机械原理课程设计凸轮机构.docx
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机械原理课程设计凸轮机构
（一）机械原理课程设计的目的和任务2
（二）从动件（摆杆）及滚子尺寸的确定4
（三）原始数据分析5
（四）摆杆的运动规律及凸轮轮廓线方程6
（五）程序方框图8
（六）计算机源程序9
（七）程序计算结果及其分析14
（八）凸轮机构示意简图16
（九）心得体会16
（十）参考书籍18
（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、摆动从动件杆盘型凸轮机构
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
摆杆角行程
h
推程运动角
S01
远休止角
S02
回程运动角
S03
近休止角
S04
基圆
半径
ro
从动杆运动规律
推程
回程
数据
25o
120o
40o
110o
90o
50
简谐
等加减速
3、设计要求：
1确定合适摆杆长度
2合理选择滚子半径rr
3选择适当比例，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A2
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：
1、尖底（滚子）摆动从动件盘形凸轮机构压力角：
临f[acos*M）—I]
tan:
asin伴°十屮）
在推程中，当主从动件角速度方向不同时取“-”号，相同时取“+”号。
1、
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：
1、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。
（2）从动件（摆杆）及滚子尺寸的确定
1、摆杆长度I确定：
根据右图建立坐标系Oxy。
Bo点为推程段摆杆起始点，
开始时推杆滚子中心处于
Bo点处，依几何关系有：
Bo的坐标：
Xo=sin（©o）/l
Yo=a-l*cos（©o）
fo二arcos[（a2+l2-ro2）/2a*门
又因为摆动盘形凸轮机构
在运动时的许用压力角为：
[a]=35°~45°
根据压力角公式：
l|兽板acos申°+屮）-1]
tan：
二
asin化o+少）
注：
当主从动件角速度方向不同时取“-”号，相同时取“+”号。
由此我们可以取到：
l=12omm）此时摆杆的初始摆角：
©o~12.429°
2、滚子半径ri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pi=p士ri；为了避免发生失真现象，我们应该使p的最小值大于o,即使p>A；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；ri=（o.1~o.5）*ro
在此，我们可以取r1=0.2*r0=10mm
（三）原始数据及分析
依题意，原始数据如下：
1、已知量：
（未标明的单位为mm）
d1=120o
推程运动结束的凸轮总转角，其中©-do）为推程角s01
d2=160o
远休止运动结束时总转角，其中（d2-di）为远程休止角s02
d3=270o
回程运动结束的凸轮总转角，其中（d3〈2）为回程角S03
d4=360o
远休止运动结束总转角，其中（d4-d3）为远程休止角s04
r=160
凸轮中心到摆杆中心A的距离
r0=50
基圆半径
l=120
此处设摆动从动杆长度为120mm
h=25o
从动杆的总角行程
w=1rad/s此处设凸轮角速度为1rad/s
rr=10
此处设滚子半径为10
2、设计所求量：
f摆动从动杆的角位移
v摆动从动杆的角速度
a摆动从动杆的角加速度
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
x为凸轮轮廓的轨迹的x坐标点
y为凸轮轮廓的轨迹的y坐标点
（四）摆杆的运动规律及凸轮轮廓线方程
1、摆杆运动规律：
1推程过程：
0°vd<120°
摆杆角位移：
f=h（1-cos（n8/8oi））/2
即f=h（1-cos（nd/d1））/2
摆杆角速度：
v=nhwsin（n8/8oi）/（2801）
即v=nhwsin（nd/d1）/（2d1）
摆杆角加速度：
a=n2hw2cos（n8/8°J/（28°；）
即a=n2hw2cos（nd/di）/（2di2）
2远休止过程：
120°vd<160o
摆杆角位移：
f=h
摆杆角速度：
v=0
摆杆角加速度：
a=0
在推程和远休止过程中凸轮轮廓轨迹：
x=rsind-lsin（d+f+f0）
y=rcosd-lcos（d+f+f0）
其中f°为摆杆的初始位置角
222
f0=arcos[（r+l-r0）/2（rl）]
3回程过程：
160ovd<270o
a.等加速回程阶段：
160ovd<215°摆杆角位移：
f=h-2h（S-S01-S02）7（S03）2即f=h-2h（d-d2）/（d3-d2）摆杆角速度：
v=-4hw（S-S01-S02）/（S03）2
2
即v=-4hw（d-d2）/（d3-d2）
摆杆角加速度：
a=-4hw2/（S03）2
即a=-4hw2/（d3-d2）2
b.等减速回程阶段：
215°vd<270°
摆杆角位移：
f=2h（S03-（S-S01-S02-S03/2））/（S03）
22
即f=2h（（d3-d2）-（d-d2-（d3-d2）/2））2/（d3-d2）2摆杆角速度：
v=-4hw（S03-（S-S01-S02-S03/2））/（S03）
即v=-4hw（（d3-d2）-（d-d2-（d3-d2）/2））/（d3-d2）2摆杆角加速度：
a=4hw2/（S03）2
22
即a=4hw2/（d3-d2）2
4近休止过程：
720°f=0摆杆角速度：
v=0摆杆角加速度：
a=0在回程和近休止过程中凸轮轮廓轨迹：
x=rsind-lsin（d+f+f0）
y=rc°sd-lc°s（d+f+f0）
其中fo为摆杆的初始位置角
222
fo=arcos[（r+l-ro）/2（rI）]
（五）程序方框图
六）计算机源程序
#include
#include
main（）
{
doubled,d0,d1,d2,d3,d4,r,r0,f,f0,h,pi,v,w,a,l,x,y;
intn;
FILE*fp;
/*定义文件指针*/
fp=fopen（"aa.txt","w"）;
/*打开以写方式文件（aa.txt不存在则新建）*/
d=0;
/*d为凸轮总转角*/
d0=5;
/*d0为转角分度值，此处设为5o每次*/
d1=120;
/*（d1-0）为推程角*/
d2=160;
/*（d2-d1）为远程休止角*/
d3=270;
/*（d3-d2）为回程角*/
d4=360;
/*（d4-d3）为近休止角*/
pi=3.1415926;
r=160;
/*凸轮圆心到从动杆固定点的距离*/
r0=50;
/*基圆半径*/
l=120;
/*从动杆长度*/
h=25;
/*行程角度*/
/*从动杆初始角*/
f0=acos（（r*r+l*l-r0*r0）/（2*r*l））*180/pi;
printf（"初始角：
f0=%1.3f\n",acos（（r*r+l*l-r0*r0）/（2*r*l））*180/pi）;fprintf（fp,"初始角：
%1.3f\n",acos（（r*r+l*l-r0*r0）/（2*r*l））*180/pi）;
for（n=0;n<=36;n++）
{
d=d0*n;
从动杆的角位移*/
/*从动杆角速度*/
/*从动杆角加速度*/
if（d<=d1）/*当d<=120度时，为推程过程*/
{f=h*（1-cos（pi*（d/d1）））/2;/*v=pi*h*w*sin（pi*（d/d1））/（2*d1）;a=pi*pi*h*w*w*cos（pi*（d/d1））/（2*d1*d1）;
x=r*sin（d*pi/180）-l*sin（pi*（d+f+f0）/180）;
/*确定的凸轮的轨迹x坐标*/
y=r*cos（d*pi/180）-l*cos（pi*（d+f+f0）/180）;
/*确定的凸轮的轨迹y坐标*/printf（"\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx=%1.3f\ny=%1.3f\n",d,f,v,a,x,y）;
fprintf（fp,"\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx=%1.3f\ny=%1.3f\n",d,f,v,a,x,y）;}
else{
{f=h;
if（d<二d2）/*当120<=d<=160度时，为远休止过程*/
/*从动杆的角位移*/a=0;/*从动杆角加速度*/x=r*sin（d*pi/180）-l*sin（pi*（d+f+f0）/180）;
/*确定的凸轮的轨迹x坐标*/y=r*cos（d*pi/180）-l*cos（pi*（d+f+f0）/180）;
/*确定的凸轮的轨迹y坐标*/printf（"\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx=%1.3f\ny=%1.3f\n",d,f,v,a,x,y）;
fprintf（fp,"\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx=%1.3f\ny=%1.3f\n",d,f,v,a,x,y）;}
else{
if（d<=215）
/*当160<=d<=215度时，为等加速回程过程*/
{f=h-2*h*（d-d2）*（d-d2）/（（d3-d2）*（d3-d2））;
/*从动杆的角位移*/v=（-1）*4*h*w*（d-
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