机械原理课程设计

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页机械原理课程设计设计题目： 高位自卸汽车设计 班 级 ： 姓 名： 学 号： 指导老师： 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页1. 设计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） 。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图 图 1 自卸汽车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 2） 。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。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。图 3图 2 高位自卸汽车卸货图 24 自卸车厢倾斜角度西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页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 设计数据方 案 号 车 厢 尺 寸 （ LWH）mmSmaxmmammWkgLtmmHdmmA 40002000640 1800 380 5000 300 500B 39002000640 1850 350 4800 300 500C 39001800630 1900 320 4500 280 470D 38001800630 1950 300 4200 280 470E 37001800620 2000 280 4000 250 450F 36001800610 2050 250 3900 250 4503.要求完成的设计工作量（1） 高位自卸汽车应包括起升机构，翻转机构和后厢门打开机构。（2）提出 3 个方案。主要考虑满足运动要求、动力性能、制造与维护方便、结构紧凑等方面的因素，对方案进行论证。确定最优方案。（3）画出最优方案的机构运动方案简图和运动循环图。（4）对高位自卸汽车的起升机构，翻转机构和后厢门打开机构，进行尺度综合及运动分析，求出各机构输出件位移、速度、加速度，画出机构运动线图。（5）编写设计计算说明书。4.设计提示高位自卸汽车中的起升机构、翻转机构和后厢门打开机构都具有行程较大，做往复运动及承受较大载荷的共同特点。齿轮机构比较适合连续的回转运动，凸轮机构适合行程和受力都不太大的场合。所以齿轮机构与凸轮机构都不太合适用在此场合。连杆机构比较适合在这里的应用。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页一、执行机构设计高位自卸汽车的机构包括举升机构、翻转机构和车门打开机构。其中举升和翻转在机构合计中可以采取合适的结构同时实现这两种动作。车门机构相对独立。再设计过程中可以采用分别对各种机构按其功能进行设计然后采用结构组合和联动实现机构的协调动作。在每种机构的设计过程中，采用设计多种可以实现要求动作的机构，然后在结构，加工工艺、功能、使用寿命等各方面进行分析比较，最终选出较好的机构。再对三种较好的机构组合设计，实现在自卸汽车的基础上完成高位自卸汽车设计。1.1、执行机构的运动循环图根据题目要求我们可以分析出车厢的运动过程，得到车厢的运动循环图是图 3-1 机构运动循环图1.2、举升机构的设计首先讨论举升机构，这个机构的设计可以有多个方案来实现车厢举升和后移运动。利用连杆机构实现车厢的举升，其安装空间不能超过车厢底部与大梁间的空间。结构尽量紧凑，可靠，具有良好的动力传递性能。并不是每个机构都能符合这种高要求，下面列举出各种方案和它们的特点，选择比较恰当的机构。方案一：平行四边形举升机构西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页如上图所示机构，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：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。缺点：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。方案二、双平行四边形联动机构图 3-7 双平行四边形联动机构该机构结构紧凑，能够满足车厢水平上升下降的功能，且在上升过程中逐步后移；该机构克服了平行四边形机构杆件过长，双油缸机构的控制复杂登缺点；该机构受力均匀，有助于延长机构的使用寿命。但是结构相对复杂，油缸的负载大，需要压力较大的液压系统方案三：剪式举升机构西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页工作原理：如上图所示，该举升机构是由长度相等的两杆 AC 和 BD 彼此铰接于 E 点；AC 杆的 A 端和与水平的活塞杆铰接，并可在滑槽内移动；BD 杆的 B 端与车厢底部为滑动铰接。当活塞 F 右移时，车厢上升，同时向后移动；活塞 F 左移时，车厢下降，同时向前移动。该举升机构的优点是：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。缺点：液压缸水平布置时，在举升初始阶段，传动角很小，不利于工作，因此改为以下形式。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页如上图所示，AD，BC，CF，DE 为杆长相等的四杆，AD 与 BC，CF 与 DE 铰接与中点G，H；A，F 为滑动铰接。该方案较好地解决了以上方案液压缸推程要求很大的缺点，同时，由于原设计中安装液压缸处空间变得较小，故将液压缸布置在机构的中间部位。1.3 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 1：油缸前推连杆式如下图所示：西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页该机构的优点是横向刚度较好，举升时转动圆滑，三脚架推动车厢举升时，车厢倾翻轴支架的水平反力比较小，车架底部的受力也比较均匀。其缺点是油缸在车厢翻转过程中摆动角度稍微大了一些，带来一定的不方便。方案 2：单缸直推式该机构示意图如下图：该机构的优点是简单紧凑。采用单缸时，容易实现三面倾斜。另外，若油缸垂直下置时，油缸的推力可全部作为车厢的举升力，因而所需的油缸功率较小。其缺点为该机构横向强度差，而且由于其油缸行程较大。方案三、曲柄摇杆翻转机构西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页图 3-10 曲柄摇杆翻转机构这个机构是有曲柄摇杆机构联想到的翻转机构，这个机构中油缸是提供动力的作用，油缸的的行程变小，在油缸匀速推进时，车厢的翻转不匀速，可以方便卸货。1.4后厢门打开机构设计设计要求：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其中，后箱门和车厢的相对位置如下：设计方案选择：1. 方案一：传统式厢门开合西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 10 页机构分析：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。另外，为了保持在后箱门关闭后，不会因为其他的情况而再次打开，我们在车厢的底部设计了一个倒锁（如上图中的蓝色机构所示） ，它在后箱门关闭后会自动工作把后箱门锁死，所以，基本的设计要求还是达到的。优点：该设计机构最大