機械原理-課程設(shè)計-SI-240B活塞車床-橢圓靠模的CAD

.11/11機械原理課程設(shè)計SI-240B活塞車床橢圓靠模的CAD說明書__學(xué)院：專業(yè)：____指導(dǎo)成績：序表一：課程設(shè)計的目的和要求…………3二：課程設(shè)計的內(nèi)容和步驟…………3三：方案設(shè)計…………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：機構(gòu)分析…………61．主機構(gòu)〔前刀架的工作原理…………………62．前刀架的結(jié)構(gòu)分析………………73．前刀架的運動分析………………83.1刀架3的擺動規(guī)律………………83.2擺桿2的運動規(guī)律…………94．橢圓靠模輪廓曲線方程的推導(dǎo)………………11五:程序設(shè)計…………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………………16七：參考文獻(xiàn)…………16八：結(jié)束語……………17一：課程設(shè)計的目的和要求機械原理課程設(shè)計的是機械專業(yè)學(xué)生在學(xué)完機械原理課程基本內(nèi)容之后,進(jìn)行較全面的機構(gòu)分析與綜合及應(yīng)用計算機的訓(xùn)練,以便加深所學(xué)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(dǎo)下,順序按時完成有關(guān)機構(gòu)的組成和運動分析；凸輪輪廓用解析法設(shè)計公式的推導(dǎo)以及CAD程序設(shè)計的各階段的任務(wù),并對其具體實例上機計算靠模輪廓；最后編寫設(shè)計計算說明書。二：課程設(shè)計的內(nèi)容和步驟"SI-240B活塞車床"是國內(nèi)據(jù)79年從國外引進(jìn)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?yōu)?雙橢圓"<如圖1>對于單橢圓有：而對與雙橢圓則為：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床的關(guān)鍵零件——橢圓靠模的理論設(shè)計方法的課題。

三：方案設(shè)計1．提出方案 為了得到最科學(xué),最合理的設(shè)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。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(zhuǎn)動。凸輪1轉(zhuǎn)動時將帶動3做往復(fù)垂直運動。配合活塞自身的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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：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,機床的傳動鏈保證橢圓靠模1與要加工的活塞5同步轉(zhuǎn)動,即α1=α5=α.凸輪1轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動,實現(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,方案一對切削刀具的要求過高；方案二的機構(gòu)運轉(zhuǎn)復(fù)雜,機構(gòu)的尺寸也不合適。綜合比較,最終取用方案三的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計。四：機構(gòu)分析1．主機構(gòu)〔前刀架的工作原理SI-240B活塞車床0前刀架部分機構(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(biāo)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(zhuǎn)動,即.凸輪1轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計。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,只研究橢圓某一個截面的加工。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(jìn)一步等效代替,最后,前刀架部分結(jié)構(gòu)圖如圖3.3．前刀架的運動分析運動分析的目的是推導(dǎo)出擺桿2的擺動規(guī)律,以便設(shè)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(dǎo)出刀架3的擺動規(guī)律；再導(dǎo)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(zhuǎn)過角時,產(chǎn)生的徑向縮減量為:則刀架3擺過的角度<如圖4>為:〔13．2擺桿2的運動規(guī)律由于3轉(zhuǎn)過角度,通過鉸鏈B帶動擺桿2繞O點擺動角度<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).為了計算方便,先求<8>式<4>兩邊對求導(dǎo)并化簡得<9>式<1>兩邊對求導(dǎo)得<10>由式<8>、<9>、<10>得〔114．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(shè)計方法來設(shè)計橢圓靠模輪廓的曲線方程.用/反轉(zhuǎn)法0給整個凸輪機構(gòu)加一個與靠模凸輪轉(zhuǎn)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(shè)此時反轉(zhuǎn)的角度為A.下面求靠模凸輪上任意一點G的極坐標(biāo)<,>,過G點作接觸處的公法線PG交OD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: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點的值,式中l(wèi)PD,lPG分別由式<12>,<14>求出.又在中,由正弦定理:.得.則G點值為<16>于是G點的坐標(biāo)由式<15>、<16>確定.五:程序設(shè)計1．編程這里我們用C語言來對公式進(jìn)行編制程序：#include<stdio.h>#include<math.h>#definepai3.141592654main<>{floata=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;printf<"afa=%3.0fsta=%10.6frou=%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)計七：參考文獻(xiàn)[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(gòu)設(shè)計<第二版>[M].北京:機械工業(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語言程序設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社,2010.[6]羅洪田.機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書.北京：高等教育出版社.1986.八：結(jié)束語1．本文應(yīng)用解析法先對機構(gòu)進(jìn)行位置分析,并推導(dǎo)出凸輪從動件的運動規(guī)律.然后用解析法對凸輪機構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,確定凸輪輪廓上各點的坐標(biāo).這樣一來可以在數(shù)控機床上很方便的制造出靠模凸輪.經(jīng)過這樣改型后的活塞車床是能適應(yīng)汽車活塞改型后的加工要求的.同時,本文也是解析法設(shè)計四桿機