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（总18页）
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=%\n",acos（（r*r+l*l-r0*r0）/（2*r*l））*180/pi）;
fprintf（fp,"初始角：
%\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（"%%%%%%%%\n",d,f,v,a,x,y,x0,y0）;
fprintf（fp,"\nd=%\nf=%v=%\na=%\nx=%y=%x0=%y0=%\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（"%%%%%%%%\n",d,f,v,a,x,y,x0,y0）;
fprintf（fp,"\nd=%\nf=%v=%\na=%\nx=%y=%x0=%y0=%\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（"%%%%%%%%\n",d,f,v,a,x,y,x0,y0）;
fprintf（fp,"\nd=%\nf=%v=%\na=%\nx=%y=%x0=%y0=%\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（"%%%%%%%%\n",d,f,v,a,x,y,x0,y0）;
fprintf（fp,"\nd=%\nf=%v=%\na=%\nx=%y=%x0=%y0=%\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.
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