【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 其優(yōu)缺點(diǎn)見表 21。 表 21 連桿滑塊機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝； 比較容易控制車廂的傾斜角度； 當(dāng)機(jī)構(gòu)液壓缸 H 運(yùn)動(dòng)完畢 后會(huì)由于車廂自身的重量向下壓，將會(huì)使機(jī)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(duì)這部分機(jī)構(gòu)剛度要求比較高。 12 液壓缸直推機(jī)構(gòu) 圖 28 液壓缸直推機(jī)構(gòu) 原理 分析 ：該傾斜機(jī)構(gòu) 如圖 28 所示，本機(jī)構(gòu)的原理比較簡(jiǎn)單。在液壓缸 H的推動(dòng)下，活塞桿 BH 伸長(zhǎng)，由于鉸鏈點(diǎn) B、 C 的作用，車廂將繞著點(diǎn) C 轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)車廂的傾斜動(dòng)作。 其優(yōu)缺點(diǎn)見表 22。 表 22 液壓缸直推機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝和修理； 該機(jī)構(gòu)所需零件少，便于加工、制造； 該機(jī)構(gòu)由于所需零件少，這就造成了此機(jī)構(gòu)的剛度比較差； 由于靠液壓缸推動(dòng)，這又造成了所需的液壓缸的推程比較大。 滑塊傾斜 機(jī)構(gòu) 13 圖 29 滑塊傾斜機(jī)構(gòu) 原理 分析 ：該傾斜機(jī)構(gòu) 如 圖 29 所示，工作時(shí)液壓缸 H 伸長(zhǎng)， BC 桿一端鉸接在車廂的 C 點(diǎn)上，另一端與滑塊 B 鉸接，由于液壓缸長(zhǎng)度伸長(zhǎng)，滑塊 B 向右運(yùn)動(dòng)，由于連桿 BC 和鉸鏈點(diǎn) B、 C、 D 作用就能使車廂繞 D 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 其優(yōu)缺點(diǎn)見表 23。 表 23 滑塊傾斜機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(shí)傳動(dòng)角較小，需要液壓缸較大的推力； 對(duì) BC 桿強(qiáng)度要求較高。 曲柄搖桿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 圖 210 曲柄搖桿翻轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu) 一 14 圖 211 曲柄搖桿翻轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu) 二 原理 分析 ：該傾斜機(jī)構(gòu) 如圖 21 210 所示，工作時(shí)液壓缸 H 伸長(zhǎng)，且活塞桿的另外一側(cè)與連桿 CF 相連， CF 可以繞鉸鏈點(diǎn) F 轉(zhuǎn)動(dòng)，通過 BH 的伸長(zhǎng)使 CF順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，且 CD 與 CF 鉸接，所以它也會(huì)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過 CD 的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)就帶動(dòng)了車廂繞 E 點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 這種傾斜機(jī)構(gòu)的油缸作用點(diǎn)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(diǎn)見表 24。 表 24 曲柄搖桿傾斜機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(jī)率。 對(duì)于 CF 桿來說，它還受到 HB 對(duì)它徑向力，所以 CF 桿的強(qiáng)度要求比較大。 后廂門 啟閉 機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 后廂門打開機(jī)構(gòu)的要求是當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)卸貨時(shí)，后廂門隨之聯(lián)動(dòng)打開，卸貨完畢，車廂恢復(fù)水平狀態(tài)，后廂門也隨之可靠關(guān)閉。圖 12 中可以看出當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)一定角度時(shí)，廂門也打開相同的角度。由此可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 15 重力直接打開機(jī)構(gòu) 圖 212 重力直接打開 機(jī)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(dòng)后廂門的打開，實(shí)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(dòng)關(guān)閉了這種設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，安全可靠，容易想到。 其優(yōu)缺點(diǎn)見表 25。 表 25 重力直接打開機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，不需要其他任何輔助機(jī)構(gòu)，十分經(jīng)濟(jì)； 容易聯(lián)想到，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求。 不能實(shí)現(xiàn)自鎖。 搖塊頂開 機(jī)構(gòu) 16 圖 213 搖塊頂開機(jī)構(gòu) 原理分析：如圖 213 所示，本機(jī)構(gòu)是相當(dāng)于一個(gè)四桿機(jī)構(gòu) WX 為廂門，其在 W 點(diǎn) 與車廂鉸接，在 X 點(diǎn)與 XY 桿鉸接， XY 與鉸接在車廂上的滑塊 Y 形成移動(dòng)副。當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使滑塊 Y 繞車廂轉(zhuǎn)動(dòng)，使 XY 相對(duì)滑塊 Y 移動(dòng)，就能使車廂門 WX 繞 W 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車廂門的打開。 其優(yōu)缺點(diǎn)見表 26。 表 26 搖塊頂開機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自鎖性較好； 要使轉(zhuǎn)動(dòng) Y 時(shí)， XY 桿要移動(dòng)且轉(zhuǎn)動(dòng)，要精確控制廂門的打開角度，對(duì)零件的精度要求較高。 四級(jí) 連桿 機(jī)構(gòu) 圖 214 四級(jí) 連桿 機(jī)構(gòu) 原理分析：如圖 214 所示，本機(jī)構(gòu)是相當(dāng)于一個(gè)四桿機(jī)構(gòu) WX 為廂門， ABXW構(gòu)成平行 四邊形連桿 機(jī)構(gòu) 。 且 A、 B 與 車廂構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副， O 為 傾斜機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化。當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使 平行四邊形機(jī)構(gòu) 繞車廂轉(zhuǎn)動(dòng)，使 WX 相對(duì)車廂轉(zhuǎn)動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)車廂門的打開。 其優(yōu)缺點(diǎn)見表 27。 O 17 表 27 四級(jí)連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自鎖性較好 傳動(dòng)相對(duì)可靠 聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu) 滑軌打開 機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu) 圖 215 滑軌打開機(jī)構(gòu) 原理分析：如圖 215 所示，本機(jī)構(gòu)是相當(dāng)于運(yùn)用構(gòu)件 2 與 車廂組成簡(jiǎn)單的移動(dòng)副聯(lián)動(dòng)開啟 廂門。 當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使 移動(dòng)副 向重力方向運(yùn)動(dòng) ，就能使車廂門 WX 同時(shí) 打開 ，實(shí)現(xiàn)車廂門的打 開。 同時(shí) ， 復(fù)位 是利用構(gòu)件 1 的 彈簧實(shí)現(xiàn)的。 其優(yōu)缺點(diǎn)見表 28。 表 28 滑軌打開機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 自鎖性較好 運(yùn)動(dòng)可靠 傳動(dòng)平穩(wěn) ，易于控制 制造 成本較高 機(jī)構(gòu)的組合 在對(duì)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行拆解，分別進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)之后。現(xiàn)在要從舉升機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和車門打開機(jī)構(gòu)中選擇合適的機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)。在組合中要保證整體運(yùn)動(dòng)合成后車廂運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)同時(shí)要避免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生干涉。 18 舉升機(jī)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(jī)構(gòu)在舉升的過程中車廂要向后移動(dòng)，但是沒有嚴(yán)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(jī)構(gòu)和雙剪式舉升機(jī)構(gòu)。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)要求運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)和曲柄連桿傾斜機(jī)構(gòu)，這樣就可以在油缸行程不大的時(shí)候，使車廂翻轉(zhuǎn)適當(dāng)?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(jī)構(gòu)中重力直接打開機(jī)構(gòu)，在這個(gè)考慮中主要是考慮了經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。 最后 ，我們通過考慮各性能參數(shù)， 制造成本 以及 各 機(jī)構(gòu) 的 的 優(yōu)缺點(diǎn)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(jī)構(gòu) 、曲柄搖桿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 二 、重力 直接 打開機(jī)構(gòu) 的組合。方案二為 雙 剪式舉升機(jī)構(gòu) 、連桿滑塊機(jī)構(gòu)、 重力直接打開機(jī)構(gòu)的組合。 兩組設(shè)計(jì)方案 組合 設(shè)計(jì) 簡(jiǎn) 圖如 圖 21 216 所示： 圖 216 機(jī)構(gòu)組合方案一 19 圖 217 機(jī)構(gòu)組合方案二 第 3 章 機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)尺寸設(shè)計(jì) 方案 一尺寸設(shè)計(jì) 舉升機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì) 圖 31 剪式舉升機(jī)構(gòu) 20 如圖 31 所示為剪式舉升機(jī)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(dòng)滑塊 2 右移，帶動(dòng)構(gòu)件 3逆時(shí)針 轉(zhuǎn)動(dòng)，使得車廂先右端升起，左端隨之升起，實(shí)現(xiàn)舉升功能，同時(shí)帶動(dòng)構(gòu)件 4 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)車廂后移。復(fù)位過程為油壓缸縮回使滑塊 2 左移，帶動(dòng)構(gòu)件 3 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使車廂先右端下降，左端隨之下降，實(shí)現(xiàn)豎直方向復(fù)位，同時(shí)帶動(dòng)構(gòu)件 4 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)， 實(shí)現(xiàn)水平方向復(fù)位。同時(shí)，停止油壓缸運(yùn)動(dòng)即可實(shí)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(zhǎng)量為 a， AE 與 x 軸夾角為 α ， AE 長(zhǎng)為 l，則舉升高度 S 為： ???????? ?? () 油壓缸安裝位置 O 到鉸鏈點(diǎn) B 的位 置等于油壓缸伸長(zhǎng)量 a 與原長(zhǎng)與 之和，即 ???? ?? () 1. 約束條件如下： ? 要求初始油壓缸伸長(zhǎng)量為 0 時(shí)，高度為 Hd=500mm；油壓缸伸長(zhǎng)量小于等于 時(shí)，最大舉升高度 Smax=1800mm,即 初始時(shí)刻： 最大高度時(shí)刻： ?????? () 注： l0 為液壓缸長(zhǎng)度，設(shè)為 200mm 21 ? 分析機(jī)構(gòu)可知，后移量 a=380mm 是由油壓缸伸長(zhǎng)量 a 決定，因此 ,為使機(jī)構(gòu)能達(dá)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(diǎn) B 的位置不得大于車廂長(zhǎng)度 L=4000mm 及預(yù)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(jìn)行數(shù)值計(jì)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(jì)要求。 傾斜 機(jī)構(gòu) 尺寸設(shè)計(jì) 22 圖 32 曲柄搖桿 傾斜 機(jī)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(duì)該機(jī)構(gòu)的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。 設(shè) 1CFL? ， 2CD L? ， 3DE L? 在翻轉(zhuǎn)到最大角度時(shí)，最理想狀態(tài)為 CDF 三點(diǎn)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(diǎn)距離為 4005。此時(shí) 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(jī)構(gòu)計(jì)算中可以看出當(dāng) 3L 的尺寸較大的時(shí)候，需要的 1L 和 2L 的長(zhǎng)度也要增大，為了受力狀態(tài)良好， D 點(diǎn)安排在車廂的重心附近較為理想。從計(jì)算結(jié)果來看， D 點(diǎn)到 E 點(diǎn)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(shí) CD 與水平線都 會(huì)有一 23 確定角與其對(duì)應(yīng)。 設(shè) CF桿初始時(shí)與水平線夾角為 ? ， 此時(shí) 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(dāng) ? =0，及 CF 桿初始狀態(tài)水平時(shí)時(shí)，由方程組（ 1）（ 2）用 Matlab 軟件求解，得： 122620773=15LL????????? 因此 ，當(dāng) CF 桿水平時(shí)， CD 桿與水平線夾角為 15? ，此時(shí) CF 桿長(zhǎng) 2620mm，CD 桿長(zhǎng) 773mm。 油缸尺寸計(jì)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(shí)， AB 與 CF 垂直。如圖 34 所示，建立直角坐標(biāo)系，則 39。 35BFB? ? ? ， B 點(diǎn)坐標(biāo)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(diǎn) A 就在 AB 所在直線上，設(shè) A 點(diǎn)距 E 點(diǎn)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(diǎn)坐標(biāo)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(dāng)車廂傾斜到最大角度時(shí)， CDF 三點(diǎn)共線，同時(shí) AB 垂直于 CF，此時(shí) 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(zhǎng)長(zhǎng)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(zhǎng)度 476，身長(zhǎng)長(zhǎng)度 510。以 F 為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平線為 x 軸，垂直線為 y 軸，建立直角坐標(biāo)系。則鉸鏈點(diǎn) F、 A、 E 的坐標(biāo)分別為（ 0， 0）、（ 1400，258）、（ 4000， 200）。 后廂門 啟閉 機(jī)構(gòu) 尺寸設(shè)計(jì) 25 圖 35 重力直接打開后廂門啟閉機(jī)構(gòu) 本 機(jī)構(gòu)運(yùn)用 重力直接開啟， 因此 無需計(jì)算，只需校核 鉸鏈點(diǎn)強(qiáng)度即可。 機(jī)構(gòu)組合 將上述三部分機(jī)構(gòu)，按照計(jì)算的 尺寸，進(jìn)行機(jī)構(gòu)組合，組合 簡(jiǎn)圖 如圖 36。 圖 36 機(jī)構(gòu)組合方案一 26