SI-240B活塞車床橢圓靠模的CAD設(shè)計

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1、 姓名： 學(xué)院： 專業(yè)： 班級： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 成績： 序表 1. 設(shè)計課題………………………………………………………………………………【3】 2. 開題報告………………………………………………………………………………【3】 3．方案設(shè)計………………………………………………………………

2、………………【4】 方案一…………………………………………………………………………【4】 方案二…………………………………………………………………………【5】 方案三…………………………………………………………………………【6】 4．公式推導(dǎo)………………………………………………………………………………【6】 ………………………………………………………………………………【13】 6. 參考文獻………………………………………………………………………………【15】 ……………………………………………………

3、……………………………………【15】 1. 設(shè)計課題 SI-240B活塞車床橢圓靠模的CAD 2. 開題報告 “SI-240B活塞車床”是國內(nèi)跟據(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,國內(nèi)外新型汽車活塞裙部截面形狀由以往的“單橢圓”改變?yōu)椤半p橢圓”。二者的區(qū)別在于（見圖1）徑向縮減量Δ(α)的變化規(guī)律不同。 對于單橢圓有：Δ(α) = ( e/ 2) (1 - cos (2α) ) （1） 對于雙橢圓

4、有：Δ(α) = ( e/ 2) (1 - cos (2α) + k (1 - cos (4α) ) ) （2） 式中: 2 e 為“橢圓度”,即最大直徑縮減量; 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。 3. 方案設(shè)計 方案一： 如圖所示，凸輪1為該橢圓靠模，桿三由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)

5、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。 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C點裝刀具，即可實現(xiàn)活塞橢圓截面的加工。 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

6、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(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. 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(gòu)運轉(zhuǎn)復(fù)雜，機構(gòu)的尺寸也不合適。所以，取用方案三的設(shè)計方法進行設(shè)計。 4. 公式推導(dǎo) 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

7、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(jié)構(gòu)圖如圖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Δα(雙橢圓) 導(dǎo)出刀架3 的擺動規(guī)律φ =φ(α) ; 再導(dǎo)出擺桿2 的運動規(guī)律ψ = ψ(φ) =ψ(φ(α) ) . ① 刀架3 的擺動規(guī)律φ = φ(α) 活塞5 轉(zhuǎn)過α角時,產(chǎn)生的徑向縮減量為: Δ(α) = ( e/ 2) (1 - cos (2α) + k (1 - cos (4α) ) ) . 則刀架3 擺過的角度(如圖4

8、) 為: φ(α) = Δ(α) / h =( e/ (2 h) ) (1 - cos (2α) + k (1 -cos(4α) ) ) .(1) ② 擺桿2 的運動規(guī)律 由于3 轉(zhuǎn)過角度φ(α) ,通過鉸鏈B 帶動擺桿2繞O 點擺動角度(如圖5) 為:ψ = ψ(φ) = ψ(φ(α) ) . 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180°- φ; lOC 與y 軸夾角為ψ

9、; lCB與x軸夾角 為180°- ψ. 矢量方程(2) 在x 、y 軸上的投影方程為 b + lAB (180°- φ) = rc sin ψ + lCB cos (180°- ψ) , rc + lAB sin (180°-φ) = rc cos ψ + lCB sin (180°- ψ) . 即　　 b - lAB cos φ = rc sin ψ - lCB cos ψ, rc + lAB sinφ = rc cos ψ+ lCB sin ψ. (3) 式(3) 中l(wèi)AB = ( b + x ) 為常量,消去lCB 得 (rc + (

10、b + x ) sinφ) cos ψ +( b - ( b + x ) cos φ) sin ψ - rc = 0. (4) 令 A = rc + ( b + x ) sinφ, B = b - ( b + x) cos φ, C = - rc. (5) 則方程(4) 為 Ac

11、os ψ + B sin ψ + C = 0. (6) 用萬能公式代入方程(6) 得關(guān)于tan (ψ/ 2) 的一元二次方程,由此解出 ψ = 2arctan () (7) 式(7) 中A 、B 均為α的函數(shù),故ψ也為α的函數(shù). 為了計算方便,先求 (8) 式(4) 兩邊對φ求導(dǎo)并化簡得 (9) 式(1) 兩邊對α求導(dǎo)得 (10) 由式(8) 、(

12、9) 、(10) 得 (11) 　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”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α. 下面求靠模凸輪上任意一點G 的極坐標(ρ, θ) . 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

13、 解得 (12) 其中已由前式（11）求出。又 (13) 由圖6 l PG = rc + lOPsin (ψ +ψ0) = rc + ( lODsin (ψ + ψ0) / (1 +)) (14) 在ΔPDG 中, ∠DPG = 90°+ψ +ψ0 ,由余弦定理: (15) 此即為G 點的ρ值, 式中l(wèi) PD , l P

14、G 分別由式(12) ，(14) 求出. 又在ΔPDG 中,由正弦定理: lDG/ sin ∠DPG = l PG / sin ∠PDG , ρ/ sin ∠DPG = l PG / sin ∠PDG. 得 ∠PDG = arcsin (l PG sin ∠PDG/ρ) . 則G 點θ值為 θ = 90°- ψ0 - ( ∠PDG - α) =90°- ψ0 - ∠PDG +α. (16) 于是G 點的坐標由式(15) 、(16) 確定. 5. C語言編程 6. 參考文獻 [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 ] 　陳剛.C語言程序設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社，2010 [3 ] 　同濟大學(xué)數(shù)學(xué)系.北京：高等教育出版社，2007 7. 小結(jié) 1. 本次課程設(shè)計，是課本知識和實際的結(jié)合。 2. 不同學(xué)科的知識有機結(jié)合在一起。 3. 通過這次課程設(shè)計，鍛煉我們綜合運用所學(xué)知識的能力，獨立思考，團結(jié)合作，嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。