1、一 .工程機(jī)械課程設(shè)計題目試設(shè)計裝載機(jī)反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)工作裝置 .已知該工作裝置額定載重量 Q=3t,卸載高度 H=2.7m,鏟斗寬度 B=2.3m,斗四連桿機(jī)構(gòu)地尺寸參數(shù)為 K= 0.98,a/d=0.3 0.45,c/d=0.500.60,上下?lián)u臂為直線型 ,動臂按曲線型結(jié)構(gòu)考慮 ,其轉(zhuǎn)角 =90° , g=1.4 1.5, z=1.11.2, k=0.12 0.14, r=0.35 0.4, =48 52 , 1=510要求：編寫詳細(xì)設(shè)計計算書（包括上機(jī)編程）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動軌跡簡圖（ 2圖）用 CAD 繪制工作裝置裝配總圖（ 1圖）繪制鏟斗部件結(jié)構(gòu)圖（ 2圖）二 .裝載機(jī)用途：裝載機(jī)

2、是一種作業(yè)效率高 ,用途廣泛地工程機(jī)械 ,它不僅對松散地堆積物料進(jìn)行裝 .運(yùn).卸作業(yè) ,還可對巖石 .硬土進(jìn)行輕度鏟掘作業(yè) ,并能用來清理 .刮平場地及牽引作業(yè) .如換裝相應(yīng)地工作裝置 ,還可完成推土 .挖土 .松土 .起重 ,以及裝載棒料等作業(yè) . 裝載機(jī)工作裝置應(yīng)滿足下列要求：1 鏟斗地運(yùn)動軌跡符合作業(yè)要求 ,即要滿足鏟掘 ,裝載地要求 .希望鏟掘力大 ,斗易于裝滿料 ,并要求動臂在提升過程中 ,鏟斗應(yīng)保持接近平移地運(yùn)動 ,以免斗中物料撒落 .2 要滿足卸載高度和距離地要求 ,并保證動臂在任何都能卸凈鏟斗中地物料 .3 在滿足作業(yè)要求地前提下 ,工作裝置結(jié)構(gòu)簡單 ,自重輕 ,受力合理 ,強(qiáng)

3、度高 .4 應(yīng)保證駕駛員具有良好地工作條件 , 確保工作安全 ,視野良好 ,操作簡單和維修方便 .三 .鏟斗設(shè)計鏟斗是鏟裝物料地工具 ,它地斗型與結(jié)構(gòu)是否合理 ,直接影響裝載機(jī)地生產(chǎn)率 .在設(shè)計工作裝置連桿結(jié)構(gòu)之前 ,首先要確定鏟斗地幾何形狀和尺寸 ,因為它與連桿機(jī)構(gòu)地設(shè)計有密切聯(lián)系 .設(shè)計鏟斗首先要具有合理地斗型,以減少切削和裝料阻力 ,提高作業(yè)生產(chǎn)率 ,其次是在保證鏟斗具有足夠強(qiáng)度和剛度地前提下 , 盡量減少自重 ,同時也應(yīng)考慮到更換工作裝置和修復(fù)易換零件（切削刃 .斗點）地方便 .普通鏟斗地構(gòu)造：圖（ a）直刀刃鏟斗；（ b） v 行刀刃鏟斗；（ c）帶斗齒鏟斗（ d）v 形刀刃帶斗齒鏟

4、斗（ a ）是一個焊接結(jié)構(gòu)地鏟斗,底板上地主切削刃1 和側(cè)板上側(cè)刀刃 2 均由耐磨材料制成；在鏟斗地上方有擋板3 把斗后臂加高 ,以防止斗舉高時物料向后撒落 .斗底上鑲有耐磨材料制成地護(hù)壁 4,以保護(hù)斗底 ,并加強(qiáng)斗地剛度 .直線刀刃適于裝載輕質(zhì)和松散小顆粒物料 ,并可利用刀刃刮平 , 清理場地工地； v 行刀刃鏟斗便于插入料堆 ,有利于改善作業(yè)裝Q=3tH=2.7mB=2.3mK= 0.98 a/d=0.3 0.45 c/d=0.500.60 r=18KN/m V=1.67m =1.41 =1.15 =0.13 =0.36 =9° =52° R=1.2mL=1.692mL

5、=1.38mL=0.156mr=0.432mx=0.886ml=0.806mh=0.494mb=1.423mh =0.144ma=0.156mb=1.423m S=0.706 V=1.601 c=0.54mV=1.948m =90° =0.1Hmax=2.775m G=10.201t L=6.036m h=0.144m =6.892o =52° x1=1.025m b=3.656m =6.696°A1A2=3.681m OA1=2.73m a/d=0.35c/d=0.59 max=190° max=164°置地偏載 ,適宜于鏟裝較緊密物料.由于

6、其刀刃突出 ,影響卸載高度 .圖 1 帶分體式斗齒鏟斗a) 裝有分體式斗齒地鏟斗b) 分體式斗齒1.齒尖2.基本齒3.固定銷4.切削刃鏟斗地截面形狀如上圖所示 ,它地基本形狀由一段圓弧 .兩段直線所地斗地圓弧半徑 r,張開角 ,后臂高 h 和底臂長 l 等四個參數(shù)確定地圓弧半徑 r 越大 ,物料進(jìn)入鏟斗地流動性好 ,有利于減少物料裝入內(nèi)地阻力 ,卸料快而干凈 ,但 r 過大 ,斗地開口大 ,不易裝滿 , 且鏟斗外形較高 ,影響駕駛員觀察鏟斗刃地工作情況 .2.鏟斗地斷面形狀和基本參數(shù)地確定鏟斗地斷面形狀由斗地圓弧半徑 r,張開角 ,后臂高 h 和底臂長 l 等四個參數(shù)確定如圖圖 2 鏟斗截面地

7、基本參數(shù)根據(jù)上圖鏟斗截面地基本參數(shù)已知該工作裝置額定載重量Q=3t 根據(jù)土壤地自然重度公式,取 r=18KN/m, 得 V=mg/r=30/18=1.67m(15KN/m<r<20KN/m)在應(yīng)用中采用平裝斗容來計算鏟斗地截面面積地基本參數(shù) ,鏟斗地橫截面積：S=R 0.5 （ cos） sin ctg/2 0.5 （ 1 /180 ）鏟斗地幾何容積 V=鏟斗地橫截面積 S×鏟斗寬 B, 則可建立下式： min=10° b/d=0.75a=447mmb=753mmc=958mmd=1277mm卸載高度2800mm卸載距離9000mm輪胎半徑750mm式中 V平裝

8、斗容量圖224 所示陰影面積由設(shè)計給定B 鏟斗地凈寬度鏟斗斗底長度系數(shù) , =L/R后斗壁長度 , =L/RL 后斗壁長度 , 是指由后斗壁上緣至斗壁與斗底延長線相交點地距離擋板高度系數(shù) , =L/RL擋板高度圓弧半徑系數(shù) , =r/R斗底與后斗壁間地夾角, 又稱斗張開角擋板與后斗壁地夾角根據(jù)已知條件取合適地值:取 =1.41 。 =1.15 。 =0.13 。 =0.36 。 =9°。 =52°把數(shù)據(jù)代入上式得鏟斗地回轉(zhuǎn)半徑：R=1.2mL= ×R=1.41×1.2=1.692mL= ×R=1.15×1.2=1.38mL=×

9、;R=0.13× 1.2=0.156mr= r × R=0.36×× 1.2=0.432m圖 3 鏟斗斗型計算根據(jù)上圖所示計算各段長度：x=r/tg26°=0.432/tg26°=0.886ml=1.6920.886=0.806mh=1.38 0.886=0.494mb=(1.692+0.1)+ 1.38+0.156/(cos9) -2*1.6927* 1.38+0.156/(cos9)*cos52 °b=1.423m下鉸點地位置為：h=(0.06 0.15)× R=(0.060.15)×1.2=0.14

10、4取 h =0.144m 3.斗容計算根據(jù)確定地鏟斗幾何尺寸即可計算鏟斗斗容圖 4平裝容量 V有擋板鏟斗V=SB-2ab/3m式中S鏟斗截面積 ( ) ；B鏟斗內(nèi)側(cè)寬度 ( ) ；a 擋板垂直刮平線地高度；b 鏟斗刀刃與擋板最上部之間地距離 .因為 a=0.156m,b=1.423m鏟斗截面積 :S=R 0.5 （ cos ） sin ctg /2 0.5 （ 1 /180 ）=0.706 V=0.706×2.3-2a b/3=1.624-0.023=1.6012. 堆裝容量 V(額定斗容量 )V= VbB/8 b(a+c)/6式中：c物料堆積高度 .c=(b/2)*tan(30 &

11、#176;)+(b/2)*tan(x ° )(1)Cos(x °)=(1.423+y-0.156)/2*y*1.423 (2)y=1.38+(1.692+0.1)-2*1.38*(1.692+0.1)(3)所以 c=0.552mV=1.948m四 .動臂地設(shè)計1.動臂長度動臂長度決定于動臂與機(jī)架地鉸點位置和動臂與鏟斗地鉸點地位置 .動臂下鉸點在動臂舉升最高位置 A1 由所需地最大卸載高度 Hmax 和相應(yīng)地卸載距離 S 確定 .動臂地下鉸點在動臂下落時地位置 A2 則應(yīng)盡量靠近輪胎 ,以減少對傾覆軸地力臂,縮短整機(jī)總長 ,但應(yīng)保證鏟斗上翻時 ,斗與輪胎有一定地間隙 . 2.

12、動臂鉸點地確定圖 5 動臂上鉸點位置地確定根據(jù)已知條件可知轉(zhuǎn)角 =90°取鏟斗距輪胎地距離為=0.1卸載高度 Hmax=0.135Q+2.37=0.135* 3+2.37=2.775m 裝載機(jī)自重 G=4.057Q-1.97=4.057*3-1.97=10.201t 裝載機(jī)全長 L=0.502Q+4.53=0.502*3+4.53=6.036m 下鉸點離地高度 h=0.144m =arcsin(h/R)=arcsin(0.144/1.2)=6.892o取 =52° + =52°+6.892°=58.692°x1=Rsin( + )=1.2

13、15; sin58.692°=1.025mA1A2 地垂直距離 b=2.775-0.144+1.025=3.656m取 A1=90° =90° 52° 31.304°=6.696°A1A2=b ÷cos6.696°=3.656÷cos6.696°=3.681m OA1=3.863/cos(45° )=2.73m五 .反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)地設(shè)計根據(jù)設(shè)計題目地要求可得 ,要求工作裝置設(shè)計成為一反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu) .反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是主從動地運(yùn)動方向相反 .反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)地連桿動力學(xué)特點是在鏟掘位置時地傳動角（連桿與

14、從動桿所夾地銳角）大 ,轉(zhuǎn)斗液壓缸以大腔作用 ,能產(chǎn)生較大地崛起力 .1.運(yùn)動學(xué)分析動臂升降時 ,收斗角變化不大 ,因而在不增加動臂在最高位置時地收斗角地條件下 ,可加大動臂在下部位置地收斗角 ,這樣可提高鏟掘時鏟斗地裝滿程度并減少運(yùn)輸時撒料現(xiàn)象 .卸載時 ,轉(zhuǎn)斗角速度小 ,易于控制卸料速度 ,減少卸料沖擊 .圖 6 所示正轉(zhuǎn)連桿和反轉(zhuǎn)連桿工作裝置在動臂處于最大地舉升高度時鏟斗地卸載速度隨鏟斗轉(zhuǎn)角地變化曲線 ,很明顯 ,在鏟斗卸載地后期（鏟斗切削刃與水平夾角 0）反轉(zhuǎn)連桿地卸載速度顯著下降 .圖 6 卸載速度隨鏟斗轉(zhuǎn)角變化曲線1-正轉(zhuǎn)連桿； 2- 反轉(zhuǎn)連桿易于實現(xiàn)鏟斗地自動效率 ,使鏟斗自頂部

15、卸載位置降落至地面時 ,無需操縱轉(zhuǎn)斗油缸 ,便能依靠連桿機(jī)構(gòu)本身自動回到鏟掘位置 ,簡化操作 ,提高了功效 .反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)特別適用于堅實物料（如礦石 .原石）地采掘和搬運(yùn)作業(yè) ,這是因為在鏟掘作業(yè)轉(zhuǎn)斗時 ,轉(zhuǎn)斗液壓缸大腔作用 ,提高了連桿傳動比 ,使鏟起力得到較大地增加 .同時由于新連桿機(jī)構(gòu)鉸點地減少 ,使結(jié)構(gòu)簡化 .圖 7 中可以看成兩個連桿機(jī)構(gòu)組合而成地（轉(zhuǎn)斗缸四連桿機(jī)構(gòu) ABCD 和斗四連桿機(jī)構(gòu) DEGF）,圖中用了兩種不同地粗實線表示出來 .2.斗四連桿設(shè)計在設(shè)計連桿機(jī)構(gòu)時要滿足以下條件：1.鏟斗地運(yùn)動軌跡符合作業(yè)地要求2.滿足動臂在任一位置都能卸載鏟斗地卸載角不得小于45°

16、3.連桿機(jī)構(gòu)地傳動角盡可能大 ,以提高連桿機(jī)構(gòu)地傳動效率 ,減少鉸銷地受力情況4.作業(yè)時 ,各桿件無運(yùn)動干涉滿足斗（相對動臂）地轉(zhuǎn)角范圍 , 在轉(zhuǎn)角范圍內(nèi) ,連桿機(jī)構(gòu)地傳動角應(yīng)大于 10°,斗后傾地極限位置是由動臂在最低位置時地一定地收斗角 sh 所決定地 ,同時 , 由于斗隨動臂地提升而一起轉(zhuǎn)動 ,因而斗地轉(zhuǎn)角范圍 為在地面上地最大收斗角 sh。動臂在最高位置地卸載角 和動臂從地面轉(zhuǎn)至最高位置地轉(zhuǎn)角 之和 ,即圖 7 工作裝置地機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖 = + +一般 sh=40° 50°=45° 50 ° =75° 90°故 一般在

17、180°左右 . 設(shè)計時 , 在斗地轉(zhuǎn)角范圍內(nèi) , 轉(zhuǎn)動角應(yīng)盡可能取地大一些 , 否則 , 對桿件機(jī)構(gòu)接近運(yùn)動極點 , 鏟斗極容易由于鉸銷間隙而引起晃動 , 增加撒料和噪音 . 但是 , 由于所要求斗地轉(zhuǎn)角范圍 很大 , 轉(zhuǎn)動角要取地大比較困難 , 考慮到轉(zhuǎn)動角最小值出現(xiàn)在連桿機(jī)構(gòu)受載不大地位置 , 因此轉(zhuǎn)動角在極限位置允許取小些 , 但保證大于 10°.斗四連桿機(jī)構(gòu)尺寸要適合 , 因考慮結(jié)構(gòu)布置地可能性和合理性斗四連桿機(jī)構(gòu)傳動比應(yīng)符合掘起力變化規(guī)律要求. 要求斗在鏟掘位置附近斗四連桿機(jī)構(gòu)地力傳動比應(yīng)比較大 , 以保證有足夠大地掘起力 .運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析斗四連桿機(jī)構(gòu)即雙搖

18、桿機(jī)構(gòu) , 其最長桿 d 與最短桿 a 地長度之和大于另外兩桿 b 與 c 地長度之和 , 即a d b ca/d1b/d c/d1b/d c/d- a/d =k式中a 鏟斗上下鉸點連線（簡稱斗鉸線）長度, 即圖中FG桿（圖 7）b 連接上鉸和下?lián)u臂地連桿長度 , 即圖中 EF桿c 下?lián)u臂長度 , 圖中 DE桿d 搖臂支點與動臂下鉸點之連線長度 , 圖中 DG桿斗四連桿機(jī)構(gòu)斗鉸線地最大轉(zhuǎn)角范圍當(dāng)各桿件長度比確定后 , 為保證最小傳動角 10°, 該機(jī)構(gòu)所允許地最大轉(zhuǎn)動角范圍 max也確定了 .斗四連桿機(jī)構(gòu)地最小傳動角位置有兩個（圖8）：圖8斗四連桿地最小傳動角位置一是當(dāng)斗鉸線a在右端

19、極限位置,a.b桿所夾之銳角為最小傳動角 min。另一個是斗鉸線在左端位置 , 當(dāng)搖臂 c 轉(zhuǎn)至 d 桿相重合時 , 由解讀幾何可以證明 ,a,b 桿所夾之銳角為最小傳動角 min. 其值可由三角關(guān)系求得min=arccos a +-（d-c ）/2(a/d)(b/d）如上述求得 min 10° , 則說明該機(jī)構(gòu)為保證傳動角 10°,c 與 d 桿不可能達(dá)到重合位置 . 可令 min=10°, 應(yīng)用三角關(guān)系可求得 max.由上述斗鉸線地兩個極限位置即可求得該機(jī)構(gòu)所允許地最大轉(zhuǎn)角范圍 maxmax=max max斗四連桿機(jī)構(gòu)地最大力傳動比斗四連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動時 , 連

20、桿 b 地力作用線把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動地桿件轉(zhuǎn)動中心連線分為兩端如圖 9 所示 , 由力學(xué)三心定理可知 , 分截點即為 a.c 桿件地相對瞬心 , 則二桿件角度之比等于該二桿件相對瞬心距離地反比 . 即 c/ a=x/(d-x)如果不計摩擦地?fù)p失 , 得：cMc=aMa則： Ma/ Mc=x/(d-x)式中 Ma ,Mc分別為桿件 a.c 地力矩 .式中可見 ,x 值越大 , 則 Ma/ Mc 值越大 , 設(shè)計要求鏟掘位置時 x 值在極大值附近.圖 9 力傳動比最大值地位置斗連桿機(jī)構(gòu)尺寸地選擇斗四連桿機(jī)構(gòu)個構(gòu)件長度比根據(jù)資料統(tǒng)計一般可在下述范圍內(nèi)選取：K=0.970.99 。a/d=0.26 0.36

21、。 c/d=0.46 0.72在選擇長度比時 , 若斗地轉(zhuǎn)角范圍大 ,k 和 c/d 值應(yīng)取大些；若 k 和 a/d 值取小些 , 則可以使連桿機(jī)構(gòu)最小傳動角增大 . 取定一連桿長度值 , 即可根據(jù)已選擇之長度比確定四連桿各構(gòu)件尺寸 .連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計參數(shù)可變性很大 , 每選定一組 k.a/d.c/d 值,即相應(yīng)有一機(jī)構(gòu)方案 . 利用上述運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析地計算式 , 即可求得每一個方案為保證最大傳動角所允許地最大轉(zhuǎn)角范圍 max,以及最大力傳動比位置地 a.d 桿夾角 EJ.為了能迅速確定機(jī)構(gòu)參數(shù), 并提高設(shè)計質(zhì)量, 我們把 k.a/d.c/d 在上述推薦范圍內(nèi)地數(shù)值按一定步長變化 , 利用電子

22、計算機(jī)很容易算出相應(yīng)每組 k.a/d.c/d 值所對應(yīng)地一組 max. max. min 和 EJ 值, 將它們列成表 , 利用此表使選地方案在滿足下列條件地前提下 , 確定機(jī)構(gòu)地初始位置：3. 程序代碼Dim A, B, C, E As Integer, F As Integer, G As Integer, i, j, k, h, n, X, o, r, pPrint "K=0.98"Print "a/d", "b/d", "c/d", "Wmax", "Omax", &

23、quot;Rmin"For A = 0.3 To 0.46 Step 0.01For C = 0.50 To 0.61 Step 0.01B=0.98+A-Ci = (A 2 + 1 - B 2 - 2 * B * C - C 2) /(2*A)o = Atn(-i / Sqr(-i * i + 1) + 2 * Atn(1)F = o * 180 / 3.1415926j = (A 2 + B 2 - (1 - C) 2) / (2 * A * B)r = Atn(-j / Sqr(-j * j + 1) + 2 * Atn(1)G = r * 180 / 3.1415926k =

24、 (1 + B 2 + A 2 - C 2 - 2 * A * B * Cos(170 * 3.1415926 / 180) / (2 * Sqr(A 2 + B 2 - 2 * A * B * Cos(170 * 3.1415926 / 180)h = Atn(-k / Sqr(-k * k + 1) + 2 * Atn(1)X = (B * Sin(170 * 3.1415926 / 180) / Sqr(A 2 + B 2 - 2 * A * B * Cos(170 * 3.1415926 / 180)n = Atn(X / Sqr(-X * X + 1)p = o + h - nE =

25、 p * 180 / 3.1415926Print A, B, C, E, F, GPrintNext CNext A4. 運(yùn)行結(jié)果：上述運(yùn)行地結(jié)果根據(jù)以下四點來選擇參數(shù)：所要求地鏟斗轉(zhuǎn)角 max. 鏟斗在極限收斗位置時 ,a 桿和 d 桿地夾角 max 鏟斗在動臂舉升至最高位置時 ,a 桿和 d 桿地夾角 max,a 桿和 d 桿所夾之銳角 10°使在地面鏟掘位置時地a 桿和 d 桿地夾角接近等于EJ則 選 擇 a/d=0.35 。 c/d=0.59 。 max=190° 。 max=164°。 min=10°。 b/d=0.75按比例關(guān)系（圖 1-3 ）可得：L