機械原理_課程設計_SI_240B活塞車床_橢圓靠模的CAD

1、番）評諛夫孝JANG11AN UJN1VERS1W機械原理課程設計SI-240B活塞車床橢圓靠模的CAD說明書姓名：學院：專業(yè)：班級：學號：指導老師：成績：課程設計的目的和要求：課程設計的內容和步驟*A 4、口、三：方案設計1 提出方案序表1.1方案一 41.2方案二 41.3方案三 52 方案比較 6四：機構分析 61 主機構(前刀架)的工作原理 62. 前刀架的結構分析 73. 前刀架的運動分析 83.1 刀架 3的擺動規(guī)律 ( )3.2擺桿2的運動規(guī)律 94.橢圓靠模輪廓曲線方程的推導 11五：程序設計 131 編程 132.程序結15六：橢圓靠模輪廓曲線CAD程序設計16七：參考文獻1

2、6八：結束語17二課程設計的目的和要求機械原理課程設計的是機械專業(yè)學生在學完機械原理課程基本內容之后， 進 行較全面的機構分析與綜合及應用計算機的訓練， 以便加深所學理論知識，和培 養(yǎng)獨立解決工程中屬機械原理方面的實際問題的能力。具體要求：在老師的指導下，順序按時完成有關機構的組成和運動分析； 凸 輪輪廓用解析法設計公式的推導以及 CAD程序設計的各階段的任務，并對其具體 實例上機計算靠模輪廓；最后編寫設計計算說明書。:課程設計的內容和步驟“SI-240B活塞車床”是國內據(jù)79年從國外引進的“ TPO-150金剛石靠 模車”仿制的車用發(fā)動機活塞裙部曲面加工的專用機床。近年來，隨著對活塞使 用性

3、能要求的提高，國外新型汽車活塞裙部截面形狀多由以往的 “單橢圓”改變 為“雙橢圓”(如圖1)對于單橢圓有：()(e2)(1 -cos(2 )而對與雙橢圓則為：()(e2)1-cos(2 ) k1-cos(4 ).其中2e為“橢圓度”一一即最大的直徑縮減量，k為雙橢圓特有的修正系數(shù)由于“ TOP-150及仿制的“SI-240B活塞車床”均只能加工截面為單橢圓的活塞裙部曲面， 因而無法適應活塞曲面改型的要求， 為此某生產汽車配件的 廠家提出了研究該機床的關鍵零件橢圓靠模的理論設計方法的課題。三：方案設計1提出方案 為了得到最科學，最合理的設計方案，在此提出多鐘方案加以討論，以便最 終得到所需方案。

4、1.1 方案一：如圖所示，凸輪1為該橢圓靠模，桿3由1支撐，可作垂直移動。使用機床 的動鏈保證凸輪1與活塞2同步轉動。凸輪1轉動時將帶動3做往復垂直運動。 配合活塞自身的轉動，以實現(xiàn)活塞橢圓截面的加工。1.2方案二:如圖桿1即為橢圓靠模高副低帶后成桿，繞固定點轉動。桿4水平移動并支 撐桿3運動。這樣可以使A點作確定的運動，在A點裝刀具，即可實現(xiàn)活塞橢圓 截面的加工。1.3方案三:A (a)如圖，其中凸輪1為橢圓靠模；5為要加工的汽車活塞；3為刀架；擺桿2與 靠模凸輪1保持高副接觸，其右端由支架桿4的尖端C支撐（高副接觸）；支架桿 4受另外一個縱向模板（移動凸輪）控制，作橫向左右移動（其移動量x

5、可據(jù)其上 指針位置從標尺上讀出），以使加工的活塞不同截面有不同的橢圓度。在加工活 塞5時，機床的傳動鏈保證橢圓靠模1與要加工的活塞5同步轉動，即a 1 = a 5 =a .凸輪1轉動將帶動擺桿2作平面運動，2的平面運動通過鉸鏈B帶動刀架 3 （即車刀）繞A點擺動，配合活塞5自身的轉動，實現(xiàn)活塞橢圓截面的加工。2. 方案比較將三種方案進行比較，方案一對切削刀具的要求過高；方案二的機構運轉復 雜，機構的尺寸也不合適。綜合比較，最終取用方案三的設計方法進行設計。四：機構分析1 .主機構（前刀架）的工作原理SI-240B活塞車床0前刀架部分機構組成如圖2所示、其中凸輪1為橢圓靠 模；5為要加工的汽車活

6、塞；3為刀架；擺桿2與靠模凸輪1保持高副接觸，其 右端由支架桿4的尖端C支撐（高副接觸）；支架桿4受另外一個縱向模板（移動 凸輪）控制，作橫向左右移動（其移動量x可據(jù)其上指針位置從標尺上讀出），以 使加工的活塞不同截面有不同的橢圓度（對此本論文不作研究）。在加工活塞5時，機床的傳動鏈保證橢圓靠模 1 與要加工的活塞 5 同步轉動，即 1 2 . 凸輪1轉動將帶動擺桿2作平面運動，2的平面運動通過鉸鏈B帶動刀架3（即車 刀）繞A點擺動，配合活塞5自身的轉動，實現(xiàn)活塞橢圓截面的加工。由于橢圓 靠模精度高，采用解析法設計。2前刀架的結構分析為了便于研究 ,假設支架桿 4 固定不動，只研究橢圓某一個截

7、面的加工。支 架桿4與2在C點高副接觸，接觸的小圓弧半徑為 rc，對此高副低代，并作進 一步等效代替，最后，前刀架部分結構圖如圖 3.3前刀架的運動分析運動分析的目的是推導出擺桿2 的擺動規(guī)律 , 以便設計靠模凸輪。 分析的順序如下: 先據(jù)活塞的徑向縮減量（ 雙橢圓 ） 導出刀架 3 的擺動規(guī)律（ ） ；再導出擺桿2的運動規(guī)律()().3. 1刀架3的擺動規(guī)律 ()活塞5轉過 角時,產生的徑向縮減量為：()(e2)1-cos(2 ) k1-cos(4 ).則刀架3擺過的角度(如圖4)為：()()h (e2h)1-cos(2 ) k1-cos(4 ) (1)3. 2擺桿2的運動規(guī)律由于3轉過角度

8、()，通過鉸鏈B帶動擺桿2繞0點擺動角度(如圖5)為:()().下面確定其大小。將OAB(看作一封閉的矢量多邊形，可寫出以下封閉矢量 方程式 : l OA+l AB=l OC+l CB(2)式中:l oa在 x、y方向投影分別為b、rc； l ab與x軸夾角為180； l oc與y軸夾角為 ；l cb與x軸夾角為180.矢量方程在x、y軸上的投影方程為：b lAB cos (180)rc sin W lcB cos (180),即rc lAB sin (180)rc cos W lcB sin (180).b-lAB cosrc sin-lcB cos ,(3)rc lAB sinrc cos

9、lcB sin .式中l(wèi) AB=(b+x)為常量,消去l CB得rc (b x)sin cos b(b x)cos sinrc 0 (4)令A rc (b x)sinB b-(b x)cos c -rc則方程 (4) 為AcosBsin用萬能公式代入方程 得關于tan( 2)的一元二次方程,由此解出2arctan A：負？ *)A C式(7)中A、B均為 的函數(shù),故 也為 的函數(shù).為了計算方便,先求(8)式(4)兩邊對求導并化簡得d (b x)cos( )(9)d res in bcos (b x) cos( )式(1)兩邊對求導得de()(sin(2 ) 2k(sin(4 )(io)dh由式

10、(8)、(9)、(10)得d (b x)cos( ) esin(2 ) 2ksin(4 )(dresinbcos (b x)cos( )h4. 橢圓靠模輪廓曲線方程的推導導出與橢圓靠模相接觸的擺動從動件的運動規(guī)律后,就可以按平底擺動從動件盤形凸輪的設計方法來設計橢圓靠模輪廓的曲線方程.用/反轉法o給整個凸輪機構加一個與靠模凸輪轉動反向的運動，此時擺桿在圖6所示任一位置的G點 與靠模凸輪高副接觸，假設此時反轉的角度為A.F面求靠模凸輪上任意一點 G的極坐標（，），過G點作接觸處的公法線PG交0D連線于P點，則P為靠模凸輪1與擺桿2的相對速度瞬心。于是擺桿2 與靠模凸輪1的瞬時角速度之比為：X匹X

11、i|cpdtd d dd d dtddtlpD d又由方程組|od dl PD l CP l OD| OP| OD解得| PD(1OD(1d(12)其中已由前式（11）求出，又dl OPl OoDJ(2arcta nrc)2(13)由圖8|pg rc lopsin(o)在 PDG 中，DPG 90rc|odsin(14)0 ,由余弦定理： l pd2 l pg2 2Ipd| pg cos DPG此即為G點的 值,式中l(wèi) PD,I PG分別由式(12), (14)求出.又在 定理：(15)PDG中,由正弦| DG| PGsin DPG sin PDGsin DPG "si n PDG得

12、PDG arcs in lpGsin PDG .則G點值為900( PDG )900 PDG于是G點的坐標由式(15)、(16)確定.(16)五:程序設計1 .編程這里我們用C語言來對公式進行編制程序:#i nclude <stdio.h>#include <math.h>#define pai 3.141592654main()float a=65.0,b=25.0,x=40.0,rc=4.0,h=40.0,k=-0.12,e=0.4,r0=53.0,ksai,ksai0,afa,fai,A,B,C,D,E,F,G,H,Z,y,pg,pd,po,od,rou,sta;

13、od=sqrt(a+x)*(a+x)+(r0-rc)*(r0-rc);ksai0=atan(r0-rc)/(a+x);for (afa=0.0000000001;afa<=(2*pai+0.1);afa+=pai/18)fai=e*(1-cos(2*afa)+k*(1-cos(4*afa)/(2*h);A=rc+a*sin(fai);B=b-a*cos(fai);C=-rc;D=B+sqrt(B*B-C*C+A*A);E=A-C;y=D/E;ksai=2*atan(y);F=(a*cos(fai-ksai)/(A*sin(ksai)-B*cos(ksai);G=(e/h)*sin(2*a

14、fa)+(2*e/h)*sin(4*afa);Z=F*G;pd=od/(1+(1/Z);po=od-pd;pg=rc+po*sin(ksai0+ksai);rou=sqrt(pd*pd)+(pg*pg)-2*pd*pg*cos(pai/2+ksai0+ksai);H=(pg*sin(pai/2+ksai0+ksai)/rou;sta=pai/2-ksai0-asin(H)+afa;printf("afa=%3.0f sta=%10.6f rou=%fn",(afa*180/pai),(sta*180/pai), rou);system("pause");

15、2程序結果a0p:匚耳jlfZjET fs J DI呂誓P坐二J*T 9I ylsta= sta = sta = Eta= sta= sta = eta= sta= sta= sta =0.06080312.935346 24,LC2452 34-707193 43*234179 50579309 S9,037737 68-3E9737 79-190115 90.930274 sta=102,537067 sta=113-089423 sta=122.14689t sta=129羽4E stal37-lS38-16 sta-145-19B875 Eta=155 stal&G stal?

16、9,999978 sta=192-925304 sta=204 _Cfc2425 sta=214 .兀？IGO sta=223.23416S sta=230-979294 sta=239_03771E sta=24B*359721 sta=259,190079 Sta=270-920245 sta=282 sta=293.QS94Q0 sta"302.146B87 Sta-209,H91037 s ta=31 _i!i824 sta=225 sta=335.G57197 Eta-246,9fc235 sta=359.999938 you =53 .S000Bt) rou=53 696

17、455 i*ou=53 .28GS83 i'ou-53.44183 3 rou=53 匕7?回8 7 rou =53 .883345 i*ou=S4-143169 roo=S4.464947 i*oui=54.fc4?60fi rou=54 pou=54.161S3 roo=54.460953 rou=54.142644 rou=53 803394 ilou=53 .S52&2 rou-53.4?288 G vou=53.31832 rou3 104“1 ilou=53 .0000 rai3 .096451 rou=52.28£S79 v<ni =5,441 B

18、30 rou=E3.S7?091 rou=53 .802349 i'oui =5-4 .i431t6 m 巧4.464W *1=54.£?10 1*041=54.982?2 i'oui =5-4.14C1S7 rou=54,4&0953 roti =5 4.1-12044 j*cu"E3 .S09394 1'ou =52 -£2弓2&6 i*<ju=52 ,-472895 rou=%3 318302 i*ou-53 .104145 i'oui =52 .S0U30kl六：橢圓靠模輪廓曲線 CAD程序設計七：參考文獻1 鄭文緯,吳克堅.機械原理（第七版）M.北京：高等教育出版社，1997.2 孫 桓. 機械原理 M. 北京: 高等教育出版社 ,1982.3 曹惟慶,徐曾蔭.機構設計（第二版）M.北京：機械工業(yè)出版社，2000.4 同濟大學數(shù)學系 . 高等數(shù)學（第六版） . 北京：高等教育出版社 ，2007. 陳剛.C語言程序設計.北京：清華大學出版社,2010.6 羅洪田. 機械原理課程設計指導書 . 北京：高等教育出版社 .1986.八：結束語1本文應用解析法先對機構進行位置分析 ， 并推導出凸輪從動件的運動規(guī)律 然后用解析法對凸輪機構進行設計 ， 確定凸輪輪廓上各點的坐標 . 這樣一來