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1、载重汽车的起重尾板设计计算说明书第1章问题的提出2第2章设计要求与设计数据3第3章机构选型设计33.1 导杆机构43.2 平行四边形机构53.3 曲柄滑块机构53.4 齿轮齿条机构63.5 最终设计方案6第4章机构尺度综合74.1 车体尺寸74.2 尾板尺寸74.3 连杆尺寸及安装位置84.4 液压缸尺寸10第S章机构运动分析115.1 位移分析H5.2 速度分析125.3 加速度分析145.4 总结16第6章机构动力分析166.1 受力分析176.2 受力仿真结果分析196.3 总结25第7章结论257.1 设计特点257.2 设计中的不足26第8章收获与体会26第9章致谢26参考文献27附
2、录1三维建模及仿真28附录1.1PRO/E三维建模过程28附录1.2ADAMS运动仿真过程34附录2尾板机构简图及尺度综合图（见A3图纸）40附录3文献综述40第1章问题的提出在汽车的装卸作业中，常常需要将货物由地面装到车厢上或将车厢上的货物卸到地面上。对有叉车的作业场合这是不成问题的，但是如果没有叉车，则装卸比较费力费时。如果能利用载重汽车的车厢尾板设计出一个起重平台，则可以较好的解决这个问题。车辆配置起重尾板后，货物的装卸效率可以得到很大的提高，且劳动强度小，能很好地发挥车辆的经济效能。起重尾板在欧美发达国家、香港特区等地区的货运车辆的装配率已达70%以上，在国内，虽然装配起重尾板的货运车
3、辆在各个领域都有，但所占比例仍然很小。因此，起重尾板在国内具有很好的发展前景。图1-1起重尾板作业图图1-2起重尾板产品展示图下表(表1-1)为达成尾板的主要技术参数：表1-1达成尾板主要技术参数一览表参型DC-WBlODC-WB15DC-WB20面板规格(mm)1500X1800I6502050180021501650X18001800225018002250165020001800X23501800X2350提升重量(kg)I(MM)15002000自身重量(kg)320460540面板工作角度59电机动力12V160AH,24V/120AH功率（kW）22/33机架臂长（mm）680/7
4、50750/800/900/1000900/1000内宽（mm）850850/990最小车尾长度700/750750/800/850900/950适用厢地高度h（mm）800h1550平均升降速度8cmsec开关速度10o/sec油料变通液压油第2章设计要求与设计数据起重尾板的工作过程为：装载货物举升货物卸载货物尾板合拢，因此，在货物的举升过程中，尾板必须要保持水平平动，否则，货物有可能从尾板上掉落并损坏。另外，为保证货物的安全，尾板在运行过程中，要保持平稳。尾板的动力机构采用伸缩油缸，考虑到车厢结构，油缸应该安装在车厢下面的底盘上。综合各方面因素，产品设计需达到以下要求：（1）尾板举升过程中
5、保持水平平动；（2）尾板在完成举升任务后可与车厢自动合拢；（3）尾板举升速度适中（8OmnVSeC左右），且举升下降平稳；（4）尾板合拢角速度适中（10o/sec左右），且合拢展开平稳；（5）最大起重量为0.5T；（6）举升机构的最小传动角Ymin240；（7）举升、合拢所用动力部件采用伸缩油缸；（8）油缸应安装在车厢下面；（9）油缸承受最大载荷适中；（10）尾板要便于安装。第3章机构选型设计尾板机构的设计可采用功能分解选择法，即将起升和合拢分解为平动与摆动两个功能，然后在现有各种机构中选择能实现平动与摆动的机构。考虑到动力组件为伸缩式油缸，那么主动构件可以采用图3-1所示的导杆与摆杆。图3-
6、1导杆机构图3-2摆杆机构以图31和图32所示的导杆与摆杆作为主动件，再选择相应的机构将其转换成平动和摆动。下列几种机构可以实现平动，现对它们进行分析对比。3.1 导杆机构图3-3导杆机构优点：构件少，结构简单，因此成本较低，易于实现；缺点：由于整个机构要安装于汽车车厢下面的底盘上，因此该垂直升降式导杆机构安装后不利行车，不可用。3.2 平行四边形机构图3-4平行四边形机构优点：结构简单，运行平稳，可安装于车厢底部，不影响车辆的美观和行车;缺点：构件较多，安装时部分车辆可能需对尾部进行一定的改装。3.3 曲柄滑块机构图3-5曲柄滑块机构优点：结构简单，运行平稳，无冲击；缺点：与导杆机构一样，安
7、装于车厢底部后不利行车，因此也不可用。3.4 齿轮齿条机构图3-6齿轮齿条机构优点：升降距离可精确控制，运行平稳；缺点：由于整个机构要安装于汽车车厢下面的底盘上，因此该机构不宜进行较大距离升降，否则会影响行车。3.5 最终设计方案考虑到车厢的具体结构和使用要求，机构的机架只能固定在汽车车厢下面的底盘上，此外，起升机构上升到上限位置时应与地面有一定距离以利于行车，尾板在举升过程中还应保持平稳，以保证货物的安全。通过对以上各机构优缺点的对比,现确定尾板平动采用平行四边形机构,考虑到尾板的合拢动作，需对其进行适当的改动，改动后结构简图如图3-7所示。=WORD完整版-可编辑-专业资料分享=图3-7尾
8、板机构简图该机构采用伸缩式液压缸，其中，与上部连杆形成转动副的液压缸用于举升，另一个液压缸用于尾板的合拢。连杆与合拢缸构成平行四边形机构，保证尾板的平动；液压缸的伸缩运动转化为连杆的摆动运动后，尾板升降较为平稳；该机构在竖直方向结构紧凑，在举升至上限位置时，机构最下端与地面仍有一段距离，不影响正常行车。因此，该机构满足设计要求。第4章机构尺度综合4.1 车体尺寸4.2 尾板尺寸为便于货物的装载，将尾板右端设计为楔形，根据车厢尺寸，确定尾板开关及尺寸如图4-2所示：4.3 连杆尺寸及安装位置尾板的起始及终止位置如图4-3所示。由车体尺寸知，尾板举升高度为1140mm,取L=400mm,L2=20
9、0mm,A、E两点高度差为H3=150mm,尾板外观厚度HO=Ioommo图4-3连杆尺寸及安装位置由图43可知，尾板在举升过程中，传动角Y先增大后减小，故其最小值于起始或终止位置处取得。根据设计要求需使Y240。，当尾板位于最高位置时，H2(L1+L2)cotmin=(400200)cot40o=715(mm)当尾板位于起始位置时，J+(12)2-(Hi-72-H0)+(400200)2-(940-H.-100)2、o与=YJ=tan40o=0.84940-H2-100由、得475WH2/715,故取H2=6OOmm.则杆AC长度1ac=600cos45=848(mm)0当尾板位于起始位置时
10、，传动角 =arctanyHj+(L1L2)2-(/l-H2-HaoJeoo2+(400+200)2-(940-600-100)2。、=arctan-=73.5720940-600-100当尾板位于终止位置时，由L1+L2=H2知传动角=45o40o,满足设计要求。4.4液压缸尺寸取1AG=21Ac3=566mm,则举升缸1的本体长度(即活塞杆合拢时长度)最小值为1.i=H-21agH3cos73.57o=5662+1502-2566150cos73.57o=543.0(mm)举升缸1的行程为Xi=+左-2/IAGCOSl35。-J.G_21AG”3COS73.57。=1502+5662-21
11、50566cos135o-5662+1502-2566150cos73.57o=137(mm)合拢缸2的本体长度为1.2=y112+(L1+L2)2=16(X)2+6(X)2=848(mm)合拢缸2的行程为X2=y(H2+H0)2+(L1+L2+Hii)2-yHi+(Li+L2)2=7002+7002-6002+6002=141(mm)根据液压缸的本体长度、行程及市场常见规格(表4-1为美国恩派克液压缸参数),取缸体直径为800mm,活塞杆直径为30mm0表4-1美国恩派克(ENERPAC)部分型号液压缸规格参数表参目承载能力(kN)行程(mm)本体局度(mm)伸展高度(mm)外径(mm)自重
12、(kg)L65370945164157581.0L6537104525110135381.0L6537I14576165241381.5L65371245127215342381.9L65371345177273450382.4L65371445232323555382.8L6537151012689115571.8L65371610154121175572.3L653717101105171276573.3第5章机构运动分析5.1位移分析由于尾板机构具有对称性，故只取一侧进行分析。而将举升连杆平移至与合拢连杆同平四并不改变其位移、速度、加速度特性，故为简便起见，将机构简图改画如图5-1所示。
13、图5-1尾板机构简图以O为坐标原点,建立如图所示坐标系，则A(0,340),B(0,240),E(0J90),C2(600,940),D2(600,840),点C、D、G的位移方程如下：举升过程中(73.57。135o),c, =lACiSin6IyC=力一心cos。d, Jxd=IbdIyo=%一，8mcos。gXG=LsinO1.g=%一，GCOSe合拢过程中，只有D点位置继续变化，其位移方程如下：ID=XC+Gsine(OWQW90。)Jd=%2-%D2COS9因为Og=/皿，故xc,，保证了尾板在举升过程中处于平动状IyC-如=oo=态。图5-2描述了点Ci、Dl在运动过程中的位移变化
14、情况。从图中可以看出，在举升过程(横坐标time在09.7之间)中，点C】、DI的X坐标曲线重合，y坐标曲线的值在同一时刻始终相差100,与设计要求相符。tailboard400 0 -VARKER 4.Transatoal Displacementx300 0 -200.0 -100 0 Illl -H-RKER_7.TranslationaLDispIacementx WARKEReZ TransiationaLDisplacementY MARKER_4.TranslationaLDispIacement Y-.二-二一=-:一.-100.0 -200 0 -0.05.010.015.0
15、20.0Analysis:LaSJRUnTime(sec)2010-05-1410:35:24图5-2点C(mark4)D(mark7)位移的动态变化图5-3描述了点Ci、印在运动过程中的位移变化情况。从图中可以看出，在举升过程(横坐标time在09之间)中，点Ci、HI的y坐标曲线重合，说明在举升过程中尾板处于平动状态。1500.0-500.0 0.05.010.015.020.0Analysis: Last.RunTime (sec)2010-05-1418:35:241000.0tailboard工 500图5-3点Ci(mark4)、Hmark110)位移的动态变化5.2速度分析对5.
16、1节中各位移方程求导得各点相应速度方程如下:举升过程中(73.57。135o),c.NC=OcosOvyc=lcsin0DvxD=IBDI6COS,UyD=IBDl夕Sm夕*rvxG=IAG6COSG：S.YG=GOsin夕合拢过程中，YD=MCOSo（OW衿90。）yD=lC2D2fP图5-4描述了点Cl、Dl在运动过程中沿y轴方向的速度变化情况。从图中可以看出，举升过程中，点Ci、Dl在竖直方向的速度始终保持相同，大小为80100mms,并为缓慢的匀加速运动，实际应用较为理想。taIboard150.04ARK三5*ranste*jonaJecty.Y.URKSR7ranslatcaJe,
17、ocr),Y-50.00.0Analysts: Last.RUfI5.010.0Time (sec)15.020.02010-05-14 21:27:21图54点Ci（mark4）、Dmark7）沿y方向速度的动态变化图5-5描述了点Ci、Dl在运动过程中沿X方向速度的动态变化情况。从图中可以看出，点Ci、DI沿X方向的速度在0100mms之间变化，且速度曲线较为平滑。5.0150.MARKER_4.Transia:cnal_Vebciy.X.MARKER 7-rai31a:icraLVMccy.XO-50.63SUE)AIOO-SA50.010.0Time I sec)20.02010-06
18、-11 14:32:12-100.00.0Analysts:LastRun图5-5点Ci(mark4)、D(mark7)沿X方向速度的动态变化图5-6描述了点G在运动过程中速度的动态变化情况。沿X方向速度在5468mms之间变化，沿y方向速度在066mms之间变化，速度曲线较为平滑。taftoard-50.0-100.0 0.05.010.015.020.0Analyse： Last-RTme(SeC)2010-06-11 14:32:125C.0oosuo AIPOPA100.0图5-6点G(mark65)在运动过程中速度的动态变化5.3加速度分析对5.2节各速度方程求导得相应加速度方程如下
19、：举升过程中(73.57。135o),.2.c,卜XC=TAaesin，+/AaeCoSO2”ay.c=ciCOS6+IacxBsin8.2.ClXD=TBDIesin，+/BDleCO.2ayD=IBDleCOSe+IBDl6sin62CQrG=TAGesin+/AGeCOSoG：j.2.%g=Iag9cos。+/AGeSine合拢过程中，.2(090o )aXD=-1CIDIfP+lc22cos2ayD=Ic2d2cos+Ic2d2OSine图57描述了点Ci、DhG在运动过程中加速度动态变化的情况。从图中可以看出，举升过程中，三点在竖直方向的加速度近乎恒定，且均不大于2.24mms2;三
20、点在水平方向的加速度在前半段举升时间内变化较为缓慢，在举升即将结束的23s内加速度变化较快，且最大加速度达到35mms2,但只是瞬时最大加速度，并不影响实际应用。在尾板合拢过程中，只有D点运动，其水平和竖直方向的加速度大小均在1.55.0mms2的范围内变化，较为理想。10.0ta woard30.0 -O O O.O.-I-2-40.0 0.0Ang但 Last Run10.0Ttne (sec20.02010-05-14 21 27 21图5-7点Ci(mark4)、D(mark7G(mark65)加速度的动态变化图5-8描述了点Hi在运动过程中的角速度变化情况。从图中可以看出，尾板在合拢
21、过程中，角速度为8.44-12.15os,从而也证明了液压伸缩缸BDi运动的合理性。taiboard-501111005.010.015.0200Analysis:LasteRunTtne（ec）2010-0S-1421:27:21图5-8点H（markl10）角速度的动态变化5.4总结通过以上对相关各点的位移、速度和加速度的分析，可以得出如下结论：（1）尾板在举升过程中始终保持平动。（2）竖直方向加速度较小且近乎恒定，水平方向加速度初始时较小，当尾板接近上限位置时加速度较大，但因加速时间较短，对速度影响不大，因此，从整体来看,尾板运行平稳。（3）尾板合拢速度适中，即合拢较为平稳。因此，机构在
22、运动方向满足设计要求。第6章机构动力分析由图6-1可知，整个起重尾板机构所受外力只有载荷F=4900N、重力W和三个较链A、B、E处的支座反力。对于液压伸缩缸，只需根据活塞杆受力情况来确定其型号参数，因此，只需对合拢缸活塞杆和举升缸活塞杆进行受力分析，而不用求解B、E两个较链处的支座反力。6.1 受力分析尾板受力图如图6-2所示:图6-2尾板受力分析p_p=O受力方程式：c,：口n（尾板重力M=I930N）%-叱,-尸+尸分=0举升缸活塞杆EG受力图如图6-3所示：图6-3举升缸活塞杆受力分析受力方程式：一，（合拢缸活塞杆重力%=20N）IA-=。举升连杆由杆AC、A，C、FFz组成，杆FW只
23、起连接、支撑作用，为次要构件，无需做受力分析，而AC、A,C,两杆因具有对称性，受力情况相同，故只取杆AC进行受力分析，其等效受力图如图6-4所示：图6-4举升连杆受力分析%+y-尸八、=0受力方程式：IQ2S”（连杆重力W=170N）FAy+FGy=0由两个合拢缸的对称分布可知，其活塞杆受力情况相同，现只取活塞杆BD进行受力分析，其受力图如图6-5所示：图6-5合拢缸活塞杆受力分析受力方程式：rFbxFdxn(合拢缸活塞杆重力W,=26N)!A.-W厂五分=06.2 受力仿真结果分析在ADAMS仿真模型中，给尾板添加一个竖直向下的力，来表示货物施加给尾板的载荷，其值为函数IF(time-9.
24、17:4900,4900,0),功能为在尾板举升过程中施加大小为0.5TX9.8Nkg=4900N的力，当尾板达到预定高度(即9.17秒时)时撤消外力。图6-6描述了点C、D在水平方向受力的动态变化情况。从图中可以看出，二者受力大小相等，方向相反，与计算相符，在举升阶段最大值为23137.4N,合拢阶段最大值为5932.0N。2S000.020000.015000.010000.05000.00.0-5000.0.10000.01S000.0-20C00.0taiboard-2S000.00.05.010.015.020.0Anatysis:LasteRunTime(sec)201005162
25、1:25:47图6-6点C(joint13)D(joint16)在水平方向受力的动态变化图6-7描述了点C、D在竖直方向受力的动态变化情况。C点所受力在举升阶段最大值为19182.5N,合拢阶段最大值为4942.2N；D点所受力在举升阶段最大值为22592.2N,合拢阶段最大值为5900.1N。-20000.0 Vl-0-Mas8J-25000.0D(joint16)所受合力的动态变化图6-9描述了点E、G在水平方向受力的动态变化情况。从图中可以看出，二者受力大小相等，方向相反，与计算相符，在举升阶段最大值为39586.9N,合拢阶段最大值为8405.9NoO-O8Oj图6-9点E(joint
26、ll)G(joint12)在水平方向受力的动态变化图6-10描述了点E、G在竖直方向受力的动态变化情况。从图中可以看出，二者受力大小相等，方向相反，与计算相符，在举升阶段最大值为38146.4N,合拢阶段最大值为11568.8No4C000.C-40000.030000.020000.010000.00.0-10000.0-20000.0-30000.00.05.010.015.020.0Anatyss: LMLRUnTwne(Sec)2010-05-16 21:25:47taiord图6-10点ECjointl1)G(joint12)在竖直方向受力的动态变化图6-11描述了点E、G所受合力的
27、动态变化情况。因E、G两点在水平和竖直两方向的分力大小相等，因此二者合力曲线重合，与理论相符。两点所受合力在举升阶段最大值为47476.2N,合拢阶段最大值为15815.8N。20000 C10000.CTme (sec)2010-05-1621:25:47Anarysts:LasteRun图6-11点E(joint)、G(jointl2)在所受合力的动态变化图6-12描述了点C、G、A在水平方向受力的动态变化情况。从图中可以看出，在举升过程中，A点水平方向所受力约为C点水平方向所受力与G点水平方向所受力的一半的和，与计算相符。A点水平方向所受力在举升阶段最大值为42929.0N,合拢阶段最大
28、值为10135.0N。图6-12点C(jointl3)、G(jointl2)A(joint2)在水平方向受力的动态变化图6-13描述了点C、G、A在竖直方向受力的动态变化情况。A点竖直方向所受力在举升阶段最大值为38100.0N,合拢阶段最大值为10619.0N。图6-13点C(jointl3).G(joint%)、A(joint2)在竖直方向受力的动态变化图6-14描述了点A所受合力的动态变化情况。从图中可以看出A点所受合力在举升阶段最大值为53350.8N,合拢阶段最大值为14679.2N.剧削 、0 一:-. Peu MSett Porti . Jarto Fctct Mcm Z蛔图附1
29、-25较小拉伸体特征点点击CUt按钮，对两个拉伸体作差集，形成尾板,fllz fl:二图附1-26两个拉伸体作差集后形成尾板9）尾板模型及三视图如图附1-27所示。图附1-27尾板模型及三视图10)按表附1-1所示添加构件之间的约束副。表附1-1尾板各构件之司约束昌的定义约构挡板连杆举升缸缸体举升缸活塞杆合拢缸1缸体合拢缸1活塞杆合拢缸2缸体合拢缸2活塞杆尾板地面挡板转动转动转动转动固定连杆转动转动转动举升缸缸体转动移动举升缸活塞杆转动移动合拢缸1缸体转动移动合拢缸1活塞杆移动转动合拢缸2缸体转动移动合拢缸2活塞杆移动转动尾板转动转动转动地面固定11)在举升缸缸体与活塞杆之间添加平移驱动，运动
30、函数为IF(time9.17:15.0*time,15.0*9.17,15.0*9.17),其功能为当尾板举升到预定高度(即9.17秒时)后停止举升，停止的时间点可通过菜单BuildMessureAngIesNew创建相关角度并测量得到。12)在两个合拢缸各自的缸体和活塞杆之间添加平移驱动，运动函数为IF(time-9.17:0,0,IF(time-18.6:15.0*(time-9.17),15.0*(18.6-9.17),15.0*(18.6-9.17),其功能为当尾板举升到预定高度后合拢尾板，等完全合拢(即18.6秒时)后停止运动。13)在尾板上表面中心添加竖直向下的外力，其值函数为IF
31、(time-9.17:4900,4900,0),其功能为在尾板举升过程中施加竖直向下的力0.5TX9.8Nkg=4900N,当-完整版学习资料分享一-尾板达到预定高度（即9.17秒时）时撤消外力。14）点击Simulation按钮,选取仿真模式为Dynamic,EndTime为20,Steps为200,点击开始按钮进行仿真。以下为尾板运动过程截图：图附1-28尾板举升起始状态图附1-29尾板举升中间状态图附1-30尾板举升终止状态图附1-31尾板合拢起始状态图附1-32尾板合拢中间状态图附1-33尾板合拢终止状态15）点击plotting按钮，选取Source为ObjeC3再选取要测量的项目，
32、接着点击AddCurves,就可得到相应的结果曲线。附录2尾板机构简图及尺度综合图（见A3图纸）附录3文献综述一、背景意义在汽车的装卸作业中，常常需要将货物由地面装到车厢上或将车厢上的货物卸到地面上。对有叉车的作业场合这是不成问题的，但是如果没有叉车，则装卸比较费力费时。如果能利用载重汽车的车厢尾板设计出一个起重平台，则可以较好的解决这个问题。车辆配置起重尾板后，货物的装卸效率可能得到很大的提高，且劳动强度小，能很好地发挥车辆的经济效能。起重尾板在欧美发达国家、香港特区等地区的货运车辆的装配率已达70%以上，在国内，虽然装配起重尾板的货运车辆在各个领域都有，但所占比例仍然很小。因此，仍然有很好的发展前景。目前市场上的汽车尾板分为：悬臂式尾板：带有五支油缸的悬式支架通过吊板安装固定于汽车尾端的大梁上。通过电控操作，控制尾板板面由垂直状-向后翻开至板面水平-下降至地面-向下倾斜至板面前端与地面贴合。此时可打开车箱门，进行卡车的装卸货物作业，全部过程可由一人操作。安全，捷便。此类液压尾板的
