机械原理课程设计凸轮机构

1、目 录 （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·····

2、3;····································5（四）摆杆的运动规律及凸轮轮廓线方程··········

3、83;····6（五）程序方框图············································

4、·8（六）计算机源程序··········································9（七）程序计算结果及其分析···

5、·························14（八）凸轮机构示意简图·······················

6、;···········16（九）心得体会·····································&#

7、183;········16（十）参考书籍········································

8、;······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学问；2、培育同学运用理论学问独立分析问题、解决问题的力量；3、使同学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、进一步提高同学计算和制图力量，及运用电子计算机的运算力量。二、机械原理课程设计的任务：1、摇摆从动件杆盘型凸轮机构2、接受图解法设计：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01远休止

9、角02回程运动角03近休止角04基圆半径r0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：确定合适摆杆长度合理选择滚子半径rr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；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）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）摇摆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。1、三、课程设

10、计接受方法：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同学绘图力量，在某些方面，如凸轮设计中，图解法是解析法的动身点和基础；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比。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、分析争辩。（二）从动件（摆杆）及滚子尺寸的确定1、摆杆长度l确定：依据右图建立坐标系Oxy。B0点为推程

11、段摆杆起始点，开头时推杆滚子中心处于B0点处，依几何关系有：B0的坐标:X0=sin(0)/lY0=a-l* cos (0)f0=arcos(a²+l²-r0²)/2a*l又由于摇摆盘形凸轮机构在运动时的许用压力角为：=35° 45°依据压力角公式： 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=120mm；此时摆杆的初始摆角：012.429°2、滚子半径r1的选择我们用1表示凸轮工作廓线的曲率半径,用表示理论廓线的曲率半径.所以有1=±r1;为了避开发生失真现象，我们应当使p的最小值大于

12、0，即使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=120 o 推程运动结束的凸轮总转角，其中(d1-d0)为推程角01d2=160 o 远休止运动结束时总转角，其中(d2-d1)为远程休止角02d3=270 o 回程运动结束的凸轮总转角，其中(d3-d2)为回程角03d4=360 o 远休止运动结束总转角，其中(d4-d3)为远程休止角04r =160 凸轮中心到摆杆中心A的距离r0=50 基圆半径

13、l =120 此处设摇摆从动杆长度为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 摇摆从动杆的角位移v 摇摆从动杆的角速度a 摇摆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：推程过程：0od120o摆杆角位移：f=h(1-cos(/01) )/ 2即f=h(1-cos(d/d1)/ 2摆杆角速度：v=hw sin(/01)/(201)即

14、v=h w sin(d/d1)/(2d1)摆杆角加速度：a=2h w2cos(/01)/(2012)即a=2h w2cos(d/d1) /(2d12)远休止过程：120od160o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+f0 ) y=r cos d-lcos(d+f +f0)其中f0为摆杆的初始位置角 f0=arcos(r2+l2-r02)/2(r l)回程过程：160od270oa. 等加速回程阶段：160od215o摆杆角位移：f=h-2h(-01-02)2/(03)2 即f=h-2h(d-d2

15、)2/(d3-d2) 2摆杆角速度：v=-4hw(-01-02)/(03)2即v=-4hw(d- d2)/(d3-d2)2摆杆角加速度：a=-4hw2/(03)2即a=-4hw2/(d3-d2)2b. 等减速回程阶段：215od270o摆杆角位移：f=2h(03-(-01-02-03/2 )2/(03) 2即f=2h( (d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2)2/(d3-d2)2摆杆角速度：v=-4hw(03-(-01-02-03/2) /(03)2即v=-4 hw( (d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2)/(d3-d2)2摆杆角加速度：a=4hw2/(03)2即a=4hw2

16、/(d3-d2)2近休止过程：720od360o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+f0) y=r cos d-l cos(d+f+f0)其中f0为摆杆的初始位置角 f0=arcos(r2+l2-r02)/2(r l)（五）程序方框图开头读入数据d, d1，d2，d3，d4，pi，r，r0，l，h，wd初值为0以10度累加选择推程类型，调用子程序计算f，v，a，dd1?dd2?s=0v=0a=0dd3?s=0v=0a=0选择推程类型，调用子程序计算f，v，a，计算轮廓轨迹坐标（x,y）YYNYN屏

17、幕输出，文本输出f，v，a，x，y结束（六）计算机源程序#include <math.h>#include <stdio.h>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 = 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

18、*/ 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*/ w=1; /*凸轮角速度*/ f0=acos(r*r+l*l-r0*r0)/(2*r*l)*180/pi; /*从动杆初始角*/printf("初始角：f0=%1.3fn",acos(r*r+l*l-r0*r0)/(2*r*l)*180/pi);f

19、printf(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;if(d<=d1) /*当d<=120度时，为推程过程*/f=h*(1-cos(pi*(d/d1)/2; /*从动杆的角位移*/v=pi*h*w*sin(pi* (d/d1)/(2*d1); /*从动杆角速度*/a=pi*pi*h*w*w*cos(pi*(d/d1)/(2*d1*d1); /*从动杆角加速度*/x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180);

20、 /*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=%1.3fn ",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<=d2) /*当120<=d<=160度时，为远休止过程*/f=h; /*从动杆

21、的角位移*/ v=0; /*从动杆角速度*/ 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=%1.3fn ",d,f,v,a,x,y);fprintf(fp,"nd=%1.3fnf=%1.3fnv=%1.3fna=%1.3fnx=%1.3fny=%1.

22、3fn",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-d2)/(d3-d2)*(d3-d2); /*从动杆角速度*/a=(-1)*4*h*w*w/(d3-d2)*(d3-d2); /*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(

23、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=%1.3fn ",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);else if(d<=270) /*当215<=d<=270度时，为等减速回程过程*/ f=2*h*(d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2)*(d3-d2)-(d-d2-(

24、d3-d2)/2)/(d3-d2)*(d3-d2); /*从动杆的角位移*/v=(-1)*4*h*w*(d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2)/(d3-d2)*(d3-d2); /*从动杆角速度*/a=4*h*w*w/(d3-d2)*(d3-d2); /*从动杆角加速度*/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);printf("nd=%1.3fnf=%1.3fnv=%1.3fna=%1.3fnx=%1.3fny=%1.3fn ",d,f,v,

25、a,x,y);fprintf(fp,"nd=%1.3fnf=%1.3fnv=%1.3fna=%1.3fnx=%1.3fny=%1.3fn",d,f,v,a,x,y); else /*当270<=d<=360度时，为近休止过程*/ if(d<=d4) f=0; /*从动杆的角位移*/ v=0; /*从动杆的角速度*/ a=0; /*从动杆角加速度*/ 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);printf("nd=%1.3fn

26、f=%1.3fnv=%1.3fna=%1.3fnx=%1.3fny=%1.3fn ",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); fclose(fp); /*关闭文件*/（七）程序计算结果及其分析初始角：f0=12.429dfvaxy0.0000.0000.0000.009-25.82842.8135.0000.1070.0430.008-22.21244.96810.0000.4260.0850.008-18.82546.991

27、15.0000.9520.1250.008-15.62848.97120.0001.6750.1640.007-12.56050.98825.0002.5830.1990.007-9.53553.10130.0003.6610.2310.006-6.45255.34135.0004.8900.2600.005-3.20057.71440.0006.2500.2830.0040.33460.18845.0007.7160.3020.0034.25262.70050.0009.2650.3160.0028.64065.15555.00010.8680.3240.00113.55967.43360.

28、00012.5000.3270.00019.03469.39465.00014.1320.324-0.00125.05470.88870.00015.7350.316-0.00231.56771.76575.00017.2840.302-0.00338.48371.88880.00018.7500.283-0.00445.67571.13885.00020.1100.260-0.00552.98769.42790.00021.3390.231-0.00660.24566.70095.00022.4170.199-0.00767.25962.943100.00023.3250.164-0.007

29、73.84158.179105.00024.0480.125-0.00879.81052.473110.00024.5740.085-0.00885.00045.921115.00024.8930.043-0.00889.27038.650120.00025.0000.000-0.00992.50530.809125.00025.0000.0000.00094.83822.629130.00025.0000.0000.00096.45014.277135.00025.0000.0000.00097.3275.817140.00025.0000.0000.00097.464-2.688145.0

30、0025.0000.0000.00096.859-11.172150.00025.0000.0000.00095.516-19.571155.00025.0000.0000.00093.447-27.822160.00025.0000.0000.00090.667-35.860165.00024.897-0.041-0.00886.996-43.544170.00024.587-0.083-0.00882.292-50.664175.00024.070-0.124-0.00876.644-57.074180.00023.347-0.165-0.00870.155-62.643dfvaxy185

31、.00022.417-0.207-0.00862.943-67.260190.00021.281-0.248-0.00855.138-70.828195.00019.938-0.289-0.00846.874-73.273200.00018.388-0.331-0.00838.294-74.536205.00016.632-0.372-0.00829.539-74.579210.00014.669-0.413-0.00820.753-73.381215.00012.500-0.455-0.00812.077-70.936220.00045.558-0.8680.00815.990-139.24

32、1225.00041.322-0.8260.0085.466-131.395230.00037.293-0.7850.008-4.291-123.111235.00033.471-0.7440.008-13.229-114.464240.00029.855-0.7020.008-21.312-105.532245.00026.446-0.6610.008-28.511-96.397250.00023.244-0.6200.008-34.813-87.141255.00020.248-0.5790.008-40.214-77.850260.00017.459-0.5370.008-44.726-

33、68.605265.00014.876-0.4960.008-48.370-59.490270.00012.500-0.4550.008-51.181-50.580275.0000.0000.0000.000-44.901-21.998280.0000.0000.0000.000-46.647-18.001285.0000.0000.0000.000-48.038-13.867290.0000.0000.0000.000-49.064-9.628295.0000.0000.0000.000-49.717-5.315300.0000.0000.0000.000-49.991-0.962305.0

34、000.0000.0000.000-49.8843.399310.0000.0000.0000.000-49.3987.734315.0000.0000.0000.000-48.53612.010320.0000.0000.0000.000-47.30516.194325.0000.0000.0000.000-45.71320.256330.0000.0000.0000.000-43.77424.163335.0000.0000.0000.000-41.50227.886340.0000.0000.0000.000-38.91331.397345.0000.0000.0000.000-36.02934.669350.0000.0000.0000.000-32.87037.677355.0000.0000.0000.000-29.46140.399360.000