機(jī)械原理_課程設(shè)計(jì)_SI_240B活塞車床_橢圓靠模的CAD

1、番）評(píng)諛夫孝JANG11AN UJN1VERS1W機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)SI-240B活塞車床橢圓靠模的CAD說明書姓名：學(xué)院：專業(yè)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：成績(jī)：課程設(shè)計(jì)的目的和要求：課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟*A 4、口、三：方案設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)分析 61 主機(jī)構(gòu)(前刀架)的工作原理 62. 前刀架的結(jié)構(gòu)分析 73. 前刀架的運(yùn)動(dòng)分析 83.1 刀架 3的擺動(dòng)規(guī)律 ( )3.2擺桿2的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 94.橢圓靠模輪廓曲線方程的推導(dǎo) 11五：程序設(shè)計(jì) 131 編程 132.程序結(jié)15六：橢圓靠模輪廓曲線CAD程序設(shè)計(jì)16七：參考文獻(xiàn)1

2、6八：結(jié)束語(yǔ)17二課程設(shè)計(jì)的目的和要求機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的是機(jī)械專業(yè)學(xué)生在學(xué)完機(jī)械原理課程基本內(nèi)容之后， 進(jìn) 行較全面的機(jī)構(gòu)分析與綜合及應(yīng)用計(jì)算機(jī)的訓(xùn)練， 以便加深所學(xué)理論知識(shí)，和培 養(yǎng)獨(dú)立解決工程中屬機(jī)械原理方面的實(shí)際問題的能力。具體要求：在老師的指導(dǎo)下，順序按時(shí)完成有關(guān)機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)分析； 凸 輪輪廓用解析法設(shè)計(jì)公式的推導(dǎo)以及 CAD程序設(shè)計(jì)的各階段的任務(wù)，并對(duì)其具體 實(shí)例上機(jī)計(jì)算靠模輪廓；最后編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。:課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟“SI-240B活塞車床”是國(guó)內(nèi)據(jù)79年從國(guó)外引進(jìn)的“ TPO-150金剛石靠 模車”仿制的車用發(fā)動(dòng)機(jī)活塞裙部曲面加工的專用機(jī)床。近年來，隨著對(duì)活塞使 用性

3、能要求的提高，國(guó)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(duì)于單橢圓有：()(e2)(1 -cos(2 )而對(duì)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(wú)法適應(yīng)活塞曲面改型的要求， 為此某生產(chǎn)汽車配件的 廠家提出了研究該機(jī)床的關(guān)鍵零件橢圓靠模的理論設(shè)計(jì)方法的課題。三：方案設(shè)計(jì)1提出方案 為了得到最科學(xué)，最合理的設(shè)計(jì)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(dòng)。使用機(jī)床 的動(dòng)鏈保證凸輪1與活塞2同步轉(zhuǎn)動(dòng)。凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將帶動(dòng)3做往復(fù)垂直運(yùn)動(dòng)。 配合活塞自身的轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)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(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。桿4水平移動(dòng)并支 撐桿3運(yùn)動(dòng)。這樣可以使A點(diǎn)作確定的運(yùn)動(dòng)，在A點(diǎn)裝刀具，即可實(shí)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(gè)縱向模板（移動(dòng)凸輪）控制，作橫向左右移動(dòng)（其移動(dòng)量x

5、可據(jù)其上 指針位置從標(biāo)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(shí)，機(jī)床的傳動(dòng)鏈保證橢圓靠模1與要加工的活塞5同步轉(zhuǎn)動(dòng)，即a 1 = a 5 =a .凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)擺桿2作平面運(yùn)動(dòng)，2的平面運(yùn)動(dòng)通過鉸鏈B帶動(dòng)刀架 3 （即車刀）繞A點(diǎn)擺動(dòng)，配合活塞5自身的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)活塞橢圓截面的加工。2. 方案比較將三種方案進(jìn)行比較，方案一對(duì)切削刀具的要求過高；方案二的機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)復(fù) 雜，機(jī)構(gòu)的尺寸也不合適。綜合比較，最終取用方案三的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。四：機(jī)構(gòu)分析1 .主機(jī)構(gòu)（前刀架）的工作原理SI-240B活塞車床0前刀架部分機(jī)構(gòu)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(gè)縱向模板（移動(dòng) 凸輪）控制，作橫向左右移動(dòng)（其移動(dòng)量x可據(jù)其上指針位置從標(biāo)尺上讀出），以 使加工的活塞不同截面有不同的橢圓度（對(duì)此本論文不作研究）。在加工活塞5時(shí)，機(jī)床的傳動(dòng)鏈保證橢圓靠模 1 與要加工的活塞 5 同步轉(zhuǎn)動(dòng)，即 1 2 . 凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)擺桿2作平面運(yùn)動(dòng)，2的平面運(yùn)動(dòng)通過鉸鏈B帶動(dòng)刀架3（即車 刀）繞A點(diǎn)擺動(dòng)，配合活塞5自身的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)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(shè)計(jì)。2前刀架的結(jié)構(gòu)分析為了便于研究 ,假設(shè)支架桿 4 固定不動(dòng)，只研究橢圓某一個(gè)截

7、面的加工。支 架桿4與2在C點(diǎn)高副接觸，接觸的小圓弧半徑為 rc，對(duì)此高副低代，并作進(jìn) 一步等效代替，最后，前刀架部分結(jié)構(gòu)圖如圖 3.3前刀架的運(yùn)動(dòng)分析運(yùn)動(dòng)分析的目的是推導(dǎo)出擺桿2 的擺動(dòng)規(guī)律 , 以便設(shè)計(jì)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(dǎo)出刀架 3 的擺動(dòng)規(guī)律（ ） ；再導(dǎo)出擺桿2的運(yùn)動(dòng)規(guī)律()().3. 1刀架3的擺動(dòng)規(guī)律 ()活塞5轉(zhuǎn)過 角時(shí),產(chǎn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律由于3轉(zhuǎn)過角度

8、()，通過鉸鏈B帶動(dòng)擺桿2繞0點(diǎn)擺動(dòng)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(yù) rc (b x)sinB b-(b x)cos c -rc則方程 (4) 為AcosBsin用萬(wàn)能公式代入方程 得關(guān)于tan( 2)的一元二次方程,由此解出2arctan A：負(fù)？ *)A C式(7)中A、B均為 的函數(shù),故 也為 的函數(shù).為了計(jì)算方便,先求(8)式(4)兩邊對(duì)求導(dǎo)并化簡(jiǎn)得d (b x)cos( )(9)d res in bcos (b x) cos( )式(1)兩邊對(duì)求導(dǎo)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(dǎo)導(dǎo)出與橢圓靠模相接觸的擺動(dòng)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律后,就可以按平底擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)橢圓靠模輪廓的曲線方程.用/反轉(zhuǎn)法o給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加一個(gè)與靠模凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)反向的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)擺桿在圖6所示任一位置的G點(diǎn) 與靠模凸輪高副接觸，假設(shè)此時(shí)反轉(zhuǎn)的角度為A.F面求靠模凸輪上任意一點(diǎn) G的極坐標(biāo)（，），過G點(diǎn)作接觸處的公法線PG交0D連線于P點(diǎn)，則P為靠模凸輪1與擺桿2的相對(duì)速度瞬心。于是擺桿2 與靠模凸輪1的瞬時(shí)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(diǎn)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(diǎn)值為900( PDG )900 PDG于是G點(diǎn)的坐標(biāo)由式(15)、(16)確定.(16)五:程序設(shè)計(jì)1 .編程這里我們用C語(yǔ)言來對(duì)公式進(jìn)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(jié)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(shè)計(jì)七：參考文獻(xiàn)1 鄭文緯,吳克堅(jiān).機(jī)械原理（第七版）M.北京：高等教育出版社，1997.2 孫 桓. 機(jī)械原理 M. 北京: 高等教育出版社 ,1982.3 曹惟慶,徐曾蔭.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（第二版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.4 同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)系 . 高等數(shù)學(xué)（第六版） . 北京：高等教育出版社 ，2007. 陳剛.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社,2010.6 羅洪田. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 . 北京：高等教育出版社 .1986.八：結(jié)束語(yǔ)1本文應(yīng)用解析法先對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行位置分析 ， 并推導(dǎo)出凸輪從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 然后用解析法對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì) ， 確定凸輪輪廓上各點(diǎn)的坐標(biāo) . 這樣一來