椭圆规设计与制造设计

本科毕业设计(论文)题目： 椭圆规的设计与制造 院 系： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 2016年3月 摘 要 目前的手工绘图工具大都只能绘制直线和圆，对于椭圆的绘制，至今还没有一种理想的实用手工绘图工具，故在这里就专门设计了这种椭圆规机构。本文的设计是采用双滑块连杆机构的工作原理，根据此原理设计并制作了该机构。本机构具有制作简单,使用方便,画出来的椭圆精确的特点,有较广的应用领域和市场前景。设计好方案后，着重对椭圆规机构中的支撑板、滑块、连接杆等相关重要零件的设计过程做出了设计，并对相关部件进行了加工工艺规程的编写，最后完成了椭圆规的实物制作。 本次设计在题目是椭圆规的设计与制造，目前，国内椭圆规的设计与制造的研发也在向朝着运行简洁化、功能复合化、功能多样化的方向发展，廉价，简单，方便成了工作台发展的主题。关键词：绘图；椭圆规；制造；主题 Abstract At present, most of the hand drawing tools can only draw straight lines and circles, and there is not an ideal practical hand drawing tool to draw the ellipse. The design of this paper is based on the working principle of the double slider link mechanism, and the mechanism is designed and manufactured according to the principle. The mechanism has the advantages of simple production, convenient use, accurate and precise drawing, and has a wide range of application fields and market prospects. Design is good, this thesis focuses on the ellipsograph institutions supporting plate, a slide block, a connecting rod and other related important parts of the design process make the design, and the relevant parts of processing procedure of preparation, and finally completed the ellipsograph physical production. The design on the topic is the design and manufacture of the ellipsograph, at present, the research and development of the design and manufacture of the ellipsograph also to toward operating simplicity, function composition, functional diversification of the direction, cheap, simple and convenient to workbench development theme.Key words: drawing ；ellipse； rule manufacturing； subject 目 录第1章 绪论1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义1 1.2 本课题研究的内容2 1.3 本课题的发展趋势3 1.4 研究的意义4第2章 椭圆规机构原理设计6 2.1 椭圆规机构的工作原理7 2.2 椭圆形成轨迹分析7 2.3 椭圆规工作结构图的确定8 2.4 实现椭圆轨迹的分析8第3章 椭圆规机构各部件的设计9 3.1 十字板的设计10 3.2 滑块杆的设计12 3.3 螺纹连接杆的设计13第4章 椭圆规的主要零件的三维建模14 4.1 十字板的三维建模16 4.2 滑块杆的三维建模17 4.3 限位导向件的三维建模18 4.4 椭圆规的三维建模19结论20参考文献21致谢22 西京学院本科毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 课题的来源与研究的目的和意义 我国生产的椭圆规结构简陋，绘制椭圆的效率始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的椭圆规的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，椭圆规的设计与制造也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的椭圆规势在必行！ 相信此种椭圆规的出现将会大大提高手工绘制椭圆的能力和质量，为手工绘图方向关于椭圆的绘制以及经济效益方面能够带来显著的进步，同时也在某种程度上推进了量具工业的不断发展。 随着国际标准化（SIO）的实施，世界椭圆规的设计与制造以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础,19世纪80年代，美国的HUGER公司将新开发的椭圆规应用到该公司的子公司-一个专业生产椭圆规的制造公司，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。继美国HUGER公司之后，德国的DESTO公司也看到了椭圆规的利润所在，投入了相当大的人力和精力来开发研制椭圆规，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行椭圆规的研发工作。现在国外等著名椭圆规的品牌中，都有椭圆规的销售，全世界椭圆规的设计与制造的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，椭圆规的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此椭圆规是当今仪表量具生产公司的主流产品已经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的椭圆的制造销售市场。 目前国外特别是美国正在考虑发展椭圆规功能复合化，手绘质量最优化的问题。自“九五”期间椭圆规的开发和研制已经被列入美国的重大科技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合手工绘图方向发展的椭圆规。 我国从1953年开始生产椭圆规，于1958年自行设计制造绘图半径在50、70、90、120、500等椭圆的椭圆规之后，为了适应工程技术人员的需要，1959年又制造了500、1000、1200等大直径的椭圆规。 为了满足需要手绘的工程技术人员的需要，我国于1970年研制了大型椭圆规。经运转实践证明效果很好。同年，福建的金明公司更是大量引入外来技术人才，全身心地投入到了椭圆规的研发中，利用丰富的人力资源和设备，研发出了多种可根据不同方式绘制椭圆的椭圆规，与同年12也投入市场，获得了非常大的经济利润。近几年又研制出PX1400/170椭圆规，其功能更加强大。传统的的椭圆规已经不能完全满足当今市场的需要，迫切需要各种多功能的椭圆规来满足市场需求，如是福建金明公司加大人力开发出了五个规格十四种类型的椭圆规，说明椭圆规的的市场前景令人乐观。传统的椭圆规产品图如下图1、图2所示：图1 图21.2 本课题研究的内容 本次设计主要针对椭圆规的设计与制造进行设计，从椭圆规的结构的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面： （1）通过网络和图书馆查找各种关于椭圆规的相关资料，对椭圆规进行方案的比较和预定。 （2）分析椭圆规的结构与参数 （3）确定设计总体方案 （4）确定具体设计方案 （5）椭圆规的三维图的绘制、CAD装配图、零件图的绘制。 （6）说明书的编制与整理1.3 本课题的发展趋势 本论文主要研究运用SolidWorks对椭圆规进行设计。在设计过程中，了解SolidWorks的各种功能。 SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它3D CAD软件相比，SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用SolidWorks三维软件，越来越多的企业需要SolidWorks人才。Solidworks软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是SolidWorks的五大特点。使得SolidWorks三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。SolidWorks在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 椭圆规有着广泛的应用,但其作图颇为繁琐,且不易准确，多年来国内外有不少人从事这方面的探讨和研究。它属于一种画椭圆的工具，适用于教学、工程制图、工程制造以及需要画椭圆的地方。只要已知椭圆的长轴、短轴、焦距三个量中的两个量，即可准确画出具有准确焦点位置的椭圆。本设计实用新型具有制作简单、使用方便、画出来的椭圆精确、应用领域广等特点。椭圆规机构的设计制作涉及原理设计、结构设计及机械加工制造等多方面专业知识，通过对常用结构件或装置的分析，可以检验学生对本专业相关基础专业知识掌握情况，学会理论联系实际，提高综合知识应用能力，通过独立完成设计内容，为未来就业打下一定基础。椭圆规机构的设计主要是其零部件的设计制作，所制作零件应符合造价低廉、设计及制作简易等条件，以便适用与学生。现代机械设计中，为了适应日益激烈的市场竞争，公司为了快速地占领市场，实现企业效益，必须要使用快速的设计方法。现代公司机械设计过程中，很多都使用三维软件进行设计，并进行调试，使椭圆规机构的结构简单，转动灵活，适用方便，减少设计周期，降低设计成本。1.4 研究的意义 本论文主要研究运用SolidWorks对椭圆规进行设计。通过对椭圆规进行设计，来了解椭圆规的结构组成、工作原理以及以后的发展趋势和现状。该课题来自于教学仪器生产机械公司的生产实际，通过设计出椭圆规，从而来掌握椭圆规的整个设计生产流程，培养工程意识。 我国生产的椭圆规的结构简陋，绘图效率始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的椭圆规的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，椭圆规的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的椭圆规势在必行！本文运用大学所学的知识，提出了椭圆规的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了椭圆规的总的指导思想，从而得出了该椭圆规的优点是方便，经济，并且绘图质量高，平稳的结论。 通过设计椭圆规，要求学生掌握大学四年所学到的知识，了解机械原理，机械设计，以及传动机构设计等方面的知识，综合运用三维绘图软件，二维绘图软件对机械设备进行设计。通过本次毕业设计，综合提高学生的实际应用水平和设计能力。第2章 椭圆规机构原理设计2.1 椭圆规机构的工作原理 椭圆规的工作原理是两个滑块在十字槽中直线滑动，滑块上的连接杆除连杆中点外的点的轨迹都是椭圆。2.2 椭圆形成轨迹分析 连杆滑块式的原理图如下图3所示，设AM=BM=0M，M为AB的中点，OM的长度不变。滑块B沿X轴水平移动，滑块A沿Y水平移动，那么AB上任一点P相对于定坐标的运动轨迹为：qq两式移项后的平方和为： 图3 连杆滑块式的原理图2.3 椭圆规工作结构图的确定如下图4所示，通过摇动组合件带动连接轴转动，使连接板转动促使螺纹连接杆转动，两个滑块在十字板中沿直线滑动（两滑块的移动方向垂直），滑块移动的同时传动杆上的任意一点做出椭圆轨迹的转动。在使用该仪器时需保证连接轴到螺纹连接杆的距离为两滑块间的中点，所以除两滑块间的中点的轨迹为圆。可以通过移动塑料螺钉的位置来调节椭圆中的长短轴来确定椭圆方程的准确性。为短半轴长。只要把椭圆规的套筒调节到水平距离为a，垂直距离为b，固定好后就可以绘制出所想要的椭圆。本次设计的椭圆规具体的工作结构图如下图4所示：图4 椭圆规工作结构图2.4 实现椭圆轨迹的分析 由图2.1，公式为点P的椭圆轨迹方程，则（a+b）为长半轴长，（/a-b/）。第3章 椭圆规机构各部件的设计3.1 十字板的设计十字板是椭圆规机构的基本零件，有椭圆形成原理可知，绘制椭圆的零件都是在十字板中的。十字板最大的设计特点是在十字中是斜槽，设计斜槽是因为这可以使滑块在斜槽上运动的时候更加顺畅，这同时这也有一个缺点，那就是加工不易，需设计专门的洗内槽的道具。同时由于所设计的是测量仪则使用的材料最好为不锈钢。其中十字板的零件图如下图5所示：图5 十字板3.2 滑块的设计滑块是椭圆规中的原理运动部件，带点斜度可在十字板中自然的滑动。滑块的零件图如下图6所示： 图6 滑块杆3.4 螺纹连接杆 螺纹连接是连接两个滑块的限制件，能使两个滑块同时运动，保证两个滑块间的中点到原点的距离。同时杆的两端要设计分别设计成左右螺旋，在调节长度的时候可以确保同时进或同时退。在连接螺纹连接杆时，应使两端的螺纹同时转进滑块杆里，保证他的中点。第4章 椭圆规的三维建模4.1 十字板的三维建模 4.2 滑块杆的三维建模 4.3 限位导向件的三维建模 4.4 椭圆规的三维建模 第5章 三维软件设计总结 通过本次设计，再次提出了利用三维软件的水平，并吸收了大量的经验，总结出以下几点。关于图纸的绘制方面，当零件的尺寸已经给出，不考虑图纸尺寸不合适的，基于三维零件图，装配时必须考虑的大小是合适的，因为AutoCAD绘图效果不好，也会引起的尺寸误差，和甚至出现欠定义大小，因此，必须通过在这个时候对零件进行测量，进行修改，直到符合要求。该工具是方便的输入数据映射，通过选择部分的类型，标准件，可以生成，但有时需要在工具集使用部分可能找不到，所以在这个时候随机应变，其他部分而不是通过修改或满足要求增加组件的使用。三维地图应该是灵活的，解决问题的方法总比问题多，当一个方法不能正常映射，试试另一种方法，它不仅可以完成零件的生产，而且还可以开发映射一个更好的主意，并打破了新思想的规则。 学习使用一些可以节省时间的命令，如镜像，阵列，能省则省”。在装配过沉重，曾给了我一个很大的障碍，是要花很多时间去找出为什么。在一个活跃的子组件，虽然活动范围会产生干扰，可以设置该复合物的活动范围，如先进的范围内，和角度范围，即使在这个范围内不影响母配体，不能设置。因为一旦设定的范围内，在父组件将被视为完全定义的组件模型，它将冲突分总成，将无法完成装配。看地图是最重要的任务是理解零件图，图表工具，没有工具是没有法律的零件图，所以不要急着写，想通过零件的结构，并认为通过线图，这是重中之重，映射。部分建模，一般应的特点进行深入分析，找出零件是由几个特点，摆脱所有的形状特点，它们之间的连接相对位置、表面，然后按主次特征造型的关系，按一定的顺序。一个复杂的部分，有许多简单的功能，通过切除或重叠相交。所以部分建模，序列特征是很重要的，虽然不同的建模过程可以构造出相同的实体部分，但其建模过程和实体结构的稳定性有直接的影响，实体模型可以修改应用程序，可理解性和实体模型。特别是在二维图纸，我们只能看到元器件的布局，并用虚线给说的内部特征，除了部分的相贯线，这条线各特征在路口出现。在选秀过程中零件，必须选择第一个草图平面，这是非常重要的，决定了后续的模型飞机的命令，使用简单的说，一个圆柱形围成一个圈，然后绘制，也可以作为一个长方体旋转，虽然他们的结果都是一样的，但草图平面和命令的使用。如果我们想要一个轴，那么我们应该选择第二个方法以及。由于该零件的设计不规则零件，用于为拉伸和旋转命令，许多零部件都是对称的，所以为了节省时间，提高效率，通常用于指挥镜特性。一个完整的工程图纸应该包含以下4个方面。一组视图：一组视图（包括视图，剖面，断面，局部视图）是正确的，完整的，对各部分的结构和形状表达清楚。尺寸：尺寸的确定和零件的形状各部分的位置技术要求：表明部分的一些要求必须在制造和检验完成，如表面粗糙度，尺寸公差，形位公差，材料和热处理的方法和指标。标题栏：注明产品名称，材料，数量，拉伸比和拉伸，等。单击新建图标以显示新的文件系统，SolidWorks文件”对话框中，单击“选项”对话框中的组件，你可以进入装配工作模式，进行以后的设计工作。结论 本次毕业设计的题目是椭圆规的设计与制造，直到今天，毕业设计总算接近尾声了，通过这次对于椭圆规的设计与制造的设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是椭圆规的设计与制造，通过初期的方案的制定，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。参考文献1 徐灏等.机械设计手册(第2、3册)M(第二版）.北京：机械工业出版社，2003:981002 程悦荪.椭圆规的设计与制造M.北京：中国农业出版社，1981:6769 3 周纪良.传动系统的设计M.北京：机械工业出版社，1991:102105 4 吉林工业大学教研室编.椭圆规的构造M.北京：中国农业出版社，1982:2092115 成大先主编.机械设计手册减（变）速器电机与电器M.北京：化学工业出版社，1999:8183 6 朱冬梅.画法几何及机械制图M.北京：高等教育出版社，2000:3033057 陈立德.机械设计基础M.北京：高等教育出版社，2002:222225 8 陈立德.机械设计基础课程设计指导书M.北京：高等教育出版社，2002:44469 刘劲.机械制图国家标准M.北京：机械工业出版社，2000:596110 陈立周.机械优化设计方法M.北京：冶金工业出版社，1985:7779 11拖拉机编辑部主编.椭圆规的设计和计算M.上海：上海科学技术出版社，1980:10911412 周纪良.椭圆规的结构型式和结构图谱J.农业机械学报，1979：476313 周纪良，孔维恭，于瑞玺.椭圆规的优化的研究J.农业机械学报，1988:3239 14 高象平，李齐隆等.椭圆规的零部件优化设计M.广州：广东科技出版社，1987:667015 Charles W. Beardsly, Mechanical Engineering, ASME, Regents Publishing Company,Inc,1998.4549 16 Queen Y. Beardsly, Mechanical Engineering, Regents Publishing Company,Inc,2003.99103致谢在此论文完成之际，我的心里感到特别高兴和激动，在这里，我打心里向我的导师和同学们表示衷心的感谢！因为有了老师的谆谆教导，才让我学到了很多知识和做人的道理，由衷地感谢我亲爱的老师，您不仅在学术上对我精心指导，在生活上面也给予我无微不至的关怀支持和理解，在我的生命中给予的灵感，所以我才能顺利地完成大学阶段的学业，也学到了很多有用的知识，同时我的生活中的也有了一个明确的目标。知道想要什么，不再是过去的那个爱玩的我了。导师严谨的治学态度，创新的学术风格，认真负责，无私奉献，宽容豁达的教学态度都是我们应该学习和提倡的。通过近半年的设计计算，查找各类椭圆规的相关资料，论文终于完成了，我感到非常兴奋和高兴。虽然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因为我是怎么想的，这是我付出的汗水获得的成果，是我在大学四年的知识和反映。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是来自老师和同学的潜移默化让我学到很多有用的知识，在这里，谢谢老师以及所有关心我和帮助我的人，谢谢大家。另外也感谢我的父母，朋友和同学们的帮助。在做设计感觉受挫，枯燥与迷茫时，是他们在悉心的为我释放压力，鼓励我不要气馁，勇敢面对。每周一次和父母的通话，与朋友和同学的长谈后都使我精神放松，斗志倍增，以饱满的热情重新投入到工作中去，感谢他们，正是他们的不懈支持和充分理解才能使我顺利完成毕业设计。17