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1、机械原理课程设计-高位自卸车设计计算说明书 高位自卸车设计计算说明书 姓 名：liyixu 学 号： 班 级：指导老师： 2021年6月目 录第一章 问题提出1第二章 设计要求及设计数据22.1 设计要求22.2 设计数据3第三章 机构选型设计43.1 举升 方 方 方 方案四73.2 倾斜 方 方案二83.3 方案确定9第四章 设计参数确定94.1 举升 垫板尺寸及垫板上滑块尺寸设 为保持垫板水平的直线运动件的压力角分析：构的压力角分析： 后退量验算及杆件长度计算：124.2 倾斜连动机 车厢尺寸设 车厢上滑块尺寸设计174.3 后门联动翻开机构尺寸分析184.4 车体及车轮尺寸设 车体尺
2、车轮尺寸21第五章 机构运动分析215.1 举升机移分 液压缸的位移和速度时间图像分 杆3的转速和转角分 加速度分析295.2 倾斜连动机角速度和角加速度分 车厢运动分滑块的位移、速度和加速度分 摆杆6的角速度和角加速度分翻开的角速度，角加速度分析： 杆9的旋转角度如图所旋转角度如图所 杆9的旋转速度如图所旋转角速度如图所 车盖角加速度如图所 车厢的角加速度如下图37第六章 机构动力分.1 液压缸受力分受力分析： 杆1的受力分析：受力分析： 杆4的受力分析：力分析：436.2 倾斜机构后门联动打 杆9的力矩如下图：车厢滑块连接局部的受力：受力分析： 杆6的受力分析： 杆8的受力分析： 车盖的受
3、力分析： 车厢及后盖受力分析结果如下图：49第七章 设计主要特点50一 设计分工50二 设计原理501 机械设计的目的：502 机械设计的步骤：503 设计中需要注意的几个问题：514 机械设计的根本原那么：51第八章 收获与提高52第九章 致谢52第一章 问题提出目前国内广泛使用的自卸汽车主要分为车厢后向倾翻和侧向倾翻，本文主要研究针对后向倾翻型自卸车的改良。其卸货方式为散装货物随汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的。假设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。现在需要一种自卸车能够先把货物举高一定的高度然后平稳卸载货物，到达能够把货物卸载到更高的地方而不需要二次
4、搬运。为此需设计一种高位自卸汽车，它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货。结合现有知识并查阅资料，利用连杆机构和液压泵等原始条件提出了一些对与高位自卸汽车的改良看法，并设计成以下三种方案。后经运动学分析和动力学分析，得出最优方案。此设计在现实中有类似的例子：图 1-1 举升概念车图1-2 军用举升装甲车由上两张图可以看出实际中有这样的举升机构的应用。希望通过此设计能够为工程实用提出一点意见和建议。第二章 设计要求及设计数据2.1 设计要求1有一般自卸汽车的功能。2能将满载货物的车厢在比拟水平的状态下平稳地举升到一定高度。最大升程见表2-1。3为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移。车厢处于
5、最大升程的位置时，后移量a见表2-2。为保证车厢的稳定性，其最大后移量不得超过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，后厢门随之联动翻开：卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭，后厢门和车厢的相对位置见图2-3。5举升和倾斜机构的安装空间不超过车厢底部与大梁间的空间，后厢门翻开机构的安装位置不超过车厢侧面。6结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。图 2-1 车体水平状态平面图图 2-2 车体举升过程平面图图 2-3 后厢门倾斜位置图2.2 设计数据表 2-1 车厢尺寸参数序号车厢尺寸 L×W×H aW kg Lt23900&#
6、215;2000×6401XXXXXXXXXX300500第三章 机构选型设计3.1 举 方案一图 3-1 方案一 机构简图图 3-2 方案一的第二种变形图 3-3 方案一的第三种变形优点：简单实用缺点：1，此结构必须要一个滑块，对于重型机械可能造成运动不稳定，设计举升机构的必须要考虑的问题。 2，后退量太大。 3，压力角太小，长度接近4000，而 500.传动时太费力而且压力角远大于400 可以从他的受力分析中看出会在刚开始有一个很大的力，就是因为压力角太大的缘故。 方案二图 3-4 方案二机构简图优点：1，可以实现举升和倾斜机构简化。 2，都是低副、转动副，就比先前的滑动运动副有
7、所改良。缺点：图示只是个示意图，它的真是形态如图：图 3-5 方案二的实际形状由此可以看出倾斜角比方案一还小，也不符合压力角要求。 方案三图 3-6方案三机构简图图 3-7 方案三的第二种优点：举升平稳，举升高度高，容易到达设计要求结构简单，设计方便，运用摇杆同步性好。缺点：不能实现后退，举升力大，杆件易损。 方案四举升机构初始状态为：图 3-8方案四机构简图举升机构终态为：图 3-9 方案四的终态优点：1，能够实现平稳举升和后退量要求。 2，满足压力角要求，杆件受力小。受力均匀，不会出现尖峰载荷。 3，运用垫板利于安装车厢和倾斜机构。 4，节省车下部的空间。缺点：1，举升机构安装在侧面，占空
8、间大。 2，运用两个液压缸同时进行举升，配合精确度要求高，控制复杂。3.2 倾斜机构 方案一图 3-10 倾斜方案一优点：容易实现缺点：1，由图可知垫板位置离车头部很远，使车有很长的距离没有用处。 2，重心太靠后，不能承载太重的货物。 3，倾斜和后门开启应用两个动力液压缸，控制复杂。 方案二图 3-11 方案四倾斜连动机构简图优点：1，使车厢离车头距离近，符合正常的设计要求，节省空间。 2，用一个动力元件l9来实现车厢的倾斜和后车门的翻开。缺点：1，倾斜动力元件离车厢尾部较近，作用力要求较大。 2，联动机构的共同缺点，机构必须设计在车厢侧面，使设计复杂。3.3 方案确定以上方案都有共同的缺点：
9、1太小不好安放复杂机构。2用简单的摆杆后退量太大，材料力学性能不能满足。3实现大距离的平行举升不可能通过简单的单自由度机构就能实现。综上所述：举升机构选择方案四，并对其改良。倾斜机构沿用倾斜机构的方案二。第四章 设计参数确定由于题目的要求此题主要采用直角坐标法。所以在此题中以直角坐标法为主加以做图法验算。4.1 举升机构图 4-1 举升机构简图设计尺寸主要通过压力角确定。 垫板尺寸及垫板上滑块尺寸设计图 4-2 垫板尺寸设计图垫板的设计主要是和车后板尺寸匹配，以及为了安装杆件，符合举升要求和方便倾斜机构安装。倾斜机构的安装位置通过倾斜要求进行尺寸设计。图 4-3 滑块设计图滑块直接自主设计，没
10、有要求。 为保持垫板水平的直线运动件的压力角分析：图 4-4 垫板水平的直线运动件的压力角图平稳上升通过杆4来保证，杆4的最大压力角刚好为40度，为了到达此设计要求确定杆4在杆1的位置及杆4的长度。具体尺寸详细参见机构尺寸图。构的压力角分析：图 4-5 举升机构的压力角图杆1的尺寸为1000mm，杆5的初态根据竖直方向为1600mm确定。可以看出压力角初始为32度，最终到达45度，超过规定角度五度，但还在可承受范围，所以可采用此机构。 后退量验算及杆件长度计算：图 4-6 后退量验算图一图 4-7后退量验算图二由得 4-1 又 4-2 规定各机构根本数据组成：1举升机构厚度为20mm，宽度为1
11、00mm，倒半径为50mm的圆角，切圆孔直径除垫板直径为100mm，其他均为50mm，距离边线距离规定为20mm。2 后门联动翻开机构的杆件厚度为10mm，宽度为30mm ，距离边线距离为20mm，其他规定与1情况相同。尺寸计算为： 4-3 由可得 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 上式给出杆4的尺寸确定。 4-9 滑块的运动距离即为式5.9 4-10 4-11 4-12 4-13 4-14 4-15 4-16 4-17 4.2 倾斜连动机构图 4-8 倾斜连动机构简图倾斜机构的尺度综合：倾斜30度时的状态：图 4-9 倾斜三十度时的尺寸关系倾斜50度时：图 4-10 倾斜五十度的尺度关
12、系首先考虑假设x 600.要让车厢倾斜50时就是如上图所示。又设计转动位置离车厢为m 200图 4-11 倾斜机构的原动件的尺寸图取y为垫板连接处的高度。 4-18 4-19 4-20 4-21 4-22 4-23 4-24 联立可得： 4-25 式5.25为倾斜机构滑块理论移动距离。完整的倾斜后门联动翻开就出来了：图 4-12 倾斜机构最终就可以确定安装位置和尺寸 倾斜所需杆长。 车厢尺寸设计图 4-13 车厢 车厢上滑块尺寸设计图 4-14车厢上滑块尺寸图4.3 后门联动翻开机构尺寸分析图 4-15 后门翻开相对位置关系 在设计过程中发现知道A点固定位置，知道AB杆长，又知道CD杆件对应的
13、转动位置关系。是四杆机构函数发生的关系。先通过旋转位移方程 确定三个C点，因为B点三个点是算出来的 共计六个未知数但是只有四个方程，再加上C与D的关系位置旋转方程再得到4个方程，共计八个未知数八个方程，可以解出D点位置和杆件CD的长度，于是这个倾斜联动后门翻开机构理论上就出来了，还要校核杆长度是否会太长而伸出车厢侧面太远建立坐标系方程：，由 4-26与联立可解得 4-27 4-28 4-29 4-30 联立 4-31与 4-32 可解得C点位置与BC杆长。联立与可得D点位置，且 4-33 4-34 4.4 车体及车轮尺 车体尺寸图 4-11车体尺寸图一图 4-12车体尺寸图二车板长为。为了使车
14、厢升高1850，设计了一个举升架子，总高2000。安装了车轮 后轮离末尾800mm。车板厚225mm。车高设计为1150，考虑。 车轮尺寸图 4-13 车轮尺寸图第五章 机构运动分析主要分析杆件的位移、速度、加速度。是否符合尺度综合的参数和运动平稳性，冲击要小，速度应该逐渐降低。分别对举升机构，倾斜联动机构翻开进行分析。5.1 举升机构机构结构简图为：图 5-1 举升机构简图Solid works中配合关系如图：图 5-2 举升机构Solid works配合移分析1垫板上升高度：图 5-3 垫板上升高度图由图可读出垫板上升高度为1899。符合举升高度的要求。2垫板后退量：图 5-4 垫板后退量
15、图由图读出为垫板后退量为410小于规定最大值420即可知满足设计要求3 垫板匀速上升的速度分析相对于的速度设为。也是相对速度图 5-5 垫板速度分析图取为动系，那么的转动速度为。上的右端为动点。， 5-1 那么 5-2 由上公式可以看出两个杆件的相对运动的速度表达式是一个隐式表达式，还与三角函数有关系。是或相对于车体的旋转角速度，且， 5-3 假设垫板匀速上升，那么。即得。 5-4 经过求导发现，只要杆以较小角速度减速旋转，就可以得到垫板上升的速度为匀速。因此要使调节液压缸的速度实现的匀速旋转。上述可以求得的速度。图 5-6 垫板Y方向速度图由图即可使垫板速度均匀下降，实现平稳举升无冲击，垫板
16、的加速度为：图 5-7 垫板Y方向加速度图由图可看出垫板的加速度保持在一个较小值并逐渐下降。4垫板平行运动速度分析图 5-8 垫板平行运动速度图1滑块位移分析，的角位移 5-5 ，当时， 5-6 滑块的位置方程： 5-7 图 5-9 垫板滑块X方向位移图2滑块位移分析以垫板为动系，滑块相对于垫板的速度，垫板上升速度为牵连速度，是的旋转速度，即。由， 5-8 由 5-9 图 5-10 垫板滑块X方向速度图综合上述分析，要实现垫板的无冲击减速上升，那么杆4的角速度、角加速度图和杆5的位移、幅值图为：图 5-11 杆4角速度图图 5-12 杆4角加速度图图 5-13 杆5在Y方向位移图图 5-14
17、杆5位移 液压缸的位移和速度时间图像分析图 5-15 液压缸幅值图图5-16 液压缸 杆3的转速和转角分析图 5-17 杆3角速度图图 5-18 杆3 加速度分析由于重型举升机构应防止产生加速度和藏行加速度冲击，所以目标是使主要的构件加速度为0，即。， 5-10 5-11 5-12 5-13 5.2 倾斜连动机构机构简图：图 5-19 倾斜连动机构简图Solid works配合关系为：图 5-20 倾斜联动机构solid works配合角速度和角加速度分析图 5-21 杆8速度分析图为原动件，取车厢上的滑块为动点，杆所形成的运动为绝对运动，即，是滑块相对车厢的速度。且 5-14 5-15 可以
18、看出此滑块的运动形式和举升机构液压缸的运动形式相似，是自身运动引起角度的变化后再影响速度的变化，速度是隐式方程，和角度有关系 倾斜杆8的角速度：图 5-22 杆8角速度图倾斜杆8的角加速度：图 5-23 杆8角加速度图由图可知角速度先增加后减小，角加速度倾斜平稳，不会在角速度最高点引 车厢运动分析车厢角速度：图 5-24车厢角速度图车厢角加速度：图 5-25 车厢角加滑块的位移、速度和加速度分析车厢上滑块的位移：图 5-26 车厢滑块位移图车厢上滑块的速度：图 5-27 车厢滑块速度图车厢上滑块的加速度：图 5-28 车厢滑块加 摆杆6的角速度和角加速度分析图 5-29 杆6速度分析图， 5-
19、16 图 5-30杆6在Y方向角速度图图 5-31 杆6在Y方向角加翻开的角速度，角加速度分析：图 5-32 后盖翻开的速度分析图 5-17 图 5-33 杆8角 杆9的旋转角度如下图图 5-35杆9的旋转角度图由图可知在3.2秒的时候到达旋转角度如下图图 5-36 杆6旋转 杆9的旋转速度如下图图 5-37 杆9旋转旋转角速度如下图图 5-38 车厢旋转 车盖角加速度如下图图 5-39 车盖角加 车厢的角加速度如下图图 5-40 车厢角加速度图第六章 机构动.1 液压缸受力分析图 6-1液压缸受力分析图由于是可以控制的，即，可知此时、均不会产生加速度。液压缸1在X和Y方向的受力以及Z方向上受
20、力矩情况如下图：图 6-2 液压缸在X方向受力图图 6-3液压缸在Y方向受力图图 6-4液压缸在方Z向受受力分析：图 6-5杆3的受力分析图 6-1 杆1的受力分析：图 6-6杆1的受力分析图 6-2 图 6-7杆1在同心5处受力幅值图图 6-8杆1在同心5处Y方向受力图图 6-9杆1在同心4处受力幅值图图 6-10杆1在同心4处Y方向受力分析：图 6-11杆2的受力分析图 6-3 杆4的受力分析： 6-4图 6-12杆4的受力分析图图 6-13杆4在同心15处Y方向受力图图 6-14 杆4在同心15处X方向受力图图 6-15 杆4在同心17处Y方向力分析：图 6-16垫板受力分析图板的动力平
21、衡方程式： 6-5 6.2 倾斜机构后门联动翻开图 6-17倾斜机构后门联动翻开图6-18 车厢受力分析图 6-6 6-7 杆9的力矩如下图：图 6-19 杆9的车厢滑块连接局部的受力：图 6-20 杆9与车厢滑块连接局部在X受力图图 6-21 杆9与车厢滑块连接局部在Y受力图图 6-22 添加车盖重力的作用后Y方向受力分析：图 6-23 杆7的受力分析图杆7的右端分析结果如下图：图 6-24 杆7的右端Z方向受力图图 6-25 杆7的右端X方向 杆6的受力分析：图 6-26杆6的受力分析图 6-8 杆8的受力分析：图 6-27 杆8的受力分析图 6-9杆8的右端分析结果如下图：图 6-28
22、杆8的右端X方向 车盖的受力分析：图 6-29车盖的受力分析图 6-10 车厢及后盖受力分析结果如下图：图 6-30 车厢及后盖幅值图第七章 设计主要特点一 设计分工1 方案设计与选择：李易、罗志明 车厢举升机构设计：李易 厢盖翻转机构设计：李易、罗志明 后厢门开启，关闭联动机构设计：罗志明2机构综合：李易3总结 机构设计原理：李易 收获与提高：罗志明二 设计原理1 机械设计的目的：1培养综合运用所学的理论知识与实践技能，树立正确的设计思想，掌握机械设计的一般方法和规律，提高机械设计能力。2通过设计实践，熟悉设计过程，学会准确使用资料，设计计算，分析设计结果，绘制图样，在机械设计根本技能的运用
23、上得到训练。3在课余时间，提供一个较为充分的设计空间，使在稳固所学知识的同时，强化创新意识，在设计实践中深刻领会机械设计的内涵。2 机械设计的步骤：1设计准备：明确设计任务，设计要求，工作条件，针对设计任务和要求进行分析调研，查阅有关资料。2方案设计：根据分析计算结果，选择原动机，传动装置，执行机构以及它们之间的联结方式，拟定假设干可行的设计方案。3总体设计：对所拟定的方案进行计算，分析，对执行机构和传动机构进行必要的初步设计，进行分析比拟，选择一个正确合理的设计方案，绘制整体方案简图。4整理文档：整理设计图样，编写设计说明书。3 设计中需要注意的几个问题：1循序渐进，逐步完善：在设计过程中，
24、应该注意理论与实际的结合。要意识到，设计过程是一个复杂的系统工程，要从机械系统整体需要考虑问题，必须经过反复推敲和认真思考才能得到一个好的设计方案。2稳固机械设计根本技能，注重设计能力的培养和训练：机械设计的内容繁多，有很多需要的知识课本上并没有讲，应该自觉加强理论与工程实践的结合，掌握认识，分析，解决问题的根本方法，提高设计能力。3汲取传统经验，勇于创新：机械设计题目是来自工程实际中的常见问题，设计中有很多前人的设计经验可以借鉴。在学习的过程中，要注意了解，学习，继承前人的经验，同时发挥主观能动性，勇于创新，在设计实践中培养创新能力，以及发现问题，分析问题和解决问题的能力。4整体着眼，提高综
25、合设计素质：在设计过程中，应该自觉加强自主设计意识，注意先总体设计，后部份设计；县概要设计，后详细设计。遇到设计难点时，要从设计目标出发，首先解决主要矛盾，逐渐解决次要矛盾。4 机械设计的根本原那么：1创新原那么：设计是人们为到达某种目的所作的创造性工作，因而创新是设计的主要特征。机械设计，首先应是创新的设计，其特点是理论与实践经验同直觉的结合。现代设计的综合性越来越突出，在增加了设计复杂性的同时，也给创新提供了更好的时机。2平安原那么：产品平安可靠的工作是对设计的根本要求。设计为了保障机械的平安可靠运行，必须在结构设计，材料性能，零部件强度，运动稳定性等多方面进行标准设计。第八章 收获与提高
26、 通过这次综合训练，增强了我们的创新能力，更给了我们一种创造的激情和兴趣，总是希望不断的改良，追求完美。 这次综合训练，也增强了我们的动手能力，进一步学会将理论运用于实际。 最后，在小组成员的合作中，我们又一次体会到共同努力的乐趣，体会到团队合作的重要性。由于水平关系，这份报告并不完善，里面还有很多东西需要补充和改良，我们会在以后的生活过程中继续学习和接受广阔师生们的意见和建议。在实践的建模中会遇到很多没能在设计之初考虑周到的问题，这主要是因为参与设计的经验少，很多尺寸确实定也没有经验。等强度的考虑，有没有保险之类的最简单的问题。在建模过程中对建模软件也多了很多了解，但还是觉得实践得太少，用到
27、的功能不是很丰富。设计涉及很多方面的内容，本设计建立在不考虑材料的选择和强度计算。只简单的考虑了速度加速度的问题以及理论力学里面关于动态静力分析的知识运用，算出受力但不进行材料力学的分析和校核计算。第九章 致谢在我们作品的完成过程中，很多的同学与老师给我们提出了珍贵的意见和建议，西南交通大学何朝明老师在我们的制作过程中提出了很多的建议，在此，我们组员二人对何朝明老师表示衷心的感谢；对我们工作提出建议的同学表示感谢，对关心我们的同学和老师表示感谢。参考文献1 中国汽车工业总公司, search&sw 中国汽车技术研究中心&Field 2中国汽车技术研究中心编. ?中国汽车车型手册
28、 上 载货车、越野车、自卸车、牵引车?.济南市:山东科学技术出版社,1993:P4654862 吴昊天;李晓;王俊元;师江;万志帅等著。?矿用铰接式自卸车车架动态特性研究?。 ? BaseLink&DBCode cjfd&TableName cjfdbaseinfo&Field BaseID&Value MKJX&NaviLink %e7%85%a4%e7%9f%bf%e6%9c%ba%e6%a2%b0煤矿机械, BaseLink&DBCode cjfd&TableName cjfdbaseinfo&Field BaseID&am
29、p;Value MKJX&NaviLink %e7%85%a4%e7%9f%bf%e6%9c%ba%e6%a2%b0Coal Mine Machinery?, IssueLink&DBCode cjfd&TableName cjfdyearinfo&Field BaseID*year*issue&Value MKJX*2021*05&NaviLink %e7%85%a4%e7%9f%bf%e6%9c%ba%e6%a2%b02021年05期?3 黄昶春; 韦志林; 沈光烈等著.?自卸车车架结构开裂问题的分析与改良设计?. ? BaseLink&am
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