课程设计摆动从动件杆盘型凸轮机构.docx
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课程设计摆动从动件杆盘型凸轮机构
课程设计---摆动从动件杆盘型凸轮机构
河北工程大学机电学院
机械原理课程设计
说明书
设计题目:
摆动从动件杆盘型凸轮机构
指导教师:
班级:
机制4班
姓名:
学号:
一、机械原理课程设计的目的及其任务………………………2
二、机械原理课程设计题目及其设计要求……………………2
三、凸轮机构的运动说明及运动简图…………………………3
四、机械原理课程设计方案以及原始数据……………………4
五、图解法………………………………………………………5
六、解析法………………………………………………………7
七、计算程序方框图……………………………………………10
八、计算机源程序及运行结果………………………………11
九、心得体会……………………………………………………16
十、参考文献……………………………………………………17
一、机械原理课程设计的目的及其任务
<一>、机械原理课程设计的目的:
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:
1、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,以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按给定条件综合连杆机构,确定连杆机构各构件的尺寸,以满足不同的实际工作的要求;
2对机构进行运动分析;(图解法及解析法两种方法)
3设计凸轮轮廓曲线,绘制凸轮从动件位移曲线。
二、机械原理课程设计题目及其设计要求
<一>课程设计题目:
摆动从动件杆盘型凸轮机构
<二>设计要求
1、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:
h
δ01
δ02
δ03
δ04
r0
从动杆运动规律
推程
回程
ⅴ
240
1500
200
1200
700
40
等加等减
简谐
2、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A2图纸)
⑤将机构简图、原始数据、尺寸综合方法写入说明书,并打印出结果。
3、用解析法设计凸轮轮廓,原始数据不变,要求写出数学模型,编制主程序并打出结果。
备注:
1、尖底(滚子)摆动从动件盘形凸轮机构压力角:
在推程中,当主从动件角速度方向不同时取“-”号,相同时取“+”号。
三、凸轮机构的运动说明及机构运动简图
<一>凸轮机构的运动说明:
凸轮运动分为四个阶段:
第一阶段,推程阶段:
从动件以等加等减规律运动,凸轮转过角度为1500,摆杆上摆过240;
第二阶段(即远休止)凸轮转过角度为200,摆杆静止;
第三阶段(即回程段)从动件以简谐规律运动,凸轮转过角度为1200,摆杆下摆过240;
第四阶段(即近休止)凸轮转过角度为700,摆杆静止。
<二>机构运动简图如下:
四、机械原理课程设计方案以及原始数据
<一>、设计方案:
符号
方案
Φ
δ01
δ02
δ03
δ04
r0
从动杆运动规律
推程
回程
Ⅱ
24º
150º
20º
120º
70º
40
等加等减
简谐
<二>、原始数据:
凸轮中心到摆杆中心的距离:
a=160mm
摆杆行程角:
Φ=24°
凸轮推程运动角:
δ01=150°
凸轮远休止角:
δ02=20°
凸轮回程运动角:
δ03=120°
凸轮近休止角:
δ04=70°
基圆半径:
r0=40mm
滚子半径rr的选择:
凸轮工作廓线的曲率半径表示为ρa,用ρ表示理论廓线的曲率半径,即有ρa=ρ±rr;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ρ>rr;另一方面,滚子的尺寸还受其强度和结构的限制,不能太小,通常我们取滚子半径:
rr=(~)*r0
在此,
可以取r1=*r0=10mm。
摆杆长度的选择:
摆动推杆取许用压力角[a]=35°—45°
因此杆长取150mm
五、图解法设计
摆杆的运动规律:
(1)第一个运动阶段,推程段:
摆杆推程运动是等加等减运动,
根据多项式运动规律,推杆的多项式运动规律的一般表达式为
=C0+C1δ+C2δ2+…+Cnδn
式中δ为凸轮转角;
为摆杆位移;C0、C1、C2、…、Cn为待定系数,可利用边界条件来确定。
运动规律是二项式运功规律,其表达式为
=C0+C1δ+C2δ2
由式可见,为了保证凸轮机构运动的平稳性,通常应使推杆先作加速运动。
设在加速段和减速段凸轮机构的运动角及推杆的行程各占一半(即各为δ0/2及Φ/2)。
这时,推程加速段的边界条件为
在始点处δ=00,
=00,
在终点处δ=750,
=120,
将其代入,可求得C0=0,C1=0,C2=2Φ/(δ01)2,且Φ=240,故摆杆等加速推程段的运动方程为
=2Φδ2/(δ01)2
式中,δ变化范围为00~750。
推程减速段的边界条件为
在始点处δ=750,
=120,
在终点处δ=1500,
=240,
故摆杆等减速推程段的运动方程为
=Φ-2Φ(δ01-δ)2/(δ01)2
式中δ的变化范围为750~1500。
(2)第三阶段,回程段:
简谐运动规律,其摆杆回程时的运动方程为
=Φ[1+cos(πδ/δ03)]/2
式中δ的变化范围为1700~2900。
(2)第二、四阶段分别是远休止和近休止,故摆杆运动方程都为
=00
(3)初始角:
0=arccos[(a2+l2-r0)/(2al)]=arccos[(1602+1502-402)/(2×160×150)]=
取计算间隔为100计算各分点的位移值,其结果如表:
凸轮运动角(0)
摆杆转角(0)
六、解析法
<一>计算摆杆的角位移并对凸轮转角求导:
(1)在第一阶段当摆杆以等加等减运动规律上摆240,设在加速段和减速段凸轮的运动角及摆杆的行程角各占一半,故摆杆等加速推程段的运动方程为:
=2Φ(δ)2/(δ01)2
d
/dδ=4ωΦδ/(δ01)2
δ变化范围0~750。
摆杆推程减速段的运动方程为:
=Φ﹣2Φ(δ01﹣δ)/(δ01)2
d
/dδ=4Φω(δ01-δ)/(δ01)2
δ=750~1500。
(2)第三阶段摆杆按简谐运动规律下摆240,故可列回程时的运动方程为:
=Φ[1+cos(πδ3/δ03)]/2
d
/dδ=-Φπωsin(πδ3/δ03)/(2δ03)
δ=00~1200,δ03=1200。
<二>计算凸轮的理论廓线和工作廓线:
凸轮理论廓线的直角坐标如下:
x=asinδ﹣lsin(δ+
+
0)
y=acosδ﹣lcos(δ+
+
0)
0为摆杆的初始位置角,其值为
=arccos[(a2+l2-r0*r0)/(2al)]
在第一阶段按等加等减规律,其摆杆推程加速段坐标值对δ角的倒数为
dx/dδ=acosδ-lcos(δ+
+
0)[1+4Φδ/(δ01)2]
dy/dδ=-asinδ+lsin(δ+
+
0)[1+4Φδ/(δ01)2]
其摆杆减速推程段坐标值对δ角的倒数为
dx/dδ=acosδ-lcos(δ+
+
0)[1+4Φω(δ01-δ)/(δ01)2]
dy/dδ=-asinδ+lsin(δ+
+
0)[1+4Φω(δ01-δ)/(δ01)2]
在第二阶段(运休止)时δ=δ01+δ2=1500~1700,
=240;在第四阶段(近休止)时δ=δ01+δ02+δ03+δ4=2900~3600,
=00。
坐标值对δ角的倒数为
dx/dδ=acosδ-lcos(δ+
+
0)
dy/dδ=-asinδ+lsin(δ+
+
0)
第三阶段按简谐运动规律δ=δ01+δ02+δ3,δ3=00~1200,坐标值对δ角的倒数为
dx/dδ=acosδ-lcos(δ+
+
0)(1-Φπωsin(πδ3/δ03)/(2δ03))
dy/dδ=‐asinδ+lsin(δ+
+
0)(1-Φπωsin(πδ3/δ03)/(2δ03))
则
sinΘ=(dx/dδ)/[(dx/dδ)2+(dy/dδ)2]1/2
cosΘ=﹣(dy/dδ)/[(dx/dδ)2+(dy/dδ)2]1/2
凸轮工作廓线的直角坐标
x′=x﹣rrcosθ
y′=y﹣rrsinθ
验证:
根据
尖底(滚子)摆动从动件盘形凸轮机构压力角:
在推程中,当主从动件角速度方向不同时取“-”号,相同时取“+”号
验证结果:
压力角均在合理范围之内,该凸轮合格。
七、计算程序框图
八、计算机源程序及运行结果
源程序:
#include<>
#include<>
voidmain()
{
doubled,d1,d2,d3,d0,r,r0,d4,d5,
f,f0,h,pi,v,w,a,l,x,y,x0,y0,A1,B2,D1,D2,A2,B3,D3,D4,A3,B4,D5,D6,A4,B5,D7,D8,A5,B6,D9,D10,r1;
intn;
FILE*fp;
fp=fopen("","w");
d=0;/*凸轮运动初始角0度*/
d0=5;/*间隔角5度*/
d1=150;/*推程角150度*/
d2=170;
d3=290;
d4=360;
d5=75;
pi=;
r=160;/*凸轮中心到摆杆中心的距离160毫米*/
r0=40;/*基圆半径40毫米*/
l=150;/*摆杆长度150毫米*/
h=24;/*摆杆行程角24度*/
w=1;/*凸轮转速每秒1度*/
r1=10;/*滚子半径10毫米*/
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);
printf("dfvaxyx0y0\n");
for(n=0;n<=72;n++)
{d=d0*n;
if(d<=d1)
{if(d{f=2*h*d*d/(d1*d1);
v=4*h*w*d/(d1*d1);
a=4*h*w*w/(d1*d1);
x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180);
y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);
A1=(r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180))*pi/180;
B2=(-r*sin(d*pi/180)+l*sin(pi*(d+f+f0)/180))*pi/180;
D1=A1/sqrt(A1*A1+B2*B2);
D2=(-1)*B2/sqrt(B2*B2+A1*A1);
x0=x-r1*D2;
y0=y-r1*D1;}
else
{f=h-2*h*(d1-d)*(d1-d)/(d1*d1);
v=4*h*w*(d1-d)/(d1*d1);
a=-4*h*w*w/(d1*d1);
x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180);
y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);
A2=(r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180))*pi/180;
B3=(-r*sin(d*pi/180)+l*sin(pi*(d+f+f0)/180))*pi/180;
D3=A2/sqrt(A2*A2+B3*B3);
D4=-B3/sqrt(B3*B3+A2*A2);
x0=x-r1*D4;
y0=y-r1*D3;}
printf("%1.1f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f\n",d,f,v,a,x,y,x0,y0);
fprintf(fp,"\nd=%1.1f\nf=%1.6fv=%1.6f\na=%1.6f\nx=%1.6fy=%1.6fx0=%1.6fy0=%1.6f\n",d,f,v,a,x,y,x0,y0);}
else
{if(d<=d2)
{f=h*(d1/d1-sin(2*pi*d1/d1));
v=0;
a=0;
x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180);
y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);
A3=(r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180))*pi/180;
B4=((-1)*r*sin(d*pi/180)+l*sin(pi*(d+f+f0)/180))*pi/180;
D5=A3/sqrt(A3*A3+B4*B4);
D6=B4/sqrt(B4*B4+A3*A3);
x0=x-r1*D6;
y0=y-r1*D5;
printf("%1.1f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f\n",d,f,v,a,x,y,x0,y0);
fprintf(fp,"\nd=%1.1f\nf=%1.6fv=%1.6f\na=%1.6f\nx=%1.6fy=%1.6fx0=%1.6fy0=%1.6f\n",d,f,v,a,x,y,x0,y0);}
else
if(d<=290)
{f=h*(1+cos(pi*(d-d2)/(d3-d2)))/2;
v=(-1)*pi*h*w*sin(pi*(d-d2)/(d3-d2))/(2*(d3-d2));
a=pi*pi*h*w*w*cos(pi*(d-d2)/(d3-d2))/(4*(d3-d2)*(d3-d2));
x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180);
y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);
A4=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180)*(1-pi*h*w*sin(pi*(d-d2)/(d3-d2))/(2*(d3-d2)*pi/180));
B5=(-1)*r*sin(d*pi/180)+l*sin(pi*(d+f+f0)/180)*(1-pi*h*w*sin(pi*(d-d2)/(d3-d2)/(2*(d3-d2)*pi/180)));
D7=A4/sqrt(A4*A4+B5*B5);
D8=B5/sqrt(B5*B5+A4*A4);
x0=x-r1*D8;
y0=y-r1*D7;
printf("%1.1f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f\n",d,f,v,a,x,y,x0,y0);
fprintf(fp,"\nd=%1.1f\nf=%1.6fv=%1.6f\na=%1.6f\nx=%1.6fy=%1.6fx0=%1.6fy0=%1.6f\n",d,f,v,a,x,y,x0,y0);}
else
{if(d<=d4)
{f=0;
v=0;
a=0;
x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180);
y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);
A5=(r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180))*pi/180;
B6=((-1)*r*sin(d*pi/180)+l*sin(pi*(d+f+f0)/180))*pi/180;
D9=A5/sqrt(A5*A5+B6*B6);
D10=B6/sqrt(B6*B6+A5*A5);
x0=x-r1*D10;
y0=y-r1*D9;
printf("%1.1f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f\n",d,f,v,a,x,y,x0,y0);
fprintf(fp,"\nd=%1.1f\nf=%1.6fv=%1.6f\na=%1.6f\nx=%1.6fy=%1.6fx0=%1.6fy0=%1.6f\n",d,f,v,a,x,y,x0,y0);}
}
}
}
fclose(fp);}
运行结果:
初始角:
f0=
d
f
v
a
x
y
x′
y′
九、心得体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们的实际工作能力的具体训练和考察过程。
经过这次的课程设计,切身体会到了对待一项设计的硬件和软件设备。
首先,整体规划,找到着手点,之后,根据脉络,向下进行,开始就遇到了困难—摆杆长度的确定。
虽然知道一些合理的杆长,但是没有严密的证据佐证。
去图书馆寻找相关书籍,也去电子阅览室找,可是结果却不令人满意,书上都是任取,没有解释说明。
没办法,只好任选。
对摆杆的运动规律做了分析,大致上了解了摆杆全程。
准备图解法画出凸轮。
紧接着又遇到了问题,摆杆的位置。
摆杆放置在凸轮的左右到底有无区别查资料,得知左右均可。
我决定放置在右边。
凸轮顺时针旋转,那么摆杆末端的滚子逆时针旋转。
摆杆承受沿杆的拉力。
如果摆杆放在左边,摆杆承受的沿杆的压力。
根据功能分析,摆杆在右,更为合理。
继续图解法,考虑到需要数据,随之而来的是编程,得出数据。
编程,需要运用机器语言,就是C语言熟练。
虽然已经有很长时间没有接触它了,可由于基础较好,编写这样的程序还可以。
再加有参考书的辅助,编程很顺利。
得出了数据后,就可以制图了。
图解法就完成了。
解析法也是这次课程设计的内容。
实质在于将摆杆的摆动坐标化。
根据公式,得知求法,编入程序中,摆杆末端各个时刻的位置就确定了。
这样,理论轮廓线完成了。
同理,可得工作轮廓线。
课程设计的任务基本完成了。
最后,整理数据内容,装订说明书和任务书。
第一次做课程设计,对一些整理不了解。
参考一些案例,终于大功告成。
在课程设计过程中,收获知识,提高能力的同时,我也学到了很多人生的哲理,懂得怎么样去制定计划,怎么样去实现这个计划,并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。
因此在以后的生活和学习的过程中,我一定会把课程设计的精神带到生活中,不畏艰难,勇往直前!
参考文献
[1]孙桓,陈作模.机械原理[M].第七版.北京:
高等教育出版社,2006.
[2]陈作模.机械原理学习指南[M].5.版.北京:
高等教育出版社,2007.
[3]石永刚.吴央芳.凸轮机构设计与应用创新[M].北京:
机械工业出版社,2007.
[4]郭浩志.C语言程序设计教程.北京:
北京邮电大学出版社,2005.
[5]胡腾,李增民.精通AutoCAD2008:
清华大学出版社.
[6]申艳光.大学计算机基础案例教程:
科学出版社.