机械原理课程设计偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构.docx
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机械原理课程设计偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构
机械原理课程设计偏置直动滚
子从动杆盘型凸轮机构
（一）机械原理课程设计的目的和任务2
（二）设计题目及设计思路3
（三）凸轮基圆半径及滚子尺寸的确定5
（四）从动杆的运动规律及凸轮轮廓线方程……7
（五）计算程序框图8
（六）计算机源程序11
（七）计算机程序结果及分析14
（八）凸轮机构示意简图20
（九）体会心得20
（十）参考资料21
（一）机械原理课程设计的目的和任务
一、机械原理课程设计的目的：
1机械原理课程设计是一个重要实践性教学环节。
其目的在于：
进一步巩固和加深所学知识；
2、培养学生运用理论知识独立分析问题、解决问题的能力；
3、使学生在机械的运动学和动力分析方面初步建立一个完整的概念；
4、进一步提高学生计算和制图能力，及运用电子计算机的运算能力。
二、机械原理课程设计的任务：
1偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构
2、采用图解法设计：
凸轮中心到摆杆中心A的距离为160mm，凸
轮以顺时针方向等速回转，摆杆的运动规律如表：
\符号方案\
h
5
01
5
02
503
504
从动杆运动规律
推程
回程
I
70
150o
10o
120o
80o
简谐
正弦加速
度
3、设计要求：
1升程过程中，限制最大压力角amax<30o,确定凸轮基园半径r0
2合理选择滚子半径rr
3
A2
选择适当比例尺，用几何作图法绘制从动件位移曲线，并画于图纸上;
4用反转法绘制凸轮理论廓线和实际廓线，并标注全部尺寸（用
图纸）
5将机构简图、原始数据、尺寸综合方法写入说明书
4、用解析法设计该凸轮轮廓，原始数据条件不变，要写出数学模型,
编制程序并打印出结果
备注：
x=d2x/d2
X二d2y/d：
凸轮轮廓曲率半径与曲率中心
x=x（）X=dx/d
<$「理论轮廓方程y=y「），其中.y=dy/d
3
（x2y2）2
帥-xy；曲率中心位于:
三、课程设计采用方法:
对于此次任务，要用图解法和解析法两种方法。
图解法形象，直观，应用图解法可进一步提高学生绘图能力，在某些方面，如凸轮设计中，图解法是解析法的出发点和基础；但图解法精度低，而解析法则可应用计算机进行运算，精度高，速度快。
在本次课程设计中，可将两种方法所得的结果加以对照。
四、编写说明书：
i设计题目（包括设计条件和要求）；
2、机构运动简图及设计方案的确定，原始数据;
3、机构运动学综合；
4、列出必要的计算公式，写出图解法的向量方程，写出解析法的数
学模型，计算流程和计算程序，打印结果；
5、分析讨论。
（二）设计题目及设计思路
一、设计题目
偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构
工作要求当凸轮逆时针转过140o时，从动件上升50mm;当凸轮继续转过200时，从动件停歇不动；当凸轮再转100o时，从动件返回原处。
已知凸轮以等角速度3=1rad/s转动，工作要求机构为柔性冲击。
凸轮机构以等角速度逆时针方向旋转，推杆轴线在凸轮回转中心右侧，偏距e=20mm。
二、设计思路
1、要求从动件作往复移动，因此可选择偏置直动滚子从动件盘型凸轮机构。
2、根据工作要求选择从动件的运动规律。
为了保证机构为柔性冲击，从动件推程和回程可分别选用等加速等减速运动规律和简谐运
动规律。
推程运动角©=1400,回程运动角O'=1000,停歇角©s=20
0。
3、根据滚子的结构和强度等条件，滚子半径rr=10mm。
4、根据机构的结构空间，选基圆半径rr=50mm。
5、进行计算机辅助设计。
为保证机构有良好的受力状况，推程
许用压力角]a]=380,回程许用压力角]a=700,设计过程
中要保证a推程a]=38o,a回程a“]=700,为保证机构不产生运动失真和避免凸轮廓线应力集中，取凸轮实际廓线的许用曲率半径[pa]=3mm,设计过程中要保证凸轮理论廓线外凸部分的曲率半径p>[pa]+rr=3+8=11mm。
（三）凸轮基圆半径及滚子尺寸的确定
一、确定凸轮基园半径
由尖端移动从动件凸轮机构压力角的表达式可知r0同a的关系
Vtan卜]
如果升程过程中，限制最大压力角amax<38o,此时对应的基圆半径即为最小基圆半径rmin。
假设机构在amax位置是对应的从动件位移为sp,类速度为（巴
工，那么rOmin的表达式为
在应用上式计算rOmin时，要精确求解到©p值有时较为困难，
为此可用经验值近似替代©p,如从动件作等加等减速运动、简谐运
动时均可取©p为0.4①处的©值（①为凸轮推升程运动角）。
再按
上述计算出的rOmin作为初值，然后校核各位置的压力角a是否满足［a］的要求，否则应加大r0再重新校核。
在此，取r0=50mm。
二、滚子半径rr的选择
我们用p1表示凸轮工作廓线的曲率半径，用p表示理论廓线的曲率半径.所以有卩仁p士r1;为了避免发生失真现象，我们应该使p
的最小值大于0,即使p>r1;另一方面，滚子的尺寸还受其强度，结构的限制，不能太小，通常我们取滚子半径；r1=（0.1~0.5）*r0
依题意，原始数据如下：
1、已知量：
（未标明的单位为mm）
d1=150°推程运动结束的凸轮总转角，其中（d1-d0）为推程角5
01
d2=160°远休止运动结束时总转角，其中（d2-d1）为远程休止角
502
d3=280°回程运动结束的凸轮总转角，
03
d4=360°远休止运动结束总转角，其
中（d4-d3）为远程休止角504
e=20mm偏距20mm
h=50mm推杆的行程50mm
w=1rad/s此处设凸轮角速度为1rad
/s
r0=50mm此处设凸轮基园半径50mm
rr=10mm此处设滚子半径为10mm
2、设计所求量:
F:
偏置直动滚子从动杆的角位移
V:
偏置直动滚子从动杆的角速度
a：
偏置直动滚子从动杆的角加速度
以凸轮的中心为原点，竖直和水平方向分别为x,y轴，建立平面直
角坐标系如图
（4）从动杆的运动规律及凸轮轮廓线方程
从动杆运动规律：
①推程过程：
0°vd<150
②远休止过程：
150°vd<160°
偏置杆角位移s=h
偏置杆角速度：
v=0
偏置杆角加速度：
a=0
在推程和远休止过程中凸轮的理论轮廓轨迹:
x=（s0+s）sinS-esinS
y=（s0+s）coS-ecosS
其中e为偏距，s0=Vr02-e2
③回程过程：
160°-6
s=h
I6
-0
2讥sin—
6
、0
丿」
「0
）1
I丿」
sin
④近休止过程：
280°偏置杆角位移：
s=0
偏置杆角速度：
v=0偏置杆角加速度：
a=0在回程和近休止过程中凸轮轮廓轨迹：
x=（s0+s）sinS-ecosS
y=（s0+s）cosS-esinS
其中e为偏距，s0=Vr02-e2
y为凸轮轮廓的轨迹的y坐标点
（五）计算程序框图
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开始
读入数据h，rb,
、「r?
>1，△丄，e」，
P,3,①，①
w,△i,e
^0?
结束
输入参数:
h
（从动件行程）
rb
（凸轮基圆半径）
rr
（滚子半径）
（推程许用压力角）
:
a']
（回程许用压力角）
Pa
（凸轮实际廓线的曲率半径）
（凸轮旋转角速度）
①
（推程运动角）
①'
（远休止角）
①s
（回程运动角）
△rb（基圆修正量）
△e（机构偏心距）
输出参数:
S（从动件位移）
V（从动件运动速度）
A（从动件运动加速度）
（机构压力角）（理论廓线曲率半径）
（x,y）（理论轮廓坐标）（x',y'）（实际轮廓坐标）
（六）计算机源程序
#include
#include
#include#includemain（）
{
FILE*fp;
inta,step;
floatr0=40,rr=10,e=20,h=70;
doublepi=3・14159,s,s0,x,y,x1,y1,a0,a1,a2,a3;
doubleb,b1,b2,c1,c2;
charfilename[20];
printf（"pleaseinputfilenameyouwanttosavedate:
"）;//输入需要保存数据结果的文件名（不需要加类型后缀）
gets（filename）;
strcat（filename,".txt"）;
fp=fopen（filename,"w"）;
printf（"inputstartangleandstepangle:
"）;//输入起始角度和计算间隔即步进角度
scanf（"%d%d",&a,&step）;
for（a;av=360;a=a+step）
{a1=a*pi/180;
s0=sqrt（r0*r0-e*e）;printf（"s0=%f\n",s0）;
if（a>=0&&a<=360）
{
if（a>=0&&a<=150）
{
a0=150*pi/180;
s=h*（1-cos（pi*（a1/a0）））/2;printf（"s=%f\n",s）;
b=pi*h*sin（pi*（a1/a0））/（2*a0）;printf（"ds/dS=%f\n",b）;
if（a>150&&av=160）
{
a0=10*pi/180;
s=70;printf（"s=%f\n",s）;
b=0;printf（"ds/dS=%f\n",b）;
}
if（a>160&&a<=280）
{
a0=120*pi/180;
a2=（a-180）*pi/180;
s=h*（1-（a2/a0）+sin（2*pi*a2/a0）/（2*pi））;printf（"s=%f\n",s）;
b=h*（cos（2*pi*a2/a0）-1）/a0;printf（"ds/dS=%f\n",b）;
}
if（a>280&&a<=360）
{
a0=80*pi/180;
s=0;printf（"s=%f\n",s）;
b=0;printf（"ds/dS=%f\n",b）;
}
x=（s0+s）*sin（a1）+e*cos（a1）;printf（"x=%f\n",x）;
y=（s0+s）*cos（a1）-e*sin（a1）;printf（"y=%f\n",y）;b1=（b-e）*sin（a1）+（s0+s）*cos（a1）;printf（"dx/dS=%f\n",b1）;b2=（b-e）*cos（a1）-（s0+s）*sin（a1）;printf（"dy/dS=%f\n",b2）;c1=b1/sqrt（b1*b1+b2*b2）;printf（"sin0=%f\n",c1）;c2=-b2/sqrt（b1*b1+b2*b2）;printf（"cos0=%f\n",c2）;x1=x-rr*c2;printf（"x'=%f\n",x1）;
y1=y-rr*c1;printf（"y'=%f\n",y1）;
fprintf（fp,"S=%d,s=%7・3f,x=%7・3f,y=%7・3f,
x'=%7・3f,y'=%7・3f\n",a,s,x,y,x1,y1）;
}
elseprintf（"输出错误\n"）;
}fclose（fp）;
}
（七）程序计算结果及其分析
S=0,s=0.000,x=20.000,y=34.641,x'=15.000,y'=25.981
S=5,s=0.192,x=22.960,y=32.957,x'=18.090,y'=24.223
S=10,s=0.765,x=25.844,y=31.395,x'=21.203,y'=
22.537
S=15,
s=
1.713,
x=
28.728,
y=
29.939,
x'=
24.355,
y'=
20.946
S=20,
s=
3.026,
x=
31.677,
y=
28.555,
x'=
27.541,
y'=
19.450
S=25,
s=
4.689,
x=
34.748,
y=
27.193,
x'=
30.753,
y'=
18.025
S=30,
s=
6.684,
x=
37.983,
y=
25.789,
x'=
33.991,
y'=
16.620
S=35,
s=
8.990,
x=
41.409,
y=
24.269,
x'=
37.265,
y'=
15.168
S=40,
s=11.580,:
x=45.031,y=
22.552,x'=
40.591,y'=13.592
S=45,
s=14.427,:
x=48.839,y=
:
20.555,x'=
43.976,y'=11.817
S=50,
s=
17.500,
x=
52.798,
y=
18.195,
x'=
47.415,
y'=
9.767
S=55,
s=
20.764,
x=
56.857,
y=
15.396,
x'=
50.886,
y'=
7.374
S=60,
s=
24.184,
x=
60.944,
y=
12.092,
x'=
54.348,
y'=
4.576
S=65,
s=
27.723,
x=
64.973,
y=
8.230,
x'=
57.741,
y'=
1.324
S=70,
s=
31.341,
x=
68.844,
y=
3.774,
x'=
60.992,
y'=
-2.419
8=75,s=35.000,x=72.444,y=-1.294,x'=64.013,y'=-6・672
S=80,s=38.658,x=75.659,y=-6.968,x'=66.713,y'=-11.436
8=85,
s=
42.277,
x=
78.368,
y=-13.220,
x'=
68.991,
y'=-16.694
8=90,
s=
45.816,
x=
80.457,
y=-20.000,
x'=
70.750,
y'=-22.406
8=95,
s=
49.236,
x=
81.814,
y=-27.234,
x'=
71.897,
y'=-28.514
8=100,
s=
52.500,
x=
82.344,
y=-34.828,
x'=
72.345,
y'=-34.940
8=105,
s=
55.572,
x=
81.963,
y=-42.667,
x'=
72.022,
y'=-41.589
8=110,
s=
58.420,
x=
80.608,
y=-50.622,
x'=
70.869,
y'=-48.351
8=115,
s=
61.010,
x=
78.237,
y=-58.550,
x'=
68.850,
y'=-55.104
8=120,
s=
63.316,
x=
74.833,
y=-66.299,
x'=
65.944,
y'=-61.718
8=125,
s=
65.311,
x=
70.404,
y=-73.713,
x'=
62.156,
y'=-68.059
8=130,
s=
66.974,
x=
64.986,
y=-80.638,
x'=
57.513,
y'=-73.993
S=135,
s=68.287,
x=58.639,
y=-86.923,
x'=
52.066,
y'=-79.387
S=140,
s=
69.235,
x=
51.450,
y=-92.429,
x'=
45.885,
y'=-84.120
S=145,
s=
69.808,
x=
43.527,
y=-97.031,
x'=
39.065,
y'=-88.082
S=150,
s=
70.000,
x=
35.000,
y=-100.622,
x'=
31.715,
y'=-91.177
S=155,
s=
70.000,
x=
26.097,
y=-103.289,
x'=
23.648,
y'=-93.594
S=160,
s=
70.000,
x=
16.996,
y=-105.171,
x'=
15.400,
y'=-95・299
S=165,
s=
70.872,
x=
7.991,
y=-107.094,
x'=
8.124,
y'=-97・095
S=170,
s=
70.263,
x=
-1.480,
y=-106.783,
x'=
-0.933,
y'=-96・798
S=175,
s=
70.033,
x=-10.801,
y=-106.019,
x'=
-9.683,
y'=-96・082
S=180,
s=
70.000,
x=-20.000,
y=-104.641,
x'=
=-18.122,
y'=-94.819
S=185,
s=
69.967,
x=-29.041,
y=-102.467,
x'=-26.213,
y'=-92.875
S=佃0,
s=
69.737,
x=-37.821,
y=-99.320,
x'=-33.882,
y'=-90・128
S=佃5,
s=
69.128,
x=-46.176,
y=-95.057,
x'=-41.023,
y'=-86.487
S=200,
s=
67.982,
x=-53.893,
y=-89.593,
x'=-47.507,
y'=-81.898
S=205,
s=
66.178,
x=-60.734,
y=-82.921,
x'=-53.193,
y'=-76.353
S=210,
s=
63.641,
x=-66.461,
y=-75.115,
x'=-57.932,
y'=-69.894
S=215,
s=
60.345,
x=-70.864,
y=-66.336,
x'=-61.582,
y'=-62.617
S=220,
s=
56.315,
x=-73.786,
y=-56.821,
x'=-64.018,
y'=-54.679
S=225,
s=
51.628,
x=-75.143,
y=-46.859,
x'=-65.159,
y'=-46.296
S=230,
s=
46.404,
x=-74.940,
y=-36.774,
x'=-64.985,
y'=-37.726
S=235,
s=
40.800,
x=-73.269,
y=-26.888,
x'=-63.551,
y'=-29.247
S=240,
s=
35.000,
x=-70.311,
y=-17.500,
x'=-60.992,
y'=-21.128
S=245,s=29.200,x=-66.312,y=-8.854,x'=-57.509,
y'=-13.598
S=250,
s=23.596,
x=-61.566,
y=
-1.125,
x'=-53.348,
y'=
-6.823
S=255,
s=
18.372,
x=-56.383,
y=
5.597,
x'=-48.776,
y'=
-0.893
S=260,
s=
13.685,
x=-51.065,
y=
11.304,
x'=-44.047,
y'=
4.180
S=265,
s=
9.655,
x=-45.871,
y=
16.063,
x'=-39.375,
y'=
8.460
S=270,
s=
6.359,
x=-41.000,
y=
20.000,
x'=-34.912,
y'=
12.067
S=275,
s=
3.822,
x=-36.574,
y=
23.276,
x'=-30.743,
y'=
15.152
S=280,
s=
2.018,
x=-32.630,
y=
26.062,
x'=-26.900,
y'=
17.866
S=285,
s=
0.000,
x=-28.284,
y=
28.284,
x'=-21.213,
y'=
21.213
S=290,
s=
0.000,
x=-25.712,
y=
30.642,
x'=-19.284,
y'=
22.981
S=295,
s=
0.000,
x=-22.943,
y=
32.766,
x'=-17.207,
y'=
24.574
S=300,
s=
0.000,
x=-20.000,
y=
34.641,
x'=-15.000,
y'=
25.981
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