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1、机械原理课程设计机械原理课程设计姓名：学号: 班级：铁车二班设计题目：混凝土布料杆结构运动分析指导老师： 目录 1 设计任务书 .3机械原理课程设计2 / 181.1 设计题目简介 .31.2 设计数据与要求 .31.3 设计任务 .32 方案分析 .42.1 方案选择 .43 数据分析 .53.1 状态图 .53.2 节臂长度分析 .63.3 节臂铰接处运动分析 .83.4 二维状态图 .93.5 计算铰接问题 .113.6 相关问题分析 .124 仿真 .144.1 软件模型截图 .144.2 运动图像分析 .155 实验室搭建模型 .175.1 模型搭建 .176 收获与感悟 .19机械
2、原理课程设计3 / 181.机械原理设计任务书学生姓名 杨明军 班级 铁车二班 学号设计题目： 混泥土泵车布料机构设计 2 1.1 设计题目简介混凝土泵车是目前土建工地现场混凝土浇注中不可或缺的机械设备,其功能是将搅拌好的混凝土通过泵送和布料杆传送到需要浇注的部位,完成混凝土构件现场浇注的工序。而泵车的布料杆是泵车设计和制造的关键，布料杆结构的合理与否将直接影响整车的工作性能和作业稳定性。布料杆臂与臂之间是通过轴、连杆机构以及变幅油缸连接在一起的，料杆通过各变幅缸的伸缩运动和多个四连杆机构来实现其在作业范围内的工作。1.2 设计数据与要求该型混泥土泵车布料杆,五节臂组成， 最大布料高度 44
3、米，最大布料深度 32 米，最大布料半径 40 米，液压缸驱动。1.3 设计任务1. 至少提出两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计；2 对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满足设计要求；求出机构中输出件的速度、加速度；画出机构运动线图。机械原理课程设计4 / 183. 在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性，将在实验室搭建模型的杆长参数等测量出来，并将实验数据与计算数据比较进行分析。4.用软件（VB、MATLAB、ADAMS 或 SOLIDWORKS 等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图
4、后进行分析，根据前期的理论计算、实验效果及软件仿真情况确认设计是否达到目标。5. 编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。 完成日期： 2015 年 12 月 20 日 指导教师 冯鉴 2.方案分析2.1 根据市场分析，现在所用的布料杆运动方式分为移动式和楼面内爬式两种，1 移动式 2 楼面内爬式根据实际情况，混泥土泵车经常在野外工作所以在此我优先考虑移动式布料杆，这种方式很灵活，操作范围很大，非常适合实际情况使用，这是我选择的依据。并且有以下几种移动式机械原理课程设计5 / 18图 1.1：布料杆折叠方式由于太多就选 z 型来做分析实物图：首先认识布料杆
5、各结构名称图 1.2：布料杆实物图3 数据分析3.1 布料杆折叠与展开图：机械原理课程设计6 / 183.2 节臂长度分析 根据所给已知条件：该型混泥土泵车布料杆,五节臂组成， 最大布料高度 44 米，最大布料深度 32 米，最大布料半径 40 米，液压缸驱动。说明：由于是多节臂组成，全部分析就重复了，分析两节臂即可，一下所有内容都以两节臂为准分析。提出假设， （转动基座距离地面 4 米，每根臂长 8 米）画出相关图形机械原理课程设计7 / 18图 3.1：最大高度说明：由于不可能直接垂直穿过车体到达下方，说以最大深度时第一节臂要使杆伸出车外。基座可以全方位运动才可以满足任何方位的运动。图 3
6、.2:最大直径不过由于还有第一节节臂的放置问题，第一节臂就应该长一点，将第一节臂定为 9 米，中间三节臂为 8 米，最后一节为 7 米。转动基座还是高 4 米在前面进行假设分析的时候“第一节臂刚好在约束的条件下在下拉时，竖直距离会减少 4 米，这样就刚好是最大布料深度 32 米了。也就是第一节臂放下后极限位置时，另一个端点下降的距离为 4 米。 ”，那么我们就要在设计的时候达到这种情况。前边也有说到第一节臂长为 9m，先假设第一节臂放下后于水平面成一个角度 要使其放下后下降距离为 4 米，那么就有 的的余弦=4/9( 不会打符号见谅 )。为了容易确定这个位置，可以在起始处设置一个向下倾角最大为
7、 的设置。这里先要设计一下起始端的机械原理课程设计8 / 18大体模型。首先要是固定的，另外要能连接第一节臂并控制转动。图 3.3：最大深度3.3 两臂铰接处运动分析从结构图中可以看出交接处结构模型，其简图如下：图 3.4：状态图机械原理课程设计9 / 18实验假设尺寸比例，不是真实尺寸。图 3.5：比例图AE 为可伸缩液压杆并且可转动，BE，ED 两杆为转动铰接，作为支撑两节臂展开的杆。图中分别是两节臂收拢，半展开，完全展开时的结构图，C 为两臂转动交接处。根据图中所示可以计算出其自由度，n=5,Pl=7,Ph=0.所以 F=3n-2Pl-Ph=1，图中只有一根液压杆驱动，符合题意。3.4
8、状态图图 3.6：状态分析图机械原理课程设计10 / 18图 3.7：展开状态 1图 3.8：展开状态 2图 3.9：展开状态 3机械原理课程设计11 / 18图 3.10：展开状态 4根据实际情况，假设实际尺寸，则可以看出液压杆最大为 381.4cm图 3.11：实际尺寸图3.5 计算铰接问题假设液压杆与第一节臂的夹角为 ，第一节臂与第二节夹角为 ，可以从图中可以看出 与 是输入与输出关系，由于没有具体数据，在此用字母代替以为实际两节臂铰接处是有斜度的连接，为方便计算把交接处去掉以 B,D 为终点，不影响计算。设 AB=a, BE=b ,ED=c,ABE=1 BED=2 EBD=3 EDB=4, AE=x1,BD=x2.(a,b,c 为常数)机械原理课程设计12 / 18图 3.12：假设数据图 3.13：计算公式由公式 1 和 2 可以得出连接角与液压杆的位移输出关系（由于没有具体数据，没
