河北工程大学机械原理课程设计偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构

1、目录（一）机械原理课程设计的目的和任务（二）设计题目及设计思路（三）凸轮基圆半径及滚子尺寸的确定（四）从动杆的运动规律及凸轮轮廓线方程（五）计算程序框图（六）计算机源程序（七）计算机程序结果及分析（八）凸轮机构示意简图（九）体会心得（十）参考资料第一节 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： 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

2、课程设计的任务：1.偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构2.采用图解法设计：凸轮机构以等角速度逆时针方向旋转，推杆轴线在凸轮回转中心右侧，偏距，从动杆运动规律及已知数据如下：符号方案 h 01020304从动杆运动规律推程回程70160º10º120º70º正弦加速度等加等减3、设计要求：升程过程中，限制最大压力角max30º,确定凸轮基园半径r0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4、用解析法设计

3、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、凸轮轮廓曲率半径与曲率中心理论轮廓方程，其中其曲率半径为：；曲率中心位于：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

4、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）设计题目及设计思路一、设计题目偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构工作要求当凸轮逆时针转过160º时，从动件上升70mm；当凸轮继续转过120º时，从动件停歇不动；当凸轮再转120º时，从动件返回原处。已知凸轮以等角速度=10rad/s转动，工作要求机构为柔性冲击。凸轮机构以等角速度逆时针方向旋转，推杆轴线在凸轮回转中心右侧，偏距e=20mm。二、设计思路1、要求从动件作往复移动，因此可选择偏置直动滚子从动件盘型凸轮机构。2、根据工作要求选择从动件的运动规律。为了保证机构为柔性冲击，从动

5、件推程和回程可分别选用等加速等减速运动规律和简谐运动规律。推程运动角=160º，回程运动角= 120º，停歇角s=10º。3、根据滚子的结构和强度等条件，滚子半径rr=10mm。4、根据机构的结构空间，选基圆半径rb=40mm。5、进行计算机辅助设计。为保证机构有良好的受力状况，推程许用压力角=38º，回程许用压力角=70º，设计过程中要保证推程=38º，回程=70º，为保证机构不产生运动失真和避免凸轮廓线应力集中，取凸轮实际廓线的许用曲率半径a=3mm，设计过程中要保证凸轮理论廓线外凸部分的曲率半径a+ rr =3+10=

6、13mm。（三）凸轮基圆半径及滚子尺寸的确定一、确定凸轮基园半径由尖端移动从动件凸轮机构压力角的表达式可知r0同的关系为 如果升程过程中，限制最大压力角max30º，此时对应的基圆半径即为最小基圆半径rmin。假设机构在max位置是对应的从动件位移为sp，类速度为，那么r0min的表达式为 在应用上式计算r0min时，要精确求解到p值有时较为困难，为此可用经验值近似替代p，如从动件作等加等减速运动、简谐运动时均可取p为0.4处值（为凸轮推升程运动角）。再按上述计算出的r0min作为初值，然后校核各位置的压力角是否满足的要求，否则应加大r0再重新校核。在此，取r0=40mm。-二、滚子

7、半径r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；rr=（0.1 0.5）* r0=10mm依题意，原始数据如下：1、已知量：（未标明的单位为mm）d1=160° 推程运动结束的凸轮总转角，其中(d1- d0)为推程角01d2=170°远休止运动结束时总转角，其中(d2-d1)为远程休止角02d3=290° 回程运动结束的凸轮总转角，其中(d3- d2)为回程角03d4=360&#

8、176; 远休止运动结束总转角，其中(d4-d3)为远程休止角04e=20mm 偏距20mm h=70mm 推杆的行程70mmw=10 rad / s 此处设凸轮角速度为10 rad / sr0 =40mm 此处设凸轮基园半径40mmrr=10mm 此处设滚子半径为10mm2、设计所求量： 偏置直动滚子从动杆的角位移V： 偏置直动滚子从动杆的角速度a：偏置直动滚子从动杆的角加速度 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如图（四）从动杆的运动规律及凸轮轮廓线方程 从动杆运动规律： 推程过程：0°d160° 远休止过程：160°d170&

9、#176;偏置杆角位移s= h偏置杆角速度：v=0偏置杆角加速度：a= 0 在推程和远休止过程中凸轮的理论轮廓轨迹：x=( s0 +s)sin+e cos y=( s0 +s)cos-e sin其中e为偏距，s0=r02-e2 回程过程：170°d290° S=h-2h2/20 等加回程: V=-4hw/20 (=0/2) a=-4hw2/20 s=2h(0-)/20 等减回程： v=-4hw(0-)/20 （=/2） a=4hw2/20 近休止过程：290°d360°偏置杆角位移：s=0偏置杆角速度：v=0偏置杆角加速度：a= 0在回程和近休止过程中凸

10、轮轮廓轨迹：x=( s +s)sin+e cos y=( s +s)cos-e sin其中e为偏距，s0=r2-e ，y为凸轮轮廓的轨迹的y坐标点(五)计算程序框图+开始读入数据h，rb，rr，a，s，rb，e=0？选择推程类型，调用子程序计算s，v，a，ds/d，d2s/d2?+s?s=0v=0a=0+ss=0v=0a=0选择回程类型，调用子程序计算s，v，a，ds/d，d2s/d2计算压力角YNYNYN123修正基圆rb=rb+rb修正基圆rb=rb+rb+s?YNNNYY123求x，y求x/，y/计算理论廓线曲率半径<0?NYa+rr?YN打印s，v，a，x，y，x，y360

11、86;?=+5º结束YN输入参数：h （从动件行程） r （凸轮基圆半径） r （滚子半径） （推程许用压力角） （回程许用压力角） （凸轮实际廓线的曲率半径） （凸轮旋转角速度） （推程运动角） （远休止角）s （回程运动角） r （基圆修正量） e （机构偏心距）输出参数：S （从动件位移）V （从动件运动速度）A （从动件运动加速度） （机构压力角） （理论廓线曲率半径）（x，y） （理论轮廓坐标）（ ，） （实际轮廓坐标）（6） 计算机源程序 #include<stdio.h>#include<math.h>#include<stdlib.h&g

12、t;#include<string.h>main() FILE *fp; int a,step; float r0=40,rr=10,e=20,h=60; double pi=3.14159,s,s0,x,y,x1,y1,a0,a1,a2,a3; double b,b1,b2,c1,c2; char filename20; printf("please input filename you want to save date:");/输入需要保存数据结果的文件名（不需要加类型后缀）/ gets(filename); strcat(filename,".

13、txt"); fp=fopen(filename,"w"); printf("input start angle and step angle:");/输入起始角度和计算间隔即步进角度/ scanf("%d%d",&a,&step); for(a;a<=360;a=a+step) a1=a*pi/180; s0=sqrt(r0*r0-e*e); printf("s0= %fn",s0); if(a>=0&&a<=360) if(a>0&&am

14、p;a<=160) /推程时0°d160°正弦加速度/ a0=160*pi/180; a2=(a-170)*pi/180; s=h*(a1/a0)-sin(2*pi*a1/a0)/(2*pi);printf("s= %fn",s); b=h*(1-cos(2*pi*a1/a0)/a0;printf("ds/d= %fn",b); if(a>160&&a<=170) /远休止时160°d170° / a0=10*pi/180; s=70;printf("s= %fn&quo

15、t;,s); b=0;printf("ds/d= %fn",b); if(a>170&&a<=230) a0=120*pi/180; a2=(a-170)*pi/180; s=h*(1-(2*a2*a2/(a0*a0); printf("s= %fn",s); b=(-4*h*a2)/(a0*a0); printf("ds/d= %fn",b); if(a>230&&a<=290) a0=120*pi/180; a3=(a-170)*pi/180; s=2*h*(a0-a3)*(

16、a0-a3)/(a0*a0); printf("s=%fn",s); b=(-4*h*(a0-a3)/(a0*a0); printf("ds/d= %fn",b); if(a>290&&a<=360) a0=70*pi/180; s=0;printf("s= %fn",s); b=0;printf("ds/d= %fn",b); x=(s0+s)*sin(a1)+e*cos(a1); printf("x= %fn",x); y=(s0+s)*cos(a1)-e*sin

17、(a1); printf("y= %fn",y); b1=(b-e)*sin(a1)+(s0+s)*cos(a1); printf("dx/d= %fn",b1); b2=(b-e)*cos(a1)-(s0+s)*sin(a1); printf("dy/d= %fn",b2); c1=b1/sqrt(b1*b1+b2*b2); printf("sin= %fn",c1); c2=-b2/sqrt(b1*b1+b2*b2); printf("cos= %fn",c2); x1=x-rr*c2;pr

18、intf("x'= %fn",x1); y1=y-rr*c1;printf("y'= %fn",y1);fprintf(fp,"=%d, s=%7.3f, x=%7.3f, y=%7.3f, x'=%7.3f, y'=%7.3fn",a,s,x,y,x1,y1); else printf("输出错误n");fclose(fp);（7） 程序计算结果及其分析=0, s= 0.000, x= 20.000, y= 34.641, x'= 15.000, y'= 25.98

19、1=5, s= 0.012, x= 22.944, y= 32.778, x'= 17.283, y'= 24.534=10, s= 0.096, x= 25.728, y= 30.736, x'= 19.590, y'= 22.841=15, s= 0.320, x= 28.367, y= 28.593, x'= 21.925, y'= 20.944=20, s= 0.748, x= 30.897, y= 26.414, x'= 24.314, y'= 18.887=25, s= 1.435, x= 33.373, y= 24.

20、244, x'= 26.791, y'= 16.714=30, s= 2.428, x= 35.855, y= 22.102, x'= 29.387, y'= 14.476=35, s= 3.759, x= 38.408, y= 19.984, x'= 32.111, y'= 12.216=40, s= 5.451, x= 41.091, y= 17.856, x'= 34.952, y'= 9.963=45, s= 7.509, x= 43.947, y= 15.663, x'= 37.883, y'= 7.71

21、1=50, s= 9.928, x= 46.997, y= 13.327, x'= 40.880, y'= 5.416=55, s= 12.685, x= 50.239, y= 10.762, x'= 43.923, y'= 3.009=60, s= 15.748, x= 53.638, y= 7.874, x'= 46.987, y'= 0.406=65, s= 19.070, x= 57.131, y= 4.573, x'= 50.037, y'= -2.475=70, s= 22.596, x= 60.625, y= 0.7

22、82, x'= 53.015, y'= -5.705=75, s= 26.262, x= 64.004, y= -3.556, x'= 55.845, y'= -9.338=80, s= 30.000, x= 67.132, y= -8.471, x'= 58.434, y'=-13.405=85, s= 33.738, x= 69.862, y=-13.964, x'= 60.675, y'=-17.913=90, s= 37.404, x= 72.045, y=-20.000, x'= 62.457, y'=-

23、22.840=95, s= 40.930, x= 73.541, y=-26.510, x'= 63.674, y'=-28.137=100, s= 44.252, x= 74.222, y=-33.396, x'= 64.228, y'=-33.734=105, s= 47.315, x= 73.987, y=-40.530, x'= 64.036, y'=-39.537=110, s= 50.072, x= 72.764, y=-47.767, x'= 63.039, y'=-45.439=115, s= 52.491, x=

24、 70.516, y=-54.950, x'= 61.197, y'=-51.322=120, s= 54.549, x= 67.241, y=-61.916, x'= 58.499, y'=-57.061=125, s= 56.241, x= 62.975, y=-68.511, x'= 54.957, y'=-62.534=130, s= 57.572, x= 57.784, y=-74.594, x'= 50.612, y'=-67.626=135, s= 58.565, x= 51.765, y=-80.049, x

25、9;= 45.525, y'=-72.234=140, s= 59.252, x= 45.033, y=-84.782, x'= 39.779, y'=-76.274=145, s= 59.680, x= 37.718, y=-88.735, x'= 33.468, y'=-79.683=150, s= 59.904, x= 29.952, y=-91.879, x'= 26.695, y'=-82.424=155, s= 59.988, x= 21.866, y=-94.215, x'= 19.565, y'=-84.4

26、84=160, s= 60.000, x= 13.576, y=-95.774, x'= 12.172, y'=-85.873=165, s= 70.000, x= 7.765, y=-106.252, x'= 7.036, y'=-96.278=170, s= 70.000, x= -1.525, y=-106.524, x'= -1.382, y'=-96.525=175, s= 59.792, x=-11.693, y=-95.816, x'=-10.008, y'=-85.959=180, s= 59.167, x=-20

27、.000, y=-93.808, x'=-16.995, y'=-84.270=185, s= 58.125, x=-28.009, y=-90.670, x'=-23.734, y'=-81.629=190, s= 56.667, x=-35.551, y=-86.448, x'=-30.078, y'=-78.078=195, s= 54.792, x=-42.465, y=-81.209, x'=-35.887, y'=-73.677=200, s= 52.500, x=-48.598, y=-75.046, x'=

28、-41.031, y'=-68.508=205, s= 49.792, x=-53.809, y=-68.070, x'=-45.392, y'=-62.671=210, s= 46.667, x=-57.974, y=-60.415, x'=-48.868, y'=-56.283=215, s= 43.125, x=-60.988, y=-52.231, x'=-51.375, y'=-49.474=220, s= 39.167, x=-62.763, y=-43.684, x'=-52.848, y'=-42.387=

29、225, s= 34.792, x=-63.238, y=-34.954, x'=-53.241, y'=-35.172=230, s= 30.000, x=-62.374, y=-26.230, x'=-52.528, y'=-27.983=235, s= 25.208, x=-60.497, y=-17.945, x'=-50.859, y'=-20.612=240, s= 20.833, x=-58.042, y=-10.417, x'=-48.687, y'=-13.950=245, s= 16.875, x=-55.14

30、2, y= -3.646, x'=-46.132, y'= -7.984=250, s= 13.333, x=-51.922, y= 2.385, x'=-43.305, y'= -2.690=255, s= 10.208, x=-48.498, y= 7.710, x'=-40.305, y'= 1.977=260, s= 7.500, x=-44.974, y= 12.378, x'=-37.213, y'= 6.072=265, s= 5.208, x=-41.441, y= 16.451, x'=-34.098,

31、y'= 9.662=270, s= 3.333, x=-37.974, y= 20.000, x'=-31.007, y'= 12.826=275, s= 1.875, x=-34.634, y= 23.106, x'=-27.972, y'= 15.648=280, s= 0.833, x=-31.463, y= 25.856, x'=-25.007, y'= 18.219=285, s= 0.208, x=-28.486, y= 28.338, x'=-22.113, y'= 20.632=290, s= 0.000, x=-25.712, y= 30.642, x'=-19.284, y'= 22.981=295, s= 0.000, x=-22.943, y= 32.766, x'=-17.207, y'= 24.574=300, s= 0.000, x=-20.000, y= 34.641, x'=-15.000, y'= 25.981=305, s= 0.000, x=-1