滑块驱动板门
设计者:蓝炳衍 林硕振 赖远强 杨佩旋 林云妹 (机电学院机自(2)班)
设计计算说明书
一、项目简述:
1.产品名称:滑块驱动板门
2.产品设计目的:
随着生活水平的日益提高,人们越来越注重各项相应设施的配置与完善。为了让残疾人外出能更方便地乘坐公交车和把重物搬上汽车,我们设计了一种用于公交车后门的升降机构,这种机构可以直接将轮椅升上或降下,使残疾人可以方便地上、下公交车,该装置采用升降的方法,也可使一些携带较重货物的乘客方便自如地上下公车,减少人体力的消耗。
3.产品创新点:
该装置是通过控制门的开关来控制升降板的升降。这样设计一方面不用考虑升降机构的原动力问题,另一方面可以达到产品设计的目的,即车门打开时,升降板能自动平稳地下降;关闭车门时,升降板能自动平稳地上升。
本产品除了动力外,所有机构是机械的组成而来的,不仅简单,而且一改传统公车门由杆和滑块带动,并且在车底板上,我们又巧妙地用上两个滑槽,解决了有两个滑块在不同位置上速度不同,使得同一个门上两条连杠互相撑死的问题,更能使地板平稳,不至于倾斜。如果我们不加滑槽,当两滑块在不同速度时,速度快的滑块产生的力比速度慢的大,这时候底版就会因为连杆的撑死而不能下降严重时可能出现倾斜或扭转,对乘客的安全产生威胁。加了滑槽之后,当滑块速度不同时,速度快的就在滑槽里滑动带动速度慢的,使两滑块速度基本达到一致,这样就可以避免上面的问题的出现。同时由于车门转过来后,单用一条连杆和底板连接无法满足空间上的转动。所以我们又在门底部用上一个合适的转子,就可以解决。
以上的创新点都通过计算机模拟和计算检验而得,基本上可以符合此机构的要求。
4.产品设计原理:
本产品通过两个滑块和一条直角型的滑道驱动门的打开和关闭,再通过四个滑块把门和底板相连接,这样就可以使板上下滑动。门打开的过程中,门向两边分开时通过底部的连杆给底板压力,使地板落下。门转向时,底部转子和地板上的滑块随着门的角度的变化而转换,实现连杆的位置的变化。反之亦然。
当人要上车或要把货物搬上车时,只要人走到板上或者把货物放在上面,门关时就会通过连杆把板升起来,这样人和货物就可以
上到车上面;下车时,人或货物也在板上面
,门开时通过连杆把板降到地面。人和货物
就可以下车。
二、方案草图:
根据我们的构思及设计要求,我们想出以下方案,
实现升降功能:
1. 蜗杆—蜗轮机构
原理:
蜗杆装在门轴上,门打开时,蜗杆随着
门轴的转动而转动,蜗杆的转动带动
蜗轮转动,蜗轮和滚筒相连接,底板用钢丝
连接,钢丝通过定滑轮固定在滚筒上,滚筒旋转时带动钢丝上下运动,这样就实现了升降板的升降。
2.滑块连杆机构
原理:
由如图所示的机构,可知当
上面的滑块左右运动时,通过连
杆,左侧边上的滑块则会一定实
现上、下的升降运动。将门与升降
板之间的联接视为四个此种机构
的联接,其中上面的滑块为车门上的一个只沿一个方向运动的点,而左侧滑块则为升降板。
3. 定滑轮
原理:
升降板用钢丝连接,钢丝通过定滑轮和门的转轴相接。门轴转动时通过钢丝带动板的升降。
三、方案比较:
经过分析,决定采用方案二。
现将分析结果叙述如下:
方案1:发现该机构理论上可实现以上功能,但实际上其是行不通的,因为门轴最多只能转90度角,由于蜗杆—蜗轮的传动比很大,蜗轮最多只能转过几度,而要使升降达到行
程的要求,则滚筒直径得做得很大,这在实际应用中不合适。
方案2 :如果合理选择作为滑块的门上两点1,2,该机构确实能实现所要求的
功能。
L2长度的确定,根据实际情况选用配合L1,L1根据各公车的内部结构确定,只要使L1不与车厢的其它物体碰撞既可。所以在L1处我们通过导轨来控制它的运动轨迹。避免发生碰撞。

1)为保证升降板升到最高位置是不与门板碰撞,故
其最高位置应与门板底有一段距离但升降板应与车厢等高
2)为保证升降到地面时冲击力不大, 应在升降板底部增加一层橡胶板。
3)因为1在X 方向的速度不能保证与2在Y方向时时相同,故应在升降板上面做突起的横条以阻止其上的物体滑动。但升降板倾斜度不大,故无须采用平衡装置 。
4)由于1、2、3、4点通过连杆带动升降板升降,故其
承受的载荷较大,而其轨迹要由门上相应点1`、2`、3`、4`通过相应滑道形成为保证对应点的轨迹一致,门需要足够的强度和刚度,可设门框由钢管构成以强化门的强度刚度。
5)运动过程分析:
如图,1,2点运动轨迹与门上的Z
方向的点1`,2`相同,而1`,2`构成
的滑块只能在X方向运动,故1,2
点只能沿X方向移动。而1,2点的
移动通过连杆带动升降板上的滑块5,
6沿垂直方向升降。
同理。3,4点运动轨迹与门上的Z方
向的点3`,4`相同,而3`,4`点构成的
滑块只能沿Y 轴移动,故3,4点只能
沿Y方向移动,而3,4点的移动通过
连杆带动升降板的滑块7,8沿垂直方
向升降
方案3. 因为转角太小,所以它和方
案1有同样的问题,而且定滑轮的固定
也比较困难,
在实际应用中一般不采用。
四、方案中涉及的计算:
1.参数设定:
设 1)车门(每扇)门宽为400mm,门高为2000mm门厚30mm
2)门上连连杆的接点1、2距门边AB为380mm,距升降板(最高位置)为20mm
3)升降板长宽为800mm*800mm,厚度为30mm
4)杆宽为25mm,杆厚为20mm,杆长为L=(380X380+20X20) =380.5mm,且杆长=板门距离+板厚/2+升降行程,如图所示,后三者可相互调节,由设定可得升降行程为345mm(即车厢离地面为345mm)
2. 受力分析:
1)设可升降的重量与板的总合为150kg,则杆受垂直向下分力为F?=1/4mg,
F?=1/4×150×10 (g=10m/s2) =375N
杆受的拉应力F=F?/sinα=375÷(20÷380.52)=7134.75N
受力分析与个零件的形状尺寸如下图:
б=F/A
查表的 [б] =186~275Mpa
考虑到各杆受力可能不相同,可设最大的影响系数为a,则杆所受最大的应力为
б=a*7134.75÷(20×25×10)=21.40Mpa<[б]
2)对销的强度校对
τ=a*F/BL=7134.75÷(20×30×10)x1.5=27.84Mpa
又因为销是取用45钢,其切应力[τ]=80Mpa,τ<[τ] ,所以符合要求。
3)计算电动机的功率
设在整个过程中,总功率为P,效率为80%,开、关门的时间为1.5s,则P×80%=mgh/t
P=mgh/(t×80%)=(0.35×150×10) ÷(1.5×0.8)=437.5w
五、设计方案评述:
该方案基本上能实现预想的目的,即直接利用门的开关来控制板的升降,达到不使用其他动力或另外开关的控制即可实现控制的目的,而且由于车门的开关一般不是很快,升降板的升降应是较为平稳的,但必须给升降板做一个支架作为升降板上下移动的轨道,给公交车的构造增加了点麻烦。此外,由于受杆与门的限制,其能实现的升降行程也不能很大,但基本上能达到现在公车底板与地面之间的行程距离。
六、方案在实际中的运用:
方案在实际中的应用,已经附有由solidworks画的三维图。
七、参考文献:
〈〈机械设计〉〉 西北工业大学机械原理及机械零件教研室 纪名刚 主 编
〈〈机械原理〉〉 西北工业大学机械原理及机械零件教研室 孙 恒 陈作模 主 编
〈〈工程材料〉〉 西北交通大学 沈 莲 主 编
〈〈工程力学〉〉 华南理工大学出版社 禹奇才 刘锋 主 编
〈〈MECHANISMS AND MACHINE THEORY〉〉 HIGHER EDUCATION PRESS Ye Zhonghe Lan Zhaohui M.R. Smith
〈〈solidworks2003 高级应用教程〉〉 冶金工业出版社 彭华明 编 著
〈〈机械创新设计〉〉 高等教育出版社 清华大学 北京科技大学 长沙铁道学院 编著