【文章內(nèi)容簡介】 。 其優(yōu)缺點見表 21。 表 21 連桿滑塊機構(gòu)優(yōu)缺點 優(yōu)點 缺點 機構(gòu)簡單，便于安裝； 比較容易控制車廂的傾斜角度； 當機構(gòu)液壓缸 H 運動完畢 后會由于車廂自身的重量向下壓，將會使機構(gòu)變得不穩(wěn)定，它的穩(wěn)定性偏差。 它的支撐完全依靠液壓缸 H 和活塞桿 BH、連桿 AH，所以它對這部分機構(gòu)剛度要求比較高。 12 液壓缸直推機構(gòu) 圖 28 液壓缸直推機構(gòu) 原理 分析 ：該傾斜機構(gòu) 如圖 28 所示，本機構(gòu)的原理比較簡單。在液壓缸 H的推動下，活塞桿 BH 伸長，由于鉸鏈點 B、 C 的作用，車廂將繞著點 C 轉(zhuǎn)動，這樣就實現(xiàn)車廂的傾斜動作。 其優(yōu)缺點見表 22。 表 22 液壓缸直推機構(gòu)優(yōu)缺點 優(yōu)點 缺點 該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝和修理； 該機構(gòu)所需零件少，便于加工、制造； 該機構(gòu)由于所需零件少，這就造成了此機構(gòu)的剛度比較差； 由于靠液壓缸推動，這又造成了所需的液壓缸的推程比較大。 滑塊傾斜 機構(gòu) 13 圖 29 滑塊傾斜機構(gòu) 原理 分析 ：該傾斜機構(gòu) 如 圖 29 所示，工作時液壓缸 H 伸長， BC 桿一端鉸接在車廂的 C 點上，另一端與滑塊 B 鉸接，由于液壓缸長度伸長，滑塊 B 向右運動，由于連桿 BC 和鉸鏈點 B、 C、 D 作用就能使車廂繞 D 點轉(zhuǎn)動。 其優(yōu)缺點見表 23。 表 23 滑塊傾斜機構(gòu)優(yōu)缺點 優(yōu)點 缺點 機構(gòu)比較簡單，需要的零件比較少，易于加工和安裝。 液壓缸一直處于水平，比較 容易控制。 初始時傳動角較小，需要液壓缸較大的推力； 對 BC 桿強度要求較高。 曲柄搖桿翻轉(zhuǎn)機構(gòu) 圖 210 曲柄搖桿翻轉(zhuǎn) 機構(gòu) 一 14 圖 211 曲柄搖桿翻轉(zhuǎn) 機構(gòu) 二 原理 分析 ：該傾斜機構(gòu) 如圖 21 210 所示，工作時液壓缸 H 伸長，且活塞桿的另外一側(cè)與連桿 CF 相連， CF 可以繞鉸鏈點 F 轉(zhuǎn)動，通過 BH 的伸長使 CF順時針轉(zhuǎn)動，且 CD 與 CF 鉸接，所以它也會一起轉(zhuǎn)動，通過 CD 的逆時針轉(zhuǎn)動就帶動了車廂繞 E 點的轉(zhuǎn)動。 這種傾斜機構(gòu)的油缸作用點布置十分靈活，它既可布置在左端，也可以布置在右端。其優(yōu)缺 點見表 24。 表 24 曲柄搖桿傾斜機構(gòu)優(yōu)缺點 優(yōu)點 缺點 機構(gòu)比較簡單，需要的零件比較少，易于加工和安裝。 液壓缸的行程比較小，可以減少液壓缸的損壞機率。 對于 CF 桿來說，它還受到 HB 對它徑向力，所以 CF 桿的強度要求比較大。 后廂門 啟閉 機構(gòu) 設(shè)計 后廂門打開機構(gòu)的要求是當車廂翻轉(zhuǎn)卸貨時，后廂門隨之聯(lián)動打開，卸貨完畢，車廂恢復水平狀態(tài)，后廂門也隨之可靠關(guān)閉。圖 12 中可以看出當車廂翻轉(zhuǎn)一定角度時，廂門也打開相同的角度。由此可以進行機構(gòu)設(shè)計。 15 重力直接打開機構(gòu) 圖 212 重力直接打開 機構(gòu) 原理分析：如圖 212 所示， 利用在車廂傾斜過程中 貨物的重力作用直接推動后廂門的打開，實現(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)自動關(guān)閉了這種設(shè)計比較簡單，安全可靠，容易想到。 其優(yōu)缺點見表 25。 表 25 重力直接打開機構(gòu)優(yōu)缺點 優(yōu)點 缺點 機構(gòu)比較簡單，不需要其他任何輔助機構(gòu)，十分經(jīng)濟； 容易聯(lián)想到，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計要求。 不能實現(xiàn)自鎖。 搖塊頂開 機構(gòu) 16 圖 213 搖塊頂開機構(gòu) 原理分析：如圖 213 所示，本機構(gòu)是相當于一個四桿機構(gòu) WX 為廂門，其在 W 點 與車廂鉸接，在 X 點與 XY 桿鉸接， XY 與鉸接在車廂上的滑塊 Y 形成移動副。當車廂翻轉(zhuǎn)時，通過聯(lián)動機構(gòu)使滑塊 Y 繞車廂轉(zhuǎn)動，使 XY 相對滑塊 Y 移動，就能使車廂門 WX 繞 W 點轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)車廂門的打開。 其優(yōu)缺點見表 26。 表 26 搖塊頂開機構(gòu)優(yōu)缺點 優(yōu)點 缺點 結(jié)構(gòu)簡單，自鎖性較好； 要使轉(zhuǎn)動 Y 時， XY 桿要移動且轉(zhuǎn)動，要精確控制廂門的打開角度，對零件的精度要求較高。 四級 連桿 機構(gòu) 圖 214 四級 連桿 機構(gòu) 原理分析：如圖 214 所示，本機構(gòu)是相當于一個四桿機構(gòu) WX 為廂門， ABXW構(gòu)成平行 四邊形連桿 機構(gòu) 。 且 A、 B 與 車廂構(gòu)成轉(zhuǎn)動副， O 為 傾斜機構(gòu)的簡化。當車廂翻轉(zhuǎn)時，通過聯(lián)動機構(gòu)使 平行四邊形機構(gòu) 繞車廂轉(zhuǎn)動，使 WX 相對車廂轉(zhuǎn)動，就能實現(xiàn)車廂門的打開。 其優(yōu)缺點見表 27。 O 17 表 27 四級連桿機構(gòu)優(yōu)缺點 優(yōu)點 缺點 結(jié)構(gòu)簡單，自鎖性較好 傳動相對可靠 聯(lián)動機構(gòu) 滑軌打開 機構(gòu) 機構(gòu) 圖 215 滑軌打開機構(gòu) 原理分析：如圖 215 所示，本機構(gòu)是相當于運用構(gòu)件 2 與 車廂組成簡單的移動副聯(lián)動開啟 廂門。 當車廂翻轉(zhuǎn)時，通過聯(lián)動機構(gòu)使 移動副 向重力方向運動 ，就能使車廂門 WX 同時 打開 ，實現(xiàn)車廂門的打 開。 同時 ， 復位 是利用構(gòu)件 1 的 彈簧實現(xiàn)的。 其優(yōu)缺點見表 28。 表 28 滑軌打開機構(gòu)優(yōu)缺點 優(yōu)點 缺點 自鎖性較好 運動可靠 傳動平穩(wěn) ，易于控制 制造 成本較高 機構(gòu)的組合 在對要實現(xiàn)的目標運動進行拆解，分別進行機構(gòu)設(shè)計之后?，F(xiàn)在要從舉升機構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和車門打開機構(gòu)中選擇合適的機構(gòu)進行組合設(shè)計。在組合中要保證整體運動合成后車廂運動的平穩(wěn)同時要避免機構(gòu)運動時發(fā)生干涉。 18 舉升機構(gòu)要求舉升過程平穩(wěn)，可以在任意高度停止。雖然要求舉升機構(gòu)在舉升的過程中車廂要向后移動，但是沒有嚴格規(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構(gòu)和雙剪式舉升機構(gòu)。翻轉(zhuǎn)機構(gòu)要求運動平穩(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)機構(gòu)和曲柄連桿傾斜機構(gòu)，這樣就可以在油缸行程不大的時候，使車廂翻轉(zhuǎn)適當?shù)慕嵌?。廂門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，所以選擇機構(gòu)中重力直接打開機構(gòu)，在這個考慮中主要是考慮了經(jīng)濟性和實用性。 最后 ，我們通過考慮各性能參數(shù)， 制造成本 以及 各 機構(gòu) 的 的 優(yōu)缺點比較 等因素 ，最終確定了兩 種組合方案， 方案一 為 剪式 舉升機構(gòu) 、曲柄搖桿翻轉(zhuǎn)機構(gòu) 二 、重力 直接 打開機構(gòu) 的組合。方案二為 雙 剪式舉升機構(gòu) 、連桿滑塊機構(gòu)、 重力直接打開機構(gòu)的組合。 兩組設(shè)計方案 組合 設(shè)計 簡 圖如 圖 21 216 所示： 圖 216 機構(gòu)組合方案一 19 圖 217 機構(gòu)組合方案二 第 3 章 機構(gòu) 設(shè)計尺寸設(shè)計 方案 一尺寸設(shè)計 舉升機構(gòu)的尺寸設(shè)計 圖 31 剪式舉升機構(gòu) 20 如圖 31 所示為剪式舉升機構(gòu)，各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 伸出推動滑塊 2 右移，帶動構(gòu)件 3逆時針 轉(zhuǎn)動，使得車廂先右端升起，左端隨之升起，實現(xiàn)舉升功能，同時帶動構(gòu)件 4 順時針旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)車廂后移。復位過程為油壓缸縮回使滑塊 2 左移，帶動構(gòu)件 3 順時針轉(zhuǎn)動，使車廂先右端下降，左端隨之下降，實現(xiàn)豎直方向復位，同時帶動構(gòu)件 4 逆時針旋轉(zhuǎn)， 實現(xiàn)水平方向復位。同時，停止油壓缸運動即可實現(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 α ， AE 長為 l，則舉升高度 S 為： ???????? ?? () 油壓缸安裝位置 O 到鉸鏈點 B 的位 置等于油壓缸伸長量 a 與原長與 之和，即 ???? ?? () 1. 約束條件如下： ? 要求初始油壓缸伸長量為 0 時，高度為 Hd=500mm；油壓缸伸長量小于等于 時，最大舉升高度 Smax=1800mm,即 初始時刻： 最大高度時刻： ?????? () 注： l0 為液壓缸長度，設(shè)為 200mm 21 ? 分析機構(gòu)可知，后移量 a=380mm 是由油壓缸伸長量 a 決定，因此 ,為使機構(gòu)能達到后移量要求，只需滿足以下條 件： ???????? ???? () ? 油壓缸安裝位置 O 到鉸鏈點 B 的位置不得大于車廂長度 L=4000mm 及預留空間 Lt=300mm 之和，可得： ???????? ???? () 確定尺寸： 根據(jù)（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）式，帶入數(shù)值，取 amax=450mm通過 matlab 進行數(shù)值計算得出初算值如下： 根據(jù)工程要求，可得各尺寸如下： 可得滿足設(shè)計要求。 傾斜 機構(gòu) 尺寸設(shè)計 22 圖 32 曲柄搖桿 傾斜 機構(gòu)初始位置 圖 33 最大傾斜位置示意圖 結(jié)合圖 3 圖 33，對該機構(gòu)的尺寸進行設(shè)計分析。 設(shè) 1CFL? ， 2CD L? ， 3DE L? 在翻轉(zhuǎn)到最大角度時，最理想狀態(tài)為 CDF 三點共線且垂直于 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 兩點距離為 4005。此時 200= 5 5 a r c ta n 5 7 . 94000D E F ?? ? ? ? ? 3 * c os 57 .9 21 31L EF?? 12 * sin 57 .9 33 93L L E F? ? ?????????（ ） 在機構(gòu)計算中可以看出當 3L 的尺寸較大的時候，需要的 1L 和 2L 的長度也要增大，為了受力狀態(tài)良好， D 點安排在車廂的重心附近較為理想。從計算結(jié)果來看， D 點到 E 點的距離為 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 CD 與水平線都 會有一 23 確定角與其對應。 設(shè) CF桿初始時與水平線夾角為 ? ， 此時 CD 與水平線夾角為 ? ，根據(jù)位置關(guān)系有 ： 12* s in * s in 2 0 0* c o s * c o s 1 8 7 4LL?????? ??? ???????（ ） 當 ? =0，及 CF 桿初始狀態(tài)水平時時，由方程組（ 1）（ 2）用 Matlab 軟件求解，得： 122620773=15LL????????? 因此 ，當 CF 桿水平時， CD 桿與水平線夾角為 15? ，此時 CF 桿長 2620mm，CD 桿長 773mm。 油缸尺寸計算： 圖 34 車廂最大傾角示意圖 設(shè) BF=1000，車廂傾斜到最大角度時， AB 與 CF 垂直。如圖 34 所示，建立直角坐標系，則 39。 35BFB? ? ? ， B 點坐標為（ 819， 573）。 AB 所在直線方程為 24 8195 7 3 (x 8 1 9 )573y ? ? ? ???????????（ ） 即 ? ? ? 油缸鉸鏈點 A 就在 AB 所在直線上，設(shè) A 點距 E 點水平距離為 1400，則1 . 4 3 * 1 4 0 0 1 7 4 3 . 6 2 5 8y ? ? ? ? ? 所以 A 點坐標為（ 1400， 258） 則： 22(1 4 0 0 1 0 0 0 ) 2 5 8 4 7 6ABl ? ? ? ?‘ 258a r c ta n 1 0 .41400AFB? ? ? ?’ 當車廂傾斜到最大角度時， CDF 三點共線，同時 AB 垂直于 CF，此時 1 0 . 4 3 2 . 1 2 . 9 4 5 . 4AFB? ? ? ? ? ? ? ? ? 10 00 / t a n A F B 98 6ABl ? ? ? 油缸伸長長度 39。 9 8 6 4 7 6 5 1 0A B A B ABl l l? ? ? ? ? ? 綜上所述 ， 262077321311000CFCDDEBF???? 油缸起始長度 476，身長長度 510。以 F 為坐標原點，水平線為 x 軸，垂直線為 y 軸，建立直角坐標系。則鉸鏈點 F、 A、 E 的坐標分別為（ 0， 0）、（ 1400，258）、（ 4000， 200）。 后廂門 啟閉 機構(gòu) 尺寸設(shè)計 25 圖 35 重力直接打開后廂門啟閉機構(gòu) 本 機構(gòu)運用 重力直接開啟， 因此 無需計算，只需校核 鉸鏈點強度即可。 機構(gòu)組合 將上述三部分機構(gòu)，按照計算的 尺寸，進行機構(gòu)組合，組合 簡圖 如圖 36。 圖 36 機構(gòu)組合方案一 26