机械原理课程设计凸轮机构.docx

1、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、

2、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S 01远休止 角S 02回程运 动角S 03近休止 角S 04基圆半径ro从动杆运动规律推程回程数据25o120o40o110o90o50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rr3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

3、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 facos*M）Itan: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、

4、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)/lYo=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aco

5、s申 +屮)-1tan：二 a sin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p 1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p i= 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

6、为 mm）d1=120 o推程运动结束的凸轮总转角，其中 -do）为推程角s 01d2=160o远休止运动结束时总转角，其中（d2-di）为远程休止角s 02d3=270 o回程运动结束的凸轮总转角，其中（d32）为回程角S 03d4=360 o远休止运动结束总转角，其中（d4-d3）为远程休止角s 04r =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 120 mmh=25 o从动杆的总角行程w=1 rad / s 此处设凸轮角速度为 1 rad / srr=10此处设滚子半径为 102、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

7、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：0v d 120摆杆角位移：f=h(1-cos( n 8 / 8 oi) )/ 2即 f=h(1-cos( n d/d1)/ 2摆杆角速度：v= n hw sin( n 8 / 8 oi)/(2 8 01)即 v= n h w sin( n d/d1)/(2d1)摆杆角加速度：a=n 2h w2cos( n 8 / 8 J/(2 8 ；)即 a=n 2h w2cos(n

8、 d/di)/(2di2)2远休止过程：120 v d 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=r sin d-l sin(d+f+f 0 )y=r cos d-lcos(d+f +f0)其中f为摆杆的初始位置角2 2 2f0=arcos(r+l -r0)/2(r l)3回程过程：160ov d 270oa.等加速回程阶段：160ov d 215 摆杆角位移：f=h-2h( S -S 01-S 02)7( S 03)2 即 f=h-2h(d-d2) /(d3-d2) 摆杆角速度： v=-4hw( S -S 01-S 02)

9、/(S 03)22即 v=-4hw(d- d2)/(d3-d2)摆杆角加速度： a=-4hw2/(S 03)2即 a=-4hw2/(d3-d2)2b.等减速回程阶段：215v d 270摆杆角位移： f=2h(S 03-(S -S 01-S 02-S 03/2 ) /(S 03)22即 f=2h( (d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2)2/(d3-d2)2 摆杆角速度： v=-4hw( S 03-(S -S 01-S 02-S 03/2) /(S 03)即 v=-4 hw( (d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2)/(d3-d2)2 摆杆角加速度： a=4hw2/(S 03)

10、222即 a=4hw2/(d3-d2)24近休止过程：720 d 360 摆杆角位移： 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=r sin d-l sin(d+f+f 0)y=r cs d-l cs(d+f+f0)其中fo为摆杆的初始位置角2 2 2fo=arcos(r +l -ro )/2(r I)（五）程序方框图六)计算机源程序#include #include main()double d, d0,d1,d2,d3,d4,r,r0, f,f0,h,pi,v,w,a,l,x,y;int n;FILE *fp;/* 定义文件指针 */fp

11、 = 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 5 o 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(

12、r*r+l*l-r0*r0)/(2*r*l)*180/pi;printf( 初始角： f0=%1.3fn,acos(r*r+l*l-r0*r0)/(2*r*l)*180/pi); fprintf(fp, 初始角： %1.3fn,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*d 1); a=p

13、i*pi*h*w*w*cos(pi*(d/d 1)/(2*d 1*d 1);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=%1.3fnf=%1.3fnv=%1.3fna=%1.3fnx=%1.3fny=%1.3 fn ,d,f,v,a,x,y);fprintf(fp,nd=%1.3fnf=%1.3fnv=%1.3fna=%1.3fnx=%1.3fny=% 1.3fn,d,f,v,a

14、,x,y);elsef=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=%1.3fnf=%1.3fnv=%1.3fna=%1.3fnx=%1.3fny=%1.3 fn ,d,f,v,a,x,y);fprintf(fp,nd=%1.3fnf=%1.3fnv=%1.3fna=%1.3fnx=%1.3fny=% 1.3fn,d,f,v,a,x,y);elseif(d=215)/*当160=d=215度时，为等加速回程过程*/ f=h-2*h*(d-d 2)*(d-d2)/(d3-d2)*(d3-d2);/* 从动杆的角位移 */ v=(-1)*4*h*w*(d-