動的運動速度的模為參量，速度相對平滑，大約穩(wěn)定在1.40m／s，上升過程可以認(rèn)為是勻速的，有利于在實現(xiàn)在任意位置停止，滿足設(shè)計要求。加速度曲線沒有突變，不會給油缸和車廂帶來沖擊，有利于延長機(jī)器的使用時間。</p><p>　　舉升過程中的分析改進(jìn)意見，這個分析過程使用的是勻速運動的油缸，在油缸起步的

50、時候，車廂的加速度很大，而且勻速運動的油缸只存在與理想條件中。實際油缸都是先加速后勻速的，在機(jī)構(gòu)難以做重大的改動的情況下，可以改善輸入運動改善機(jī)構(gòu)的運動。可以通過使用節(jié)流閥等油缸控制元件，使油缸的速度以多項式的運動速度變化，減小加速度的變化，這樣可以優(yōu)化機(jī)構(gòu)的工作環(huán)境可以延長機(jī)器的使用時間。</p><p><b>　　五．設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　在整個

51、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(jī)械設(shè)計方面的知識和三維建模軟件的應(yīng)用。在機(jī)構(gòu)設(shè)計和選擇中，我設(shè)想了很多的機(jī)構(gòu)，通過對比他們的主要優(yōu)缺點我采用了最佳的機(jī)構(gòu)進(jìn)行桿長的計算和設(shè)計。然后開始對結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和仿真并進(jìn)行了運動分析。</p><p>　　但是我在做這個設(shè)計的時候，感到了自己知識的不足。在設(shè)計的過程中我覺得自己的設(shè)計不完善，計算不夠，沒有進(jìn)行力學(xué)分析。這個是最大的缺點。只進(jìn)行了運動學(xué)分析，沒有

52、進(jìn)行力學(xué)分析，這樣雖然說明了給機(jī)構(gòu)施加一定的荷載是可以實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運動的，但是沒有進(jìn)行動力學(xué)分析，卻不知道需要多大的力才可以推動機(jī)構(gòu)運動，更沒有分析進(jìn)一步分析材料的性質(zhì)和選定材料的截面尺寸和截面形狀的設(shè)計是否符合受力要求。</p><p>　　5.1 機(jī)械設(shè)計的目的</p><p>　　1）培養(yǎng)綜合運用所學(xué)的理論知識與實踐技能，樹立正確的設(shè)計思想，掌握機(jī)械設(shè)計的一般方法和規(guī)律，提高機(jī)械設(shè)計

53、的能力。</p><p>　　2）通過設(shè)計實踐，熟悉設(shè)計過程，學(xué)會準(zhǔn)確使用資料，設(shè)計計算，分析設(shè)計結(jié)果，繪制圖樣，在機(jī)械設(shè)計基本技能的運用上得到訓(xùn)練。</p><p>　　3）在課余時間，提供一個較為充分的設(shè)計空間，使在鞏固所學(xué)知識的同時，強(qiáng)化創(chuàng)新意識，在設(shè)計實踐中深刻領(lǐng)會機(jī)械設(shè)計的內(nèi)涵。</p><p>　　5.2 機(jī)械設(shè)計的步驟</p><

54、p>　　1）設(shè)計準(zhǔn)備：明確設(shè)計任務(wù)，設(shè)計要求，工作條件，針對設(shè)計任務(wù)和要求進(jìn)行分析調(diào)研，查閱有關(guān)資料，參觀現(xiàn)場實物。</p><p>　　2）方案設(shè)計： 根據(jù)分析調(diào)研結(jié)果，選擇原動機(jī)，傳動裝置，執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及它們之間的連接方式，擬定若干可行的設(shè)計方案。</p><p>　　3）總體設(shè)計：對所擬定的發(fā)難進(jìn)行計算，分析，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行必要的初步設(shè)計，進(jìn)行分析比較，選擇一個正確合理

55、的設(shè)計方案，繪制整體方案簡圖。</p><p>　　4）結(jié)構(gòu)設(shè)計（本次沒有用到這一步）：針對某一部件，如部分傳動裝置或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，根據(jù)各個零部件的強(qiáng)度，剛度，使用壽命和結(jié)構(gòu)要求，確定其結(jié)構(gòu)尺寸和裝配關(guān)系，完成裝配圖樣設(shè)計和零件圖樣設(shè)計。</p><p>　　5）整理文檔：整理設(shè)計圖樣，編寫設(shè)計說明書。</p><p>　　5.3 設(shè)計中需要注意的幾個問

56、題</p><p>　　1）循序漸進(jìn)，逐步完善：在設(shè)計過程中應(yīng)該注意理論與實踐的結(jié)合，要意識到，設(shè)計過程是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要從機(jī)械系統(tǒng)整體需要考慮，必須經(jīng)過反復(fù)推敲和認(rèn)真思考才能得到一個好的設(shè)計方案。</p><p>　　2）鞏固機(jī)械設(shè)計基本技能，注重設(shè)計能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練：機(jī)械設(shè)計的內(nèi)容繁多，有很多需要的知識課本上并沒有，應(yīng)該自覺加強(qiáng)理論與工程實踐的而結(jié)合，掌握認(rèn)識、分析、解決問的基本

57、方法，提高設(shè)計能力。</p><p>　　3）汲取傳統(tǒng)經(jīng)驗，勇于創(chuàng)新：機(jī)械設(shè)計題目主要來自工程實際中的常見問題，設(shè)計中有很多前人的設(shè)計經(jīng)驗可以借鑒。在學(xué)習(xí)的過程中，要注意了解學(xué)習(xí)，繼承前人的經(jīng)驗，同時發(fā)揮主觀能動性，勇于創(chuàng)新，在設(shè)計實踐中培養(yǎng)創(chuàng)新能力，以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。</p><p>　　4）整體著眼，提高綜合設(shè)計素質(zhì)：在設(shè)計過程中，應(yīng)該自居加強(qiáng)自主設(shè)計意識，注意先

58、總體設(shè)計，后部分設(shè)計，先概要設(shè)計，后詳細(xì)設(shè)計。遇到設(shè)計難度時，要從設(shè)計目標(biāo)出發(fā)，首先解決主要矛盾，逐漸解決次要矛盾。</p><p>　　5.4 機(jī)械設(shè)計的基本原則</p><p>　　1）創(chuàng)新原則：設(shè)計是人們?yōu)檫_(dá)到某種目的所做的創(chuàng)造性工作，以內(nèi)創(chuàng)新是設(shè)計的主要特征。機(jī)械設(shè)計，首先應(yīng)是創(chuàng)新的設(shè)計，其特點是理論與實踐經(jīng)驗同直覺的結(jié)合。現(xiàn)代設(shè)計的綜合性越來越突出，子啊增加了設(shè)計的復(fù)雜性的同時

59、，也給創(chuàng)新提供了更好的機(jī)會。</p><p>　　2）安全原則：產(chǎn)品安全可靠的工作是對設(shè)計的基本要求。設(shè)計為了保障機(jī)械的安全可靠運行，必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計，材料性能，零部件強(qiáng)度，運動穩(wěn)定性等多方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。</p><p>　　3）工藝性原則：構(gòu)件圖樣設(shè)計完成后，要力求使部件的結(jié)構(gòu)工藝性合理，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。</p><p>　　5.5 本次設(shè)計效果分析與改進(jìn)意

60、見</p><p>　　這個設(shè)計經(jīng)過分析驗證，達(dá)到了設(shè)計的運動要求。</p><p>　　這個設(shè)計當(dāng)然還有許多不完善的地方，目前的機(jī)構(gòu)根本不具有實際應(yīng)用價值。如果考慮到應(yīng)用的問題，則需要很多的因素，針對這些設(shè)計要求進(jìn)行改進(jìn)。</p><p>　　首先是在機(jī)構(gòu)上面，在這個采用的機(jī)構(gòu)中還可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，主要是改動油缸和轉(zhuǎn)動桿的鉸接位置，通過改變油缸和鉸接點的位置，可以

61、避免初始傳動角過小的問題。針對鉸點的位置調(diào)整也可以優(yōu)化在油缸勻速運動時候的機(jī)構(gòu)目標(biāo)點的運動曲線，減小目標(biāo)點在運動中的沖擊。</p><p>　　5.6 設(shè)計心得體會</p><p>　　通過這次設(shè)計初步了解了機(jī)械原理理論設(shè)計的一般過程和方法，加深了對機(jī)械原理這門課程的理解，同時也知道了原來學(xué)習(xí)機(jī)械工程材料、結(jié)構(gòu)力學(xué)等課程的應(yīng)用。在做機(jī)械設(shè)計的過程中首先要滿足的條件是需要設(shè)計出符合運動要求

62、的機(jī)構(gòu)簡圖，計算出機(jī)構(gòu)的尺寸，依據(jù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)仿真，這些內(nèi)容也是這次做設(shè)計的主要內(nèi)容。</p><p>　　得到機(jī)構(gòu)簡圖以后需要對機(jī)械構(gòu)件進(jìn)行尺寸綜合，算出在符合承載要求的情況下需要的構(gòu)件尺寸。在設(shè)計構(gòu)件尺寸的過程中，不僅僅要考慮材料力學(xué)的知識，也要了解材料的特點。知道根據(jù)實際情況選擇合適的材料。在計算設(shè)立和承載的時候進(jìn)行動力分析，結(jié)構(gòu)是否符合動力設(shè)計的要求，運動過程中的沖擊。在運動分析之后得到真實的機(jī)構(gòu)和個零

63、件的實際尺寸，然后組裝成實物。如果不符合設(shè)計要求，發(fā)生干涉和剛性沖擊等，可以根據(jù)實際條件，改進(jìn)設(shè)計。</p><p>　　在設(shè)計之后，通過機(jī)械原理的應(yīng)用。我知道了自己還需要學(xué)習(xí)很多知識，書到用時方恨少，在進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要應(yīng)用到很多的知識。要想完成機(jī)械設(shè)計的全部內(nèi)容，從計算、設(shè)計，到得到實物的過程，是一個分成復(fù)雜的過程，僅僅知道設(shè)計原料是沒有實際價值的，即使知道設(shè)計，加工和組裝對機(jī)器的性能也會有很大的影響。所

64、以想要完成一個機(jī)器的設(shè)計過程，掌握設(shè)計制造機(jī)械的本領(lǐng)，我要繼續(xù)學(xué)習(xí)，爭取做的更好。</p><p><b>　　六 致謝</b></p><p>　　首先我想感謝學(xué)校開設(shè)機(jī)械綜合設(shè)計這門課程這極大地讓我們認(rèn)識到自身的不足以及機(jī)械所要求的嚴(yán)謹(jǐn)，課上的答辯為我們以后做項目打下基礎(chǔ)。還有何朝明老師，在整個設(shè)計中，從項目規(guī)劃到尺度綜合，到運動學(xué)分析以及最后的設(shè)計說明書，這一

65、系列環(huán)節(jié)都離不開何老師的細(xì)心指導(dǎo)。因為是第一次撰寫設(shè)計說明書，在許多細(xì)節(jié)方面考慮不周，對此，何老師都給予了耐心的解答與指正。另外，還要感謝我們班沃野同學(xué)，從他那塊得到CATIA軟件以及一些教學(xué)視頻為建模省了很大一部分時間。 </p><p><b>　　七 參考</b></p><p>　　[1] 謝進(jìn), 萬朝燕, 杜立杰. 機(jī)械原理[M]. 北京: 高等教育出版社

66、, 2004年</p><p>　　[2] 機(jī)械工程手冊[S], 第十八篇, 機(jī)構(gòu)選型與運動設(shè)計. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1978年</p><p>　　[3] 丘宣懷等. 機(jī)械設(shè)計. 北京: 高等教育出版社, 2007年</p><p>　　[4] 朱新濤, 許祖敏, 徐峰等. CATIA機(jī)械設(shè)計從入門到精通. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2011年7月<

67、/p><p>　　[5] 劉朝儒等. 機(jī)械制圖[M]. 北京: 高等教育出版社, 2001年</p><p>　　[6] Molian.S. Mechanism design[M]. Cambridge University Press, 1982</p><p>　　[7] C.H.Suh, Charles W.Radcliffe. Kinematics and me

68、chanisms design[M]. Wiley Press, 1978</p><p>　　[8] Svoboda, Antonin James, Hubert Maxwell. Computing mechanisms and linkages[M]. McGrow-Hill, 1976</p><p>　　[9] McCarthy.J.M. Geometric design of

69、linkages[M]. Phoenix Lieb press, 2008</p><p>　　[10] P.Orlov. Fundamentals of machine design[M]. MIR Publishers-Mscow, 1987</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　圖附1 利用草圖，凸臺，凹槽，倒圓

70、角，鏡像等工具根據(jù)尺寸畫車身</p><p>　　圖附2 利用草圖，凸臺，鏡像，倒圓角，凹槽等繪制車廂底架</p><p>　　圖附3 利用草圖，凸臺，凹槽，矩形陣列等畫車廂</p><p>　　圖附4 舉升機(jī)構(gòu)桿件BC(DE)</p><p>　　圖附5舉升機(jī)構(gòu)桿件AD(CF)</p><p>　　圖附6

71、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)桿件DE</p><p>　　圖附7 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)桿件BD</p><p>　　圖附8 模擬液壓缸缸體</p><p>　　圖附9 模擬液壓缸活塞桿</p><p>　　圖附10 連接車身與桿件以及車廂與桿件的滑塊</p><p>　　圖附11 桿件與液壓缸利用相合約束裝配</p><p&

72、gt;　　圖附12 總體裝配圖</p><p>　　圖附13 機(jī)構(gòu)模擬運動初始狀態(tài)</p><p>　　圖附14 機(jī)構(gòu)模擬運動中間狀態(tài)</p><p>　　圖附15 機(jī)構(gòu)模擬運動最終狀態(tài)</p><p><b>　　車廂后移量</b></p><p><b>　　車廂翻轉(zhuǎn)角度&