機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)SIB活塞車床橢圓靠模的CAD

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)----SI-240B活塞車床橢圓靠模的CAD說(shuō)明書(shū)姓名：學(xué)院：專業(yè)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：成績(jī)：序表一：課程設(shè)計(jì)的目的和要求…………3二：課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟…………3三：方案設(shè)計(jì)…………41．提出方案…………41.1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………………83.2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)果………………………

15六：橢圓靠模輪廓曲線CAD程序設(shè)計(jì)………………16七：參考文獻(xiàn)…………16八：結(jié)束語(yǔ)……………17一：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(wèn)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(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。二：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(lái)，隨著對(duì)活塞使用性能要求的提高，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?yōu)椤半p橢圓”(如圖1)對(duì)于單橢圓有：而對(duì)與雙橢圓則為：其中2e為“橢圓度”——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。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。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。方案三：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α1=α5=α.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(guò)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(guò)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.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(guò)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(guò)角時(shí),產(chǎn)生的徑向縮減量為:則刀架3擺過(guò)的角度(如圖4)為:--------------------------------（1）3．2擺桿2的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由于3轉(zhuǎn)過(guò)角度，通過(guò)鉸鏈B帶動(dòng)擺桿2繞O點(diǎn)擺動(dòng)角度(如圖5)為:.下面確定其大小。將OABC看作一封閉的矢量多邊形，可寫(xiě)出以下封閉矢量方程式:lOA+lAB=lOC+lCB---------------------------------------------(2)式中:lOA在x、y方向投影分別為b、rc；lAB與x軸夾角為；lOC與y軸夾角為；lCB與x軸夾角為.矢量方程(2)在x、y軸上的投影方程為：即-----------------------(3)式(3)中l(wèi)AB=(b+x)為常量,消去lCB得---------------(4)令---------------------------------------------------------------------------（5）則方程(4)為---------------------------------------------(6)用萬(wàn)能公式代入方程(6)得關(guān)于的一元二次方程,由此解出-----------------------------------(7)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-------------------(9)式(1)兩邊對(duì)求導(dǎo)得---------------------------(10)由式(8)、(9)、(10)得（11）4．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(lái)設(shè)計(jì)橢圓靠模輪廓的曲線方程.用/反轉(zhuǎn)法0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.下面求靠模凸輪上任意一點(diǎn)G的極坐標(biāo)(,)，過(guò)G點(diǎn)作接觸處的公法線PG交OD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:又由方程組解得---------------------------------------------（12）其中已由前式（11）求出，又--------------------------------（13）由圖8--------(14)在中,,由余弦定理:---------------------------(15)此即為G點(diǎn)的值,式中l(wèi)PD,lPG中,由正弦定理:.得.則G點(diǎn)值為----------------------(16)于是G點(diǎn)的坐標(biāo)由式(15)、(16)確定.五:程序設(shè)計(jì)1．編程這里我們用C語(yǔ)言來(lái)對(duì)公式進(jìn)行編制程序：

#include

<stdio.h>

#include

<math.h>

#define

pai

main()

{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;

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*afa)+(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;

sta=%f

rou=%f\n",(afa*180/pai),(sta*180/pai),rou);

}system("pause");}

2．程序結(jié)果

αθρ

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.[5]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(shū).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(lái)可以在數(shù)控機(jī)床上很方便的制造出靠模凸輪.經(jīng)過(guò)這樣改型后的活塞車床是能適