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机械创新设计

  《机械创新设计》课程设计报告 题目: 专业: 班级: 学号: 姓名: 公交车车门结构创新设计 机械设计制造及其自动化 六班 1153010613 高 冬 机电工程学院 2014 年 11 月 6 日 《机械原理》课程设计报告 目 录 第一章、工作原理 ............................................ 错误!未定义书签。 第二章、设计方案 ............................................ 错误!未定义书签。 第三章、机构的运动分析 ................................ 错误!未定义书签。 第四章、设计感言..............................................................................2 第五章、参考文献..............................................................................2 1 《机械原理》课程设计报告 摘要 随着人口老龄化问题的日益严重,老年人和残疾人出行,在任何国家都会是一 个问题。对于这个问题解决的程度如何,反映着一个社会从科技水平到人文关怀等 各方面的发达程度。但一直以来,现代许多工业化国家的交通运输部门对这种现状 的重视程度还是不够——即在交通工具上没有安装方便有行动障碍人士上下车的设 施,这种现状存在着许多不和谐因素,更使群体分化加剧,社会人文关怀的下降。 而在公交车上布置专用的残疾人登车门,并在此基础上装配残疾人轮椅升降系统具 有方便不便人士上车的显著优点。例如:安全性好、结构简单、占地小、机械效率 高、保密性好(指动力单元中液压元件)、寿命长、成本较低等。这些优点能够极 大的反映着一个社会从科技人文到人文关怀等各方面的发展程度。 实现行动不便人士登车门无障碍化,并实现通过司乘人员,以及经过专门培训 的人员对此套机构的简单辅助操作。 首先应该从机构的可行性方案上进行深入讨论, 通过对动力单元研究着手,然后经过反复细致的可行性、安全性分析以及对整个系 统的运动的运动校核,功能分析,而得到并形成系统的整体的结构,并且针对本系 统的特点,来选择最合适的系统方案。 因此,本文首先就方案的选择进行了研究。于设计者掌握的专业基础知识,互 联网上的相关资料以及国内外已有的设计种类的现状,经过详细的方案调查,为本 次课题设计设计出了一套实用的兼用残疾人轮椅升降系统。本系统使用液压回路中 的锁紧机构作为动力单元,采用十字叉举升机构。 论文方案选择的论证开始,详细介绍了方案分析、设计流程和计算流程,并进 行了必要的动力系统总体机构设计、传动机构的设计校核等。主要用于实现对市内 交通工具为满足行动不便的人士的升降平台的设计,实现对其能顺利上下车,进一 步体现人文关怀。 2 《机械原理》课程设计报告 第一章、 工作原理 现有公交车不方便残疾人士的轮椅或小孩的婴儿车上车, 采用辅助机构搭建公交车 与站台的连接。遵循改造经济和结构紧凑原则,针对这一问题,提出公交车车门结构改 进方案。 近年来,各级政府和关职能部门为残疾人的康复、教育、就业培训、劳动就业做了 大最的工作,残疾人事业发展取得了可喜的成绩。但是,残疾人事业的发展状况与经济 社会发展的总体水平仍然存在较大差。 老年人和残疾人的出行, 在任何国家都会是一个问题。 对这个问题解决的程度如何, 反映着一个社会从科技水平到人文关怀等各方面的发达程度。 设计者从一些国外技术杂 志以及互联网上了解到,在一些发达国家如美国,日本其公交服务体现出的人文关怀, 特别是为老年人和残疾人的出行提供的巨大方便感触颇深。在每个高峰使用的公交上, 都装有方便行动迟缓老年人上下车的装置以及方便残疾人上下车的轮椅升降平台。 海外 的交通服务人员——从司机、售票员一直到专门经过培训的服务人员都纷纷提倡“耐心 是一种美德”,倡导“尊重人权,方便社会不同阶层群体”的服务宗旨。 东京的地铁大多车站都设有残疾人专用的升降电梯,每次车都有残疾人用的车厢, 里面有可固定轮椅的装置。如果没有升降机的出入口,通常设有按钮,按一下按钮地铁 的下作人员就会出来将残疾人连同轮椅抬上车厢。 在上海的地铁我们几乎看不到专为残 疾人设置的设施,也许对整个弱势人群的关怀,是我们当下最缺少的东西在地铁的设计 中也可以看出。 本次课题设计的题目为——兼容残疾人轮椅升降装置的城市客车, 因为这个题目比 较新颖,而且国内兼容残疾人轮椅升降装置的城市客车并没有大批最生产,所以认为是 个创新设计。但创新工作的一切一切都是由从础知识所赋子的,整套设备的设计也不例 外。 3 《机械原理》课程设计报告 第二章、设计方案 首先,其机构的动作就是要使残疾人顺利登车,下车的升降平台。在国内目前的升 降装置的有螺旋传动升降机构、液压升降机构等。而液压升降机构以其安全性好、传动 效率高、运行柔和稳定、寿命长的特点,已得到了升降台设计者的一致认可。 设计之初的想法是,借鉴剪叉式液压升降机的原理,设计了十字叉式升降机构,整 体动作为出——下降——提升至中位——举升——残疾人登车——下降至中位——机 构收回等一系列动作,但这种设计的缺陷是,要实现预期动作的话,在升降机运动到中 位的时候,必然涉及死点问题。所以整套机构过死点的问题也不好解决,想要绕开死点 如果要实现,机构的复杂性是不言而喻的。如图所示: 图一、 轮椅升降平台方案 图为本次设计的——兼用残疚人轮椅升降系统属于机构创新设计借助国外相关资 料看看,首先我们找到如图的资料: 图二、单臂式轮椅升降平台 这种单臂式的升降装置第一不能保证机构的强度,第二吊臂必须要垂直,此套机 构的优点是,平板在收起的时候是借助了一套平行四边形机构,并且此套平行四边形机 4 《机械原理》课程设计报告 构也承担平板的部分载荷,避免单一的由垂直吊臂的挡块来受力,此套机构对减少吊臂 所受的剪力和弯矩有利, 还有就是在升降平台的前翻版上安装有一套所谓的 “天线机构” 通过运动协调与校核,使机构举升到中位以后残疾人可以顺利登车,而在此过程中人力 所要做的将翻板翻过则大大省略了。 但是重要的和液压缸体外侧所饺接并和吊臂铰接的 杆的设计则在现有的工具和实验条件下是难以确定的〔传统的运动校核方法有图解法, 解析法,实验法)。 第二种所寻找得到的方案就是十字叉式的升降装置,如图所示: 图三、十字叉式轮椅升降机 此套方案的优点是, 可以按照总布置的要求:调好以下矛后:在车门尺寸方面以合理 进行尺寸分配, 且机构可以在残疚人登车以后自动收起, 不与车门冲突; 设计载荷 150kg, 采用双吊臂结构, 可以保证选用材料经强度校核后安全可靠;吸取方案二的平行四边形机 构举升作为其举升的基本机构;仍然采用方案二所示的平行四边形收起机构,并像上图 所示的在平行四边形上加上扶乎。以便于残疾人自身主动保证安全。本套机构自身的吊 臂上是弯曲的机构其空间上与汽车垂向的夹角与车内饺接点的连线与垂向的夹角相等, 在加之我们自己完善的平行四边形机构,保证了吊臂始终垂直〔因为吊臂的弯曲部分始 终方向不变,牵连的使吊臂垂直 )在对角线采用液压动力单元作为举升机构,所以整套 机构和谱轻便,安全并且在技术上可行。 但是机构的缺点在于,机构安装在车身内部,势必要占据车内空间,牵扯到最大 的一个问题就是,残疾人轮椅在上升到车门位置的时候,如何进入总布置布置的区域, 而与升降机构不发生碰撞和摩擦,由于关系到乘员的安全问题,所以排除了此套方案。 5 《机械原理》课程设计报告 到课题设计的中期,根据进一步分析前期的设计方法,我们又回到最初的构想方 案如下:把双向运动的十字叉结构, 改成单向运动的形式避免了在中位的时候过死点的技 术难题, .只需要完成伸出——下降——提升——残疾人登车——机构收回几个简单的动 作,很大程度上简化了设计问题。 此机构的优点在于,四杆机构能很好的分担平板的载荷,保证了机构的安全性。 各个挡板及导板由专业操作人员手动展开,可以配合残疾人的上车动作。由于本机构是 安装在地板和车架之间的,不占用车身内部的任何空间,使残疾人轮椅在上车后,可以 很方便的移动到专门布置的区域,经过几种方案的比较,我们最终决定采用这种方案。 6 《机械原理》课程设计报告 第三章、机构的运动分析 1、主要杆件的运动校核,受力分析及强度校核 下图是根据总布置所分配的基本尺寸(车地板高 900mm,车门高 1500mm)所做 的机构运动校核图,根据运动校核的方法(分为图解法,试验法和解析法),本次运动 校核采用图解法和试验法相结合的方法来做机构运动校核。 此套机构为举升机构的最基 本机构——曲柄滑块机构,有三个运动副,包括两个主动杆和四根从动杆。机构的自由 度为 F=3n-(2p1+ph)=3*4-2*5=2,所以机构有两个自由度,一是水平运动,二是垂直运 动。 机构的两个运动方向示意图 图示为机构的两种运动,上升和下降。主动杆的两端都为滑块机构,当液压缸带 动活塞推动主动杆做水平运动时, 由于从动杆一端固定在底板上,所以主动杆两端的两个 滑块是做的相向运动, 因而带动与主动杆下端滑块在同一轴线 的滑块一起 运动, 由此可以得知, 当活塞杆推动主动杆机构做下降运动, 而当活寒杆拉动主动杆时, 机构做上升运动,上升的极限位置就是当所有的杆件重合时的水平位置,可以很明显的 看出,机构在升降的同时不会与任何外部组件发生运动干涉。 机构的运动校核图 上图所示为升降装置的三个升降步骤。可以由次方便的算出杆件在中位,低位的夹角。 7 《机械原理》课程设计报告 因为本次设计属干概念性质的设计, 所以滑块机构的基本尺寸都是从图解法和实验 法的运动校核中反复画图,反复实验,并最终实现到不与车门侧边框碰撞,产生运动干 涉而得出的。 机构运动的可能性分析,下面进行机构运动的可能性分析,因此次设计属于构创 新性质的设计,如何让机构运动是考虑的一首要因素,而要动作,必须有力的作用才能 保证运动,下面就就本套机构在几个典刑位置的受力情况(启动,液压缸处于水平位置, 以及过了水平位置以后)来证明此套设计能够运动。 2、受力分析及机构结构分析 本机构中受.力作用的就是主动杆和从动杆, 其都为直杆, 而且只受拉力无弯矩和 扭矩。 受拉力的大小 F=1500N 杆件采用的是 Q235—A 型热扎钢。其许几用应力【σ 】1=160MPa。则得到拉伸应 力 S 拉=F/A=1500/40x10-4=37.5MPa 所以总的应力 37.5MPa<160MPa 计算设不 l 计过程〔加解答)如下: 按照螺栓组设计的总原则:做了如下几项处理: 〔1)连接结合面的几何形状通常设计成轴对称的简单几何形状,本设计中我们应 用的是矩形结合面,这样不但便于加下制造,而且便于对称布置螺栓,使螺栓组的对称 中心和连接结合面的形心重合,从而保证连接结合面受力比较均匀。 (2)螺栓的布置应使各螺栓受力合理。尽量使螺栓的位置靠近连接结合面的边缘, 以减少螺栓所受的力。 (3)螺栓的排列要有足够的间距、边距。 (4)按照经验及安全要求,分布在同一圆周上的螺栓数目,应取成 4,6,8,等偶数, 以便在钻孔时的分度和画线。我们在一侧连接板上设置了 6 个螺钉。 (5)避免螺栓承受附加的弯曲载荷,即除了要在机构上设法保证载荷不偏心外,还 应该在工艺上保证被连接件,螺母和螺栓头部的支撑面 l 平整,并与螺栓轴线相垂直。 在车架焊接的支撑面设计出了沉头座 为了防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙, 应该检查受载后地基 结合面 l 压应力的最大值不超过允许值,最小值不小于零,即有: 8 所选取的钢是安全的。 《机械原理》课程设计报告 关于前后翻版的连接方式的设计出发点和创新 :我们借鉴在普通家用门上固定的和 合页件,如下图: 合页 此部的上半页〔相对与图所说)用浅螺钉上在帆板上,下半页也用浅螺钉上在平板 卜,类似于家常用的门,此机构轻松解决了翻版和平板的连接问题。同样,后翻版也采 用了此套连接结构〔只是中间轴加粗致使上下两页距离增大,使其张开角度大使翻板可 以按预定的轨迹搭在地面,方便残疾人连同轮椅一道登上平板。 另外,关于残疾人登上平板以后翻版的固定问题,我们也借鉴了在车门设计中的 挂钩的作用(在车门后面设置挂钩是为了防止残疚人在平板举升的过程中用手碰到专用 门,而使门体碰上升降板,一方面对专用门的内蒙皮有损坏,一方面对残疾人的安全也 9 《机械原理》课程设计报告 带来一点隐患,所以我们在专用门的外蒙皮上安装了一个挂钩,并且通过车门运动轨迹 校核,在车厢外蒙皮的对应位置设置了挂钩环 )。在后翻板上装了一个挂钩,可样通过 运动校核定下了挂钩的长度和挂钩环的位置,具体校核过程这里从略。 10 《机械原理》课程设计报告 第四章、设计感言 通过这次设计初步了解了机械创新设计的一般过程和方法,加深了对机械创新设 计这门课程的理解。在理论知识的贯穿上和用理论解决实际问题的能力也有待提高,可 以说这次的课题设计就像是一面镜子,照出了我的许多不足之处,但也因此让我知道了 自己的水平,让我有了继续努力的动力。 其实这次课题设计对于我来说确实是一个不小的挑战,特别是刚开始的那几天完 全搞不清状况,不知道该如何下手,通过后来几天的看书和查资料才知道该怎样做。但 是在设计过程中依然遇到了不少的难题, 特别是在设计升举机构的过程中需要考虑的问 题真的不少,当时真的有点放弃的感觉了,但是我知道只要努力没有什么做不到的,俗 话说“万事开头难”嘛挺过去就好了。因此我开始查阅资料和请教同学,最终还是完成 了这次设计,真心觉得不容易啊!不过也让自己更加了解了自己所学的专业,算是为以 后的工作做好一些基础的准备吧。 彭杰 通过这次创新设计,我加深了对机械创新设计这门课程的理解,进一步的将所学知 识运用到解决实际问题上。在设计中,我逐渐发现了自己的不足,对书本知识掌握不够 扎实,难以将书本知识运用到实际中来。但这次的设计对我而言是一次挑战,及时在自 己不熟悉的领域,我们也能通过所学知识,网上资料,以及团队合作,将所交代的任务 完成,这对我们未来初入职场工作有莫大的帮助。 刘双全 通过这次创新设计,我加深了对机械创新设计这门课程的理解,更加全面的理 解了我们机械行业的创新的重要性不会和。这次课程设计不仅提高了我的动手实践能 力。这次课程设计把我们大学四年知识的全面总结和运用。在设计中,我逐渐发现了自 己的不足,对书本知识掌握不够扎实,难以将书本知识运用到实际中来。但这次的设计 对我而言是一次挑战,及时在自己不熟悉的领域,我们也能通过所学知识,网上资料, 以及团队合作,将所交代的任务完成,这对我们未来初入职场工作有莫大的帮助。 高冬 11 《机械原理》课程设计报告 在本学期创新课程过程中,我不但对所学习的知识加深了了解,更加吸要的是更正 了我们的自主学习观点和提高了我们的独立工作能力等。我坚信,通过这一段时间的学 习, 从中获得的实践经验使我终身受益, 并会在我毕业后的实际工作中不断地得到印证, 我会持续地理解和体会实习中所学到的知识, 期望在未来的工作中把学到的理论知识和 实践经验不断的应用到实际工作中来,充分展示我的个人价值和人生价值,为实现自我 的理想和光明的前程而努力。 李云松 在这次创新设计中,我学到得不仅是专业的知识,还有的是如何进行团队的合作,因为 任何一个作品都不可能由单独某一个人来完成, 它必然是团队成员的细致分工完成某一 部分。 通过与同学交流经验和自学, 并向专业老师请教等方式, 使自己学到了不少知识, 而且大大提高了动手的能力, 使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜 悦。 余杰 12 《机械原理》课程设计报告 第五章、参考文献 [1]黄健求.机械制造技术基础[M]. 北京;机械工业出版社,2005. [2]《机械设计手册》联合编写组编.机械设计手册中册[M]. 北京;化学工业出版社, 1985.5. [3]胡家秀.机械零件设计实用手册. 北京;机械工业出版社,1999. [4]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京;高等教育出版社,2006.5. [5]臧宏琦,王永平.机械制图[M]. 西安;西北大学工业出版社,2001. [6] 冯开平,左宗义. 画法几何与机械制图[M]. 广州:华南理工大学出版社,2001.9. [7]陆凤仪. 《机械原理课程设计》. 北京:机械工业出版社 2007.3 13

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