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目录 序 言 . 1 第一章 门体结构及运动分析 . 2 摆门结构及工作原理 . 2 摆门的运动分析 . 3 缸、摆臂的运动 . 3 臂与门体的运动 . 5 摆门各点位置确定 . 6 轴中心 C 点与气缸转轴中心的相对位置 . 6 臂回转中心 C、转臂与门体铰接点 D 及滚轮中心 E 相对位置 . 6 第二章 内摆门四杆传动机构设计 . 8 本结构 . 8 定已知参数 . 8 构尺寸计算 . 10 构连杆尺寸计算 . 10 块 E 处于两极限位置时的距离(滑块行程) . 11 柄滑块机构的强度校核 . 11 第三章 驱动系统原理图的拟定 . 13 体传动机构选择 . 13 泵类型选择 . 13 向回路选择 . 13 度控制回路选择 . 14 动防夹系统 . 15 统原理图绘制 . 16 第四章 内摆门气动元件选型与计算 . 18 品分类、型号 . 18 品分类 . 18 泵按气动门在开启后所处的位置分类 . 18 品型号的标记方法 . 18 品型号标记示例 . 18 术要求 . 19 作环境 . 19 作电压 . 19 全性能 . 19 缸的选型与计算 . 20 定设计参数 . 20 缸选择标准 . 20 缸的尺寸计算与选择 . 21 缸输出力 计算 . 22 缸型号选择 . 24 缸耗气量计算 . 24 塞杆外伸行程的耗气量 . 24 塞杆内缩行程的耗气量 . 25 冲性能计算 . 25 缸的平均速度和最大速度 . 26 冲性能检验 . 26 控制元件的合成有效截面积确定 . 27 控制元件的有效截面积和尺寸确定 . 27 急阀选型 . 29 第五章 气源装置选型与计算 . 30 源装置的定义及组成 . 30 气压缩机选择 . 31 塞式压缩机分类 . 31 定空气压缩机的输出压力 . 32 气压缩机的吸入流量 . 32 气压缩机功率 . 32 择空气压缩机型号 . 33 冷却器选择 . 34 油器、储气瓶及主管道过滤器选型 . 34 油器选型 . 34 气瓶选型 . 34 气过滤器选型 . 36 统性能验算 . 36 参考文献 . 37 致 谢 . 38 第 1 页 共 38 页 序 言 随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的日益提高 ,人们对客车内、外饰质量及舒适性的要求越来越高。乘客门是客车的重要组成部分 ,是乘客上下车的通道 ,对客车的整体造型也起着重要的协调作用。 客车乘客门是客车的重要组成部分。 随着我国客车技术的发展和客车市场的需要,内摆式乘客门由于能够增大乘客上下车通道的宽 度 ; 乘客门关闭后,门和车身外部侧围曲线相一致,从而增加整车美观性 ; 乘客门具有防夹功能等优点,内摆式乘客门越来越多地在客车上应用。 我国采用较多的是折叠式车门。由于车门凹陷于车身,不仅增加行车时的空气阻力,影响整车的外形美观,而且由于车门缝隙大,密封困难,在行驶中产生强烈的振动噪声和漏气,从而影响乘坐舒适性。而气动内摆门具有开度大 ,有效通道宽 ,乘客上下车方便、快捷 ,驾驶员控制方便等优点 ,而且双扇内摆门前后两扇门上都能安装上下车扶手 ,便于乘客上下车时抓扶 ,可有效防止上下车时受伤。不仅如此 ,内摆门的外形可以和侧围外 形一致 ,不仅外形美观 ,还能避免客车行驶时由于乘客门内凹而形成空气涡流 ,减小风阻 ,降低油耗和噪声。 公交客车气动门用于乘客的上下车。气动门的优点是: 结构简单,制造方便,成本低 ,过载能自动保护, 操纵方便 只需驾驶员控制气源开关 。气动门的开启和关闭可靠,它是以空气为工作介质,工作介质获得比较容易用后的空气排到大气中,处理方便, 与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。 与液压传动相比,气动门的动作迅速,反应快,维护简单并有防夹功能 。 这些优点使得内摆门 目前是城市客车较多采用的 客车门 系统 。 第 2 页 共 38 页 第一章 门 体 结构及运动 分析 以单扇气动内摆门为例 ,介绍其结构和工作原理,并利用 确定内摆门各点位置。 摆门结构及工作原理 气动内摆门的结构如图 1示。气缸 1通过转轴固定在门泵托板 7上,门泵托板通过螺栓固定 ,在门体上方的侧围骨架上,气缸的活塞推杆与摆臂 2在 臂在连接。门轴上端穿过门泵托板,与摆臂通过花键固定,下端通过轴承安装在踏步地板上,转臂 4与门轴定,下端通过轴承安装在踏步地板上,转臂 4与门轴通过螺栓固定为一体,转臂与门体 5在 体运动时滚轮在滑槽内滑动,滑槽固定在门泵托板的下方。 图 1内摆门结构简图 1 2 3 4 5 6 78 9 第 3 页 共 38 页 图 1电,气路工作原理图 1 2 3 4图 2气动内摆门最基本的电、气路工作原理图。其中紧急阀为 2,又称手拨开关。在正常状态下,手拨开关处于“ 开”的状态,压缩空气由气源经过手拨开关通向二位五通电磁阀。当双向开关 4的 时,电磁阀右端线圈通电,压缩空气经电磁阀向气缸 3右腔充气 ,气缸左腔残留的空气经电磁阀的排气口排出,压缩空气推动活塞向左运动, 气动门 打开;当双向开关 4的 磁阀左端线圈通电,压缩空气经电磁阀向气缸左腔充气,气缸右腔残留的空气经电磁阀的排气口排出,压缩空气推动活塞向右运动, 气动门 关闭。当气路、电路出现故障时,将手拨开关拨到“关”的位置,气缸左、右腔的压缩空气都能通过电磁阀的排气口及手拨开关的排气口排出,可以实现 气动门 的手动打开、关闭。 摆门的运动分析 缸、摆臂的运动 气缸、摆 臂的运动如图 1示。当闭合开关时,压缩空气推动气缸活塞左右移动,活塞推杆随之外伸或回缩,使摆臂绕 动门轴绕其中心 避免运动干涉,气缸活塞在左右移动的同时,气缸本身还绕转轴转动。对摆臂推力 摆臂 的方向垂直于摆臂方向,推力方向与运动方向夹角 越小,运动所需的驱动力越小,运动就越轻便灵活。因此运动到中间位置 B时 ,V 第 4 页 共 38 页 的方向应与 摆臂与推杆垂直,在极限位置 点,夹角 也是越小越好。 图 1气缸、摆臂运动轨迹 图 1转臂、门体运动示意图 第 5 页 共 38 页 臂与门体的运动 转臂与门体的运动如图 1示,气缸驱动摆臂绕 动门轴及转臂绕门轴中心 体上的 点旋转,门体上各点随之运动。在门体运动过程中 ,持 图 2以看出,当 点旋转 角到 D时,门体上 看作该点随着 点平移到 E,同时该点绕 D反向旋转,由 E旋转至 E ,由于滑槽的限位作用 ,E 与 向上位置不变 样,门体上其它各点的运动也可看作是这两种运动的合成。由于 点的运动由 ,于 D因此 也等于 的 。 即 (1又因为 E 与 向上位置不变 ,所以 (1由此可得 (1令 ( X c d/Y c d)a r c ta n (1式中 : 门体关闭时转臂回转中心 之间的 点之间的 令 ( X c d/Y d e )a r c ta n (1式 中: 点之间的 点之间的 由图可知 )c o s (L c dc o sL c d)180c o s (o sL c c (1式中 : 转臂回转中心 之间的直线距离。 同理,可以得出 )c o s (L d ec o sL d e)180c o s (o 第 6 页 共 38 页 (1式中 : 转臂与门体铰接点 点之间的直线距离。 将式 (2式 (2入式 (2 ,可得 : )c o s (L d ec o sL d e)c o s (L c dc o sL c d (1式 (2是转臂、门体运动时,转角 与 的关系式, 当 , 时, 且 此时 。在这种情况下,当转臂随转轴转过一个角度时,铰接点 门体上各点随之平移的同时,还绕 D反向旋转相同的角度。 摆门各点位置确定 轴中心 由图 2以看出, 响驱动力方向和运动方向的夹角 , 越小,所需的驱动力越小,内摆门的运动越轻便灵活。在转到正中位置时,应使 0 ,这样效果最好。 气缸转轴中心距 门框内侧的距离不宜过大,否则门泵托板外形尺寸过大, 影响上车通道的宽度和塔步深度。 门轴及转臂在回转过程中,应保证不与侧围等其它件干涉,在满足此项要求的前提下,该距离越小越好。 距离大概 810 臂回转中心 C、转臂与门体铰接点 相对位置 (1)C 点位置的初步确定 向位置已确定。确定 向位置应注意,要使 点太靠左,在转动过程中,门轴、转臂很可能与侧围密封立柱、门框干涉; 靠右,会占用 气动门 的空间,使门的开度、上车通道有效宽度降低。这里定 方向与门框对齐 。下面对气动门完全打开后,各部点之间的相对位置进行分析。气动门 完全打开后,门体与车身相对位置如图 1示。 第 7 页 共 38 页 图 1门打开后门体位置示意图 当 气动门 完全打开后,门体垂直于车身侧围,即门扇打开了 90, 此时门轴转角等于 90,滚轮位于 E点,通道最宽,而且不会产生干涉现象。 (2)C、 D、 E 各点相对位置的 确定 由上可知,当车门打开 90时,滚轮位于 E点时,内摆门打开的效果最好,从 式 (2以得出,此时 , 。 当受到空间限制,门口尺寸较小时,可以适当加大 尺寸,使得门轴转角超过90,以加大门口通道宽度,但应进行校核,确保不干涉。而且门轴转角越大,在极限位置 角越大,所需驱动力也越大,影响门扇启闭的灵活性。 第 8 页 共 38 页 第二章 内摆门四杆传动机构设计 该传动机构简化为平面运动机构就是曲柄滑块机构,下面以 摆门运动分析 来计算 该传动机构 的尺寸 。 本结构 如图 2 摆门结构简图,它由门轴、转臂、门框、密封胶条、门体和滚轮等组成,采用气控来实现门的关闭,门的关闭锁紧是依靠关闭压缩空气控制门的运动件来达到的。 图 2门体上端面俯视图 1 2 3 4 5 6定已知参数 在图 2 2研究并 根据设计要求和车身侧围弧度并选定密封胶条后,可以确定的参数有 :L =810,3L=50 ,4L=80 ,T =100,1T=102,门轴直径为 38 。由第二章分析可知35L =L =50, 。 第 9 页 共 38 页 图 2门体上端面俯视图 图 2门体上沿端面俯视图 第 10 页 共 38 页 构尺寸计算 构连杆尺寸计算 使设计既要符合标准,又要使门扇要运动到图 3置,必须符合以下条件:(参照图 1 2 2 A.位置处,门扇超出车身侧围弧度部分尽量小 B , , , 1 (2C2122(2美观起见,仅让密封胶条部分超出车身侧围最宽处,即图 3位置处,门边密封胶条与门体弧度最宽处平齐。则有 : 1 2 4T +T =L 代入已知数据得 21 0 0 + 1 0 2 = L 求得 2L=282 ( 由 式 (2得 122L =代入数据 ,解得 1L=264 ( 将以上所得数值代入式 (22122(2 得 282264100L c 2 解得 282 ( 所以 第 11 页 共 38 页 282 ( 块 块行程) 由 上面的分析可知,当门打开到极限位置时,即门体垂直于车身侧围,此时门轴转角为 90,因为转臂是通过螺栓与门轴固定在一起的,所以此时转臂也转过了 90。根据图 3可列出下式 (25 2 82 6 422 (又 因为 22 (24121 (2代入数据可得 264 (所以 19826428222 (所以滑块行程为 3 3 01 9 85 2 8 (柄滑块机构的强度校核 强度校核由公式: ( 2 公式中:N 常用材料的抗拉强度见表 2 m 12 页 共 38 页 材料名称或牌号 屈服点 / 抗拉强度 b /伸长率 ( ) 断面收缩率 ( ) 35 390 25 27 琰茞 35 314 530 20 28 45 45 353 598 16 30 40 4085 960 9 30 45 12 538 2 拉 150 压 637 弯 330 表 2公式和表中数据可 验算曲柄机构的抗拉强度,满足要求 。 第 13 页 共 38 页 第 三 章 驱动 系统原理图的拟定 本设计要求由气压传动系统控制门泵驱动门体作内摆式运动。满足在门体处于关闭锁紧位置时,门扇要与车身侧围弧度一致,在完全开启位置时门扇垂直于车身侧围面。并进行机构运动分析与系统性能验算。 体传动机构选择 本设计要求门体在关闭锁紧位置时,门扇要与车身侧围弧度一致,在完全开启位置时门扇垂直于车身侧围面, 经调查研究 采用曲柄滑块机构。 泵类型选择 门泵 是 以压缩空气或电为动力源,用 于启闭客车 气动门 的一种控制执行装置 。门体的开启和关闭是气缸左右两腔通过压缩空气推动活塞运动带动连杆机构运动实现的,因此可选择双作用单杆活塞缸。 向回路选择 气泵产生压缩空气经 后 冷却器,除油器净化后,经储气罐稳压后经空气过滤器进一步净化后通向紧急阀后通过电磁阀换向,这里选用二位五通电磁阀, 图 3二位五通电磁阀的图形符号。 图 3位五通电磁阀 图形符号 两位五通电磁阀具有 1个进气孔 P(接进气气源 )、 1个正动作出气孔 A 和 1个反动作出气孔 B(分别提供 气缸 一正一反动作的气源 )、 1个正动作排气 孔 1个反动作排气孔 装消声器 )。两位五通电磁阀一般为双电控 (即双线圈 )。 两位五通双电控电磁阀动作原理:给正动作线圈通电,则正动作气路接通 (正动作出气孔有气 ),即使给正动 第 14 页 共 38 页 作线圈断电后正动作气路仍然是接通的,将会一直维持到给反动作线圈通电为止。 给反动作线圈通电,则反动作气路接通 (反动作出气孔有气 ),即使给反动作线圈断电后反动作气路仍然是接通的,将会一直维持到给正动作线圈通电为止。这相当于 “ 自锁 ” ,这样可以保护电磁阀线圈不容易损坏。 度控制回路选择 双作用气缸的调速回路主要有进气节流和排气节流方法, 如图 1 1 图 3作用气缸的排气节流回路 图 3作用气缸的 进 气节流回路 一般多采用排气节流。进气节流回路由于进气流量小而排气流量大,进气腔压力上升缓慢,当进气和排气两腔压差达到刚好克服各种反力时,活塞就突然前进,使进气腔容积突然增大,进气腔压力下降,活塞就停止前进。气缸活塞这种“忽走忽停”的现象称为气缸的爬行,故较少采用这种调速方法。 第 15 页 共 38 页 动防夹系统 内摆式乘客门防夹系统的作用是当乘客门和车身外部门关闭过程中,遇到 阻碍时,乘客门能够自动地打开。 如何 3 3、低气压保护开关 2、手拨开关 3、电磁阀 4、门泵气缸活塞杆 5、断防夹开关 6、压缩弹簧 7、门泵气缸 8、气动防夹系统 9、防夹开关 其工作原理: 关门时,门泵气缸内活塞杆 (件 4)向左移动,遇到阻碍物时,活塞杆受到向右作用力,门泵气缸右侧腔内压力增大,左侧腔内压力降低,当压力降低到一定数值时,气防夹系统中的压缩弹簧 (件 6)伸张,使防夹开关接通,电磁阀开门系统开始送气,乘客门被 打开。 其中防夹系统的工作原理如图 3第 16 页 共 38 页 图 3、电磁阀 2、防夹开关 3、低气压 保护开关 4、断防夹开关 5、双复位开关 其原理为: 当乘客门关闭过程中,遇到阻碍物时,乘客门防夹开关被接通,防夹系统开始起作用,开门系统的电路接通,电磁阀将向开门的气路中送气,使乘客门打开。 当乘客门接近关闭位置时,断防夹开关被打开,使防夹系统不起作用,这样就保证了乘客门关闭时,不能因为防夹开关被接通而使乘客门自动打开。 如果关门时门气路中气压较低,乘客门关闭的速度和作用力很小,不会对乘客造成伤害,这时低气压保护开关断开,防夹系统不起作用,从而使电磁阀不通电,以保护电磁阀。正常使用中,低气压保护开关设定的最低气 压不小于 气防夹机构中,当手拨开关拨到“开”的状态时,防夹开关接通,而低气压保护开关断开,防夹系统不起作用,从而使电磁阀不处于常通电状态,以保护电磁阀。 统原理图绘制 将上述所选定的机构与气压基本回路组合成气动门驱动系统,并根据需要作修改与调整,最后画出的气动门驱动原理图如图 1示 。 第 17 页 共 38 页 图 3气动门驱动原理图 空气压缩机 2却器 3 4 5滤器 6 7 8 9 1011 1213 第 18 页 共 38 页 第四章 内摆门气动元件选型与计算 客车门泵的选择需遵循一定的标准,在 678车气动门门泵标准 )中规定了门泵的类型、工作条件,选择标准。 品分类、型号 品分类 (1)气动门泵(代号不标出):以压缩空气为动力源的门泵。 (2)电动门泵(代号 D):以电为动力的门泵。 泵按气动门在开启后所处的位置分类 (1)外摆 气动门 门泵(代号 W): 气动门 开启后摆移至车身外,其具车身有一定距 离。 (2)内摆 气动门 门泵(代号 N): 气动门 开启后,大部分摆移至车厢内。 (3)折叠 气动门 门泵(代号 Z): 气动门 开启后至少有两扇 气动门 胶接折叠在一起。 (4)滑移气动门门泵(代号 H):气动门开启后贴于车身外或藏于车身夹层中。 品型号的标记方法 品型号标记示例 第 19 页 共 38 页 术要求 作环境 (1)温度: 65 。 (2)相对湿度不大于 90 作电压 (1)气动门泵额定工作气压为 作气压范围为 (2)电动门泵标称电压为 124V,工作电压范围分别为 11V 15V,或 22V 30V 全性能 (1)门泵系统应符合 3094证 气动门 锁止可靠,在客车行驶中,不允许 气动门 自行开启。 (2)除折叠式 气动门 外,门泵系统应符合 3094气动门 在任何情况下,启闭时应缓速,并使乘客不会被 气动门 伤害或夹住。在启闭过程中遇到障碍物, 气动门 应能停止关闭或自动开启。气动门泵夹紧力应不大于 150N,电动门泵夹紧力应不大于 250N。 (3)门泵系统应符合 258车静止或发生故障时,在车内或车外能手动操纵紧急开启装置,在紧急开启装置动作后, 气动门 能被立即打开。 第 20 页 共 38 页 定设计参数 计 参数: (1)工作压力 P=2)气缸往复运动时间 推出 2(s)缩回 1.6(s)t l (3)气缸行程 L=100( (4)负载工作力 W=980( N) (5)气缸活塞运动方向 水平方向 缸选择标准 根据机械设计手册规定,气缸应选择标准气缸,其次才考虑自行设计选择,一般遵循表 4 表 4缸的选择依据 考虑因素 内容 安装形式 安装形式由安装位置 、 使用目的等因素决定。在一般场合下,多用固定式安装方式:轴向支座( )前法兰( )、后法兰( )等;在要求活塞直线往复运动的同时又要缸体作较大圆弧摆动时,可选用尾部耳轴( ) 和中间轴销( 安装方式;如需要在回转中输出直线往复运动,可采用回转气缸。有特殊要求时,可选用特殊气缸。 输出力 根据工作机构所需力的大小,考虑气缸载荷率确定活塞杆上的推力和拉力,从而确定气缸内径, 气缸由于其工作压力较小( 其输出力不会很大,一般在 10000N(不超过 20000N)左右,输出力过大其体积(直径)会太大,因此在气动设备上应尽量采用扩力机构,以减小气缸的尺寸。 气缸行程 气缸(活塞)行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应使用满行程 ,以免活塞与缸盖相碰撞,尤其用来夹紧等机构,为保证夹紧效果,必须按计算行程多加 10 20 运动速度 气缸的运动速度主要由所驱动的工作机构的需要来决定, 要求速度缓慢、平稳时,宜采用气液阻尼缸或采用节流调速。节流调速的方式有:水平安装推力载荷推荐用排气节流;垂直安装升举载荷推荐用进气节流;具体回路见基本回路一节。用缓冲气缸可使缸在行程终点不发生冲击现象,通常缓冲气缸在阻力载荷且速度不高时,缓冲效果才明显。如果速度高,行程终端往往会产 第 21 页 共 38 页 生冲击。 缸的尺寸计算与选择 由气动气缸技 术标准( 5923可知此类气缸运动速度范围为 50 50mm/s,查气动手册根据表 4取负载率 %50 。 表 4缸的运动状态与负载率 由气缸负载率公式 100%0 (4式中 : F 气缸活

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