河北工程大学机械原理课程设计摆动从动件杆盘型凸轮机构3.docx

1、河北工程大学机械原理课程设计摆动从动件杆盘型凸轮机构3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：摆杆从动件盘型凸轮机构指导教师：关志刚班级：姓名：学号：一）机械原理课程设计的目的及其任务 , 3二）机械原理课程设计题目及其要求 , 4三）摆杆及滚子尺寸的确定 , 5（四） 凸轮机构的运动说明及机构运动简图 , 5（五）原始数据分析 , 7（ 六）图解法设计 , 7七）解析法设计 , 10八）计算程序框图 , 12九）计算机源程序及运行结果 , 13十）心得体会 , 17十一）参考文献 , 18一）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：1、机械原理课程设计是一个重要

2、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，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。三、课程设计采用方法：对于上面所提任务，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

3、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（二）机械原理课程设计题目及其要求一、 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：符号8 oi

4、8 028 038 04r 0从动杆运动规律推程回程数据24o150o25o120o65o40等加等减简谐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。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：在推程中，当主从动件角速度方向不同时取 孑号，相同时取+”号（三）摆杆及滚子尺寸的确定1、初始位置角

5、0和摆杆长度I的确定： o=arcos（a 2+I 2-r o2）/2a*l 摆动盘形凸轮机构在推程运动时的许用压力角为：a =35 45 根据压力角公式：I 誉acos*o+屮）-1tan ：二asi n（屮 0 +屮）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=150mm此时摆杆的初始摆角： 珥 14.362 2、滚子半径n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 1=p n;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p 1；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

6、子半径；1= （0.1 0.5 ） * r o在此，我们可以取1=0.2*r o=1Omm（四）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24;第二阶段（即远休止）凸轮转过角度为25，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 120，摆杆下摆过24 ；第四阶段（即近休止）凸轮转过角度为65，摆杆静止。二、机构运动简图如下:（五）原始数据分析原始数据：凸轮中心到摆杆中心A的距离为160mn,即a=160 mm凸轮以 顺时针方向等速回转。摆杆形成角：

7、=24o凸轮推程运动角：8 oi =1500凸轮远休止角：8 02 =25o凸轮回程运动角：8 03=1200凸轮近休止角：8 04=650初始位置角：；：o 14.362 摆杆长：l=150mm基圆半径：r=40mm（六）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+G 8 +G 8 2 + , +G 8 n式中8为凸轮转角；为摆杆位移；C。、G、G、，、 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+G 8 +G 8 2由式可见，为了保证凸轮机构

8、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S 01/2及/2 )。这时，推程加速段的边界条件为在始点处S =00, =00,在终点处S =75, =120,将其代入，可求得C0 =0 ,Ci =0, G=2/ ( S 01 )2,且=240,故摆杆等加 速推程段的运动方程为=2S 7( S 01 )2 式中，S变化范围为00750。推程减速段的边界条件为在始点处S =750, =120,在终点处S =150： =240,故摆杆等减速推程段的运动方程为 二-2 (S 01- S )7( S 01)2 式中S的变化范围为7501500

9、。(2)第二阶段是远休止，故摆杆运动方程为 =00, S的变化范围为15001750 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 1+cos( n S / S 03)/2，式中S的变化范围为1750295。第四阶段是近休止，故摆杆运动方程为 =00, S的变化范围为2953600。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S(0)摆杆转角(0)0.00.00000010.00.21333320.00.85333330.01.92000040.03.41333350.05.33333360.07.68000070.010.45333380.013.54666790

10、.016.320000100.018.666667110.020.586667120.022.080000130.023.146667140.023.786667150.024.000000160.024.000000170.024.000000175.024.000000180.023.591110190.022.392305200.020.485281210.018.000000220.015.105829230.012.000000240.08.894172250.06.000000260.03.514719270.01.607695280.00.408890290.00.0000003

11、00.00.000000310.00.000000320.00.000000330.00.000000335.00.000000340.00.000000350.00.000000360.00.000000(7)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：=2(5 )7( 5 01)2d /d 5 =4 5 /( 5 01)2 , 5 变化范围 075。摆杆推程减速段的运动方程为：二-2 (5 01- 5 ) /( 5 01)d /d 5 =4 (

12、5 01- 5 ) /( 5 01)2 , 5 =7丘150。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：二1+COS( n 5 / 5 03)/2d /d 5 =- n sin( n 5 / 5 03)/(2 5 03 ) , 5 =0120摆杆角位移曲线3020 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360凸轮转角(度)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=a sin 5 - lsin( 5 +0)y=a cos S - lcos( S + + 0)

13、0为摆杆的初始位置角，其值为： 0=arccos(a 2+l 2-r 2)/(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S角的倒数为dx/d S =a cos S -l cos( S + + o)1+4 S /( S 01)2dy/d S =-a sin S +l sin( S + ： + o)1+4 S / ( S 01) 2其摆杆减速推程段坐标值对S角的倒数为dx/d S =a cos S -l cos( S + + o)1+4 3 ( S 01- S ) /( S 01)2 dy/d S =-a sin S +lsin( S + +。)1+4 3 ( S 01- S )

14、/( S 01)2在第二阶段(远休止)时S = S 01+ S 02=150170, =24;在第四阶段(近休止)时 S = S 01+ S 02+ S 03+ S 4=29003600, =00。坐标值对 S 角的倒数为dx/d S =a cos S -lcos( S + + 0)dy/d S =-a sin S +lsin( S + + 0)第三阶段按简谐运动规律S = S 01+ S 02+ S 03 , S 03=0 120,坐标值对S角 的倒数为dx/d S =acos S -lcos( S + + 0)(1- n 3 sin( n S / S 03) /(2 S 03 )dy/d

15、S = - a sin S +lsin( S + + 0) (1- n 3 sin( n S / S 03) /(2 S 03) 则 sin 0 =(dx/d S )/ (dx/d S )2+(dy/d S )21/22 2 1/2cos 0 二-(dy/d S )/(dx/d S ) +(dy/d S )凸轮工作廓线的直角坐标x =x- r r cos 0y =y- r r sin 0验证：根据尖底(滚子)摆动从动件盘形凸轮机构压力角 ：tan:I闊珂acos申。十屮）Iasi n伴 o + 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 验证结果：压力角均在合理范围

16、之内，该凸轮合格。（八）计算程序框九）计算机源程序及运行结果源程序：#include #include void main( ) double d,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,D1 0,r1;int n;FILE *fp;fp = fopen(aa.txt,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=175;d3=295

17、; d4=360;d5=75; pi=3.1415926;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=%1.3fn,acos(r*r+l*l-r0*r0)/(2*r*l)*180/pi); fprintf(fp, 初始角： %1.3fn,acos(r*r+l*

18、l-r0*r0)/(2*r*l)*180/pi); printf(d f v a x y x0 y0n);for(n=0;n=72;n+) d=d0*n;if(d=d1) if(dd5) 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

19、)+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;elsef=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+f

20、0)/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%1.6fn,d,f,v,a,x,y,x0,y0);fprintf(fp,n d=%1.1fnf=%1.6fv=%1.6fna=%1.6fnx=%1.6fy=%1.6fx0=%1.6fy0=%1.6fn ,d,f,v,a,x,y,x0,y0

21、);elseif(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-r

22、1*D5;printf(%1.1f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6fn,d,f,v,a,x,y,x0,y0);fprintf(fp,nd=%1.1fnf=%1.6fv=%1.6fna=%1.6fnx=%1.6fy=%1.6fx0=%1.6fy0=%1.6fn ,d,f,v,a,x,y,x0,y0);elseif(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*(d

23、3-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(A

24、4*A4+B5*B5);D8=B5/sqrt(B5*B5+A4*A4);x0=x-r1*D8;yO=y-r1*D7;fprin tf(fp,n d=%1.1fn f=%1.6f v=%1.6fn a=%1.6fnx0=%1.6f y0=%1.6fn ”,d,f,v,a,x,y,xO,yO);elseif(d=d4)f=0;v=0;a=0;x=r*s in (d*pi/180)-l*si n(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

25、/180;B6=(-1)*r*s in (d*pi/180)+l*si n(pi*(d+f+f0)/180)*pi/180;D9=A5/sqrt(A5*A5+B6*B6);D10=B6/sqrt(B6*B6+A5*A5);xO=x-r1*D1O;yO=y-r1*D9;%1.6fny=%1.6fprin tf(%1.1f %1.6f %1.6f %1.6f %1.6f %1.6f %1.6f”,d,f,v,a,x,y,xO,yO);fprin tf(fp,n d=%1.1fn f=%1.6f v=%1.6fn a=%1.6fn x=%1.6fx0=%1.6f y0=%1.6fn ”,d,f,v,

26、a,x,y,xO,yO);fclose(fp);运行结果：初始角：f 0=14.362dfvaxyfxfy0.00.0000000.0000000.004267-37.20587814.687500-27.90440811.0156255.00.0533330.0213330.004267-35.91590717.920667-26.28615615.22476110.00.2133330.0426670.004267-34.59852621.156423-24.860240P 18.88358615.00.4800000.0640000.004267-33.22933424.437358-2

27、3.441170:22.38995920.00.8533330.0853330.004267-31.77337927.801491-21.95897925.88379625.01.3333330.1066670.004267-30.18560731.280295-20.357073P 29.43640530.01.9200000.1280000.004267-28.41162634.896715-18.576288:33.08947235.02.6133330.1493330.004267-26.38882738.663219-16.551752P 36.86545640.03.4133330

28、.1706670.004267-24.04785342.579950-14.212952P 40.77032845.04.3200000.1920000.004267-21.31442746.633017-11.48500944.79385250.05.3333330.2133330.004267-18.11154750.793012-8.29061648.90905255.06.4533330.2346670.004267-14.36200555.013799-4.552445P 53.07150060.07.6800000.2560000.004267-9.99123359.231659-0.19591957.21874165.09.0133330.2773330.004267-4.93041963.3648464.84770461.27001770.010.4533330.2986670.004267