文档介绍：课题: SI---240B活塞车床椭圆
靠模的CAD
一、课程设计的目的和要求
机械原理课程设计是机械类专业学生在学完机械原理课程的基本内容之后,,也可以培养我们学生在可后对机械设计的兴趣和独立解决工程中属于机械原理方面的实际问题的能力.
本课程设计的具体要求是:在指导老师的指导下,顺序按时地完成有关机构的组成和运动分析;凸轮轮廓的解析法设计公式的推导以及CAD的程序设计的阶段任务;并对具体实例上级计算靠模轮廓;最后编写设计说明书.
在设计过程中需要运用所学的知识对加工活塞的靠模机构进行设计并取其优的设计理念.
二、课程设计的内容和步骤
“SI--240B活塞车床”是国内79年从国外引进的“TPO—150金刚石靠模车”,随着对活塞使用性能要求的提高,国内外新型汽车活塞的裙部截面形状多由以往的“单椭圆”改变为“双椭圆”。两者区别在于(见下图1)径向缩减量△(α)的变化规律不同.
对于单椭圆有:
△(α)=e(1-cos(2α))/2
而对于双椭圆有:
△(α)=e[1-cos(2α)+k(1-cos(4α))]/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“TPO—150”及仿制的“SI—140B活塞车床”均只能加工截面为单椭圆的活塞裙部曲面。
(裙部示意简图如下图表Ⅰ)
图表 1
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。
对此,必须明了该机床有关部分(剪刀架部分)机构的工作原理,探讨椭圆靠模的设计方法,并重新设计其轮廓曲线,才能真正“消化”这一引进的技术设备,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。
“SI-240B活塞车床”主机构剪刀架部分机构组成如图表2所示(其中1为靠模;5为活塞)
图表 2
如图摆架2相当于一个平面的摆动推杆,不过其又端是由支架4的尖端C支撑;支架4则受另一纵向模板(移动凸轮)控制,可作横向移动(其位移量X可根据其上的指针位置可从标尺上读出)以便使活塞的不同截面有各种不同的预定的椭圆度。
刀架3用铰链A和B分别与机架6及摆架2相连接。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α=α1=α5。凸轮1转动时将带动摆架2做平面运动(绕C点转动及在C点上滑动)。继而带动刀架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。
本方案结构简单,除待加工件外,活动件有4个,活动副有5个,自由度为1。其中构件3绕构件A转动,5绕F运动,1绕D转动。
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α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
  则有:△(α)=tan(Φ)*h
    在近似的情况下可以认为:   
Φ=△(α)/h=e[1-cos2α+k(1-cos4α)]/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Φ,2杆的转角为Ψ。
|AB|=a A点坐标(b,rc)
 如图所示
设B点坐标为(x,y)
用Φ来表示B点坐标
则有:|x|=acosΦ-b ②
|y|= rc+ asinΦ③
用Ψ来表示B点坐标
则有:|x|=|BC|cosΨ- rcsinΨ④
|y|=|BC|sinΨ+rccosΨ⑤
由②④得|BC|cosΨ= rcsinΨ+ acosΦ-b ⑥
由③⑤得|BC|sinΨ= -rccosΨ+ asinΦ+rc ⑥
由⑤除⑥得:
cosΨ/sinΨ=(rcsinΨ+acosΦ-b)/(-rccosΨ+asinΦ+rc)
化简得
(rc+asinΦ)cosΨ+(b-acosΦ)sinΨ-rc=0 ⑦
令
  A=  rc+ asinΦ
  B=  b-acosΦ
C=  -rc
则有:AcosΨ+BsinΨ+C=0  
解方程得:
tanΨ/2= (B+(A*A+B*B+C*C)1/2)/(A-C)
即:
  Ψ=2arctan(B+(A*A+B*B+