機械原理--課程設計----si_240b活塞車床_橢圓靠模的cad

1、<p><b>　　機械原理課程設計</b></p><p>　　----SI-240B活塞車床橢圓靠模的CAD說明書</p><p>　　姓名： </p><p>　　學院： </p><p>　　專業(yè)： &

2、lt;/p><p>　　班級： </p><p>　　學號： </p><p>　　指導老師： </p><p>　　成績： </p><p><b>　　序表</b><

3、;/p><p>　　一：課程設計的目的和要求…………………………………………………………3</p><p>　　二：課程設計的內容和步驟…………………………………………………………3</p><p>　　三：方案設計…………………………………………………………………………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：機構分析…………………………………………………………………………6</p><p>　　1．主機構（前刀架）的工作原理…………………………………………………6</p><p>　　2．前刀架的結構分析………………………………………………………………7</p><p>　　3．

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

7、>　　五:程序設計…………………………………………………………………………13</p><p>　　1．編程……………………………………………………………………………13</p><p>　　2．程序結果……………………………………………………………………… 15</p><p>　　六：橢圓靠模輪廓曲線CAD程序設計…………………………………………

8、……16</p><p>　　七：參考文獻…………………………………………………………………………16</p><p>　　八：結束語……………………………………………………………………………17</p><p>　　一：課程設計的目的和要求</p><p>　　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

9、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。 </p><p>　　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。</p><p>　　二：課程設計的內容和步驟</p><p

10、>　　“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) 對于單橢圓有：</p><p><b>　　而對與雙橢圓則為：</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鍵零件——橢圓靠模的理論設計方法的課題。 </p><p><b>　　三：方案設計</b></p><

12、;p><b>　　1．提出方案</b></p><p>　　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。</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。使用機床的動鏈保證凸輪1與活塞2同步轉動。凸

13、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。</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。</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。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

15、動，即α1 = α5 = α. 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。</p><p><b>　　2．方案比較</b></p><p>　　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

16、設計方法進行設計。</p><p><b>　　四：機構分析</b></p><p>　　1．主機構（前刀架）的工作原理</p><p>　　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

17、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.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。</p><p>　　2．前刀架的

18、結構分析</p><p>　　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.</p><p>　　3．前刀架的運動分析</p><p>　　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

19、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.</p><p>　　3．1 刀架3的擺動規(guī)律</p><p>　　活塞5轉過角時,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的運動規(guī)律</p><p>　　由于3轉過角度，通過鉸鏈B帶動擺桿2繞O點擺動角度(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).為了計算方便,先求</p><p>　　---------------------------------------------------(8)</p><p>　　式(4)兩邊對求導并化簡得</p><p>　　-------------------(9)</p><p>　　式(1)兩邊對求導得</

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</p><p>　　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

26、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0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.</p><p>　　下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:</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點值為</b></p><p>　　----------------------(1

30、6)</p><p>　　于是G點的坐標由式(15)、(16)確定.</p><p><b>　　五:程序設計</b></p><p><b>　　1．編程</b></p><p>　　這里我們用C語言來對公式進行編制程序： #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．程序結果 </b></p><p>　　α θ ρ</p><p>　　六：橢圓靠模輪廓曲線CAD程序設計</p><p><b>　　七：參考文獻</b></p><p>　　[1] 鄭文緯,吳克堅.機械原理(第七版)[M].北京:高

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

41、陳剛.C語言程序設計.北京：清華大學出版社,2010.</p><p>　　[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.</p><p><b>　　八：結束語</b></p><p>　　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.

42、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汽車活塞改型后的加工要求的.同時,本文也是解析法設計四桿機構、凸輪機構一個很好的應用實例。</p><p>　　2．本次課程設計，是課本知識和實踐的結合，需要我們充分利用所學的知識，同時要有創(chuàng)新的思維。</p><p>　　3．設計時會用到C語言，高數(shù)等工具學科，體現(xiàn)了各學科之間的綜合運用，能較全面的檢驗我們所