球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法技术

本发明专利技术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，本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热动力发动机设计
，具体地指一种球面长辐外摆线凸轮实际型面的确定方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，本专利技术具有如下优点：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，本专利技术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，利用本专利技术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。利用本专利技术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专利技术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。本专利技术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，本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁伟阁，刘方，田福庆，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42