机械原理课程设计--SI-240B活塞车床椭圆靠模的CAD说明书.doc

江汉大学机建学院07级机械原理课程设计班级：b07061011姓名：韩钊学号：200706101125si-240b活塞车床椭圆靠模的cad说明书 机械设计制造及其自动化 班级：b07061011姓名：韩钊 学号：200706101125一、课程设计的目的和要求 机械原理课程设计的是机械专业学生在学完机械原理课程基本内容之后，进行较全面的机构分析与综合及应用计算机的训练，以便加深所学理论知识，和培养独立解决工程中属机械原理方面的实际问题的能力。 具体要求：在老师的指导写，顺序按时完成有关机构的组成和运动分析；凸轮轮廓用解析法设计公式的推导以及cad程序设计的各阶段的任务，并对其具体实例上机计算靠模轮廓；最后编写设计计算说明书。 二、课程设计的内容和步骤 “si-240b活塞车床”是国内据79年从国外引进的“tpo-150金刚石靠模车”仿制的车用发动机活塞裙部曲面加工的专用机床。今年来，随着对活塞使用性能要求的提高，国外新型汽车活塞裙部截面形状多由以往的“单椭圆”改变为“双椭圆” 对于单椭圆有： ()=e(1-cos(2)/2（1） 而对与双椭圆则为： ()=e1-cos2+k(1-cos4)/2（2） 其中2e为“椭圆度”即最大的直径缩减量，k为双椭圆特有的修正系数。由于“top-150”及仿制的 si-240b活塞车床”均只能加工截面为单椭圆活塞裙部曲面，因而无法适应活塞曲面改型的要求，为此某生产汽车配件的厂家 提出了研究该机床的关键零件 椭圆靠模的理论设计方法的课题。 为此，必须明了该机床有关部分（前刀架部分）机构的工作原理，探讨椭圆靠模的设计方法，并从新设计其轮廓曲线，才能真正“消化”这一引进技术设备。开发现有设备的生产潜力，满足生产发展和技术进步的要求。三、机构分析 在加工活塞5时，机床的传动链能保证凸轮1（椭圆靠模）与活塞5同步转动，即=1=s凸轮1转动时将带动摆架2作平面运动（绕c点转动及在c点上的滑动），进而带动刀架3及车刀e作往复摆动，配合活塞自身的转动。以实现活塞椭圆截面的加工。 现将c点高付低代,变化后如图所示：关于靠模凸轮的极坐标公式推导可分为三步： 第一步：先根据活塞预定的径向缩减量导出刀架3的摆动规律。 分析如图所示。当5转动一个角后，在2杆上的e点转过的弧度近似的等如活塞的径向缩减量公式：()=tan（）*h在近似的情况下可以认为： =()/h=e1-cos2+k(1-cos4)/2h （1） 第二步：导出与靠模接触的的推杆的运动规律。 公式推导： 已知：3杆的转角为，2杆的转角为。其中l1，l2，l3，l4已知其中l1=（x+b）2+rc2 ）1/2 ；l2=x+bl3=x； l4=rc 将四边形abco看作一封闭矢量多边行，如图所示。 则有机构的封闭矢量方程式为 l1+l2=l3+l4以复数形式表示为 l1ei+l2ei（-）=l4ei（/2-）+l3ei（-） 取虚部得：l1sin+l2sin=l4sin（/2-）+l3sin取实部得：l1cos-l2cos=l4cos（/2-）-l3cos消去后得到： （rc+ asin）cos+ （b-acos）sin-rc=0 （2）令 a= rc+ asinb= b-acosc= -rc则有：acos+bsin+c=0解方程得： tan/2= （b+（a*a+b*b+c*c)1/2）/(a-c)即： =2arctan(b+（a*a+b*b+c*c）1/2)/(a-c)第三步：椭圆靠模轮廓曲线方程的推导： 这里我们采用凸轮设计的机架反转法求导。 当导出与椭圆靠模相接触的摆动推杆的运动规律之后，即可按平底摆动推杆盘行凸轮轮廓的设计方法即反转机架法。得出椭圆靠模轮廓上各点（图中g）的坐标的解析式在三角形dm0o0中 tan0=m0d/m0o0即：0=arctan（r0-rc）/（a+x）由三星定理可知： 图中过切点g的共法线与连心线od的交点p为凸轮和连杆的相对瞬心 由于两构件的角速度与其绝对速度瞬心至相对速度瞬心的距离成反比。 设凸轮的角速度为w1，摆杆的角速度为w2。于是有： w2/w1 =ldp/lop又因为有： w2/w1=（d/dt）/（d/dt）=d/d= （d/d）*（d/ d）所以，（1）式 对求导：d/ d=e(2sin2+4sin4)/2h =e(sin2+2sin4)/h（2）式 对求导： -（rc+asin）sin*d/d-acoscos+（b-acos）cos* d/d+asinsin=0整理有：（b-acos）cos-（rc+asin）sin *d/d= acoscos-asinsin=0 所以有方程：d/d= a（coscos-sinsin）/（b-acos）cos-（rc+asin）sin即有d/ d= ae（coscos-sinsin）(sin2+2sin4)/ （b-acos）cos-（rc+asin）sin由于ldo=ldp+lpo=(a+x)/cos0 即可得到lop , lod在三角形pom中：lpm=lposin（+0）哪么：lpg=lpm+rc 在三角形dpg中： 由余弦定理： ldg2=ldp2+lpg2-2lpg*ldp*cosdpg即 2= ldp2+lpg2-2lpg*ldp*cos（/2+0） （式中所有值都可用含的表达式表示）由正弦定理： ldg/sindpg=lpg/singdo即gdo=arcsinlpgsin（/2+0）/由图中的几何关系易知：=/2-0-(gdo-)（式中所有值都可用含的表达式表示） 四、程序设计 加工“斯太” 活塞（某卡车活塞，裙部截面为双椭圆，k=-0.12）的椭圆靠模轮廓。此外，对于活塞的某典型截面，e，x为确定的已知值a=b+x=65mm，h=40mm，r0=53mm，x=40mm 截面的椭圆度2e=0.8mm。要求凸轮每10算一个轮廓点，即靠模整周算36个点。这里用c语言来对公式进行编制程序： #include #include #definepai3.141592654 main() 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=%frou=%fn,(afa*180/pai),(sta*180/pai),rou); 五、程序结果 0 0.0076740 53.0000000 10 12.9425820 53.0965500 20 24.6688070 53.2866900 30 34.7125690 53.4419060 40 43.2388480 53.5771830 50 50.9838280 53.8035160 60 59.0427480 54.1433720 70 68.3656290 54.4650960 80 79.1967790 54.6476710 90 90.9371630 54.6982920 100 102.5435950 54.6461220 110 113.0951580 54.4608000 120 122.1517630 54.1418420 130 129.8953400 53.8032230 140 137.1582080 53.5851780 150 145.1960430 53.4728200 160 155.0635900 53.3181880 170 166.9436380 53.1040340 180 180.0076460 53.0000000 190 192.9425620 53.0965500 200 204.6687810 53.2866860 210 214.7125470 53.4419060 220 223.2388220 53.5771830 230 230.9838200 53.8035130 240 239.0427330 54.1433720 250 248.3656130 54.4650960 260 259.1967630 54.6476710 270 270.9371480 54.6982960 280 282.5435790 54.6461220 290 293.0951290 54.4608040 300 302.1517410 54.1418380 310 309.8953180 53.8032260 320 317.1581860 53.5851780 330 325.1960070 53.4728200 340 335.0635540 53.3181840 350 346.9436020 53.1040340 360 360.0076230 53.0000000 六、