SI-240B活塞車床橢圓靠模的CAD設計

1、 姓名： 學院： 專業(yè)： 班級： 學號： 指導老師： 成績： 序表1. 設計課題【3】2. 開題報告【3】3方案設計【4】 方案一【4】 方案二【5】 方案三【6】4公式推導【6】【13】6. 參考文獻【15】【15】1. 設計課題SI-240B活塞車床橢圓靠模的CAD2. 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()的變化規(guī)律不同。對于單橢圓有：() = ( e/ 2)

2、(1 - cos (2) ) 1對于雙橢圓有：() = ( e/ 2) (1 - cos (2) + k (1 - cos (4) ) ) 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。3. 方案設計方案一：如下圖，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同步轉動。凸輪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

3、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 同步轉動,即1 = 5 = . 凸輪1 轉動將帶動

4、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.將三種方案進行比擬，方案一對切削刀具的要求過高；方案二的機構運轉復雜，機構的尺寸也不適宜。所以，取用方案三的設計方法進行設計。4. 公式推導 前刀架的結構分析：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,前刀架局部結構圖如圖3.前刀架的運動分析：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)活塞的徑向縮減量

5、(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 = () =() ) . 刀架3 的擺動規(guī)律 = ()活塞5 轉過角時,產(chǎn)生的徑向縮減量為:() = ( e/ 2) (1 - cos (2) + k (1 - cos (4) ) ) .那么刀架3 擺過的角度(如圖4) 為:() = () / h =( e/ (2 h) ) (1 - cos (2) + k (1 -cos(4) ) ) .(1) 擺桿2 的運動規(guī)律由于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: = () = () ) .下面確定其大小. 將OABC 看作一封閉的矢量多邊

6、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°- ; lOC 與y 軸夾角為; lCB與x軸夾角為180°- . 矢量方程(2) 在x 、y 軸上的投影方程為b + lAB (180°- ) = rc sin + lCB cos (180°- ) ,rc + lAB sin (180°-) = rc cos + lCB sin (180°- ) .即b - lAB cos = rc sin - lCB cos ,

7、rc + lAB sin = rc cos + lCB sin . (3)式(3) 中l(wèi)AB = ( b + x ) 為常量,消去lCB 得(rc + ( b + x ) sin) cos +( b - ( b + x ) cos ) sin - rc = 0. (4)令 A = rc + ( b + x ) sin, B = b - ( b + x) cos , C = - rc. (5)那么方程(4) 為Acos + B sin + C = 0. (6)用萬能公式代入方程(6) 得關于tan (/ 2) 的一元二次方程,由此解出 = 2arctan () (7)式(7) 中A 、B 均為的

8、函數(shù),故也為的函數(shù).為了計算方便,先求 (8)式(4) 兩邊對求導并化簡得 (9)式(1) 兩邊對求導得 (10)由式(8) 、(9) 、(10) 得 (11) 橢圓靠模輪廓曲線方程的推導： 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.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,那么P 為靠模凸輪1 與擺桿2 的相對速度瞬心. 于是擺桿

9、2 與靠模凸輪1 的瞬時角速度之比為:又由方程組 解得 (12)其中已由前式11求出。又 (13)由圖6l PG = rc + lOPsin ( +0) =rc + ( lODsin ( + 0) / (1 +) (14)在PDG 中, DPG = 90°+ +0 ,由余弦定理: (15)此即為G 點的值, 式中l(wèi) PD , l PG 分別由式(12) ，(14) 求出. 又在PDG 中,由正弦定理:lDG/ sin DPG = l PG / sin PDG ,/ sin DPG = l PG / sin PDG.得PDG = arcsin (l PG sin PDG/) .那么G 點值為 = 90°- 0 - ( PDG - ) =90°- 0 - PDG +. (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,