1、<p><b>　　機(jī)械原理課程設(shè)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(xué)院： </p><p>　　專業(yè)： &

2、lt;/p><p>　　班級： </p><p>　　學(xué)號： </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)計的目的和要求…………………………………………………………3</p><p>　　二：課程設(shè)計的內(nèi)容和步驟…………………………………………………………3</p><p>　　三：方案設(shè)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(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(dǎo)………………………………………………11</p><p

7、>　　五:程序設(shè)計…………………………………………………………………………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…………………………………………

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)計的目的和要求</p><p>　　機(jī)械原理課程設(shè)計的是機(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)用計算機(jī)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(jī)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(dǎo)下，順序按時完成有關(guān)機(jī)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(jī)計算靠模輪廓；最后編寫設(shè)計計算說明書。</p><p>　　二：課程設(shè)計的內(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)動機(jī)活塞裙部曲面加工的專用機(jī)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(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)計方法的課題。 </p><p><b>　　三：方案設(shè)計</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(jī)床的動鏈保證凸輪1與活塞2同步轉(zhuǎn)動。凸

13、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。</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(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。</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(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(jī)床的傳動鏈保證橢圓靠模1 與要加工的活塞5 同步轉(zhuǎn)

15、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。</p><p><b>　　2．方案比較</b></p><p>　　將三種方案進(jìn)行比較，方案一對切削刀具的要求過高；方案二的機(jī)構(gòu)運轉(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)計方法進(jìn)行設(shè)計。</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(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(jī)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。</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，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.</p><p>　　3．前刀架的運動分析</p><p>　　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

19、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.</p><p>　　3．1 刀架3的擺動規(guī)律</p><p>　　活塞5轉(zhuǎn)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(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:</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).為了計算方便,先求</p><p>　　---------------------------------------------------(8)</p><p>　　式(4)兩邊對求導(dǎo)并化簡得</p><p>　　-------------------(9)</p><p>　　式(1)兩邊對求導(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(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(jī)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.</p><p>　　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:</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(biāo)由式(15)、(16)確定.</p><p><b>　　五:程序設(shè)計</b></p><p><b>　　1．編程</b></p><p>　　這里我們用C語言來對公式進(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</p><p><b>　　七：參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 鄭文緯,吳克堅.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(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.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)用解析法先對機(jī)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(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,確定凸輪輪廓上各點的坐標(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,本文也是解析法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)一個很好的應(yīng)用實例。</p><p>　　2．本次課程設(shè)計，是課本知識和實踐的結(jié)合，需要我們充分利用所學(xué)的知識，同時要有創(chuàng)新的思維。</p><p>　　3．設(shè)計時會用到C語言，高數(shù)等工具學(xué)科，體現(xiàn)了各學(xué)科之間的綜合運用，能較全面的檢驗我們所