高位自卸汽車設(shè)計(jì)計(jì)算說明書畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、高位自卸汽車設(shè)計(jì)計(jì)算說明書目錄第1章 問題的提出11.1 項(xiàng)目背景11.2 設(shè)計(jì)要求4第2章 設(shè)計(jì)方案的選擇52.1高位自卸汽車工作過程52.2 方案選擇流程62.3 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)62.3.1 平行四邊形舉升機(jī)構(gòu)62.3.2 剪式舉升機(jī)構(gòu)72.3.3 雙剪式舉升機(jī)構(gòu)82.3.4 平行四邊形舉升機(jī)構(gòu)92.4 傾斜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)102.4.1連桿滑塊機(jī)構(gòu)112.4.2 液壓缸直推機(jī)構(gòu)122.4.3 滑塊傾斜機(jī)構(gòu)122.4.4 曲柄搖桿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)132.5 后廂門啟閉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)142.5.1 重力直接打開機(jī)構(gòu)152.5.2 搖塊頂開機(jī)構(gòu)152.5.3 四級(jí)連桿機(jī)構(gòu)162.5.4 滑軌打開機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)172.6 機(jī)

2、構(gòu)的組合17第3章 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸設(shè)計(jì)193.1 方案一尺寸設(shè)計(jì)193.1.1舉升機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)193.1.2傾斜機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)213.1.3后廂門啟閉機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)243.1.4 機(jī)構(gòu)組合253.2 方案二尺寸設(shè)計(jì)263.2.1舉升機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)263.2.2傾斜機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)273.2.3后廂門啟閉機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)303.2.4 機(jī)構(gòu)組合31第4章 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析314.1 三維模型的建立314.1.1 部分零件圖314.1.2 裝配體344.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析374.2.1 組合方案一運(yùn)動(dòng)分析374.2.2 組合方案二運(yùn)動(dòng)分析41第5章 機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析465.1 組合方案一動(dòng)力分析465.11 機(jī)構(gòu)受力分

3、析465.1.2 動(dòng)力仿真分析485.2組合方案二動(dòng)力分析545.2.1 機(jī)構(gòu)受力分析545.2.2 動(dòng)力仿真分析56第6章 方案比較與評(píng)價(jià)61第7章 設(shè)計(jì)工作總結(jié)627.1機(jī)械設(shè)計(jì)的目的：627.2機(jī)械設(shè)計(jì)的步驟：627.3設(shè)計(jì)中需要注意的幾個(gè)問題：637.4機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原則：637.5本次設(shè)計(jì)效果分析與改進(jìn)意見64第9章 收獲與體會(huì)65第10章 致 謝66參考文獻(xiàn)67附錄68附件一：部分零件圖和裝配體展示68附錄二：adams運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析界面71附錄三：組合機(jī)構(gòu)簡圖（見a3圖紙）72第1章 問題的提出1.1 項(xiàng)目背景自卸汽車是常用的運(yùn)輸機(jī)械，車廂配有自動(dòng)傾卸機(jī)構(gòu)的汽車，又稱為翻斗車

4、、工程車，由汽車底盤、液壓舉升機(jī)構(gòu)、取力機(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(yùn)、卸生產(chǎn)線，進(jìn)行土方、砂石、松散物料的裝卸運(yùn)輸。由于裝載車廂能自動(dòng)傾翻一定角度卸料，大大節(jié)省卸料時(shí)間和勞動(dòng)力，縮短運(yùn)輸周期，提高生產(chǎn)效率，降低運(yùn)輸成本，并標(biāo)明裝載容積。按底盤承載能力可分為輕卡系列自卸、中噸系列自卸和大噸位系列自卸；按驅(qū)動(dòng)形式可分單橋自卸、雙橋自卸、前四后八自卸、前四后十等不同系列車型；按卸載液壓舉升機(jī)構(gòu)不同可分為單頂自卸和雙頂自卸。圖1-1 普通自卸汽車目前國內(nèi)生產(chǎn)的自卸汽車其卸貨方式為散裝貨物沿汽車大梁卸下，卸貨高度都是固定的，普通自卸汽車如圖1-2

5、，其基本構(gòu)成如圖1-3。對(duì)比國內(nèi)外所生產(chǎn)的自卸汽車，由于卸貨高度都是固定的，當(dāng)遇到將貨物卸到較高處的要求，只能通過先卸載后再靠起重機(jī)構(gòu)提升到較高處的方式。這種方式不僅耗費(fèi)人力物力和時(shí)間，同時(shí)給卸載制造了諸多不便。圖1-2 自卸汽車圖1-3 普通自卸汽車結(jié)構(gòu)組成1-液壓傾卸操縱裝置；2-傾卸機(jī)構(gòu)；3-液壓油缸；4-拉桿；5-車廂；6-后鉸鏈支座；7-安全撐桿；8-油箱；9-油泵；10-傳動(dòng)軸；11-取力器針對(duì)這一需求現(xiàn)狀， 本小組設(shè)計(jì)一種高位自卸汽車，使其不僅能具有一般自卸汽車的功能，而且能實(shí)現(xiàn)將車廂舉升到一定高度后再傾斜車廂卸貨的功能。為方便卸貨，車廂在舉升過程中還將逐步后移和任意高度停留。在

6、車廂傾斜卸貨時(shí)，后廂門隨之聯(lián)動(dòng)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，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)盡量緊湊、簡單、可靠，具有良好的動(dòng)力傳遞性能。這樣可以提高效率，減輕人們的體力勞動(dòng)，同時(shí)顯示了自動(dòng)化的優(yōu)越性。同時(shí)高位自卸汽車既可以最大限度地簡化卸貨場(chǎng)地和地面設(shè)施, 又能更好地適應(yīng)大、中、小型工廠企業(yè)及站場(chǎng)的使用。高位自卸汽車適合大量裝卸物品，可配合裝載機(jī)聯(lián)合作業(yè)，大量運(yùn)輸?shù)V石、砂石、土方等，充分提高了車輛的運(yùn)輸能力。高位自卸汽車是一種將卸貨設(shè)備和車輛結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起的專用車輛。適用于備有機(jī)械化裝車設(shè)備的工廠、礦山、大型建筑工地等部門, 常用以運(yùn)輸?shù)V石、剝離巖石、砂礫、煤炭、建筑材料等不同比重的粒

7、(塊) 狀貨物。全車由車體、底架、舉升機(jī)構(gòu)、傾斜機(jī)構(gòu)、后箱門啟閉機(jī)構(gòu)等組成，其特點(diǎn)是裝有使車廂向上運(yùn)動(dòng)的舉升機(jī)構(gòu)，車箱在舉升機(jī)構(gòu)作用下，可向上運(yùn)動(dòng)到一定高度，然后在傾斜機(jī)構(gòu)作用下，車廂開始傾卸貨物，后箱門啟閉機(jī)構(gòu)隨之聯(lián)動(dòng)將后箱門打開，從而實(shí)現(xiàn)將貨物傾斜到較高的位置進(jìn)行卸貨的功能。高位自卸車的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展方向：相對(duì)于普通車輛而言, 高位自卸車對(duì)動(dòng)載荷和抗沖擊性要求更高，后橋、后懸架都要加以強(qiáng)化。在工地作業(yè)的自卸車,要求轉(zhuǎn)向靈活,轉(zhuǎn)彎半徑小。因?yàn)榻ㄖさ赝鶎?duì)工期要求嚴(yán)格，所以工地型高位自卸車必須故障少、可靠性好。由于工地路面復(fù)雜,往往松軟、坑洼，所以車輛必須滿足動(dòng)力足、扭矩大、起步速度低等要求

8、，即“低速重載大扭矩”。 高位自卸車最近的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要是應(yīng)用技術(shù)在自卸車上的推廣使用。（1）向安全性舒適性發(fā)展提高整車安全性,包括車身安全性能、制動(dòng)性能進(jìn)一步提高;車身采用半浮氣簧式減震裝置，懸架采用少片簧以及橡膠懸架提高整車舒適性能；優(yōu)化變速操縱系統(tǒng)以提高駕駛舒適性能。（2）高位自卸車底盤部分a.變速箱方面:隨著動(dòng)力需求升級(jí)，會(huì)采用多檔位如8、9、12檔變速箱，并會(huì)采用機(jī)械自動(dòng)變速箱；另一方面也會(huì)選擇采用少檔位液力機(jī)械變矩器。b.提高載質(zhì)量利用系數(shù),進(jìn)一步降低整車整備質(zhì)量,節(jié)省原材料；上裝部分主要是車廂采用高強(qiáng)度鋼板，可以大幅降低鋼板選用規(guī)格，大幅降低整備質(zhì)量。c.航空技術(shù)民用化，底盤車

9、架材料可能會(huì)采用鋁鎂合金材料，除能提高整車承載能力同時(shí)，大幅降低整車整備質(zhì)量。（3）液壓裝置高位自卸車的液壓系統(tǒng),或進(jìn)口或國產(chǎn)、或前頂式或中頂式,不同的生產(chǎn)廠家、不同的要求、不同的技術(shù)參數(shù),導(dǎo)致了彼此價(jià)格差距比較大。由底盤廠和改裝廠聯(lián)合指定液壓件的規(guī)格、形狀、要求和技術(shù)參數(shù),統(tǒng)一進(jìn)行采購，這將成為高位自卸車未來發(fā)展的方向，但目前還沒有這樣的做法。1.2 設(shè)計(jì)要求1) 具有一般自卸汽車的功能。2) 能將滿載貨物的車廂在比較水平的狀態(tài)下平穩(wěn)地舉升到一定高度，最大升程smax見表1-1。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(shí)，其后移量a見表1-1。為保證車廂的穩(wěn)定性，

10、其最大后移量amax不得超過1.2a。4) 在舉升過程中可在任意高度停留卸貨。5) 在車廂傾斜卸貨時(shí)，后廂門隨之聯(lián)動(dòng)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，后廂門和車廂的相對(duì)位置見圖1-5。6) 舉升和傾斜機(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。7) 結(jié)構(gòu)盡量緊湊、簡單、可靠，具有良好的動(dòng)力傳遞性能。圖1-4 自卸汽車數(shù)據(jù)簡圖圖1-5 后廂門和車廂的相對(duì)位置表1-1 設(shè)計(jì)的整體尺寸要求車廂尺寸(lwh)smaxaw(kg)lthd4000200064018003805000300500第2章 設(shè)計(jì)方案的選擇2.1高位自卸汽車工作過程針對(duì)

11、目前自卸汽車存在的不足，我們提出一些改進(jìn)方案。我們將運(yùn)用連桿機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的組合，使汽車在卸貨時(shí)，車廂首先比較平穩(wěn)的上升一定高度，為了方便卸貨車廂在舉升過程中會(huì)逐步后移，而且在舉升過程我們可以通過控制液壓系統(tǒng)來控制車廂的舉升高度，這樣就可以使自卸汽車在任意高度停留卸貨。最后在車廂傾斜卸貨時(shí)，后廂門隨之聯(lián)動(dòng)打開。卸貨完畢后，車廂恢復(fù)水平狀態(tài)，后廂門也隨之可靠關(guān)閉，自卸汽車回復(fù)到初始狀態(tài)。其工作過程如圖2-1。圖2-1 汽車卸貨流程2.2 方案選擇流程高位自卸汽車的機(jī)構(gòu)包括舉升機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和后廂門開啟機(jī)構(gòu)。其中舉升和翻轉(zhuǎn)在機(jī)構(gòu)合計(jì)中可以采取合適的結(jié)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)這兩種動(dòng)作。車門機(jī)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立。再設(shè)計(jì)過

12、程中可以采用分別對(duì)各種機(jī)構(gòu)按其功能進(jìn)行設(shè)計(jì)然后采用結(jié)構(gòu)組合和聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)動(dòng)作。在每種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，采用設(shè)計(jì)多種可以實(shí)現(xiàn)要求動(dòng)作的機(jī)構(gòu)，然后在結(jié)構(gòu)，加工工藝、功能、使用壽命等各方面進(jìn)行分析比較，最終選出較好的機(jī)構(gòu)。再對(duì)三種較好的機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在自卸汽車的基礎(chǔ)上完成高位自卸汽車設(shè)計(jì)。圖2-2 方案選擇流程2.3 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有多個(gè)方案來實(shí)現(xiàn)車廂舉升和后移運(yùn)動(dòng)。利用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)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(dòng)力傳遞性能。并不是每個(gè)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(diǎn)，選擇比較恰當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)。2.3.1 平行四邊形舉

13、升機(jī)構(gòu)befcda圖2-3 平行四邊形舉升機(jī)構(gòu)原理分析：如圖2-3所示，abcd剛好構(gòu)成一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，ad桿在液壓缸ef的推動(dòng)下，可以繞d點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，bc桿繞c點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中ab（即車廂）始終保持水平，從而實(shí)現(xiàn)了車廂平穩(wěn)舉升且逐漸后移的動(dòng)作。優(yōu)點(diǎn)：機(jī)構(gòu)簡單，易于加工，可靠性強(qiáng)。能夠保證車廂在舉升和下降過程中保持水平，穩(wěn)定性好。液壓油缸較小的推程能夠完成車廂較大的上移量。缺點(diǎn)： 為了保證車廂舉升到最大高度時(shí)，其最大后移量不超過設(shè)計(jì)要求，需將桿ad、bc做得很長，甚至大大超過了車廂的長度，在工程實(shí)際中不能實(shí)現(xiàn)。2.3.2 剪式舉升機(jī)構(gòu)decba圖2-4 剪式舉升機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)采用長度相等的

14、ab和cd桿鉸接于e點(diǎn)，c和d點(diǎn)處可以滑動(dòng)。當(dāng)液壓缸作用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)車廂的升降和平移。由于a和b是固定鉸點(diǎn)，在車廂舉升時(shí)鉸點(diǎn)e向右移動(dòng)，該機(jī)構(gòu)滿足車廂舉升的時(shí)候向后移動(dòng)，以方便卸貨。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能夠協(xié)調(diào)舉升和后移間存在的函數(shù)關(guān)系，同時(shí)該機(jī)構(gòu)的受力狀況良好。缺點(diǎn)：在車廂處于初始狀態(tài)的時(shí)候液壓缸和cd桿之間的傳動(dòng)角很小，開始的時(shí)候需要較大的工作動(dòng)力，不利于液壓缸的工作。剛舉升到一定高度的時(shí)候ac或bd兩點(diǎn)之間的距離變短，車廂容易失穩(wěn)，尤其是再進(jìn)行翻轉(zhuǎn)車廂的工作時(shí)這種缺點(diǎn)表現(xiàn)更明顯。2.3.3 雙剪式舉升機(jī)構(gòu)圖2-5 雙剪式舉升機(jī)構(gòu)原理分析：如圖2-5所示，gh代表車廂，機(jī)架代表車底座

15、。連桿ae、bd鉸接于點(diǎn)c；dh、eg鉸接于點(diǎn)f，滑塊a與車底座形成移動(dòng)副，滑塊h和車廂形成移動(dòng)副。在液壓缸的推動(dòng)下，滑塊a向右移動(dòng)，同時(shí)滑塊h向左運(yùn)動(dòng)，雙剪式機(jī)構(gòu)向中間靠攏，由于桿長不變，使得車廂向上運(yùn)動(dòng)，且同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了車廂的舉升動(dòng)作。當(dāng)a點(diǎn)向左移動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)相反的功能，車廂左端下降，整體下落。優(yōu)點(diǎn)：在舉升過程中能夠保證車廂處于比較水平的狀態(tài)，舉升位置比較容易控制， 平穩(wěn)性較高。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，安裝精度要求高，運(yùn)動(dòng)副多，鉸鏈點(diǎn)的受力問題比較關(guān)鍵。2.3.4 平行四邊形舉升機(jī)構(gòu)3142圖2-6 平行四邊形舉升機(jī)構(gòu)原理：當(dāng)構(gòu)件1逆時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，活塞桿2伸出，推動(dòng)構(gòu)件4順時(shí)針轉(zhuǎn)

16、動(dòng)，構(gòu)件3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊左移，車廂平穩(wěn)舉升。當(dāng)構(gòu)件1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞桿2伸出，推動(dòng)構(gòu)件3順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊右移，構(gòu)件4順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，車廂左端升起。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，比較容易控制上升量和后移量。缺點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副多，加工安裝較為復(fù)雜，可靠性不太高。2.4 傾斜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傾斜機(jī)構(gòu)是為了實(shí)現(xiàn)車廂翻轉(zhuǎn)的功能，方便卸貨，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(shí)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(dòng)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(shí)現(xiàn)他們的綜合功能，所以要考慮的因素很多，因此也列出幾種方案，根

17、據(jù)其結(jié)構(gòu)說出這種方案的主要特點(diǎn)，然后選擇使用。2.4.1連桿滑塊機(jī)構(gòu)圖2-7連桿滑塊機(jī)構(gòu)原理分析：該傾斜機(jī)構(gòu)如圖2-7所示，它的工作原理為當(dāng)汽車的液壓缸工作時(shí)ab工作段伸長，而且bc連桿固定，這樣就通過鉸鏈點(diǎn)b和c的作用使bc桿旋轉(zhuǎn)，連桿組bcd因?yàn)槿切畏€(wěn)定性成為一個(gè)剛體，所以這樣又將帶動(dòng)連桿dc繞c點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊d在車廂上滑動(dòng)，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)后dc在豎直方向上的分量將變大，所以車廂將繞e點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。其優(yōu)缺點(diǎn)見表2-1。表2-1 連桿滑塊機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1、 機(jī)構(gòu)簡單，便于安裝；2、 比較容易控制車廂的傾斜角度；1、 當(dāng)機(jī)構(gòu)液壓缸h運(yùn)動(dòng)完畢后會(huì)由于車廂自身的重量向下壓，將會(huì)使機(jī)構(gòu)變得不穩(wěn)定，它的

18、穩(wěn)定性偏差。2、 它的支撐完全依靠液壓缸h和活塞桿bh、連桿ah，所以它對(duì)這部分機(jī)構(gòu)剛度要求比較高。2.4.2 液壓缸直推機(jī)構(gòu)圖2-8 液壓缸直推機(jī)構(gòu)原理分析：該傾斜機(jī)構(gòu)如圖2-8所示，本機(jī)構(gòu)的原理比較簡單。在液壓缸h的推動(dòng)下，活塞桿bh伸長，由于鉸鏈點(diǎn)b、c的作用，車廂將繞著點(diǎn)c轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)車廂的傾斜動(dòng)作。其優(yōu)缺點(diǎn)見表2-2。表2-2 液壓缸直推機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1、 該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝和修理；2、 該機(jī)構(gòu)所需零件少，便于加工、制造；1、 該機(jī)構(gòu)由于所需零件少，這就造成了此機(jī)構(gòu)的剛度比較差；2、 由于靠液壓缸推動(dòng)，這又造成了所需的液壓缸的推程比較大。2.4.3 滑塊傾斜機(jī)構(gòu)圖2-9

19、 滑塊傾斜機(jī)構(gòu)原理分析：該傾斜機(jī)構(gòu)如圖2-9所示，工作時(shí)液壓缸h伸長，bc桿一端鉸接在車廂的c點(diǎn)上，另一端與滑塊b鉸接，由于液壓缸長度伸長，滑塊b向右運(yùn)動(dòng)，由于連桿bc和鉸鏈點(diǎn)b、c、d作用就能使車廂繞d點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。其優(yōu)缺點(diǎn)見表2-3。表2-3 滑塊傾斜機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1、 機(jī)構(gòu)比較簡單，需要的零件比較少，易于加工和安裝。2、 液壓缸一直處于水平，比較容易控制。1、初始時(shí)傳動(dòng)角較小，需要液壓缸較大的推力；2、對(duì)bc桿強(qiáng)度要求較高。2.4.4 曲柄搖桿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖2-10 曲柄搖桿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一圖2-11曲柄搖桿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)二原理分析：該傾斜機(jī)構(gòu)如圖2-11、2-10所示，工作時(shí)液壓缸h伸長，且活塞桿的另外

20、一側(cè)與連桿cf相連，cf可以繞鉸鏈點(diǎn)f轉(zhuǎn)動(dòng)，通過bh的伸長使cf順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，且cd與cf鉸接，所以它也會(huì)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過cd的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)就帶動(dòng)了車廂繞e點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種傾斜機(jī)構(gòu)的油缸作用點(diǎn)布置十分靈活，它既可布置在左端，也可以布置在右端。其優(yōu)缺點(diǎn)見表2-4。表2-4 曲柄搖桿傾斜機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1、 機(jī)構(gòu)比較簡單，需要的零件比較少，易于加工和安裝。2、 液壓缸的行程比較小，可以減少液壓缸的損壞機(jī)率。1、對(duì)于cf桿來說，它還受到hb對(duì)它徑向力，所以cf桿的強(qiáng)度要求比較大。2.5 后廂門啟閉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)后廂門打開機(jī)構(gòu)的要求是當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)卸貨時(shí)，后廂門隨之聯(lián)動(dòng)打開，卸貨完畢，車廂恢復(fù)水平狀態(tài)，后廂門也隨之可

21、靠關(guān)閉。圖1-2中可以看出當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)一定角度時(shí)，廂門也打開相同的角度。由此可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.5.1 重力直接打開機(jī)構(gòu)圖2-12 重力直接打開機(jī)構(gòu)原理分析：如圖2-12所示，利用在車廂傾斜過程中貨物的重力作用直接推動(dòng)后廂門的打開，實(shí)現(xiàn)卸貨，卸貨完畢后，在車廂門自身的重力作用下又能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉了這種設(shè)計(jì)比較簡單，安全可靠，容易想到。其優(yōu)缺點(diǎn)見表2-5。表2-5 重力直接打開機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1、 機(jī)構(gòu)比較簡單，不需要其他任何輔助機(jī)構(gòu)，十分經(jīng)濟(jì)；2、 容易聯(lián)想到，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求。1、不能實(shí)現(xiàn)自鎖。2.5.2 搖塊頂開機(jī)構(gòu)圖2-13 搖塊頂開機(jī)構(gòu)原理分析：如圖2-13所示，本機(jī)構(gòu)是相當(dāng)于一個(gè)四

22、桿機(jī)構(gòu)wx為廂門，其在w點(diǎn)與車廂鉸接，在x點(diǎn)與xy桿鉸接，xy與鉸接在車廂上的滑塊y形成移動(dòng)副。當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使滑塊y繞車廂轉(zhuǎn)動(dòng)，使xy相對(duì)滑塊y移動(dòng)，就能使車廂門wx繞w點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車廂門的打開。其優(yōu)缺點(diǎn)見表2-6。表2-6 搖塊頂開機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1、 結(jié)構(gòu)簡單，自鎖性較好；1、要使轉(zhuǎn)動(dòng)y時(shí)，xy桿要移動(dòng)且轉(zhuǎn)動(dòng)，要精確控制廂門的打開角度，對(duì)零件的精度要求較高。o2.5.3 四級(jí)連桿機(jī)構(gòu)圖2-14四級(jí)連桿機(jī)構(gòu)原理分析：如圖2-14所示，本機(jī)構(gòu)是相當(dāng)于一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)wx為廂門，abxw構(gòu)成平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)。且a、b與車廂構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，o為傾斜機(jī)構(gòu)的簡化。當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使

23、平行四邊形機(jī)構(gòu)繞車廂轉(zhuǎn)動(dòng)，使wx相對(duì)車廂轉(zhuǎn)動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)車廂門的打開。其優(yōu)缺點(diǎn)見表2-7。表2-7 四級(jí)連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1、 結(jié)構(gòu)簡單，自鎖性較好2、 傳動(dòng)相對(duì)可靠1、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)2.5.4 滑軌打開機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)圖2-15 滑軌打開機(jī)構(gòu)原理分析：如圖2-15所示，本機(jī)構(gòu)是相當(dāng)于運(yùn)用構(gòu)件1、2與車廂組成簡單的移動(dòng)副聯(lián)動(dòng)開啟廂門。當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使移動(dòng)副向重力方向運(yùn)動(dòng)，就能使車廂門wx同時(shí)打開，實(shí)現(xiàn)車廂門的打開。同時(shí)，復(fù)位是利用構(gòu)件1的彈簧實(shí)現(xiàn)的。其優(yōu)缺點(diǎn)見表2-8。表2-8 滑軌打開機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1、 自鎖性較好2、 運(yùn)動(dòng)可靠3、 傳動(dòng)平穩(wěn)，易于控制1、制造成本較高2.6 機(jī)構(gòu)的組合在

24、對(duì)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行拆解，分別進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)之后?，F(xiàn)在要從舉升機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和車門打開機(jī)構(gòu)中選擇合適的機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)。在組合中要保證整體運(yùn)動(dòng)合成后車廂運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)同時(shí)要避免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生干涉。舉升機(jī)構(gòu)要求舉升過程平穩(wěn)，可以在任意高度停止。雖然要求舉升機(jī)構(gòu)在舉升的過程中車廂要向后移動(dòng)，但是沒有嚴(yán)格規(guī)定后移量和舉升高度之間的函數(shù)關(guān)系，所以可以選擇剪式舉升機(jī)構(gòu)和雙剪式舉升機(jī)構(gòu)。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，可靠性好，結(jié)構(gòu)緊湊，適合安裝，所以選擇曲柄搖桿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和曲柄連桿傾斜機(jī)構(gòu)，這樣就可以在油缸行程不大的時(shí)候，使車廂翻轉(zhuǎn)適當(dāng)?shù)慕嵌取T打開只是為了方便卸貨，可以把題目中給定的廂門打開的角度等于車廂的翻轉(zhuǎn)角度

25、理解為車門打開的角度大于等于廂門打開的角度，再加上考慮到安裝位置的影響，所以選擇機(jī)構(gòu)中重力直接打開機(jī)構(gòu)，在這個(gè)考慮中主要是考慮了經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。 最后，我們通過考慮各性能參數(shù)，制造成本以及各機(jī)構(gòu)的的優(yōu)缺點(diǎn)比較等因素，最終確定了兩種組合方案，方案一為剪式舉升機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)二、重力直接打開機(jī)構(gòu)的組合。方案二為雙剪式舉升機(jī)構(gòu)、連桿滑塊機(jī)構(gòu)、重力直接打開機(jī)構(gòu)的組合。兩組設(shè)計(jì)方案組合設(shè)計(jì)簡圖如圖2-15、2-16所示：圖2-16 機(jī)構(gòu)組合方案一圖2-17 機(jī)構(gòu)組合方案二第3章 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸設(shè)計(jì)3.1 方案一尺寸設(shè)計(jì)3.1.1舉升機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)圖3-1 剪式舉升機(jī)構(gòu)如圖3-1所示為剪式舉升機(jī)構(gòu)，各

26、桿件間的連接主要為鉸鏈接，oa表示油壓缸，a、e為滑塊。其工作原理是油壓缸1伸出推動(dòng)滑塊2右移，帶動(dòng)構(gòu)件3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使得車廂先右端升起，左端隨之升起，實(shí)現(xiàn)舉升功能，同時(shí)帶動(dòng)構(gòu)件4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)車廂后移。復(fù)位過程為油壓缸縮回使滑塊2左移，帶動(dòng)構(gòu)件3順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使車廂先右端下降，左端隨之下降，實(shí)現(xiàn)豎直方向復(fù)位，同時(shí)帶動(dòng)構(gòu)件4逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)水平方向復(fù)位。同時(shí)，停止油壓缸運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)任一高度停頓功能各尺寸關(guān)系如下：設(shè)油壓缸伸長量為a，ae與x軸夾角為， ae長為l，則舉升高度s為： (3.1)油壓缸安裝位置o到鉸鏈點(diǎn)b的位置等于油壓缸伸長量a與原長與之和，即 (3.2)1. 約束條件如下：l 要

27、求初始油壓缸伸長量為0時(shí)，高度為hd=500mm；油壓缸伸長量小于等于1.2a時(shí)，最大舉升高度smax=1800mm,即初始時(shí)刻：最大高度時(shí)刻： (3.3)注：l0為液壓缸長度，設(shè)為200mml 分析機(jī)構(gòu)可知，后移量a=380mm是由油壓缸伸長量a決定，因此,為使機(jī)構(gòu)能達(dá)到后移量要求，只需滿足以下條件：(3.4)l 油壓缸安裝位置o到鉸鏈點(diǎn)b的位置不得大于車廂長度l=4000mm及預(yù)留空間 lt=300mm之和，可得：(3.5)確定尺寸：根據(jù)（2.1）、（2.2）、（2.3）、（2.4）、（2.5）式，帶入數(shù)值，取amax=450mm通過matlab進(jìn)行數(shù)值計(jì)算得出初算值如下：根據(jù)工程要求，可

28、得各尺寸如下：可得滿足設(shè)計(jì)要求。3.1.2傾斜機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)圖3-2 曲柄搖桿傾斜機(jī)構(gòu)初始位置圖3-3 最大傾斜位置示意圖結(jié)合圖3-2、 圖3-3，對(duì)該機(jī)構(gòu)的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。設(shè) ，在翻轉(zhuǎn)到最大角度時(shí)，最理想狀態(tài)為cdf 三點(diǎn)共線且垂直于de。為了減小安裝空間，現(xiàn)令ef 高度差為200，ef 水平距離為4000，故ef 兩點(diǎn)距離為4005。此時(shí)（3.6）在機(jī)構(gòu)計(jì)算中可以看出當(dāng)?shù)某叽巛^大的時(shí)候，需要的和的長度也要增大，為了受力狀態(tài)良好，d點(diǎn)安排在車廂的重心附近較為理想。從計(jì)算結(jié)果來看，d點(diǎn)到e點(diǎn)的距離為2131mm，與理想狀態(tài)較接近。在初始狀態(tài)，車廂水平，cf與水平線有任意夾角時(shí)cd 與水平線都會(huì)

29、有一確定角與其對(duì)應(yīng)。設(shè)cf桿初始時(shí)與水平線夾角為，此時(shí)cd 與水平線夾角為，根據(jù)位置關(guān)系有：（3.7）當(dāng)=0，及cf桿初始狀態(tài)水平時(shí)時(shí)，由方程組（1）（2）用軟件求解，得：因此，當(dāng)cf桿水平時(shí)，cd桿與水平線夾角為，此時(shí)cf桿長2620mm，cd桿長773mm。油缸尺寸計(jì)算：圖3-4 車廂最大傾角示意圖設(shè)bf=1000，車廂傾斜到最大角度時(shí)，ab與cf垂直。如圖3-4所示，建立直角坐標(biāo)系，則，b點(diǎn)坐標(biāo)為（819，573）。ab所在直線方程為（3.8）即油缸鉸鏈點(diǎn)a就在ab所在直線上，設(shè)a點(diǎn)距e點(diǎn)水平距離為1400，則所以a點(diǎn)坐標(biāo)為（1400，-258）則：當(dāng)車廂傾斜到最大角度時(shí)，cdf三點(diǎn)共線

30、，同時(shí)ab垂直于cf，此時(shí) 油缸伸長長度 綜上所述，油缸起始長度476，身長長度510。以f為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平線為x軸，垂直線為y軸，建立直角坐標(biāo)系。則鉸鏈點(diǎn)f、a、e的坐標(biāo)分別為（0，0）、（1400，-258）、（4000，200）。3.1.3后廂門啟閉機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)圖3-5 重力直接打開后廂門啟閉機(jī)構(gòu)本機(jī)構(gòu)運(yùn)用重力直接開啟，因此無需計(jì)算，只需校核鉸鏈點(diǎn)強(qiáng)度即可。3.1.4 機(jī)構(gòu)組合將上述三部分機(jī)構(gòu)，按照計(jì)算的尺寸，進(jìn)行機(jī)構(gòu)組合，組合簡圖如圖3-6。圖3-6 機(jī)構(gòu)組合方案一3.2 方案二尺寸設(shè)計(jì)3.2.1舉升機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)(1) 計(jì)算桿長及其在機(jī)構(gòu)中的位置圖3-7 雙剪式舉升機(jī)構(gòu)要使車廂平穩(wěn)的

31、水平舉升，則這四根桿長度應(yīng)相等，且點(diǎn)c、f為中點(diǎn)。設(shè)ad=bc=cf=de=，初始位置hab=，到達(dá)最大升程時(shí)hab=，由幾何關(guān)系可得（3.9） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合實(shí)際情況，我們假設(shè)，則（3.9）可化為：（3.10）求解得：另外,需滿足整個(gè)舉升機(jī)構(gòu)不超過車廂底部安裝空間，此時(shí)還需考慮夾層厚度d，得（3.11）則 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，=500，所以，將計(jì)算結(jié)果帶入驗(yàn)證，符合要求。根據(jù)幾何關(guān)系，車廂的后移量即為油缸的伸長量。所以。若油缸初始長度為500,則最終長度為880。綜上所述，ae初始位置與水平線夾角ae最終位置與水平線夾角油缸伸長量，初始長度為3.2.2傾斜機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)圖3-8連桿滑塊傾斜機(jī)構(gòu)首

32、先對(duì)原圖進(jìn)行簡化得到分析圖，見圖3-8，首先我們?yōu)榱耸褂?jì)算更為簡便，我們假定鉸鏈點(diǎn)a、c、e處于同一條直線上；由余弦定理得到： lab=lac2+lbc2-2laclbccosacb（3.12）初狀態(tài)（當(dāng)車廂傾斜角度為0時(shí)）：ecx軸=arctaneyex=26.6運(yùn)用正弦定理得：ldcsincex軸=lcesincde（3.13）初狀態(tài)：acb=cex軸+cde+dcb末狀態(tài)，運(yùn)用正弦定理得：ldcsincex軸+55=lcesincde末狀態(tài)：acb=cex軸+55+cde+dcb約束條件（結(jié)果）：lab末-lab初500mm由于該設(shè)計(jì)僅有車廂傾斜角度和液壓缸長度的已知條件，所以我們?nèi)藶榈?/p>

33、給定了一些數(shù)據(jù)：ex=500mm ey=250mmlce=ex2+ey2=559mmldc=1250mmlac=1000mmlbc=400mmdcb=10把以上數(shù)據(jù)分別帶入前公式解得：初狀態(tài)：cde=11.6acb=cex軸+cde+dcb=48.2lab=lac2+lbc2-2laclbccosacb=791.7mm末狀態(tài)：cde=26.3 acb=cex軸+55+cde+dcb=117.9 lab=lac2+lbc2-2laclbccosacb=1238.7mm lab=lab末-lab初=447mm500mm（滿足設(shè)計(jì)要求）其它參數(shù)計(jì)算得：lbd=858.9mmbac初=22.1bac末

34、=16.6由ldcsincex軸=ldesindce得初狀態(tài)：lde=1726.4mm4000mm（滿足要求）3.2.3后廂門啟閉機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)圖3-9 后廂門滑軌啟閉機(jī)構(gòu)考慮到在車廂傾斜到最大角55度，也可滿足后廂門為豎直狀態(tài) 1，2桿長需確定。又1,2桿長差與1,2桿位置距離有關(guān)，位置距離也有待確定。桿1位置也需確定。結(jié)合所查資料，桿1位置在車廂最上方最好。為了節(jié)省材料，和滿足桿2在卸載完后的順利回收，取桿1,2之間距離200。那么根據(jù)計(jì)算桿2要比桿1長164。在節(jié)省材料和滿足桿的穩(wěn)定滑行，滑槽定在車廂最后部長度為36。即桿1長200，桿2長264。桿1在車廂頂端，桿2在距車廂頂端200出水

35、平位置。3.2.4 機(jī)構(gòu)組合將上述三部分機(jī)構(gòu)，按照計(jì)算的尺寸，進(jìn)行機(jī)構(gòu)組合，組合簡圖如圖3-10。圖3-10 機(jī)構(gòu)組合方案二第4章 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析4.1 三維模型的建立在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后，僅是確定了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。想要實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的功能，清楚的表達(dá)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的，還需要把機(jī)構(gòu)簡圖轉(zhuǎn)化為三維模型視圖，然后通過三維模型的分析，清晰的表達(dá)出機(jī)器形狀和用途。因此，我們根據(jù)計(jì)算的各機(jī)構(gòu)尺寸以及查找的高位自卸汽車的相關(guān)資料，用solidworks軟件繪制各個(gè)零件，并將其進(jìn)行組裝，得到高位自卸汽車的裝配體。4.1.1 部分零件圖（1）車廂車廂的建模主要是應(yīng)用了拉伸等特征，建立其符合尺寸要求的車廂模型。建模的時(shí)

36、候主要是要判斷鉸接點(diǎn)的位置根據(jù)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定鉸接點(diǎn)的合理位置，如圖4-1。圖4-1 車廂（2）底盤底盤是車廂作用的基礎(chǔ)，如圖4-2 圖4-2 底盤（3）車頭及輪胎 為使模型更加逼真，為得到更好的模擬效果，我們查找相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)車頭和輪胎做了較細(xì)致的建模，如圖4-3、圖4-4。圖4-3 車頭圖4-4 輪胎（4）液壓缸 液壓缸為舉升機(jī)構(gòu)和傾斜機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，如圖4-5。圖4-5 液壓缸（5）各種桿件桿件機(jī)構(gòu)和鉸建模都相對(duì)簡單。在實(shí)現(xiàn)高位自卸汽車工作的裝置中主要是這些桿件鉸接點(diǎn)位置和鉸接點(diǎn)間相對(duì)長度在對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)起到?jīng)Q定作用。建模主要是確定桿件機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)和鉸接點(diǎn)之間的長度位置關(guān)系，嚴(yán)格按照尺寸

37、計(jì)算的結(jié)果建立模型，以保證準(zhǔn)確的模擬出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。4.1.2 裝配體將建立的零件圖進(jìn)行初步組裝，可分別得到舉升機(jī)構(gòu)圖和傾斜機(jī)構(gòu)圖，如圖4-5、圖4-6、4-7所示圖4-5 剪式舉升機(jī)構(gòu)圖4-6 雙剪式舉升機(jī)構(gòu)圖4-7 傾斜機(jī)構(gòu)圖將零件圖進(jìn)一步組裝，得到高位自卸汽車方案一和方案二的最終裝配體，如圖4-8、圖4-9。圖4-5 方案一裝配體圖4-6 方案二裝配體4.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析通過模型的運(yùn)動(dòng)仿真可以清楚的看到機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程，借此分析機(jī)構(gòu)是否干涉，設(shè)計(jì)是否合理。通過觀察模型的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，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(yùn)動(dòng)分析可以直觀的模擬機(jī)械的工作過

38、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(yùn)動(dòng)的視頻文件。因此，我們將在solidworks中完成的裝配體導(dǎo)入到adams軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析與動(dòng)力分析。4.2.1 組合方案一運(yùn)動(dòng)分析圖4-7 剪式舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析簡圖如圖4-7所示，以b點(diǎn)初始位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，x軸水平向右，y軸豎直方向，建立如圖所示坐標(biāo)系，則d點(diǎn)橫坐標(biāo)為1772mm，b點(diǎn)坐標(biāo)為（vt，0）。車廂ef舉升過程中的位移方程為：（4.1）其中：ce、bf桿長 油缸伸縮速度 初始位置桿bf與x軸的夾角對(duì)位移方程求導(dǎo)得車廂舉升過程中的速度方程：（4.2）對(duì)速度方程求導(dǎo)得車廂舉升過程中的加速度方程：（4.3）我們將在sol

39、idworks中完成的裝配體導(dǎo)入到adams軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析與動(dòng)力分析，如圖4-7。圖4-8 方案一裝配體導(dǎo)入到adams在運(yùn)動(dòng)仿真中定義了油缸的運(yùn)動(dòng)速度，根據(jù)油缸的運(yùn)動(dòng)速度可以通過軟件分析得到目標(biāo)點(diǎn)的位移、速度、和加速度線圖。通過運(yùn)動(dòng)分析，判斷機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否良好，為機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論參照和數(shù)據(jù)支持。下面分別對(duì)舉升機(jī)構(gòu)和傾斜機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。（1） 舉升機(jī)構(gòu)a. 當(dāng)油缸在05s之間先做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速到40mm/s后做勻速運(yùn)動(dòng)，得到車廂的位移、速度、加速度曲線圖如圖4-9所示。圖4-9 舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析當(dāng)油缸采用這種運(yùn)動(dòng)方式時(shí)，從曲線上可以大致看出，舉升高度大約為1800m

40、m，滿足設(shè)計(jì)要求。舉升加速度由零逐漸增大，2s后又逐漸減小，最后加速度逐漸趨于。，速度曲線較平滑，先增大后減小，最大速度約為130mm/s，不會(huì)給車廂帶來較大沖擊，有利于延長設(shè)備的使用壽命。速度變化相對(duì)平穩(wěn)，有利于實(shí)現(xiàn)在任意位置停止，滿足設(shè)計(jì)要求。b. 當(dāng)油缸的速度是以40mm/s勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候得到的位移、速度、加速度曲線圖如圖4-10所示。圖4-10 舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析從曲線上可以大致看出，當(dāng)油缸以40mm/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，舉升高度大約為1800mm，滿足設(shè)計(jì)要求。剛開始時(shí)，舉升加速度波動(dòng)比較大，這種情況給油缸和車廂帶來的沖擊比較大，不利于延長設(shè)備的使用壽命。5s后加速度逐漸趨于穩(wěn)定，接

41、近0，車廂以很小的速度向上運(yùn)動(dòng)。幾乎是勻速上升。速度變化相對(duì)平穩(wěn)，上升過程為減速運(yùn)動(dòng)，有利于實(shí)現(xiàn)在任意位置停止，滿足設(shè)計(jì)要求。小結(jié)：通過上述不同輸入方式的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)通過改變油缸的輸入狀況來改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式。舉升過程中的分析改進(jìn)意見，這個(gè)分析過程使用的油缸的初速是均勻增大到一定速度再勻速運(yùn)動(dòng)的，如果直接使用勻速運(yùn)動(dòng)的油缸，在油缸起步的時(shí)候，車廂的加速度很大，而且勻速運(yùn)動(dòng)的油缸只存在與理想條件中。在這個(gè)模擬中發(fā)現(xiàn)速度均勻增大的油缸在變?yōu)閯蛩俚臅r(shí)候車廂有加速度突變，這是因?yàn)橛透子屑铀俣韧蛔儭Ｔ跈C(jī)構(gòu)難以做重大的改動(dòng)的情況下，可以改善輸入運(yùn)動(dòng)改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。可以通過使用節(jié)流閥等油缸控制元件，使油缸

42、的速度以多項(xiàng)式的運(yùn)動(dòng)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，延長機(jī)器的使用時(shí)間。（2）傾斜機(jī)構(gòu)a. 讓車廂保持在舉升到最高位置的狀態(tài)，然后對(duì)車廂翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，定義油缸的運(yùn)動(dòng)，油缸以40mm/s的速度做勻速運(yùn)動(dòng)，車廂隨之翻轉(zhuǎn)，畫出車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，車廂相對(duì)于中間連接機(jī)構(gòu)傾斜的角度，及車廂傾斜的角速度和角加速度曲線，見圖4-11。圖4-11 傾斜機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析由圖可知，車廂傾斜最大角度約為，滿足設(shè)計(jì)要求。由角速度曲線可知，在運(yùn)動(dòng)剛開始時(shí)，角加速度比較大，且波動(dòng)很大，由此引起角速度變化比較快，會(huì)給車廂以及油缸帶來一定的沖擊，不利于油缸和車廂的長久使用。車廂翻轉(zhuǎn)先加速速后減速，在

43、接近2s的時(shí)候，角加速度接近于0，最大角速度為。當(dāng)達(dá)到最大傾角時(shí)，角速度接近零。b. 讓車廂保持在舉升到最高位置的狀態(tài)，然后對(duì)車廂翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，定義油缸的運(yùn)動(dòng)，油缸在0-6s之間做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，速度達(dá)到40mm/s后保持不變，車廂隨之翻轉(zhuǎn)，畫出車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，車廂相對(duì)于中間連接機(jī)構(gòu)傾斜的角度，及車廂傾斜的角速度和角加速度曲線，見圖4-12。圖4-12 傾斜機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析由圖可知，車廂傾斜角緩慢增加，最大角度約為，滿足設(shè)計(jì)要求。由角速度曲線可知，速度變化較大，由零逐漸增大，6s左右角速度達(dá)到最大，約為 ，隨后角速度緩慢減小。角速度變化平緩，不會(huì)對(duì)車廂產(chǎn)生較大的沖擊。由角加速度曲線可知，

44、角加速度由0逐漸增大，3s時(shí)達(dá)到最大，之后又逐漸減小。角速度曲線光滑，且變化范圍不大，沒有突變點(diǎn)，能夠使車廂平穩(wěn)的翻轉(zhuǎn)。其結(jié)果與油缸勻速運(yùn)動(dòng)輸出的結(jié)果相比，有了較大的改善。由此可見，采用改變輸入運(yùn)動(dòng)的方式，可以有效的提高機(jī)構(gòu)的使用效果，可以使機(jī)構(gòu)具有更好的使用效果和更長的使用壽命。4.2.2 組合方案二運(yùn)動(dòng)分析雙剪式舉升機(jī)構(gòu)與剪式舉升機(jī)構(gòu)原理相同，只是初始條件不相同，由4.2.1節(jié)得到的舉升機(jī)構(gòu)的位移方程、速度方程和加速度方程可以容易的得到雙剪式舉升機(jī)構(gòu)的位移、速度和加速度方程，具體如下：位移方程：（4.4）速度方程：（4.5）加速度方程:（4.6）將方案二的裝配體導(dǎo)入到adams中，如圖4-

45、12。在運(yùn)動(dòng)仿真中定義了油缸的運(yùn)動(dòng)速度，根據(jù)油缸的運(yùn)動(dòng)速度可以通過軟件分析得到目標(biāo)點(diǎn)的位移、速度、和加速度線圖。通過運(yùn)動(dòng)分析，判斷機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否良好，為機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論參照和數(shù)據(jù)支持。下面分別對(duì)舉升機(jī)構(gòu)和傾斜機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。圖4-12 方案二裝配體導(dǎo)入到adams（1）舉升機(jī)構(gòu)a. 當(dāng)油缸的速度是以35mm/s勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候得到的位移、速度、加速度曲線圖如圖4-13所示。圖4-13 舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析曲線圖從曲線上可以大致看出，當(dāng)油缸以35mm/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，車廂速度、加速度和位移變化都比較平穩(wěn)。這種情況給油缸和車廂帶來的沖擊比較小，可以延長設(shè)備的使用壽命。雙剪式舉升

46、機(jī)構(gòu)舉起中間架和車廂。由圖可以看出，舉升高度大約為1800mm，滿足設(shè)計(jì)要求。初始啟動(dòng)的時(shí)候舉升加速度較大，4s后加速度逐漸趨于零，車廂幾乎是勻速上升。速度變化相對(duì)平穩(wěn)，上升過程為減速運(yùn)動(dòng)，有利于實(shí)現(xiàn)在任意位置停止，滿足設(shè)計(jì)要求。b. 當(dāng)油缸在05s之間先做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速到40mm/s后做勻速運(yùn)動(dòng)，得到車廂的位移、速度、加速度曲線圖如圖4-14所示。圖4-14 舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析曲線圖當(dāng)油缸采用這種運(yùn)動(dòng)方式時(shí)，從曲線上可以大致看出，舉升高度大約為1800mm，滿足設(shè)計(jì)要求。舉升加速度由零逐漸增大，1s后又逐漸減小，最后加速度逐漸趨于。，速度曲線較平滑，先增大后減小，最大速度約為230mm/s，

47、不會(huì)給車廂帶來較大沖擊，有利于車廂的平穩(wěn)舉升和延長設(shè)備的使用壽命。速度變化相對(duì)平穩(wěn)，有利于實(shí)現(xiàn)在任意位置停止，滿足設(shè)計(jì)要求。通過上述不同輸入方式的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)通過改變油缸的輸入狀況來改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式。舉升過程中的分析改進(jìn)意見，這個(gè)分析過程使用的油缸的初速是均勻增大到一定速度再勻速運(yùn)動(dòng)的，如果直接使用勻速運(yùn)動(dòng)的油缸，在油缸起步的時(shí)候，車廂的加速度很大，而且勻速運(yùn)動(dòng)的油缸只存在與理想條件中。在這個(gè)模擬中發(fā)現(xiàn)速度均勻增大的油缸在變?yōu)閯蛩俚臅r(shí)候車廂有加速度突變，這是因?yàn)橛透子屑铀俣韧蛔?。在機(jī)構(gòu)難以做重大的改動(dòng)的情況下，可以改善輸入運(yùn)動(dòng)改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)?？梢酝ㄟ^使用節(jié)流閥等油缸控制元件，使油缸的速度以

48、多項(xiàng)式的運(yùn)動(dòng)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，延長機(jī)器的使用時(shí)間。（2）傾斜機(jī)構(gòu)a. 讓車廂保持在舉升到最高位置的狀態(tài)，然后對(duì)車廂翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，定義油缸的運(yùn)動(dòng)，油缸以35mm/s的速度做勻速運(yùn)動(dòng)，車廂隨之翻轉(zhuǎn)，畫出車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，車廂相對(duì)于中間連接機(jī)構(gòu)傾斜的角度，及車廂傾斜的角速度和角加速度曲線，見圖4-15。圖4-15 傾斜機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析曲線由圖可知，車廂傾斜最大角度約為，滿足設(shè)計(jì)要求。由角速度曲線可知，速度變化平穩(wěn)，先減速在加速，在接近5s的時(shí)候，角速度接近于0，最大角速度為，沒有速度突變。由角加速度曲線可知，角加速度雖然沒有突變點(diǎn)，但初始角加速度較大，變化范圍

49、較大，從而使角速度變化也較快，導(dǎo)致車廂運(yùn)動(dòng)不夠平穩(wěn)。通過改變油缸的速度，可以對(duì)車廂的傾斜運(yùn)動(dòng)做適當(dāng)改善。b. 讓車廂保持在舉升到最高位置的狀態(tài)，然后對(duì)車廂翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，定義油缸的運(yùn)動(dòng)，油缸在0-5s之間做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，速度達(dá)到40mm/s后保持不變，車廂隨之翻轉(zhuǎn)，畫出車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，車廂相對(duì)于中間連接機(jī)構(gòu)傾斜的角度，及車廂傾斜的角速度和角加速度曲線，見圖4-16。圖4-16 傾斜機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析曲線圖由圖可知，車廂傾斜最大角度約為，滿足設(shè)計(jì)要求。由角速度曲線可知，速度變化平穩(wěn)，由零逐漸增大，5s到10s之間角速度幾乎保持不變。由角加速度曲線可知，角加速度由0逐漸增大，2.5s時(shí)達(dá)到最大，

50、之后又逐漸減小。角速度曲線光滑，且變化范圍不大，沒有突變點(diǎn)，能夠使車廂平穩(wěn)的翻轉(zhuǎn)。其結(jié)果與油缸勻速運(yùn)動(dòng)輸出的結(jié)果相比，有了較大的改善。由此可見，采用改變輸入運(yùn)動(dòng)的方式，可以有效的提高機(jī)構(gòu)的使用效果，可以使機(jī)構(gòu)具有更好的使用效果和更長的使用壽命。第5章 機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析機(jī)構(gòu)的受力情況關(guān)系到機(jī)構(gòu)材料的選擇和液壓缸規(guī)格的確定，關(guān)系到方案的正確與否。從受力分析和動(dòng)力仿真分析中，我們可以發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)存在的弊端，并根據(jù)此對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。因此機(jī)構(gòu)的受力分析在課程設(shè)計(jì)中占有重要的地位。5.1 組合方案一動(dòng)力分析5.11 機(jī)構(gòu)受力分析khfdbaceg圖5-1 方案一動(dòng)力分析簡圖舉升機(jī)構(gòu)：在舉升過程中，由圖5-1可知，

51、桿件eg所受外力只有重力w、ab給它的推力和兩個(gè)鉸鏈a、b的支座反力，cd桿受到油缸給它的推力、貨物和車廂等給它的壓力、桿eg給它的力和自身重力。因?yàn)閍b、eg對(duì)稱，因此它們平分車廂及貨物給它的壓力。由ab、eg的對(duì)稱分布可知，桿件受力情況相同，現(xiàn)只取活ab進(jìn)行受力分析，其受力圖如圖5-2所示：圖5-2 桿件eg受力簡圖因?yàn)檐噹谂e升過程中并不是勻速運(yùn)動(dòng)的，所以根據(jù)牛頓第二定律，合外力等于質(zhì)量與加速度的乘積，可得桿件eg的受力方程：（5.1）傾斜機(jī)構(gòu)：在傾斜過程中，由圖5-1可知，桿件df所受外力只有重力w、油缸給它的推力、兩個(gè)鉸鏈d的支座反力和運(yùn)功副f給它的運(yùn)動(dòng)副反力。對(duì)桿件df進(jìn)行受力分析

52、，能夠得到油缸的受力情況，根據(jù)其受力情況，可以確定油缸規(guī)格的選擇。桿件df受力圖如圖5-3所示：圖5-3 桿件df受力簡圖由圖5-3可知，因?yàn)檐噹麅A斜并不是勻速的，所以根據(jù)牛頓第二定律，合外力等于質(zhì)量與加速度的乘積，曲柄dhf的受力方程為：（5.4）5.1.2 動(dòng)力仿真分析假設(shè)車廂載重量為2噸，車廂重量為0.4噸，因此在adams動(dòng)力分析時(shí)，定義車廂的重量為400kg，給車廂再增加一個(gè)2x9.8=19.6kn的力。（1）舉升過程：運(yùn)用adams軟件測(cè)量分析，分別得到桿件eg上的g點(diǎn)、e點(diǎn)和c點(diǎn)處在x、y方向上的分力和合力在舉升過程中的變化曲線，如圖5-4、5-5、5-6所示。圖5-4 g點(diǎn)x方

53、向、y方向受到的力及合力大小動(dòng)態(tài)圖由圖5-4可知，g點(diǎn)一開始x方向受力較大，后來逐漸減小。這是因?yàn)槠鸪鮽鲃?dòng)角較小的緣故，需要很大的力才能推動(dòng)。后面?zhèn)鲃?dòng)角逐漸變大，需要的力也就逐漸減小。豎直方向受力不變，這是因?yàn)橹亓拓浳锏闹亓坎蛔儯瑢?duì)桿件eg產(chǎn)生的壓力不變?？梢?，測(cè)試結(jié)果與理論分析相符合。圖5- 5 c點(diǎn)x方向、y方向受到的力及合力大小動(dòng)態(tài)圖由圖5-5可知，c點(diǎn) x方向受力起初較大，后來逐漸減小。這是因?yàn)槠鸪鮽鲃?dòng)角較小的緣故，需要很大的力才能推動(dòng)。后面?zhèn)鲃?dòng)角逐漸變大，需要的力也就逐漸減小。豎直方向的力也逐漸減小。 圖5-6 e點(diǎn)x方向、y方向受到的力及合力大小動(dòng)態(tài)圖由圖5-6可知， e點(diǎn)x方向

54、受力相較于g點(diǎn)、c點(diǎn)小了很多，從簡圖中也不難看出這點(diǎn)。x方向僅受到車廂給它的阻力。后來?xiàng)U件ge與車廂的夾角逐漸增大，在x方向上的力也逐漸減小。豎直方向e點(diǎn)受力逐漸減小，車廂上升的加速度也隨之減小。對(duì)比運(yùn)動(dòng)分析圖，可見此處力的變化與前面加速度曲線的變化是一致的。圖5-7 桿件eg 在x方向上的受力圖5-8 桿件eg 在y方向上的受力為了便于觀察整個(gè)桿件eg在受力情況的變化，我們又將gec點(diǎn)在x方向和y方向上的分力組合到一張圖上，如圖5-7、5-8所示。從圖中可以看出，無論是x方向，還是y方向，合力都基本上約等于0，從而使加速度約為0，速度保持基本不變，保證了車廂的平穩(wěn)舉升，有利于車廂在任何位置停止運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行卸貨操作。 液壓缸受力分析： 圖5-9 a點(diǎn)x方向、y方向受到的力及合力大小動(dòng)態(tài)圖液壓缸的受力情況關(guān)系到液壓缸的選擇和使用壽命，根據(jù)其液壓缸的受力波動(dòng)情況，可以選擇適合的規(guī)格。因此我們又對(duì)液壓缸處的運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行受力分析，得到a點(diǎn)x方向、y方向受到的力及合力大小動(dòng)態(tài)圖，如圖5-9。由圖可知，液壓缸起初x方向上受力很大，因?yàn)闂U件與液壓缸的夾角過小，使傳動(dòng)角太小，因此油缸需要很大的推力才能推動(dòng)桿件。不利于液壓缸的長久使用。由此也可以看出這種舉升機(jī)構(gòu)存在的弊端，有助于以后機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，