单缸四冲程柴油机凸轮机构设计之欧阳科创编.docx
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单缸四冲程柴油机凸轮机构设计之欧阳科创编
时间：
2021.02.05
创作：
欧阳科
1，设计任务及要求………………………………………1
2，设计思想及数学模型的建立…………………………2
3，程序框图………………………………………………6
4，程序清单及运行结果…………………………………7
5，总结……………………………………………………18
6，参考文献………………………………………………18
一、设计任务及要求
机械原理课程设计任务书（六）
姓名XXX专业机械电子工程班级机电XX-X学号XX
一、设计题目：
单缸四冲程柴油机凸轮机构设计
二、系统简图：
三、工作条件
已知：
从动件冲程为
，推程的许用压力角
，回程的许用压力角
，推程运动角
，远休止角
，回程运动角
，从动件的运动规律。
四、要求：
1）计算从动件位移和速度。
绘制线图（坐标纸或计算机绘制）。
2）用计算机语言按照许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，选滚子半径，画凸轮的实际轮廓曲线，并按比例绘出机构运动简图（A2图纸）。
3）编写出计算说明书。
指导教师：
YYYYY
开始日期：
XX年XX月XX日
完成日期：
XX年XX月XX日。
二、设计过程及数学模型的建立
2．1、设计思想
1）首先，任取一个基圆半径r0，计算出位移s、速度v、加速度a,画出位移s、速度v、加速度a随旋转角δ变化的曲线图；其次，把圆周分为72等份，算出静态时的凸轮理论和实际轮廓线各点坐标值，将其分别放入x[]、y[]、xx[]、yy[]数组中；然后，再利用坐标旋转（x=x*cosθ+y*sinθ；y=x*sinθ-y*cosθ），从而模拟出凸轮的运动。
2．2基圆半径选择
因为基圆半径r0≥35mm，所以选基圆半径r0=40mm。
2．3数学模型
推程时：
等加速：
0≤δ≤5π/36
，
，
等减速：
5π/36≤δ≤5π/18
，
，
远休止：
s=h，v=0，a=0
回程时：
等加速：
0≤δ≤5π/36
，
，
等减速：
5π/36≤δ≤5π/18
，
，
近休止：
s=0，v=0，a=0
如图所示，已知从动件运动规律为s=s（δ），基圆半径为r0，滚子半径为Rt，偏心距为e，设计盘行凸轮机构。
如图，选取xOy坐标系，B0点为凸轮轮廓线起点。
开始时滚子中心处于B0点处，当凸轮转过δ角度时，推杆位移为s。
由反转法作图可看出，此时滚子中心处于B点，其坐标为
x=（r0+s）sinδ,
y=（r0+s）cosδ
（1）
即凸轮的理论轮廓线方程。
因为实际轮廓线与理论轮廓线为等距线，即法向距离处处相等，都为滚子半径Rt。
故将理论轮廓线上的点沿法向内侧移动距离Rt，即得实际轮廓线上的点B′（x′，y′）。
由高等数学知，理论轮廓线B点处法线nn的斜率（与切线斜率互为负倒数）应为
（2）
根据
（1）式子有
（3）
（3）
可得
（4）
（4）
实际轮廓线上对应点B′（x′,y′）的坐标为
（5）
三、程序框图
凸轮工作一周时，δ从0到2π变化，每一个δ对应一个轮廓上的点，所以有无穷多点，计算机编程时不能都计算出来，只能计算出有限多个点，首先应将0到2π离散为N个点，δi=2π/N,（I=0,1,2……，N-1），N越大，则精度越高。
输入从动件运动规律s=s（δ）
输入精度控制数N
输入基圆半径r0，滚子半径Rt,偏置距e
作循环，for（I=0;j<=N-1;j++）
求B（x,y）坐标，注意到
δi=2π/N,（I=0,1,2……，N-1）
手算ds/dδ表达式，并带入（4）式
求B′（x′,y′）
存储计算结果
输出计算结果
建立坐标轴
绘制凸轮轮廓曲线
四、程序清单及运行结果
#include
#include
#include
#include
#include
#definep3.1415926
#defineh20
#definer040.0
#definert10.0
intplot（s,x,y,xx,yy）
floats[75],x[75],y[75],xx[75],yy[75];
{inti,j,n=73,gd=DETECT,gmode=0,linestyle,k;
floatdt;
initgraph（&gd,&gmode,"c:
\\tc"）;
for（k=0;k<3;k++）
{for（j=0;j{delay（1000）;
dt=1.0/36.0*p*j;
cleardevice（）;
setlinestyle（2,4,1）;
line（200,250,400,250）;
line（300,150,300,350）;
setlinestyle（0,4,1）;
setcolor（4）;
circle（2*（x[0]）+300,2*（-y[0]）+250-2*s[j],2*10）;
line（2*（x[0]）+300,150,2*（x[0]）+300,40*（-y[0]）+25040*s[j]）;
setcolor
（1）;
setcolor（11）;
circle（300,250,2*40）;
moveto（2*（xx[0]*cos（dt）+yy[0]*sin（-dt））+300,2*（-（yy[0]*cos（dt）-xx[0]*sin（-dt）））+250）;
setcolor（4）;
for（i=0;i{
lineto（2*（xx[i]*cos（dt）+yy[i]*sin（dt））+300,2*（yy[i]*cos（dt）-xx[i]*sin（-dt））+250）;
}
moveto（2*（x[0]*cos（dt）+y[0]*sin（-dt））+300,2*（-（y[0]*cos（dt）-x[0]*sin（-dt）））+250）;
setcolor（5）;
for（i=0;i{
lineto（2*（x[i]*cos（dt）+y[i]*sin（-dt））+300,2*（-（y[i]*cos（dt）-x[i]*sin（-dt）））+250）;
}
moveto（2*（x[0]*cos（dt）+y[0]*sin（-dt））+300,2*（-（y[0]*cos（dt）-x[0]*sin（-dt）））+250）;
}
}
getch（）;}
main（）
{intgd=DETECT,gm;
inti,j,mm;
floats[75],t1,x[75],y[75],dx[75],dy[75],xx[75],yy[75],si[75],co[75],v[75],a[75],w=0.5;
initgraph（&gd,&gm,""）;
t1=0.0;
for（i=0;i<6;i++）
{s[i]=2*h*t1*t1/（（5*p/18）*（5*p/18））;
x[i]=（r0+s[i]）*sin（t1）;
y[i]=（r0+s[i]）*cos（t1）;
dx[i]=（4*h*t1/（（5*p/18）*（5*p/18）））*sin（t1）+（r0+s[i]）*cos（t1）;
dy[i]=（4*h*t1/（（5*p/18）*（5*p/18）））*cos（t1）-（r0+s[i]）*sin（t1）;
si[i]=dx[i]/sqrt（dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]）;
co[i]=-dy[i]/sqrt（dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]）;
xx[i]=x[i]-rt*co[i];
yy[i]=-（y[i]-rt*si[i]）;
v[i]=4*h*w*t1/（（5*p/18）*（5*p/18））;
a[i]=4*h*w*w/（（5*p/18）*（5*p/18））;
t1=t1+1.0/36.0*p;
}
for（i=6;i<11;i++）
{s[i]=h-2*h*（5*p/18-t1）*（5*p/18-t1）/（（5*p/18）*（5*p/18））;
x[i]=（r0+s[i]）*sin（t1）;
y[i]=（r0+s[i]）*cos（t1）;
dx[i]=（4*h*（5*p/18-t1）/（（5*p/18）*（5*p/18）））*sin（t1）+（r0+s[i]）*cos（t1）;
dy[i]=（4*h*（5*p/18-t1）/（（5*p/18）*（5*p/18）））*cos（t1）-（r0+s[i]）*sin（t1）;
si[i]=dx[i]/sqrt（dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]）;
co[i]=-dy[i]/sqrt（dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]）;
xx[i]=x[i]-rt*co[i];
yy[i]=-（y[i]-rt*si[i]）;
v[i]=4*h*w*（5*p/18-t1）/（（5*p/18）*（5*p/18））;
a[i]=-4*h*w*w/（（5*p/18）*（5*p/18））;
t1=t1+1.0/36.0*p;
}
for（i=11;i<13;i++）
{s[i]=h;
x[i]=（r0+s[i]）*sin（t1）;
y[i]=（r0+s[i]）*cos（t1）;
dx[i]=（r0+s[i]）*cos（t1）;
dy[i]=-（r0+s[i]）*sin（t1）;
si[i]=dx[i]/sqrt（dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]）;
co[i]=-dy[i]/sqrt（dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]）;
xx[i]=x[i]-rt*co[i];
yy[i]=-（y[i]-rt*si[i]）;
v[i]=0;
a[i]=0;
t1=t1+1.0/36.0*p;
}
for（i=13;i<18;i++）
{s[i]=h-2*h*（t1-p/3）*（t1-p/3）/（（5*p/18）*（5*p/18））;
x[i]=（r0+s[i]）*sin（t1）;
y[i]=（r0+s[i]）*cos（t1）;
dx[i]=（-4*h*（t1-p/3）/（（5*p/18）*（5*p/18）））*sin（+t1）+（r0+s[i]）*cos（t1）;
dy[i]=（-4*h*（t1-p/3）/（（5*p/18）*（5*p/18）））*cos（t1）-（r0+s[i]）*sin（t1）;
si[i]=dx[i]/sqrt（dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]）;
co[i]=-dy[i]/sqrt（dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]）;
xx[i]=x[i]-rt*co[i];
yy[i]=-（y[i]-rt*si[i]）;
v[i]=-4*h*w*（t1-p/3）/（（5*p/18）*（5*p/18））;
a[i]=-4*h*w*w/（（5*p/18）*（5*p/18））;
t1=t1+1.0/36.0*p;
}
for（i=18;i<23;i++）
{s[i]=2*h*（5*p/18-t1+p/3）*（5*p/18-t1+p/3）/（（5*p/18）*（5*p/18））;
x[i]=（r0+s[i]）*sin（t1）;
y[i]=（
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