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1、1目 录第 1 章 问题的提出2 第 2 章 设计要求与有关数据2 2.1 设计要求2 2.2 性能数据及主要用途3 2.2.1 预设车厢主要参数3 2.2.2 设计用途4 2.2.3 成本核算4 第 3 章 机构选型设计4 3.1 设计方案4 3.1.1 设计方案 1.4 3.1.2 设计方案 2.5 3.1.3 设计方案 36 3.2 设计方案选型6 第 4 章 机构尺度综合7 4.1 厢盖开闭机构尺度分析.8 4.2 倾斜机构、厢盖机构、厢门机构、锁钩机构尺度分析8 4.3 各构件详细尺寸8 第 5 章 机构运动学分析9 5.1 车厢运动学分析.9 5.2 厢门机构运动学分析12 5.3
2、 厢盖和锁钩运动学分析14 5.4 液压缸伸出量15 第 6 章 结论16 第 7 章 收获与体会16 第 8 章 致谢16 参考文献17 附录 1 建模过程.17 附录 2 运动过程截图.192第 1 章 问题的提出为运输某种胶状半流质化工原料，需设计专用车辆，其运输状态和侧卸状态分别如图(a)和图(b)所示。第 2 章 设计要求与有关数据2.1 设计要求1)针对被运物品的物理性能，车体设计成厢门盖式。2)在图(a)所示运输状态，由于厢门 BQ 受较大的侧压力，应有锁钩 NP 钩住厢门 BQ；为防止半流质溅出，顶盖 GQ 在点 G 与车厢铰接，在点 Q 与厢门 BQ 咬合。3)在图(b)所示
3、侧卸状态，车厢倾斜 2737，锁钩和顶盖上扬，厢门BQ 向外开启成为车厢底面的延长面。4)车体复位放平时，顶盖、锁钩和厢门都按图(a)运输状态的要求复位。5)车厢的倾斜和复位用油缸伸缩驱动。36)各个传动角恒大于 30。7)运输时载荷及自重合计 8000kg，卸车时厢门所受外载荷近似简化为作用在其中点的一个 500kg 的向下的力。8)已知数据如图所示，其它尺寸同学们在图上量取后按比例计算得出。9)在设计图中用不同的颜色绘出运输状态和侧卸状态，注明机构的全部几何尺寸。2.2 性能数据及主要用途2.2.1 预设车厢主要参数270025085045002000400800车体的主要参数尺寸在上图中
4、已将给出，侧卸时车厢倾斜 30左右，车厢门打开 90，车厢盖打开 75左右，锁钩打开 30左右。42.2.2 设计用途该车为某种胶状半流质化工原料运输专用车辆。2.2.3 成本核算该车车厢主要材料为 45钢，液压装置一套，涂料若干。第 3 章 机构选型设计3.1 设计方案3.1.1 设计方案 1图 3-1 设计方案 1 示意倾斜机构：优点：采用单作用式液压缸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。缺点：其缺点为该机构横向强度差，而且由于其油缸行程较大联动机构采用液压缸同时驱动厢门机构和厢盖机构。厢门
5、机构厢盖机构：采用最简单的四杆机构，其结构简单紧凑，易于实现，标题后面不得有冒号。每 个图均应有图题（由图 号和图名组成） ，图名 后面不得有“：”号或 者标点。图号按章编排， 如第 3 章第 1 图的图号 为“图 3-1”等。5且成本低。联动机构：采用液压缸直接驱动。优点：机构简单紧凑。缺点：首先驱动厢门机构和厢盖机构所需的功率小，无须采用液压缸驱动，增加机构的成本，其次由于厢门机构和厢盖机构开启有一定的先后的顺序，而此种方案的联动机构是采用同时驱动，不能满足题目中的一些要求，综上所述仍需进一步的改进。3.1.2 设计方案 2图 3-2 设计方案 2 示意倾斜机构：同方案 1 雷同亦采用液压
6、缸直接驱动，其优缺点也一样。厢门机构厢盖机构：同方案 1 雷同。联动机构：方案 2 与 1 不同之处是没有装置联动机构，采用液压缸分别驱动厢门机构和厢盖机构。优点：机构简单，控制方便。缺点：无法实现锁钩的单独控制，结构不如方案 1 紧凑，成本高。63.1.3 设计方案 3电机驱动图 3-3 设计方案 3 示意倾斜机构：同方案 1 雷同亦采用液压缸直接驱动，其优缺点也一样。厢门机构：采用最简单的四杆机构，结构简单紧凑，易于实现，且成本低。箱盖机构：与箱门机构雷同。联动机构：该方案没有装置联动机构，采用驱动电机分别驱动厢门机构和厢盖机构，能够实现题目中所有的要求。优点：机构简单，控制方便。缺点：结
7、构不如方案 1 紧凑，成本高。3.2 设计方案选型根据以上各种方案的优劣点，经过从功能、复杂性、成本综合分析后，决定在采用方案 4。将举升机构做成对称形式。选定方案机构简图如图 3-4 所示：7图 3-4 选定方案机构简图第 4 章 机构尺度综合分别对倾斜机构，厢门开闭机构，厢盖开闭机构进行分析。对机构简图中个连杆的长度进行计算，以及对个铰链点的位置进行计算。84.1 厢盖开闭机构尺度分析A OBC图 4-1 厢门开闭机构简图根据设计要求，列出以上方程组，得到连杆 AG 与 NB 的关系函数，选取合适的 AG 长度，有相应的 NB 与之相对应。4.2 倾斜机构、厢盖机构、厢门机构、锁钩机构尺度
8、分析由于要使连架杆（厢体、厢门、顶盖、锁钩）有确定的位移，因此，在Pro/E 中画出各个连架杆的始末位置，运用其特有的约束功能来确定中间杆的尺寸，在此不作说明。4.3 各构件详细尺寸2222 00(coscos )(sinsin)()6007530OACBOAACBOAAOCOClllllllll 91200500250850450020004004001400700500图 4-1 机构尺寸简图第 5 章 机构运动学分析主要分析构件的位移、速度、加速度，分别对倾斜机构，厢门机构，厢盖机构进行分析。5.1 车厢运动学分析10BDAOCXYABC 为厢体，OA 为原动件，连杆 AB、DB 长度已
9、知，外副 O、D 已知，求解内副 A、B 运动。 222 1OAOAOA222 2ABABAB222 3DBDBDB4DBABDBABfxxyyH0fxxyyl0fxxyyl0fxxxxyyyy0 根据以上方程组即可确定车厢 CDFH 的位移方程，对其求时间的一阶、二阶导数即可得到速度与加速度方程。用 Pro/E 软件分析结果如下：11车厢开闭角位移时间曲线车厢开闭角速度时间曲线车厢开闭角加速度时间曲线01020304050607080-30-1010AnalysisDefinition:厢厢体体 (deg)时时间间(秒秒)角角位位移移125.2 厢门机构运动学分析xyOABCOA 为原动件，
10、已知外副 O、C，连杆 OA、AB、BC 和 OA 的角速度 都已知，求铰链点 A、B 的运动情况。连杆 OA 由电机驱动，其角位移 t 列出方程组222222222()()()()()()AOAOOACBCBBCABABABxxyylxxyylxxyylt 则厢门 CB 的角位移arctanBCBCyy xx将其对时间求一阶和二阶导，可得角速度和角加速度。用 Pro/E 软件分析结果如下：010203040506070-2.7-2.2-1.7-1.2-0.7-0.2AnalysisDefinition2:厢厢门门 (deg/sec)时间(秒)测量13厢门角速度-时间曲线01020304050
11、6070-0.2-0.15-0.1-0.0500.05AnalysisDefinition2:厢厢门门 (deg/sec2)时间(秒)测量厢门角加速度时间曲线145.3 厢盖和锁钩运动学分析A OyxBCOA 为原动件，已知、，以及 OA 的运(,)OOO xy(,)CCC xyAOlCBlABl动角速度。确定从动件 CB 的运动。顶盖 OA 的角位移由驱动电机确定，为了运行平稳在此定为：t铰链点 A： 铰链点 B：链点 B 的坐标：，从而得到 NB 的角位移：(,)BBB xy对时间求一、二阶导，可得 NB 的角速度与角加速度方程：NB 的角速度方程：角加速度方程：cossinAOOAAOO
12、Axxlyyl 222222()()()()BABAABBCBCBCxxyylxxyylarctanBCBCyy xx2BByBBxBCx vy vl2BByBBxBCx ay aal15用 Pro/E 软件分析结果如下：锁钩开闭角位移时间曲线锁钩开闭角速度时间曲线锁钩开闭角加速度时间曲线5.4 液压缸伸出量液压缸的选择对整个车体卸货过程平稳进行意义重大，因此有必要对液压缸进行分析。此处仅对液压缸的伸出量进行分析,为液压缸的选择提供参考。如图所示，液压缸伸出量为 600mm，作为性能参数，为液压缸的选择提供参考。01020304050607080010203040AnalysisDefinit
13、ion:锁锁钩钩 (deg)时间(秒)角位移010203040506070800.280.330.380.43AnalysisDefinition:锁锁钩钩 (deg/sec)时间(秒)测量0102030405060708000.0020.0040.0060.008AnalysisDefinition:锁锁钩钩 (deg/sec2)时间(秒)加速度1601020304050607080-756-556-356-15644AnalysisDefinition25:液液压压缸缸 (mm)时间(秒)位移液压缸位移时间曲线第 6 章 结论如图 3-4 图所示，即为最终选定方案机构简图。该方案选用了一个
14、液压驱动和两个电机驱动作为原驱动装置，方案一和方案二则分别选用两个和三个液压驱动作为驱动装置，虽然成本较低，但不能实现厢门、厢盖和锁钩的分别动作，故不可取。而方案三虽然成本较高一点，但能实现厢门、厢盖和锁钩的分别动作，故最终选用方案三作为最终方案。第 7 章 收获与体会本次课程设计，是对上学期所学的机械原理课程的一次很好的实践，是我对机械原理有了更直观的认识和理解，对此类设计问题有了初步的了解和认知。期间运用 proe 等软件对机构运动分析的过程与方法使我获益良多，这将对我以后的学习和工作有着深远的利好的影响。设计过程是一个循序渐进的过程，不多重复的方案的选型、修改与优化。第 8 章 致谢特别
15、感谢何老师和李老师的悉心指导，感谢同学们的帮助，才能完成本次课程设计。17参考文献1 谢进，万朝燕，杜立杰. 机械原理. 第 2 版. 高等教育出版社，2004.2 梁萍，张胜霞，陈天星. 机械工程制图 Auto CAD 3D 实体造型实例教程.清华大学出版社，2006.3 乔建军等. Proe/ENGINEER Wildfire 5.0 动力学与有限元分析从入门到精通.北京：机械工业出版，2010.4 陈淑梅. 液压与气压传动. 北京：机械工业出版社，2007.附录 1 建模过程采用 Pro/E 三维建模软件对机构模型进行建模。根据实际尺寸对各个零件进行单独建模（各个铰链点位置用圆柱孔及圆柱代替） 。接着创建组件模型，把各个零件用合适的运动副（移动副、转动副、滑动副等）约束在一起。整车底座18车厢厢盖连杆 1连杆 2厢门锁钩19附录 2 运动过程截图锁钩厢门连杆 3
