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
《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》由会员分享，可在线阅读，更多相关《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（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
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
©
8oi
802
803
804
r0
从动杆运动规律
推程
回程
数据
24o
150o
25o
120o
65o
40
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。
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©0和摆杆长度I的确定：
©o=arcos[（a2+I2-ro2）/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）-1]
tan：
二——
asin（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p1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p1=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，通常我们取滚子半径；「1=（0.1~0.5）*ro
在此，我们可以取「1=0.2*ro=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=160mm凸轮以顺时针方向等速回转。
摆杆形成角：
©=24o
凸轮推程运动角：
8oi=1500
凸轮远休止角：
802=25o
凸轮回程运动角：
803=1200
凸轮近休止角：
804=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+G8+G82+,+G8n
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+G8+G82
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S01/2及①/2）。
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=2①/（S01）2,且①=240,故摆杆等加速推程段的运动方程为
‘=2①S7（S01）2式中，S变化范围为00〜750。
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'二①-2①（S01-S）7（S01）2式中S的变化范围为750〜1500。
（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
1500~1750
⑶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[1+cos（nS/S03）]/2，式中S的变化范围为1750〜295°。
第四阶段是近休止，故摆杆运动方程为=00,S的变化范围为295°〜
3600。
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）
0.0
0.000000
10.0
0.213333
20.0
0.853333
30.0
1.920000
40.0
3.413333
50.0
5.333333
60.0
7.680000
70.0
10.453333
80.0
13.546667
90.0
16.320000
100.0
18.666667
110.0
20.586667
120.0
22.080000
130.0
23.146667
140.0
23.786667
150.0
24.000000
160.0
24.000000
170.0
24.000000
175.0
24.000000
180.0
23.591110
190.0
22.392305
200.0
20.485281
210.0
18.000000
220.0
15.105829
230.0
12.000000
240.0
8.894172
250.0
6.000000
260.0
3.514719
270.0
1.607695
280.0
0.408890
290.0
0.000000
300.0
0.000000
310.0
0.000000
320.0
0.000000
330.0
0.000000
335.0
0.000000
340.0
0.000000
350.0
0.000000
360.0
0.000000
（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：
「=2①（5）7（501）2
d/d5=4®①5/（501）2,5变化范围0°〜75°。
摆杆推程减速段的运动方程为：
二①-2①（501-5）/（501）
d/d5=4①®（501-5）/（501）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[1+COS（n5/503）]/2
d/d5=-①n®sin（n5/503）/（2503）,5=0°~120°
摆杆角位移曲线
30
20406080100120140160180200220240260280300320340360
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=asin5-lsin（5+「+「0）
y=acosS-lcos（S++0）
0为摆杆的初始位置角，其值为：
0=arccos[（a2+l2-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/dS=acosS-lcos（S++o）[1+4①S/（S01）2]
dy/dS=-asinS+lsin（S+：
+o）[1+4①S/（S01）2]
其摆杆减速推程段坐标值对S角的倒数为
dx/dS=acosS-lcos（S++o）[1+4①3（S01-S）/（S01）2]
dy/dS=-asinS+lsin（S++。
）[1+4①3（S01-S）/（S01）2]
在第二阶段（远休止）时S=S01+S02=150°~170°,=24°;在第四阶段
（近休止）时S=S01+S02+S03+S4=2900~3600,=00。
坐标值对S角的
倒数为
dx/dS=acosS-lcos（S++0）
dy/dS=-asinS+lsin（S++0）
第三阶段按简谐运动规律S=S01+S02+S03,S03=0~120,坐标值对S角的倒数为
dx/dS=acosS-lcos（S++0）（1-①n3sin（nS/S03）/（2S03））
dy/dS=-asinS+lsin（S++0）（1-①n3sin（nS/S03）/（2S03））则sin0=（dx/dS）/[（dx/dS）2+（dy/dS）2]1/2
221/2
cos0二-（dy/dS）/[（dx/dS）+（dy/dS）]
凸轮工作廓线的直角坐标
x'=x-rrcos0
y'=y-rrsin0
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）—I]
asin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#includevoidmain（）{
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（"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;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=%1.3f\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（dv=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\n
f=%1.6f
v=%1.6f\n
a=%1.6f\n
x=%1.6f
y=%1.6f
x0=%1.6f
y0=%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,"\n
d=%1.1f\n
f=%1.6f
v=%1.6f\n
a=%1.6f\n
x=%1.6f
y=%1.6f
x0=%1.6f
y0=%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;
yO=y-r1*D7;
fprintf（fp,"\nd=%1.1f\nf=%1.6fv=%1.6f\na=%1.6f\n
x0=%1.6fy0=%1.6f\n”,d,f,v,a,x,y,xO,yO）;}
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）;
xO=x-r1*D1O;
yO=y-r1*D9;
%1.6f\n
y=%1.6f
printf（"%1.1f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f%1.6f
”,d,f,v,a,x,y,xO,yO）;
fprintf（fp,"\nd=%1.1f\nf=%1.6fv=%1.6f\na=%1.6f\nx=%1.6f
x0=%1.6fy0=%1.6f\n”,d,f,v,a,x,y,xO,yO）;}
}
}
}
fclose（fp）;
运行结果：
初始角：
f0=14.362°
d
f
v
a
x
y
f
x
f
y
0.0
0.000000
0.000000
0.004267
-37.205878
14.687500
-27.904408
11.015625
5.0
0.053333
0.021333
0.004267
-35.915907
17.920667
-26.286156
15.224761
10.0
0.213333
0.042667
0.004267
-34.598526
21.156423
-24.860240
P18.883586
15.0
0.480000
0.064000
0.004267
-33.229334
24.437358
-23.441170
:
22.389959
20.0
0.853333
0.085333
0.004267
-31.773379
27.801491
-21.958979
25.883796
25.0
1.333333
0.106667
0.004267
-30.185607
31.280295
-20.357073
P29.436405
30.0
1.920000
0.128000
0.004267
-28.411626
34.896715
-18.576288
:
33.089472
35.0
2.613333
0.149333
0.004267
-26.388827
38.663219
-16.551752
P36.865456
40.0
3.413333
0.170667
0.004267
-24.047853
42.579950
-14.212952
P40.770328
45.0
4.320000
0.192000
0.004267
-21.314427
46.633017
-11.485009
44.793852
50.0
5.333333
0.213333
0.004267
-18.111547
50.793012
-8.290616
「48.909052
55.0
6.453333
0.234667
0.004267
-14.362005
55.013799
-4.552445
P53.071500
60.0
7.680000
0.256000
0.004267
-9.991233
59.231659
-0.195919
57.218741
65.0
9.013333
0.277333
0.004267
-4.930419
63.364846
4.847704
61.270017
70.0
10.453333
0.298667
0.004267
升级会员 