CN106021809A - 球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法 - Google Patents

球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106021809A
CN106021809A CN201610401944.9A CN201610401944A CN106021809A CN 106021809 A CN106021809 A CN 106021809A CN 201610401944 A CN201610401944 A CN 201610401944A CN 106021809 A CN106021809 A CN 106021809A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cam
sphere
epicycloid
swash plate
coordinate system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610401944.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106021809B (zh
Inventor
梁伟阁
刘方
田福庆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Naval University of Engineering PLA
Original Assignee
Naval University of Engineering PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Naval University of Engineering PLA filed Critical Naval University of Engineering PLA
Priority to CN201610401944.9A priority Critical patent/CN106021809B/zh
Publication of CN106021809A publication Critical patent/CN106021809A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106021809B publication Critical patent/CN106021809B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法，从斜盘与缸体之间的运动关系出发，得到球面长辐外摆线凸轮的理论型线表达式，并进一步推导出其实际型线方程，然后将球面的半径设置为变量，从而得到球面长辐外摆线凸轮的实际型面，本发明与数控加工技术相结合，能生产出高精度的球面长辐外摆线凸轮。

Description

球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法
技术领域
本发明涉及热动力发动机设计技术领域，具体地指一种球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法。
背景技术
现有的斜盘发动机约束机构为非严格同步的约束机构，发动机稳定运转时，斜盘发动机的斜盘组件却始终处于变角速度的状况下工作，存在一个始终变化着的无法平衡的惯性力矩，随着斜盘组件转运惯量的增大，这种无法平衡的惯性力矩的量值也增大，成为发动机工作噪声的激励源。影响了斜盘发动机运行的平稳性。
针对上述技术问题，技术人员设计出了球面长辐外摆线凸轮约束机构，该机构可以保证周转斜盘与缸体之间的运动具备严格的同步特性，消除由斜盘组件引起的惯性力矩，减小凸轮约束机构的摩擦磨损，为发动机的减振降噪和整机平衡创造条件。目前，现有的球面长辐外摆线凸轮约束机构均由人工打磨加工，加工精度不高，造成了滚轮在机构内无法完全贴合，滚轮和凸轮之间存在的接触力，容易造成凸轮变形，加速了斜盘发动机的磨损。
发明内容
本发明就是针对上述技术问题，提供一种球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法，该方法与数控加工技术相结合，能生产出高精度的球面长辐外摆线凸轮。
为实现上述目的，本发明所设计的一种球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：建立球面长辐外摆线凸轮的工作坐标系o-x4y4z4,其中，x4轴与斜盘发动机基准坐标系o-xyz的x轴重合，z4轴与发动机球面长辐外摆线凸轮的纵对称平面和横对称平面的交线重合,球面长辐外摆线凸轮的工作坐标系o-x4y4z4的顶点o与斜盘发动机基准坐标系o-xyz的顶点o重合，当球面长辐外摆线凸轮的工作坐标系o-x4y4z4相对于斜盘发动机基准坐标系o-xyz转动时，二者之间存在以下函数关系:
公式1中，为球面长辐外摆线凸轮转角；
步骤2：当斜盘发动机的内轴固定不动时，设坐标系o-xyz的顶点o到斜盘发动机周转斜盘的滚轮轴线中某点的距离的单位矢径为且坐标系o-x4y4z4的初始位置位于斜盘发动机的分界平面内，当斜盘发动机的斜盘与斜盘发动机的缸体转过角后，在o-xyz坐标系中的表达式为：
将转换至坐标系o-x4y4z4，则为：
公式3中，为单位矢量在o-x4y4z4坐标系中x4轴的分量，为单位矢量在o-x4y4z4坐标系中y4轴的分量；为单位矢量在o-x4y4z4坐标系中z4轴分量，公式3为球面长辐外摆线凸轮在以工作坐标系o-xyz的顶点o为球心的单位球面上的理论型线表达式；
以r为半径，以工作坐标系o-xyz的顶点o为球心的球面上的理论型线表达式为：
公式4中，r为工作坐标系o-xyz的顶点o到球面长辐外摆线凸轮的距离，α为斜盘发动机周转斜盘的倾角，为工作坐标系o-xyz的顶点o到球面长辐外摆线凸轮的距离的向量，公式4为球面长辐外摆线凸轮的理论型面方程；
步骤3：通过公式3，求得发动机的球面长辐外摆线凸轮的切向矢量即
公式5中，发动机的球面长辐外摆线凸轮的切向矢量的模为：
发动机的球面长辐外摆线凸轮的切向矢量的切向单位矢量为：
公式7中，qex为切向单位矢量在坐标系o-xyz中x轴的分量，qey为切向单位矢量在坐标系o-xyz中y轴的分量，qez为切向单位矢量在坐标系o-xyz中z轴的分量；
斜盘发动机周转斜盘的滚轮与长辐外摆线凸轮之间的接触力的方向矢量为：
公式8中，分别表示空间的三个矢量方向；
设斜盘发动机周转斜盘的滚轮的半径为Rgl，则斜盘发动机周转斜盘的滚轮与长辐外摆线凸轮之间的接触点坐标表示为：
公式9即为球面长辐外摆线凸轮的实际型面方程，根据该球面长辐外摆线凸轮的实际型面方程即可确定球面长辐外摆线凸轮实际型面。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
斜盘发动机的斜盘的运动规律呈球面长辐外摆线形状，即“∞”形状，本发明严格按照斜盘的运动规律对球面长辐外摆线凸轮的实际型线进行确定，利用本发明确定的确定球面长辐外摆线凸轮实际型面进行数控加工，即可得到高精度的球面长辐外摆线凸轮。利用本发明确定的型面加工的球面长辐外摆线凸轮一方面可以降低接触面的磨损，另一方面可减小接触力，降低接触面的振动冲击，减小工作噪声。
附图说明
图1为斜盘发动机主要参数结构示意图；
图2为球面长辐外摆线凸轮的理论型线。
图3为球面长辐外摆线凸轮的实际型线。
图4为球面长辐外摆线凸轮的实际型面。
图中：1—缸体、2—斜盘、3—斜盘发动机的分界平面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
斜盘发动机主要结构参数为决定发动机运转状况的各几何尺寸它们包括，如图1所示：
1、气缸分布圆半径Rg，是指缸体1上均布的各气缸中心线的圆柱半径，在使用无因次体系时，将此半径作为单位长度，即无因次气缸分布圆半径
2、连杆长度L，是指连杆前后球头球心的距离，无因次连杆长度
3、后球心圆半径Ra，是指斜盘上连杆后球头球心的圆半径，无因次后球心圆半径
4.斜盘倾角α，是指缸体1轴线与斜盘2转动轴线的夹角。
5.轴向位移ξ，是指后球心圆所在平面到顶点(周转斜盘轴线同缸体轴线的相交点)的距离，当定点落在后球心圆所在平面的前侧时，轴向位移取正值，无因次轴向位移
6.周向位移χ，是指连杆前球心在转角上超前于后球心的数值，也就是从分界平面算起的连杆前球心转角与后球心转角之间的产值，χ＝ψ-θ(ψ、θ分别代表连杆前球心转角、后球心转角)。
7.滚轮后置角γ，是指周转斜盘上滚轮轴线与基准后球心所在的后球心圆半径线构成的圆心角。基准后球心指的是沿斜盘转动方向数，位于滚轮之前的第一个连杆后球心。
本发明的球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法，从斜盘与缸体之间的运动关系出发，得到球面长辐外摆线凸轮的理论型线表达式，并进一步推导出其实际型线方程，然后将球面的半径设置为变量，从而得到球面长辐外摆线凸轮的实际型面，本发明的固体方法包括如下步骤：
步骤1：建立球面长辐外摆线凸轮(即发动机的导槽，用于限制滚轮4(斜盘)的运动在允许的范围内)的工作坐标系o-x4y4z4,其中，x4轴与斜盘发动机基准坐标系o-xyz的x轴重合，z4轴与发动机球面长辐外摆线凸轮的纵对称平面和横对称平面的交线重合,球面长辐外摆线凸轮的工作坐标系o-x4y4z4的顶点o与斜盘发动机基准坐标系o-xyz的顶点o重合，当球面长辐外摆线凸轮的工作坐标系o-x4y4z4相对于斜盘发动机基准坐标系o-xyz转动时，二者之间存在以下函数关系:
公式1中，为球面长辐外摆线凸轮转角；
步骤2：当斜盘发动机的内轴固定不动时，设坐标系o-xyz的顶点o到斜盘发动机周转斜盘的滚轮轴线中某点的距离的单位矢径为且坐标系o-x4y4z4的初始位置位于斜盘发动机的分界平面3内，当斜盘发动机的斜盘与斜盘发动机的缸体转过角后，在o-xyz坐标系中的表达式为：
将转换至坐标系o-x4y4z4，则为：
公式3中，为单位矢量在o-x4y4z4坐标系中x4轴的分量，为单位矢量在o-x4y4z4坐标系中y4轴的分量；为单位矢量在o-x4y4z4坐标系中z4轴分量，公式3为球面长辐外摆线凸轮在以工作坐标系o-xyz的顶点o为球心的单位球面上的理论型线表达式；
以r为半径，以工作坐标系o-xyz的顶点o为球心的球面上的理论型线表达式为：
公式4中，r为工作坐标系o-xyz的顶点o到球面长辐外摆线凸轮的距离，α为斜盘发动机周转斜盘的倾角，为工作坐标系o-xyz的顶点o到球面长辐外摆线凸轮的距离的向量，公式4为球面长辐外摆线凸轮的理论型面方程；
步骤3：通过公式3，求得发动机的球面长辐外摆线凸轮的切向矢量即
公式5中，发动机的球面长辐外摆线凸轮的切向矢量q的模为：
发动机的球面长辐外摆线凸轮的切向矢量的切向单位矢量为：
公式7中，qex为切向单位矢量在坐标系o-xyz中x轴的分量，qey为切向单位矢量在坐标系o-xyz中y轴的分量，qez为切向单位矢量在坐标系o-xyz中z轴的分量；
斜盘发动机周转斜盘的滚轮4与长辐外摆线凸轮之间的接触力的方向矢量为：
公式8中，分别表示空间的三个矢量方向；
设斜盘发动机周转斜盘的滚轮4的半径为Rgl，则斜盘发动机周转斜盘的滚轮4与长辐外摆线凸轮之间的接触点坐标表示为：
公式9即为球面长辐外摆线凸轮的实际型面方程，根据该球面长辐外摆线凸轮的实际型面方程即可确定球面长辐外摆线凸轮实际型面。在数控加工设备中利用上述确定的球面长辐外摆线凸轮实际型面进行数控加工即可得到球面长辐外摆线凸轮。
上述技术方案中，所述球面长辐外摆线凸轮的工作坐标系o-x4y4z4中的y4轴在顶点o、x4轴和z4轴确定的情况下根据左手定则即可确定。
上述技术方案中，所述斜盘发动机基准坐标系o-xyz的x轴表示斜盘发动机的主轴。
如图2～4所示，本发明运用NX(Unigraphics NX)表达式工具，按式4和式9编辑理论型线和实际型线的表达式，并利用规律曲线命令，可以表示出球面长辐外摆线凸轮的理论型线和实际型线。
同样运用NX建模工具，根据r的变化情况，可以建立起球面长辐外摆线凸轮实际型面，并最终形成所需要的球面长辐外摆线凸轮模型，提供数字机床加工型面。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：建立球面长辐外摆线凸轮的工作坐标系o-x4y4z4,其中，x4轴与斜盘发动机基准坐标系o-xyz的x轴重合，z4轴与发动机球面长辐外摆线凸轮的纵对称平面和横对称平面的交线重合,球面长辐外摆线凸轮的工作坐标系o-x4y4z4的顶点o与斜盘发动机基准坐标系o-xyz的顶点o重合，当球面长辐外摆线凸轮的工作坐标系o-x4y4z4相对于斜盘发动机基准坐标系o-xyz转动时，二者之间存在以下函数关系:
公式1中，为球面长辐外摆线凸轮转角；
步骤2：当斜盘发动机的内轴固定不动时，设坐标系o-xyz的顶点o到斜盘发动机周转斜盘的滚轮轴线中某点的距离的单位矢径为且坐标系o-x4y4z4的初始位置位于斜盘发动机的分界平面内，当斜盘发动机的斜盘与斜盘发动机的缸体转过角后，在o-xyz坐标系中的表达式为：
将转换至坐标系o-x4y4z4，则为：
公式3中，为单位矢量在o-x4y4z4坐标系中x4轴的分量，为单位矢量在o-x4y4z4坐标系中y4轴的分量；为单位矢量在o-x4y4z4坐标系中z4轴分量，公式3为球面长辐外摆线凸轮在以工作坐标系o-xyz的顶点o为球心的单位球面上的理论型线表达式；
以r为半径，以工作坐标系o-xyz的顶点o为球心的球面上的理论型线表达式为：
公式4中，r为工作坐标系o-xyz的顶点o到球面长辐外摆线凸轮的距离，α为斜盘发动机周转斜盘的倾角，为工作坐标系o-xyz的顶点o到球面长辐外摆线凸轮的距离的向量，公式4为球面长辐外摆线凸轮的理论型面方程；
步骤3：通过公式3，求得发动机的球面长辐外摆线凸轮的切向矢量即
公式5中，发动机的球面长辐外摆线凸轮的切向矢量q的模为：
发动机的球面长辐外摆线凸轮的切向矢量的切向单位矢量为：
公式7中，qex为切向单位矢量在坐标系o-xyz中x轴的分量，qey为切向单位矢量在坐标系o-xyz中y轴的分量，qez为切向单位矢量在坐标系o-xyz中z轴的分量；
斜盘发动机周转斜盘的滚轮与长辐外摆线凸轮之间的接触力的方向矢量为：
公式8中，分别表示空间的三个矢量方向；
设斜盘发动机周转斜盘的滚轮的半径为Rgl，则斜盘发动机周转斜盘的滚轮与长辐外摆线凸轮之间的接触点坐标表示为：
公式9即为球面长辐外摆线凸轮的实际型面方程，根据该球面长辐外摆线凸轮的实际型面方程即可确定球面长辐外摆线凸轮实际型面。
2.根据权利要求1所述的球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法，其特征在于：所述球面长辐外摆线凸轮的工作坐标系o-x4y4z4中的y4轴在顶点o、x4轴和z4轴确定的情况下根据左手定则即可确定。
3.根据权利要求1所述的球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法，其特征在于：所述斜盘发动机基准坐标系o-xyz的x轴表示斜盘发动机的主轴。
4.根据权利要求1所述的球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法，其特征在于：在数控加工设备中利用上述确定的球面长辐外摆线凸轮实际型面进行数控加工即可得到球面长辐外摆线凸轮。
CN201610401944.9A 2016-06-08 2016-06-08 球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法 Active CN106021809B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610401944.9A CN106021809B (zh) 2016-06-08 2016-06-08 球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610401944.9A CN106021809B (zh) 2016-06-08 2016-06-08 球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106021809A true CN106021809A (zh) 2016-10-12
CN106021809B CN106021809B (zh) 2019-01-25

Family

ID=57090957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610401944.9A Active CN106021809B (zh) 2016-06-08 2016-06-08 球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106021809B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100098158A (ko) * 2009-02-27 2010-09-06 삼성중공업 주식회사 곡면 가공장치 제어기 및 그 제어 방법
CN103047393A (zh) * 2012-12-29 2013-04-17 重庆大学 基于共轭曲线的蜗杆、蜗轮及其啮合副
CN104308279A (zh) * 2014-08-27 2015-01-28 薛明 基于数学建模宏程序加工直廓环面蜗杆的方法及其产品
CN104777747A (zh) * 2014-01-15 2015-07-15 中国人民解放军海军工程大学 基于平方根容积卡尔曼滤波的光电跟踪转台滑模控制方法
CN104792528A (zh) * 2014-01-22 2015-07-22 中国人民解放军海军工程大学 一种自适应最优包络解调方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100098158A (ko) * 2009-02-27 2010-09-06 삼성중공업 주식회사 곡면 가공장치 제어기 및 그 제어 방법
CN103047393A (zh) * 2012-12-29 2013-04-17 重庆大学 基于共轭曲线的蜗杆、蜗轮及其啮合副
CN104777747A (zh) * 2014-01-15 2015-07-15 中国人民解放军海军工程大学 基于平方根容积卡尔曼滤波的光电跟踪转台滑模控制方法
CN104792528A (zh) * 2014-01-22 2015-07-22 中国人民解放军海军工程大学 一种自适应最优包络解调方法
CN104308279A (zh) * 2014-08-27 2015-01-28 薛明 基于数学建模宏程序加工直廓环面蜗杆的方法及其产品

Also Published As

Publication number Publication date
CN106021809B (zh) 2019-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102078968B (zh) 一种带有斜面的光学镜的超精密车削加工方法
CN111975021B (zh) 一种超精密车削刀具中心与b轴回转中心对正方法
CN102319921B (zh) 可倾斜主轴数控铣床的分层加工方法
CN108170094B (zh) 一种刀具路径平滑压缩的方法
CN103056731A (zh) 大口径离轴非球面反射镜的五轴精密超声铣磨加工方法
CN102451876A (zh) 曲轴的制造方法以及通过该制法制造的曲轴
CN110948380A (zh) 一种行星研磨装置以及行星研磨装置的去除函数优化方法
CN101046521A (zh) 一种非对称非球面透镜的加工方法
CN103737451A (zh) 离轴非球面反射镜的砂轮原位自动整形铣磨加工方法
CN104482892A (zh) 空间异型铸造舱体的基准传递方法
CN113400197A (zh) 一种面齿轮磨削用鼓形蜗杆砂轮成形修整方法
CN106021809A (zh) 球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法
CN107891202B (zh) 对转式电解加工回转体工具阴极设计方法
CN103995979B (zh) 非球面平行磨削加工的磨削力计算方法
CN110990974B (zh) 鼓形齿插削让刀机构的共轭双凸轮廓线设计方法
CN110587485B (zh) 一种磨抛接触力实时规划方法及系统
Lin et al. Research on arc-shaped wheel wear and error compensation in arc envelope grinding
CN105956246B (zh) 双曲率车门玻璃的设计方法
CN102981456A (zh) 一种针对嵌入式系统的nurbs插补进给速度规划方法
CN109521731A (zh) 一种基于公差带的G2连续Bézier刀具轨迹平滑算法
CN112091778A (zh) 子弹头类型非球面模具单点磨削加工工艺
CN104385084B (zh) 可变成型基圆平面包络凸曲面工件五轴磨削加工方法
CN103487947A (zh) 一种高曲率大口径自由曲面镜片的评价方法及其设计加工方法
CN110125490B (zh) 一种平底锥度铣刀全刀刃侧刃精铣尼曼蜗轮齿面的方法
CN110587383B (zh) 一种高精度复杂曲面的表面加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant