本科畢業(yè)設計(論文)
題目： 橢圓規(guī)的設計與制造
院 系： 機械工程學院
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
學 號：
姓 名：
指導教師：
2016年3月
摘 要
目前的手工繪圖工具大都只能繪制直線和圓，對于橢圓的繪制，至今還沒有一種理想的實用手工繪圖工具，故在這里就專門設計了這種橢圓規(guī)機構。本文的設計是采用雙滑塊連桿機構的工作原理，根據此原理設計并制作了該機構。本機構具有制作簡單,使用方便,畫出來的橢圓精確的特點,有較廣的應用領域和市場前景。設計好方案后，著重對橢圓規(guī)機構中的支撐板、滑塊、連接桿等相關重要零件的設計過程做出了設計，并對相關部件進行了加工工藝規(guī)程的編寫，最后完成了橢圓規(guī)的實物制作。
本次設計在題目是橢圓規(guī)的設計與制造，目前，國內橢圓規(guī)的設計與制造的研發(fā)也在向朝著運行簡潔化、功能復合化、功能多樣化的方向發(fā)展，廉價，簡單，方便成了工作臺發(fā)展的主題。
關鍵詞：繪圖；橢圓規(guī)；制造；主題
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 錄
第1章 緒論 1
1.1 課題的來源與研究的目的和意義 1
1.2 本課題研究的內容 2
1.3 本課題的發(fā)展趨勢 3
1.4 研究的意義 4
第2章 橢圓規(guī)機構原理設計 6
2.1 橢圓規(guī)機構的工作原理 7
2.2 橢圓形成軌跡分析 7
2.3 橢圓規(guī)工作結構圖的確定 8
2.4 實現橢圓軌跡的分析 8
第3章 橢圓規(guī)機構各部件的設計 9
3.1 十字板的設計 10
3.2 滑塊桿的設計 12
3.3 螺紋連接桿的設計 13
第4章 橢圓規(guī)的主要零件的三維建模 14
4.1 十字板的三維建模 16
4.2 滑塊桿的三維建模 17
4.3 限位導向件的三維建模 18
4.4 橢圓規(guī)的三維建模 19
結論 20
參考文獻 21
致謝 22
西京學院本科畢業(yè)設計（論文）
第1章 緒論
1.1 課題的來源與研究的目的和意義
我國生產的橢圓規(guī)結構簡陋，繪制橢圓的效率始終不高，雖然經過幾十年的發(fā)展，近期產品的質量較早期有所提高。但受國產配套件質量及設計水平等的影響，我國目前生產的橢圓規(guī)的總體水平與進口產品及港口用戶的要求仍有較大差距，橢圓規(guī)的設計與制造也是如此，為滿足市場需求，開發(fā)出一種新型的橢圓規(guī)勢在必行！
相信此種橢圓規(guī)的出現將會大大提高手工繪制橢圓的能力和質量，為手工繪圖方向關于橢圓的繪制以及經濟效益方面能夠帶來顯著的進步，同時也在某種程度上推進了量具工業(yè)的不斷發(fā)展。
隨著國際標準化（SIO）的實施，世界橢圓規(guī)的設計與制造以采用新材料、新技術、新工藝、新結構為基礎,19世紀80年代，美國的HUGER公司將新開發(fā)的橢圓規(guī)應用到該公司的子公司---一個專業(yè)生產橢圓規(guī)的制造公司，經過幾年的運行，為該公司創(chuàng)造了不菲的利潤。繼美國HUGER公司之后，德國的DESTO公司也看到了橢圓規(guī)的利潤所在，投入了相當大的人力和精力來開發(fā)研制橢圓規(guī)，并且與二十世紀中期投入到了北美等市場。當前，全世界各大機械人廠商為了提高產品的競爭力，都大力進行橢圓規(guī)的研發(fā)工作?，F在國外等著名橢圓規(guī)的品牌中，都有橢圓規(guī)的銷售，全世界橢圓規(guī)的設計與制造的應用越來越廣泛。有一點值得注意的是，橢圓規(guī)的市場，由最初的日本，歐洲，已經滲透到北美市場，因此橢圓規(guī)是當今儀表量具生產公司的主流產品已經成為主要趨勢。西方資本主義國家有巨大的橢圓的制造銷售市場。
目前國外特別是美國正在考慮發(fā)展橢圓規(guī)功能復合化，手繪質量最優(yōu)化的問題。自“九·五”期間橢圓規(guī)的開發(fā)和研制已經被列入美國的重大科技攻關計劃，以跟蹤世界技術的發(fā)展和開發(fā)適合手工繪圖方向發(fā)展的橢圓規(guī)。
我國從1953年開始生產橢圓規(guī)，于1958年自行設計制造繪圖半徑在50、70、90、120、500等橢圓的橢圓規(guī)之后，為了適應工程技術人員的需要，1959年又制造了500、1000、1200等大直徑的橢圓規(guī)。
為了滿足需要手繪的工程技術人員的需要，我國于1970年研制了大型橢圓規(guī)。經運轉實踐證明效果很好。同年，福建的金明公司更是大量引入外來技術人才，全身心地投入到了橢圓規(guī)的研發(fā)中，利用豐富的人力資源和設備，研發(fā)出了多種可根據不同方式繪制橢圓的橢圓規(guī)，與同年12也投入市場，獲得了非常大的經濟利潤。近幾年又研制出PX1400/170橢圓規(guī)，其功能更加強大。 一直以來，對于機械專業(yè)類的學生和崗位來說，繪圖是必不可少的經常性工作。對于一般的直線、圓弧或圓，利用直尺、圓規(guī)即可馬上繪制，但在繪制橢圓的時候，一般的作法是利用“四弧連接原理”，借助圓規(guī)繪制、甚至徒手繪圖，可以近似畫出來，但畢竟最近似的也不光滑而且難看又費時。如果有橢圓繪圖儀，就可以方便地進行橢圓繪制，而且光滑好看。于是便產生了橢圓規(guī)的構思和設想，橢圓規(guī)在我們的日常生活中扮演著重要的角色，繪圖精致美觀。橢圓規(guī)機構具有制作簡單,使用方便,畫出來的橢圓精確等特點，非常適合橢圓類圖紙的繪制。本課題應用性強，知識面覆蓋較廣，并且來自生活，所以容易激發(fā)研究興趣，產品使用前景廣闊。
傳統(tǒng)的的橢圓規(guī)已經不能完全滿足當今市場的需要，迫切需要各種多功能的橢圓規(guī)來滿足市場需求，如是福建金明公司加大人力開發(fā)出了五個規(guī)格十四種類型的橢圓規(guī)，說明橢圓規(guī)的的市場前景令人樂觀。傳統(tǒng)的橢圓規(guī)產品圖如下圖1、圖2所示：
圖1
圖2
1.2 本課題研究的內容
本次設計主要針對橢圓規(guī)的設計與制造進行設計，從橢圓規(guī)的結構的整體方案出發(fā)，然后具體細化出具體內部結構，其具體內部結構主要包括以下幾個方面：
（1）通過網絡和圖書館查找各種關于橢圓規(guī)的相關資料，對橢圓規(guī)進行方案的比較和預定。
（2）分析橢圓規(guī)的結構與參數
（3）確定設計總體方案
（4）確定具體設計方案
（5）橢圓規(guī)的三維圖的繪制、CAD裝配圖、零件圖的繪制。
（6）說明書的編制與整理
1.3 本課題的發(fā)展趨勢
我們在1986之橢圓規(guī)基礎鉆研橢圓規(guī)制造的來歷，來自于王健的以前的資料，他數十年的廢寢忘食建造了一個單體七環(huán)節(jié)機構，開純機械行走機。王健更設計出單腿八桿機構，創(chuàng)建王木車馬。在這之后，臺灣教授顏洪森以木制車馬為基礎，開發(fā)了一系列的步行機，如四連桿式，六連桿式等等步行機，查建中和其他人一起以單腿八桿機構為對象，共同鉆研考慮怎樣改良按壓力引發(fā)的角度以及零部件的分理。總之，傳統(tǒng)的對象加上科學的分析和先進的理論，使得機器人在國內的研究范圍和深度得到了極大的豐富和發(fā)展。
1.2.2 國外的發(fā)展概況
何人最先取得此項專利已無可知曉，只了解到外國科學家在十九世紀末建造出了一部類似于騾馬，整體部分是用齒輪以及連接桿件機構組裝，人可以騎在上面用腳蹬踏板推動運行的機器人，但是卻沒有做出實物來加以佐證.20世紀初又有人運用齒輪以及連接桿件體系制造出類似的機器人，然而相關資料中并沒有找到對這個作品的介紹，所以那個時候有關機器人的研究還僅能思索腿的組成以及運動起來的行程路徑。20世紀中期Shigley已然放進步態(tài)研究的思維制造出來在每一條腿上都用成組的連接桿件體系拼裝而且安裝兩個搖桿體系結構以操縱機器人的步伐軌跡，已然加入步態(tài)設計的思路。同期，又有兩位發(fā)明家麥吉以及弗蘭科創(chuàng)作了首部徹底用計算機操縱的行走機器人。接下來幾年有關此機器的設計被充分的融入了運行操縱理論。1979年席羅思在行進機器人里加入了操縱水平行走的儀器，同樣在腿上加入了保持和校對偏向的裝置。20世紀末布朗、羅布特以及莎普恩斯研究了加入了液壓部件和直流電機的相應機器人。這都意味著人類對四桿動力體系的認識已從簡單的考慮邁入了整體操縱、計算機和高新科技的相互融匯貫通的康莊大道。
1.4 研究的意義
本論文主要研究運用SolidWorks對橢圓規(guī)進行設計。通過對橢圓規(guī)進行設計，來了解橢圓規(guī)的結構組成、工作原理以及以后的發(fā)展趨勢和現狀。該課題來自于教學儀器生產機械公司的生產實際，通過設計出橢圓規(guī)，從而來掌握橢圓規(guī)的整個設計生產流程，培養(yǎng)工程意識。
我國生產的橢圓規(guī)的結構簡陋，繪圖效率始終不高，雖然經過幾十年的發(fā)展，近期產品的質量較早期有所提高。但受國產配套件質量及設計水平等的影響，我國目前生產的橢圓規(guī)的總體水平與進口產品及港口用戶的要求仍有較大差距，橢圓規(guī)的生產也是如此，為滿足市場需求，開發(fā)出一種新型的橢圓規(guī)勢在必行！本文運用大學所學的知識，提出了橢圓規(guī)的結構組成、工作原理以及主要零部件的設計中所必須的理論計算和相關強度校驗，構建了橢圓規(guī)的總的指導思想，從而得出了該橢圓規(guī)的優(yōu)點是方便，經濟，并且繪圖質量高，平穩(wěn)的結論。
通過設計橢圓規(guī)，要求學生掌握大學四年所學到的知識，了解機械原理，機械設計，以及傳動機構設計等方面的知識，綜合運用三維繪圖軟件，二維繪圖軟件對機械設備進行設計。通過本次畢業(yè)設計，綜合提高學生的實際應用水平和設計能力。
第2章 橢圓規(guī)機構原理設計
2.1 橢圓規(guī)機構的工作原理
橢圓規(guī)的工作原理是兩個滑塊在十字槽中直線滑動，滑塊上的連接桿除連桿中點外的點的軌跡都是橢圓。
2.2 橢圓形成軌跡分析
連桿滑塊式的原理圖如下圖3所示，設AM=BM=0M，M為AB的中點，OM的長度不變。滑塊B沿X軸水平移動，滑塊A沿Y水平移動，那么AB上任一點P相對于定坐標的運動軌跡為：
q
q兩式移項后的平方和為：
圖3 連桿滑塊式的原理圖
2.3 橢圓規(guī)工作結構圖的確定
如下圖4所示，通過搖動組合件帶動連接軸轉動，使連接板轉動促使螺紋連接桿轉動，兩個滑塊在十字板中沿直線滑動（兩滑塊的移動方向垂直），滑塊移動的同時傳動桿上的任意一點做出橢圓軌跡的轉動。在使用該儀器時需保證連接軸到螺紋連接桿的距離為兩滑塊間的中點，所以除兩滑塊間的中點的軌跡為圓?？梢酝ㄟ^移動塑料螺釘的位置來調節(jié)橢圓中的長短軸來確定橢圓方程的準確性。為短半軸長。只要把橢圓規(guī)的套筒調節(jié)到水平距離為a，垂直距離為b，固定好后就可以繪制出所想要的橢圓。
本次設計的橢圓規(guī)具體的工作結構圖如下圖4所示：
圖4 橢圓規(guī)工作結構圖
2.4 實現橢圓軌跡的分析
由圖2.1，公式為點P的橢圓軌跡方程，則（a+b）為長半軸長，（/a-b/）。
第3章 橢圓規(guī)機構各部件的設計
3.1 十字板的設計
十字板是橢圓規(guī)機構的基本零件，有橢圓形成原理可知，繪制橢圓的零件都是在十字板中的。十字板最大的設計特點是在十字中是斜槽，設計斜槽是因為這可以使滑塊在斜槽上運動的時候更加順暢，這同時這也有一個缺點，那就是加工不易，需設計專門的洗內槽的道具。同時由于所設計的是測量儀則使用的材料最好為不銹鋼。其中十字板的零件圖如下圖5所示：
圖5 十字板
3.2 滑塊的設計
滑塊是橢圓規(guī)中的原理運動部件，帶點斜度可在十字板中自然的滑動。
滑塊的零件圖如下圖6所示：
圖6 滑塊桿
3.4 螺紋連接桿
螺紋連接是連接兩個滑塊的限制件，能使兩個滑塊同時運動，保證兩個滑塊間的中點到原點的距離。同時桿的兩端要設計分別設計成左右螺旋，在調節(jié)長度的時候可以確保同時進或同時退。在連接螺紋連接桿時，應使兩端的螺紋同時轉進滑塊桿里，保證他的中點。
第4章 橢圓規(guī)的三維建模
4.1 十字板的三維建模
4.2 滑塊桿的三維建模
4.3 限位導向件的三維建模
4.4 橢圓規(guī)的三維建模
第5章 三維軟件設計總結
通過本次設計，再次提出了利用三維軟件的水平，并吸收了大量的經驗，總結出以下幾點。關于圖紙的繪制方面，當零件的尺寸已經給出，不考慮圖紙尺寸不合適的，基于三維零件圖，裝配時必須考慮的大小是合適的，因為AutoCAD繪圖效果不好，也會引起的尺寸誤差，和甚至出現欠定義大小，因此，必須通過在這個時候對零件進行測量，進行修改，直到符合要求。該工具是方便的輸入數據映射，通過選擇部分的類型，標準件，可以生成，但有時需要在工具集使用部分可能找不到，所以在這個時候隨機應變，其他部分而不是通過修改或滿足要求增加組件的使用。三維地圖應該是靈活的，解決問題的方法總比問題多，當一個方法不能正常映射，試試另一種方法，它不僅可以完成零件的生產，而且還可以開發(fā)映射一個更好的主意，并打破了新思想的規(guī)則。
學習使用一些可以節(jié)省時間的命令，如鏡像，陣列，能省則省”。在裝配過沉重，曾給了我一個很大的障礙，是要花很多時間去找出為什么。在一個活躍的子組件，雖然活動范圍會產生干擾，可以設置該復合物的活動范圍，如先進的范圍內，和角度范圍，即使在這個范圍內不影響母配體，不能設置。因為一旦設定的范圍內，在父組件將被視為完全定義的組件模型，它將沖突分總成，將無法完成裝配。看地圖是最重要的任務是理解零件圖，圖表工具，沒有工具是沒有法律的零件圖，所以不要急著寫，想通過零件的結構，并認為通過線圖，這是重中之重，映射。部分建模，一般應的特點進行深入分析，找出零件是由幾個特點，擺脫所有的形狀特點，它們之間的連接相對位置、表面，然后按主次特征造型的關系，按一定的順序。一個復雜的部分，有許多簡單的功能，通過切除或重疊相交。所以部分建模，序列特征是很重要的，雖然不同的建模過程可以構造出相同的實體部分，但其建模過程和實體結構的穩(wěn)定性有直接的影響，實體模型可以修改應用程序，可理解性和實體模型。特別是在二維圖紙，我們只能看到元器件的布局，并用虛線給說的內部特征，除了部分的相貫線，這條線各特征在路口出現。在選秀過程中零件，必須選擇第一個草圖平面，這是非常重要的，決定了后續(xù)的模型飛機的命令，使用簡單的說，一個圓柱形圍成一個圈，然后繪制，也可以作為一個長方體旋轉，雖然他們的結果都是一樣的，但草圖平面和命令的使用。如果我們想要一個軸，那么我們應該選擇第二個方法以及。
由于該零件的設計不規(guī)則零件，用于為拉伸和旋轉命令，許多零部件都是對稱的，所以為了節(jié)省時間，提高效率，通常用于指揮鏡特性。
一個完整的工程圖紙應該包含以下4個方面。
一組視圖：一組視圖（包括視圖，剖面，斷面，局部視圖）是正確的，完整的，對各部分的結構和形狀表達清楚。
尺寸：尺寸的確定和零件的形狀各部分的位置
技術要求：表明部分的一些要求必須在制造和檢驗完成，如表面粗糙度，尺寸公差，形位公差，材料和熱處理的方法和指標。
標題欄：注明產品名稱，材料，數量，拉伸比和拉伸，等。
單擊[新建]圖標以顯示新的文件系統(tǒng)，SolidWorks文件”對話框中，單擊“選項”對話框中的組件，你可以進入裝配工作模式，進行以后的設計工作。
結論
本次畢業(yè)設計的題目是橢圓規(guī)的設計與制造，直到今天，畢業(yè)設計總算接近尾聲了，通過這次對于橢圓規(guī)的設計與制造的設計，使我們充分把握的設計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設計進度，本文所設計的是橢圓規(guī)的設計與制造，通過初期的方案的制定，查資料和開始正式做畢設，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設計完成了老師和同學的幫助下，在大學研究的最感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。
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致謝
在此論文完成之際，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導師和同學們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導，才讓我學到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學術上對我精心指導，在生活上面也給予我無微不至的關懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學階段的學業(yè)，也學到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導師嚴謹的治學態(tài)度，創(chuàng)新的學術風格，認真負責，無私奉獻，寬容豁達的教學態(tài)度都是我們應該學習和提倡的。通過近半年的設計計算，查找各類橢圓規(guī)的相關資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學的潛移默化讓我學到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關心我和幫助我的人，謝謝大家。
另外也感謝我的父母，朋友和同學們的幫助。在做設計感覺受挫，枯燥與迷茫時，是他們在悉心的為我釋放壓力，鼓勵我不要氣餒，勇敢面對。每周一次和父母的通話，與朋友和同學的長談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設計。
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