载重汽车的起重尾板设计计算说明书目 录第1章 问题的提出1第2章 设计要求与设计数据2第3章 机构选型设计23.1 导杆机构33.2 平行四边形机构43.3 曲柄滑块机构43.4 齿轮齿条机构53.5 最终设计方案5第4章 机构尺度综合64.1 车体尺寸64.2 尾板尺寸74.3 连杆尺寸及安装位置74.4 液压缸尺寸9第5章 机构运动分析105.1 位移分析105.2 速度分析125.3 加速度分析145.4 总结15第6章 机构动力分析166.1 受力分析166.2 受力仿真结果分析186.3 总结24第7章 结论247.1 设计特点247.2 设计中的不足25第8章 收获与体会25第9章 致谢26参考文献27附录1 三维建模及仿真28附录1.1 Pro/E三维建模过程28附录1.2 ADAMS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）41附录3 文献综述41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型号参数项目DC-WB10DC-WB15DC-WB20面板规格(mm)150018001650205018002150165018001800225018002250165020001800235018002350提升重量(kg)100015002000自身重量(kg)320460540面板工作角度59电机动力12V/160AH, 24V/120AH功率(kW)22/33机架臂长(mm)680/750750/800/900/1000900/1000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8cm/sec开关速度10/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（80mm/sec左右），且举升下降平稳；（4）尾板合拢角速度适中（10/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min40；（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3-1 导杆机构 图3-2 摆杆机构以图3-1和图3-2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。图3-7 尾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 车体尺寸图4-1为车体基本尺寸：图4-1 车体基本尺寸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：图4-2 尾板尺寸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L1400mm，L2200mm，A、E两点高度差为H3150mm，尾板外观厚度H0100mm。图4-3 连杆尺寸及安装位置由图4-3可知，尾板在举升过程中，传动角先增大后减小，故其最小值于起始或终止位置处取得。根据设计要求需使40，当尾板位于最高位置时，H2（L1+L2）cotmin=(400+200)cot40=715(mm) 当尾板位于起始位置时，tan= tan40=0.84 由、得475H2715，故取H2600mm.则杆AC长度lAC=600/cos45=848(mm)。当尾板位于起始位置时，传动角arctan arctan=73.5740当尾板位于终止位置时，由L1+L2H2知传动角4540，满足设计要求。4.4 液压缸尺寸取lAG=2lAC/3=566mm，则举升缸1的本体长度（即活塞杆合拢时长度）最小值为L1=543.0(mm)举升缸1的行程为x1=137(mm)合拢缸2的本体长度为L2848（mm）合拢缸2的行程为x2=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30mm。表4-1 美国恩派克（ENERPAC）部分型号液压缸规格参数表项目参数型号承载能力(kN)行程(mm)本体高度(mm)伸展高度(mm)外径(mm)自重(kg)L65370945164157581.0L6537104525110135381.0L6537114576165241381.5L65371245127215342381.9L65371345177273450382.4L65371445232323555382.8L6537151012689115571.8L65371610154121175572.3L653717101105171276573.3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面并不改变其位移、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。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(0,190)，C2(600,940)，D2(600,840)，点C、D、G的位移方程如下：举升过程中(73.57135)，C: D: G： 合拢过程中，只有D点位置继续变化，其位移方程如下： (090)因为，故，保证了尾板在举升过程中处于平动状态。图5-2描述了点C1、D1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09.7之间）中，点C1、D1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。图5-2 点C1(mark4)、D1(mark7)位移的动态变化图5-3描述了点C1、H1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C1、H1的y坐标曲线重合，说明在举升过程中尾板处于平动状态。图5-3 点C1(mark4)、H1(mark110)位移的动态变化5.2 速度分析对5.1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(73.57135)，C: D: G： 合拢过程中， (090)图5-4描述了点C1、D1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C1、D1在竖直方向的速度始终保持相同，大小为80100mm/s，并为缓慢的匀加速运动，实际应用较为理想。图5-4 点C1(mark4)、D1(mark7)沿y方向速度的动态变化图5-5描述了点C1、D1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C1、D1沿x方向的速度在0100mm/s之间变化，且速度曲线较为平滑。图5-5 点C1 (mark4) 、D1(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5468mm/s之间变化，沿y方向速度在066mm/s之间变化，速度曲线较为平