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2.doc

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：目录（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6(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 01020304r0从动杆运动规律推程回程数据28140201208050等加等减简谐3、设计要求：确定合适摆杆长度合理选择滚子半径rr选择适当比例尺，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，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“-”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l的确定：0=arcos(a+l-r0)/2a*l摆动盘形凸轮机构在推程运动时的许用压力角为：=35 45根据压力角公式： 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=150mm；此时摆杆的初始摆角：018.1952、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;为了避免发生失真现象，我们应该使p的最小值大于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。(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1400，摆杆上摆过280；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280；第四阶段（即近休止）凸轮转过角度为800，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160mm，即a=160 mm，凸轮以顺时针方向等速回转。摆杆形成角：=28凸轮推程运动角：01 =140凸轮远休止角：02 =20凸轮回程运动角：03=120凸轮近休止角：04=80初始位置角：018.195摆杆长：l=150mm基圆半径：r0=50mm（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+c1+c22 +cnn 式中为凸轮转角；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+c1+c22 v=d /dt= c1+2 c2a=dv/dt=2 c22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01/2及/2）。这时，推程加速段的边界条件为 在始点处=00，=00，v=0 在终点处=01/2，=/2， 将其代入，可求得c0 =0 ,c1 =0, c2 =2/(01 )2,且=280，故摆杆等加速推程段的运动方程为=22/(01 )2 v=4/(01 )2 a=42/(01 )2式中，变化范围为00700。推程减速段的边界条件为在始点处=01/2, =/2,在终点处=01, =,将其代入，可求得c0 =-,c1 =4/01, c2 =-2/(01 )2,且=280，故摆杆等减速推程段的运动方程为=-2(01-)2/(01)2 v =4(01-)/(01)2a=-42/(01 )2式中的变化范围为7001400。(2) 第二阶段是远休止, 故摆杆运动方程为=00，的变化范围为14001600(3)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(/03)/2，式中的变化范围为001200。第四阶段是近休止,故摆杆运动方程为=00，的变化范围为28003600。 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）0.00.00000010.00.28571420.01.14285730.02.57142940.04.57142950.07.14285760.010.28571470.014.00000080.017.71428690.020.857143100.023.428571110.025.428571120.026.857143130.027.714286140.028.000000150.028.000000160.028.000000170.027.522962180.026.124356190.023.899495200.021.000000210.017.623467220.014.000000230.010.376533240.07.000000250.04.100505260.01.875644270.00.477038280.00.000000290.00.000000300.00.000000310.00.000000320.00.000000330.00.000000335.00.000000340.00.000000350.00.000000360.00.000000（七）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280，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()2/(01)2 d/d=4/(01)2 ，变化范围00700。摆杆推程减速段的运动方程为： =2(01-)2/(01)2 d/d=4（01-）/(01)2 ，=7001400。2、第三阶段摆杆按简谐运动规律下摆280，故可列回程时的运动方程为： =1+cos(/03)/2d/d= -sin(/03)/(203 )，=001200二、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 sinlsin(+0) y=a coslcos(+0)0为摆杆的初始位置角，其值为：0=arccos(a2+l2-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角的倒数为dx/d=a cos-l cos(+0)1+4/(01)2dy/d=-a sin+l sin(+0)1+4/（01）2其摆杆减速推程段坐标值对角的倒数为dx/d=a cos-l cos(+0)1+4（01-）/(01)2 dy/d=-a sin+lsin(+0)1+4（01-）/(01)2在第二阶段（远休止）时=01+02=14001600, =280；第三阶段按简谐运动规律=01+02+03，03=001200,坐标值对角的倒数为dx/d=acos-lcos(+0)(1-sin(/03) /(203 )dy/d=a sin+lsin(+0) (1-sin(/03) /(203 )则sin=(dx/d)/ (dx/d)2+(dy/d)21/2cos=(dy/d)/(dx/d)2+(dy/d)21/2 凸轮工作廓线的直角坐标x=xr r cosy=yr r sin在第四阶段（近休止）时=01+02+03+4=28003600, =00。坐标值对角的倒数为dx/d=a cos-lcos(+0)dy/d=-a sin+lsin(+0)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。（八）计算程序框开始读入数据d,d0, d1，d2，d3，d4，d5,pi，r，r0，l，h，wd的初始值为0,之后以5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），工作廓线坐标（x,y）yynyn屏幕输出，文本输出f，v，a，x，y，x, y结束（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,d10,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=140; /*推程角150度*/ d2=160; d3=280; d4=360; d5=70; pi=3.1415926; r=160; /*凸轮中心到摆杆中心的距离160毫米*/ r0=50; /*基圆半径40毫米*/ l=150; /*摆杆长度150毫米*/ h=28; /*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*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)+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+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 %1.6fn ,d,f,v,a,x,y,x0,y0);fprintf(fp,n d=%1.1fn f=%1.6f v=%1.6fn a=%1.6fn x=%1.6f y=%1.6f x0=%1.6f y0=%1.6fn ,d,f,v,a,x,y,x0,y0);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-r1*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,n d=%1.1fn f=%1.6f v=%1.6fn a=%1.6fn x=%1.6f y=%1.6f x0=%1.6f y0=%1.6fn ,d,f,v,a,x,y,x0,y0); elseif(d=280)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(%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=%1.1fn f=%1.6f v=%1.6fn a=%1.6fn x=%1.6f y=%1.6f x0=%1.6f y0=%1.6fn ,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(%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=%1.1fn f=%1.6f v=%1.6fn a=%1.6fn x=%1.6f y=%1.6f x0=%1.6f y0=%1.6fn ,d,f,v,a,x,y, x0,y0); fclose(fp);运行结果：初始角：f 0=18.1950 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