機(jī)械原理--課程設(shè)計(jì)----si_240b活塞車床_橢圓靠模的cad

1、<p><b>　　機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　----SI-240B活塞車床橢圓靠模的CAD說明書</p><p>　　姓名： </p><p>　　學(xué)院： </p><p>　　專業(yè)： &

2、lt;/p><p>　　班級(jí)： </p><p>　　學(xué)號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　成績： </p><p><b>　　序表</b><

3、;/p><p>　　一：課程設(shè)計(jì)的目的和要求…………………………………………………………3</p><p>　　二：課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟…………………………………………………………3</p><p>　　三：方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………4</p><p>　　1．提出方案……………………………………………………

4、……………………4</p><p>　　1.1 方案一………………………………………………………………………4</p><p>　　1.2 方案二………………………………………………………………………4</p><p>　　1.3 方案三………………………………………………………………………5</p><p>　　2．方案比較……………………

5、……………………………………………………6</p><p>　　四：機(jī)構(gòu)分析…………………………………………………………………………6</p><p>　　1．主機(jī)構(gòu)（前刀架）的工作原理…………………………………………………6</p><p>　　2．前刀架的結(jié)構(gòu)分析………………………………………………………………7</p><p>　　3．

6、前刀架的運(yùn)動(dòng)分析………………………………………………………………8</p><p>　　3.1 刀架3的擺動(dòng)規(guī)律………………………………………………8</p><p>　　3.2 擺桿2的運(yùn)動(dòng)規(guī)律…………………………………………………………9</p><p>　　4．橢圓靠模輪廓曲線方程的推導(dǎo)………………………………………………11</p><p

7、>　　五:程序設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………13</p><p>　　1．編程……………………………………………………………………………13</p><p>　　2．程序結(jié)果……………………………………………………………………… 15</p><p>　　六：橢圓靠模輪廓曲線CAD程序設(shè)計(jì)…………………………………………

8、……16</p><p>　　七：參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………16</p><p>　　八：結(jié)束語……………………………………………………………………………17</p><p>　　一：課程設(shè)計(jì)的目的和要求</p><p>　　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)

9、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。 </p><p>　　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。</p><p>　　二：課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟</p><p

10、>　　“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(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)椤半p橢圓”(如圖1) 對(duì)于單橢圓有：</p><p><b>　　而對(duì)與雙橢圓則為：</b></p><p>　　其中2e為“橢圓度

11、”——即最大的直徑縮減量，k為雙橢圓特有的修正系數(shù)。</p><p>　　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(jī)床的關(guān)鍵零件——橢圓靠模的理論設(shè)計(jì)方法的課題。 </p><p><b>　　三：方案設(shè)計(jì)</b></p><

12、;p><b>　　1．提出方案</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　1.1方案一：</b></p><p>　　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

13、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。</p><p><b>　　1.2方案二：</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　1.

14、3方案三：</b></p><p>　　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)

15、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。</p><p><b>　　2．方案比較</b></p><p>　　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

16、設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　四：機(jī)構(gòu)分析</b></p><p>　　1．主機(jī)構(gòu)（前刀架）的工作原理</p><p>　　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

17、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)。</p><p>　　2．前刀架的

18、結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　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.</p><p>　　3．前刀架的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　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

19、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.</p><p>　　3．1 刀架3的擺動(dòng)規(guī)律</p><p>　　活塞5轉(zhuǎn)過角時(shí),產(chǎn)生的徑向縮減量為:</p><p>　　則刀架3擺過的角度(如圖4)為: </p><p>　　--------------------------------（1）</p><p

20、>　　3．2 擺桿2的運(yùn)動(dòng)規(guī)律</p><p>　　由于3轉(zhuǎn)過角度，通過鉸鏈B帶動(dòng)擺桿2繞O點(diǎn)擺動(dòng)角度(如圖5)為:</p><p><b>　　.</b></p><p>　　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---------------------------

21、------------------(2)</p><p>　　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：</p><p><b>　　即 </b></p><p>　　-----------------------(3)</p>

22、<p>　　式(3)中l(wèi)AB=(b+x)為常量,消去lCB得</p><p>　　---------------(4)</p><p>　　令---------------------------------------------------------------------------（5）</p><p><b>　　則方程(4)為&

23、lt;/b></p><p>　　---------------------------------------------(6)</p><p>　　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</p><p>　　-----------------------------------(7)</p><p>　　式(7)中A

24、、B均為的函數(shù),故也為的函數(shù).為了計(jì)算方便,先求</p><p>　　---------------------------------------------------(8)</p><p>　　式(4)兩邊對(duì)求導(dǎo)并化簡得</p><p>　　-------------------(9)</p><p>　　式(1)兩邊對(duì)求導(dǎo)得</

25、p><p>　　---------------------------(10)</p><p>　　由式(8)、(9)、(10)得</p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　4．橢圓靠模輪廓曲線方程的推導(dǎo)</p><p>　　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

26、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.</p><p>　　下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:</p>&l

27、t;p><b>　　又由方程組</b></p><p>　　解得---------------------------------------------（12）</p><p>　　其中已由前式（11）求出，又</p><p>　　--------------------------------（13）</p><p

28、><b>　　由圖8</b></p><p>　　--------(14)</p><p>　　在中,,由余弦定理:</p><p>　　---------------------------(15)</p><p>　　此即為G點(diǎn)的值,式中l(wèi)PD,lPG分別由式(12), (14)求出.又在中,由正弦定理:<

29、;/p><p><b>　　.</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　.</b></p><p><b>　　則G點(diǎn)值為</b></p><p>　　----------------------(1

30、6)</p><p>　　于是G點(diǎn)的坐標(biāo)由式(15)、(16)確定.</p><p><b>　　五:程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1．編程</b></p><p>　　這里我們用C語言來對(duì)公式進(jìn)行編制程序： #include <stdio.h>&#

31、160;#include <math.h> #define  pai 3.141592654 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,r

32、ou,sta;          od=sqrt((a+x)*(a+x)+(r0-rc)*(r0-rc));          ksai0=atan((r0-rc)/(a+x)); for (afa=0.00000

33、00001;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);</p><p>　　B=b-a*cos(fai);   &#

34、160;  C=-rc;      D=B+sqrt(B*B-C*C+A*A);      E=A-C;      y=D/E;      ksai=2*atan(y);&

35、#160;     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;   &

36、#160;  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

37、+ksai0+ksai));      H=(pg*sin(pai/2+ksai0+ksai))/rou;      sta=pai/2-ksai0-asin(H)+afa; </p><p>　　printf("afa=%3.0f sta=%10.6f

38、0;rou=%f\n",(afa*180/pai),(sta*180/pai),rou); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　system("pause");</p><p><b>　　} </b></p><p>&l

39、t;b>　　2．程序結(jié)果 </b></p><p>　　α θ ρ</p><p>　　六：橢圓靠模輪廓曲線CAD程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　七：參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 鄭文緯,吳克堅(jiān).機(jī)械原理(第七版)[M].北京:高

40、等教育出版社,1997.</p><p>　　[2] 孫 桓.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社,1982. </p><p>　　[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.</p><p>　　[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.</p><p>　　[5]

41、陳剛.C語言程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社,2010.</p><p>　　[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.</p><p><b>　　八：結(jié)束語</b></p><p>　　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).

42、這樣一來可以在數(shù)控機(jī)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(shí),本文也是解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)一個(gè)很好的應(yīng)用實(shí)例。</p><p>　　2．本次課程設(shè)計(jì)，是課本知識(shí)和實(shí)踐的結(jié)合，需要我們充分利用所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)要有創(chuàng)新的思維。</p><p>　　3．設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)用到C語言，高數(shù)等工具學(xué)科，體現(xiàn)了各學(xué)科之間的綜合運(yùn)用，能較全面的檢驗(yàn)我們所