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1、
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成績:
序表
1. 設(shè)計(jì)課題………………………………………………………………………………【3】
2. 開題報(bào)告………………………………………………………………………………【3】
3.方案設(shè)計(jì)………………………………………………………………
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(xiàn)………………………………………………………………………………【15】
……………………………………………………
3、……………………………………【15】
1. 設(shè)計(jì)課題
SI-240B活塞車床橢圓靠模的CAD
2. 開題報(bào)告
“SI-240B活塞車床”是國內(nèi)跟據(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(duì)于單橢圓有:Δ(α) = ( e/ 2) (1 - cos (2α) ) (1)
對(duì)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(jī)床的關(guān)鍵零件——橢圓靠模的理論設(shè)計(jì)方法的課題。
3. 方案設(shè)計(jì)
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(dòng)。使用機(jī)床的動(dòng)鏈保證凸輪1與活塞2同步轉(zhuǎn)
5、動(dòng)。凸輪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。
方案二:
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C點(diǎn)裝刀具,即可實(shí)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(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
6、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)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.
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。所以,取用方案三的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
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(dòng),只研究橢圓某一個(gè)截面的加工. 支架桿4 與2
7、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.
前刀架的運(yùn)動(dòng)分析:
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)活塞的徑向縮減量Δα(雙橢圓) 導(dǎo)出刀架3 的擺動(dòng)規(guī)律φ =φ(α) ; 再導(dǎo)出擺桿2 的運(yùn)動(dòng)規(guī)律ψ = ψ(φ) =ψ(φ(α) ) .
① 刀架3 的擺動(dòng)規(guī)律φ = φ(α)
活塞5 轉(zhuǎn)過α角時(shí),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(yùn)動(dòng)規(guī)律
由于3 轉(zhuǎn)過角度φ(α) ,通過鉸鏈B 帶動(dòng)擺桿2繞O 點(diǎn)擺動(dòng)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(jì)算方便,先求
(8)
式(4) 兩邊對(duì)φ求導(dǎo)并化簡得
(9)
式(1) 兩邊對(duì)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(dòng)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律后,就可以按平底擺動(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”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α.
下面求靠模凸輪上任意一點(diǎn)G 的極坐標(biāo)(ρ,
θ) . 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:
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(diǎn)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(diǎn)θ值為
θ = 90°- ψ0 - ( ∠PDG - α) =90°- ψ0 - ∠PDG +α. (16)
于是G 點(diǎn)的坐標(biāo)由式(15) 、(16) 確定.
5. C語言編程
6. 參考文獻(xiàn)
[1 ] 鄭文緯,吳克堅(jiān). 機(jī)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(jì).北京:清華大學(xué)出版社,2010
[3 ] 同濟(jì)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(jì),是課本知識(shí)和實(shí)際的結(jié)合。
2. 不同學(xué)科的知識(shí)有機(jī)結(jié)合在一起。
3. 通過這次課程設(shè)計(jì),鍛煉我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力,獨(dú)立思考,團(tuán)結(jié)合作,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。