课程设计---摆动从动件杆盘型凸轮机构(共19页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上 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：专心-专注-专业目录一、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、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

3、速回转，摆杆的运动规律如表：符号方案h01020304r0从动杆运动规律推程回程2401500200120070040等加等减简谐2、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。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

4、<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 01020304r0从动杆运动规律推程回程24º150º20º120º70º40等加等减简谐<二

5、>、原始数据：凸轮中心到摆杆中心的距离：a=160mm摆杆行程角：=24°凸轮推程运动角：01=150°凸轮远休止角：d02=20°凸轮回程运动角：03=120°凸轮近休止角：d04=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a ,用表示理论廓线的曲率半径,即有a=±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=（0.1 0.5）*r0在此，可以取r1=0.25*r0=10mm。摆杆长度的选择

6、：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+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 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0/2及/2）。这时，推程加速段的边界条件为 在始点处=00，=00，

7、 在终点处=750，=120， 将其代入，可求得C0 =0 ,C1 =0, C2 =2/ (01 )2,且=240，故摆杆等加速推程段的运动方程为=22/(01 )2式中，变化范围为00750。推程减速段的边界条件为在始点处=750, =120,在终点处 =1500, =240,故摆杆等减速推程段的运动方程为=-2(01-)2/(01)2 式中的变化范围为7501500。（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=1+cos(/03)/2式中的变化范围为17002900。（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(a

8、2+l2-r0)/(2al)=arccos(1602+1502-402)/(2×160×150)=14.3620 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）0.00.10.00.20.00.30.01.40.03.50.05.60.07.70.010.80.013.90.016.100.018.110.020.120.022.130.023.140.023.150.024.160.024.170.024.180.023.190.022.200.020.210.018.220.015.230.012.240.08.250.06.260.0

9、3.270.01.280.00.290.00.300.00.310.00.320.00.330.00.335.00.340.00.350.00.360.00.六、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： =2()2/(01)2 d/d=4/(01)2 变化范围0750。摆杆推程减速段的运动方程为： =2（01）/(01)2 d/d=4（01-）/(01)2 =7501500。（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

10、为：=1+cos(3/03)/2d/d= -sin(3/03)/(203 )=001200,03=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=a sinlsin(+0) y=a coslcos(+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角的倒数为 dx/d=a cos-l cos(+0)1+4/(01)2 dy/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-

11、）/(01)2 dy/d=-a sin+lsin(+0)1+4（01-）/(01)2 在第二阶段（运休止）时=01+2=15001700, =240；在第四阶段（近休止）时=01+02+03+4=29003600, =00。坐标值对角的倒数为dx/d=a cos-lcos(+0)dy/d=-a sin+lsin(+0)第三阶段按简谐运动规律=01+02+3，3=001200,坐标值对角的倒数为dx/d=acos-lcos(+0)(1-sin(3/03) /(203 )dy/d=a sin+lsin(+0) (1-sin(3/03) /(203 )则sin=(dx/d)/ (dx/d)2+(dy

12、/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

13、线坐标（x,y）YYNYN屏幕输出，文本输出f，v，a，x，y，x, y结束八、计算机源程序及运行结果源程序：#include <stdio.h>#include <math.h>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"

14、;); 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=3.; 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

15、(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(d<d5)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*

16、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/18

17、0)-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.

18、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/1

19、80)-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=%

20、1.6fn x=%1.6f y=%1.6f x0=%1.6f y0=%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*(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)/1

21、80);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.

22、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

23、)-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

24、 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：f0=14.3620 dfvaxyxy0.00.0.0.-37.14.-27.11.5.00.0.0.-35.17.-26.15.10.00.0.0.-34.21.-24.18.15.00.0.0.-33.24.-23.22.20.00.0.0.-31.27.-21.25.25.01.0.0.-30.31.-20.29.30.01.0.0.-28.34.-18.33.35.02.0.0.-26.38.-16.36.40.03.0.

25、0.-24.42.-14.40.45.04.0.0.-21.46.-11.44.50.05.0.0.-18.50.-8.48.55.06.0.0.-14.55.-4.53.60.07.0.0.-9.59.-0.57.65.09.0.0.-4.63.4.61.70.010.0.0.0.67.10.65.75.012.0.-0.7.70.6.61.80.013.0.-0.14.73.12.64.85.014.0.-0.22.75.19.66.90.016.0.-0.30.76.27.67.95.017.0.-0.39.76.34.67.100.018.0.-0.47.74.42.66.105.01

26、9.0.-0.56.71.50.63.110.020.0.-0.64.68.57.60.115.021.0.-0.71.63.64.56.120.022.0.-0.78.57.70.51.125.022.0.-0.84.50.76.45.130.023.0.-0.90.43.81.39.135.023.0.-0.94.35.85.32.140.023.0.-0.97.27.88.24.145.023.0.-0.100.18.90.16.150.024.0.-0.101.9.91.8.155.024.0.0.102.0.112.0.160.024.0.0.101.-7.111.-7.165.02

27、4.0.0.100.-16.110.-15.170.024.0.0.99.-25.108.-23.175.023.-0.0.96.-33.93.-24.180.023.-0.0.92.-41.87.-33.185.023.-0.0.87.-48.81.-40.190.022.-0.0.81.-54.74.-47.195.021.-0.0.74.-59.67.-53.200.020.-0.0.67.-63.59.-58.205.019.-0.0.60.-67.51.-61.210.018.-0.0.52.-68.43.-64.215.016.-0.0.45.-69.35.-66.220.015.

28、-0.0.37.-69.28.-67.225.013.-0.0.30.-69.20.-66.230.012.-0.0.23.-67.13.-65.235.010.-0.-0.16.-65.6.-63.240.08.-0.-0.10.-62.0.-61.245.07.-0.-0.4.-59.-5.-58.250.06.-0.-0.-0.-55.-10.-55.255.04.-0.-0.-4.-52.-14.-52.260.03.-0.-0.-8.-48.-18.-48.265.02.-0.-0.-12.-44.-22.-45.270.01.-0.-0.-15.-41.-25.-41.275.00

29、.-0.-0.-18.-38.-28.-38.280.00.-0.-0.-21.-35.-31.-35.285.00.-0.-0.-23.-32.-33.-32.290.00.-0.-0.-26.-29.-36.-29.295.00.0.0.-29.-27.-36.-20.300.00.0.0.-31.-24.-39.-18.305.00.0.0.-33.-22.-41.-16.310.00.0.0.-35.-19.-43.-14.315.00.0.0.-36.-15.-45.-11.320.00.0.0.-37.-12.-47.-9.325.00.0.0.-38.-9.-48.-6.330.00.0.0.-39.-5.-49.-4.335.00.0.0.-39.-2.-49.-1.340.00.0.0.-39.1.-49.0.345.00.0.0.-39.4.-49.3.350.00.0.0.-39.8.-48.6.355.00.0.0.-38.11.-47.8.360.00.0.0.-37.14.-46.11.九