叉车动力转向系统设计.doc
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1、太原科技大学毕业设计(论文)任务书(由指导教师填写发给学生)专业/方向:机械设计制造及其自动化(CAD) 时间:2023 年3月24日学 生 姓 名(班级、学号)张磊机自061205学号:指 导 教 师陶元芳设计(论文)题目3t叉车动力转向系统设计重要研究内容 根据3t叉车转向系统的几种布置方式,选用曲柄滑块式,采用转向桥横置油缸式,根据最小转弯半径与轴距计算相关参数,并设计出转向桥,然后设计相关零部件,最后进行校核,并用Solidworks进行转向系统的装配。研究方法计算与分析相结合,统筹兼顾,最后达成优化设计目的重要技术指标(或研究目的)起重量:3t;最大起升高度:4500mm;最小转弯半
2、径:2375mm;主销间距:825mm;轴距:1780mm;C=200mm;C为车体外侧到同侧转向主销之间的距离。教研室意见教研室主任(专业负责人)签字: 年 月 日 说明:一式两份,一份装订入学生毕业设计(论文)内,一份交学院(直属系)。目录摘要 Abstract 前言 第章 叉车概述 1 第2章 叉车转向系统设计 22.1 拟定叉车基本参数 22.2 机动性能的计算 3 2.3 转向系统整体选择及其设计计算 52.4 转向桥的设计计算及强度校核 172.5 转向节及主销强度计算 252.6 轴承的选择和计算 29参考文献 35致谢 .36附录 37附录 41摘要本次毕业设计的题目是圆3吨叉
3、车转向系统设计。本次设计是为了配合专业课的教学工作而进行的,是对叉车转向系统的设计一次良好的实践和学习的机会。通过本次毕业设计,规定我们毕业生对叉车转向系统的设计、制造工艺流程、技术规定等有一定的了解和掌握。本设计书采用行业新标准和我国法定计量单位,符合工程设计规定。本设计书编写时引用了教材叉车构造与设计设计(修订版,起机教研室 陶元芳 卫良保 太原科技大学 2023年9月)关键字:叉车转向系统,设计,制造,技术规定。Abstract The topic of this graduation design is the steering system of a circle type 3 to
4、n forklift. The design is in line with the teaching of specialized courses conducted, which provides a good practice and learning opportunity for the steering system design of forklift. Through this graduation design, the graduations should acquaint the steering system design of forklift, the proces
5、s of manufacturing craft process, technical requirements etc, in some extent. This designsheets adopt new professional standards and our country legal unit of measurement, matching the engineering design.This designsheets quote from the textbook the structure and design of forklift (revised version,
6、 staff room of hoisting machinery, Tao yuanfang, Wei liangbao, the university of science and technology, Septembe, 2023)Keywords: the steering system of forklift, design, manufacturing, technology requirements 前 言本次毕业设计的题目是3吨叉车转向系统设计。本次设计是为了配合专业课的教学工作而进行的,是对叉车转向系统的设计一次良好的实践和学习的机会。通过本次毕业设计,规定我们毕业生对叉车
7、转向系统的设计、制造工艺流程、技术规定等有一定的了解和掌握。本设计书采用行业新标准和我国法定计量单位,符合工程设计规定。本设计书编写时引用了教材叉车设计与构造(修订版,起机教研室 陶元芳 卫良保 太原科技大学 2023年9月)的有关内容。本次设计的特点是理论联系实际,侧重设计方法和实践,在本次设计中得到了姚艳萍老师的热心指导和帮助,在此表达深深的感谢!并对陶元芳老师认真负责的态度和对工程设计一丝不苟的精神表达敬意!第一章 叉车概述叉车Forklift 工业搬运车辆,是指对成件托盘货品进行装卸、堆垛和短距离运送作业的各种轮式搬运车辆。国际标准化组织ISO/TC110称为工业车辆。 合用范围: 工
8、业搬运车辆广泛应用于港口、车站、机场、货场、工厂车间、仓库、流通中心和配送中心等,并可进入船舱、车厢和集装箱内进行托盘货品的装卸、搬运作业。是托盘运送、集装箱运送必不可少的设备。 叉车在公司的物流系统中扮演着非常重要的角色,是物料搬运设备中的主力军。广泛应用于车站、港口、机场、工厂、仓库等国民经济各部门,是机械化装卸、堆垛和短距离运送的高效设备。自行式叉车出现于192023。第二次世界大战期间,叉车得到发展。中国从20世纪50年代初开始制造叉车。特别是随着中国经济的快速发展,大部分公司的物料搬运已经脱离了原始的人工搬运,取而代之的是以叉车为主的机械化搬运。因此,在过去的几年中,中国叉车市场的需
9、求量每年都以两位数的速度增长。 液压式动力转向系统 .其中属于转向加力装置的部件是:转向液压泵、转向油管、转向油罐 以及位于整体式转向器内部的转向控制阀及转向动力缸等。当驾驶员转动转向盘时,通过机械转向器使转向横拉杆移动,并带动转向节臂,使转向轮偏转,从而改变汽车的行驶方向。与此同时,转向器输入轴还带动转向器内部的转向控制阀转动,使转向动力缸产生液压作用力,帮助驾驶员转向操作。由于有转向加力装置的作用,驾驶员只需比采用机械转向系统时小得多的转向力矩,就能使转向轮偏转。 优缺陷:能耗较高,特别时低速转弯的时候,觉得方向比较沉,发动机也比较费力气。又由于液压泵的压力很大,也比较容易损害助力系统第二
10、章 叉车转向系统设计2.1设计任务和拟定叉车的基本参数:2.1.1.设计任务:3吨叉车转向系统,规定为动力转向。2.1.2.叉车基本参数(1)叉车起重量: .所设计的转向系统使起重量为Q=3t的叉车;(2).载荷中心距为:按标准查得1-5t以下的叉车为500mm,即C=500mm;(3).最大起升高度:按常规去3t叉车的起升高度=3000mm;(4).自由提高高度:H=200mm;(5).门架前后倾角:前倾角为,后倾角为;(6).满载行驶速度:=20km/h;(7)最大爬破度20%;(8)最大起升速度为r=300mm/s;(9)最小外侧转弯半径:根据起重量,3t叉车的=2375mm;(10).
11、 最小离地间隙:100mm;更据其相关叉车选取得轴距L=1780mm;主销间距为:M=825mm;C=200mm,C为车体最外侧到同侧转向主销之间的距离;2.2 机动性能的计算:2.2.1选型:(1).机构类型转向系统决定了叉车的机动性能,过去叉车多采用交叉式双梯形转向机构,现在大部分叉车采用曲柄滑块式横置油缸式转向机构。(2)操纵方式大吨位叉车采用助力或全液压式转向操作方式,中小吨位的叉车可采用机械式转向操纵方式,但由于叉车的转弯半径小,转向操作的幅度和强度大,作业过程中操作频繁,为了方便操作,提高转向系统的灵敏性,减少司机的劳动强度,随着曲柄滑块式横置油缸转向桥的普及,现在越来越多的中小吨
12、位叉车业采用全液压式转向操作系统了。2.2.2最大内轮转角:(1)最小转弯半径衡量和评价叉车的机动性能(通过性能)的指标有最小转弯半径,最小直角通道宽度,最小堆垛通道宽度,其中最直观的就是最小转弯半径;L是叉车轴距,M是主销间距;C是车体最外侧到同侧转向主销之间的距离;外侧转向车轮最大偏转角度;内侧转向车轮最大偏转角度;可见减小轴距,增大外侧转向车轮的偏转角度,合理的设计车体的形状,可以减小叉车的转弯半径,提高机动性能。(2).最大外轮转角根据最小外侧转弯半径的规定,可以反推出对于最大外轮转角的规定:通常在50度到60度之间。已知:L=1780mm;M=825mm;=2375mm;C=200m
13、m =0.818 = 在50度到60度之间,符合规定。(3).最大内轮转角:根据转向行驶过程中把保持车轮纯滚动的条件,可求出:,一般为70度到80度,以此作为选择或设计转向机构的依据。=tan/(1-825/1780tan)=在范围内。2.2.3.转向操作系统:(1).转向轻便性:规定手力小于100N。(2).转向灵敏性:规定方向盘单侧回转圈数n=3-5圈。2.3. 转向系统的整体选择及其设计计算:2.3.1转向系统:根据现在的形势,采用全液压式转向系统,转向机构为曲柄滑块式。这是一种新型转向机构,自上世纪以来八十年代初在国内备采用,又称横置油缸式转向机构,由于其转向机构性能优良,转向桥结构紧
14、凑,等特点,近年来叉车行业得到广泛的应用,这种转向机构很合用于叉车。其特点又以下:(1)油缸横置,机构紧凑,各件较少,转向桥独立,油缸只通过软管于液压系统连接,布置方便,不会发生纵置油缸那种由于转向桥摆动和差动活塞杆细而使活塞杆头部容易断裂,主销没有倾角。(2)机构参数少,只有4各独立参数;(3)机构特性好,转角误差小,1-2度左右,有助于间隙转向阻力,减轻轮胎磨损,传动角大,可以达成30度,机构力学性能好,容易达成较大内轮转角可以达成80度以上,有助于减小车窗最小转弯半径,若维持本来转弯半径不变,则有也许增大轴距,方便调整布置,提高行驶性能。(4)左右转向一致,油缸两边出活塞杆,没有差动现象
15、,左右转向灵敏,完全相同。(5)油缸结构特殊,双作用双活塞杆,由于受横向力作用,活塞杆应比较粗,油缸安装应比较牢固,可以通过调整油缸偏距来调整机构性能。布置形式如下图:2.3.2.转向机构的设计:(一)理论分析(1)双轴线转向角的理论关系式:(2)轴线转向曲线(二)曲柄滑块机构设计:(1)设计参数:R1转向节臂长; a0转向节臂初始角;D基距; E油缸偏距;参数的一般范围转向节臂长R1略小于双梯形机构,可取0.11-0.145m,R1大则机构行程大,相应的油缸行程也大,也许布置不下,无法实现,R1小则机构受力大,相应的油缸受力大,而行程太富裕。转向节臂初始角a0,也许在90度左右,a0越大,则
16、机构特性越好,有时会取到92度,基距变大,要根据和轮辋是否干涉来决定,该参数先拟定。基距D,该参数对于机构特性不敏感,约等于转向节臂长,他也和油缸的行程有关。油缸偏距E,该参数对于机构特性十分名,取值大约为转向节臂的一半左右,应进行精确调整,以便获得最佳机构特性。(2)优化设计经验公式取r1-R1/D,e=E/D,使参数无量纲化(a)优化设计,转角误差,传动角,力传动比等为目的函数和约束条件,在不同的a0和M/L的情况下寻找最优的r1和e。(b)经验公式,整理优化结果,把最优的r1和e表达成a0和M/L的二次函数,成为优化设计经验公式:表优化设计经验公式的系数:下标123456C-8.8078
17、57+0.1467839+8.3315333-0.-0.069538-1.20237G-7.720729+0.12650658+8.1168-0.-0.058138-1.122867计算结果为: =-8.807857+0.146783a09+8.3315333(M/L)-0.-0.069538(M/L)-1.20237=0.547318=-7.720729+0.12650658a0+8.1168(M/L)-0.-0.058138(M/L) -1.122867 =1.001024由此可的:先取D=100,R1=r1D110mm,E=De60mm(3)实际尺寸:a.机构的相似性,从机构的特性看实际
18、尺寸可大可小,应为机构是相似的。b.受力:从受力的角度,机构的尺寸越大越好;c。油缸行程:油缸夹在当中,机构尺寸过大会导致行程不够;因此在油缸的行程够用的前提下,机构尽量大一些。(4)其它a.铰点:使用关节轴承,b.油缸:受横向力作用,需要加粗活塞杆,加长导向套,采用青铜或耐磨材料。c.缸盖:采用内卡键式或螺纹式计算油缸行程:当转向节臂如下图转至最右时,其夹角如图可计算得,其转向极限,夹角为a=可知连杆中心距为L=112mm根据三角形的直角公式可求出此时的行程转向节臂中心的水平距离L1=R1cosa=89.98,其垂直高度为:L2=R1sina=63.26可得其离油缸中心为L3=3.26mm即
19、可求求出其油缸行程为:S=L1+D-=101mm故油缸行程至少为101m,取其行程为100应为其内外轮转角在同一各圆心故其计算行程同样,现在用行程校核内外轮转角当油缸行驶到极限时,其如上图,计算其内轮转角,可知其逆运算得其转角为=计算结果为,相差不多故油缸行程足够。2.3.3.转向阻力转矩的计算:(1)转向行驶的阻力距:只要所有车轮绕同一瞬心转动,就可保证所有车轮作纯滚动。这是以轮胎仅一点接触地为条件的,由于轮胎有一定的宽度,它与地面的接触为一面积。当车轮一转弯半径R绕瞬心滚动时,轮胎各触地点应有不同的线速度,但各触地点却有共同的角速度,故轮胎两侧,在相对与地面滚动的同时,尚有相对滑动。在下图
20、中,两侧轮胎相对于O1的滑动速度方向相反,故引起地面对车轮的不同方向的附加阻力F,这是一对力偶,其矩即转向阻力矩。设叉车的转弯时以角速度绕瞬心O转动,车轮以速度v前进。车轮滚动时,路面受到压力,轮胎与地面间产生相对滑动,因而使相对速度为零的点偏移了距离e,由本来的O1点移到E点,这时车轮上E、A两点的速度可表达为: 滑转率,即因滑动引起速度减少的系数由以上两式可的滑转率与偏移距的关系如下这时,轮胎各点相对于地面的滑动速度分布为梯形ABCD。若地面的切向力与滑移距离成正比,则地面反力的合力必通过梯形型心。这样,该车轮的转向阻力距为: 式中:车轮驱动力; a梯形面积中心至轮胎纵向对称面的距离。令梯
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