机械原理课程设计-高位自卸汽车的设计

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=(??1+??2)?[L3(1?cos55)÷sin??3×(sin55×??3+??)]

L3+L1

计算得到:L1=L2=1060,L3=1800

根据计算可以安排油缸最短尺寸800,AB=300,BC=1000。 3.3厢门开合机构的设计

3.3.1机构的选择方案

后厢门打开机构的要求是当车厢翻转卸货时,后厢门随之联动打开,卸货完毕,车厢恢复水平状态,后厢门也随之可靠关闭。图2-2中可以看出当车厢翻转一定角度时,厢门也打开相同的角度。由此可以进行机构设计。 方案一、自开式机构

(L3sin55+H)2

22

车厢

3-12 自开式厢门打开机构

因为厢门和车厢翻转的角度相同,所以厢门在打开和关闭的时候都处于竖直状态,因此考虑利用厢门的重力使之自由打开。在要卸货的时候打开锁住厢门的机构,厢门可以随车厢的翻转自由打开。当卸货完毕的时候,在使用锁止机构吧厢门锁死,实现厢门可靠的关闭。该机构设计简单,容易想到。可以利用车厢底部空间,方便安装。但是车门的开闭是自由的,不能精确实现车门打开角度与翻转角度之间的函数关系。

方案二、控制开合式机构。

车厢

图3-13 控制开合式厢门打开机构

该机构通过控制杆控制厢门上面的铰实现厢门的开合。把控制杆和车厢翻转控制机构恰当的联系在一起时,可以精确的实现翻转和厢门打开的联动控制。但是这个机构的安装困难,这种结构或者类似结构安装在车厢侧面比较合适,设计题目中没有给车厢侧面的空间,如果安装在车厢底部,控制杆会影响卸货。 3.3.2 厢门开合机构尺寸设计:

厢门开合机构是基于实用的目的选择了厢门开合机构中的利用重力自由开合的机构,在这个简单的机构中,具体尺寸要求不高,但是必需要保证厢门的配合紧密,使厢门能够严密的关上,当厢门的锁止机构打开的时候,机构不能影响厢门自由的打开。

四 CATIA建模和运动仿真

4.1 模型的建立

利用CATIA,根据设计确定的机构数据建立三维模型,模型截图见附录。

4.2 模型的运动仿真

通过模型的运动仿真可以清楚的看到机构的运动过程,借此分析机构是否干涉,设计是否合理。通过观察模型的运动,进一步优化机构的设计,使工作更可靠,以便在符合要求的方案中采用最佳的方案。另外是运动分析可以直观的模拟机械的工作过程,仿真结果可以作为机械的推广和宣传材料,通过仿真得到主要机构运动的视频文件。

以下是通过CATIA做的速度与加速度的分析。 因为整个车厢是整体后移和上移和翻转,所以只用取车厢上一点分析其速度

与加速度便可得整个车厢的速度与加速度。

图4-1 运动分析所取点

当油缸的速度是以500mm/s匀速运动的时候得到的曲线图如图所示。

图4-2 运动分析速度与加速度图

从曲线上可以大致看出这种参数曲线的变化,借此可以大致分析机构的运行。平行四边形举升机构举起中间架和车厢上升。其中扯清举升的数据是以车厢相对底盘运动的运动速度的模为参量,速度相对平滑,大约稳定在1.40m/s,上升过程可以认为是匀速的,有利于在实现在任意位置停止,满足设计要求。加速度曲线没有突变,不会给油缸和车厢带来冲击,有利于延长机器的使用时间。 举升过程中的分析改进意见,这个分析过程使用的是匀速运动的油缸,在油缸起步的时候,车厢的加速度很大,而且匀速运动的油缸只存在与理想条件中。实际油缸都是先加速后匀速的,在机构难以做重大的改动的情况下,可以改善输入运动改善机构的运动。可以通过使用节流阀等油缸控制元件,使油缸的速度以多项式的运动速度变化,减小加速度的变化,这样可以优化机构的工作环境可以延长机器的使用时间。

五.设计总结

在整个课程设计的设计计算过程中,主要用到了学习到的关于机械设计方面

的知识和三维建模软件的应用。在机构设计和选择中,我设想了很多的机构,通过对比他们的主要优缺点我采用了最佳的机构进行杆长的计算和设计。然后开始对结构进行建模和仿真并进行了运动分析。

但是我在做这个设计的时候,感到了自己知识的不足。在设计的过程中我觉得自己的设计不完善,计算不够,没有进行力学分析。这个是最大的缺点。只进行了运动学分析,没有进行力学分析,这样虽然说明了给机构施加一定的荷载是可以实现机构的运动的,但是没有进行动力学分析,却不知道需要多大的力才可以推动机构运动,更没有分析进一步分析材料的性质和选定材料的截面尺寸和截面形状的设计是否符合受力要求。 5.1 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,提高机械设计的能力。

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,在机械设计基本技能的运用上得到训练。

3)在课余时间,提供一个较为充分的设计空间,使在巩固所学知识的同时,强化创新意识,在设计实践中深刻领会机械设计的内涵。 5.2 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,参观现场实物。

2)方案设计: 根据分析调研结果,选择原动机,传动装置,执行机构以及它们之间的连接方式,拟定若干可行的设计方案。

3)总体设计:对所拟定的发难进行计算,分析,对执行机构和传动机构进行必要的初步设计,进行分析比较,选择一个正确合理的设计方案,绘制整体方案简图。

4)结构设计(本次没有用到这一步):针对某一部件,如部分传动装置或执行机构,进行详细设计,根据各个零部件的强度,刚度,使用寿命和结构要求,确定其结构尺寸和装配关系,完成装配图样设计和零件图样设计。 5)整理文档:整理设计图样,编写设计说明书。 5.3 设计中需要注意的几个问题

1)循序渐进,逐步完善:在设计过程中应该注意理论与实践的结合,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,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)巩固机械设计基本技能,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,应该自觉加强理论与工程实践的而结合,掌握认识、分析、解决问的基本方法,提高设计能力。

3)汲取传统经验,勇于创新:机械设计题目主要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、解决问题的能力。 4)整体着眼,提高综合设计素质:在设计过程中,应该自居加强自主设计意识,注意先总体设计,后部分设计,先概要设计,后详细设计。遇到设计难度时,要

从设计目标出发,首先解决主要矛盾,逐渐解决次要矛盾。 5.4 机械设计的基本原则

1)创新原则:设计是人们为达到某种目的所做的创造性工作,以内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,子啊增加了设计的复杂性的同时,也给创新提供了更好的机会。

2)安全原则:产品安全可靠的工作是对设计的基本要求。设计为了保障机械的安全可靠运行,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。

3)工艺性原则:构件图样设计完成后,要力求使部件的结构工艺性合理,结构简单,易于加工。

5.5 本次设计效果分析与改进意见

这个设计经过分析验证,达到了设计的运动要求。 这个设计当然还有许多不完善的地方,目前的机构根本不具有实际应用价值。如果考虑到应用的问题,则需要很多的因素,针对这些设计要求进行改进。

首先是在机构上面,在这个采用的机构中还可以进行优化设计,主要是改动油缸和转动杆的铰接位置,通过改变油缸和铰接点的位置,可以避免初始传动角过小的问题。针对铰点的位置调整也可以优化在油缸匀速运动时候的机构目标点的运动曲线,减小目标点在运动中的冲击。 5.6 设计心得体会

通过这次设计初步了解了机械原理理论设计的一般过程和方法,加深了对机械原理这门课程的理解,同时也知道了原来学习机械工程材料、结构力学等课程的应用。在做机械设计的过程中首先要满足的条件是需要设计出符合运动要求的机构简图,计算出机构的尺寸,依据机构进行运动学仿真,这些内容也是这次做设计的主要内容。

得到机构简图以后需要对机械构件进行尺寸综合,算出在符合承载要求的情况下需要的构件尺寸。在设计构件尺寸的过程中,不仅仅要考虑材料力学的知识,也要了解材料的特点。知道根据实际情况选择合适的材料。在计算设立和承载的时候进行动力分析,结构是否符合动力设计的要求,运动过程中的冲击。在运动分析之后得到真实的机构和个零件的实际尺寸,然后组装成实物。如果不符合设计要求,发生干涉和刚性冲击等,可以根据实际条件,改进设计。

在设计之后,通过机械原理的应用。我知道了自己还需要学习很多知识,书到用时方恨少,在进行设计的过程中,需要应用到很多的知识。要想完成机械设计的全部内容,从计算、设计,到得到实物的过程,是一个分成复杂的过程,仅仅知道设计原料是没有实际价值的,即使知道设计,加工和组装对机器的性能也会有很大的影响。所以想要完成一个机器的设计过程,掌握设计制造机械的本领,我要继续学习,争取做的更好。

六 致谢

首先我想感谢学校开设机械综合设计这门课程这极大地让我们认识到自身的不足以及机械所要求的严谨,课上的答辩为我们以后做项目打下基础。还有何


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