凸轮机构参考模板

1、机械原理大作业作业名称： 凸轮机构设计 设计题目： 第01题 院 系： 船舶与海洋工程学院 班 级： 1413105 设 计 者： 许桢 学 号： 140510123 指导教师： 刘会英 设计时间： 2016年6月 哈尔滨工业大学机械设计1 / 19一 、 设计题目1. 机构运动简图R170R120202 . 原始数据序号升程（mm）升程运动角（°）升程运动规律升程许用压力角（°）回程运动角（°）回程运动规律回程许用压力角（°）远休止角（°）近休止角（°）015090等加等减速4080等速7060130二 、凸轮推杆运动分析1. 凸轮

2、推杆运动方程（1） 升程运动方程 在时位移： 速度： 加速度： 在时位移： 速度： 加速度：（2） 回程运动方程位移： 速度： 加速度：2. 凸轮推杆运动线图（1） 从动件位移线图（2） 从动件速度线图（3） 从动件加速度线图三、 凸轮机构的 线图 通过程序运行，确定了偏距e=20mm，基圆半径为四、 滚子半径的确定及凸轮轮廓的绘制 1. 凸轮轮廓绘制根据已知基圆半径和偏距绘制理论轮廓，这部分由代码给出 2. 确定滚子半径首先根据确定得基圆半径和偏距绘制理论轮廓，根据理论轮廓，求出理论轮廓每一处的曲率，在此基础上选取滚子半径并进行检验，最终选取滚子半径为30mm。 确定基圆半径，偏距，滚子半径

3、后，由MATLAB绘图做出凸轮理论轮廓，实际轮廓，基圆，偏心圆，滚子图像如图所示：附录1. 凸轮实际全部代码% * 偏置移动从动件盘形凸轮设计绘图和运动分析 *disp ' # 已知条件 #'disp ' 凸轮作逆时针方向转动,从动件偏置在凸轮轴心的右边'disp ' 从动件在推程作等加速/等减速运动,在回程作等速运动'% 基圆半径；滚子半径；从动件偏距；从动件升程rb=150;rt=30;e=20;h=50;% 推程运动角；远休止角；回程运动角；推程许用压力角；凸轮转速ft=90;fs=60;fh=80;alpha_p=40;n=200;% 角

4、度和弧度转换系数；机构尺度hd=pi/180;du=180/pi;se=sqrt(rb2-e2);w=n*pi/30; omega=w*du; % 凸轮角速度（°/s）fprintf(' 基圆半径 rb = %3.4f mm n',rb)fprintf(' 滚子半径 rt = %3.4f mm n',rt)fprintf(' 推杆偏距 e = %3.4f mm n',e)fprintf(' 推程升程 h = %3.4f mm n',h)fprintf(' 推程运动角 ft = %3.4f 度 n',ft)

5、fprintf(' 远休止角 fs = %3.4f 度 n',fs)fprintf(' 回程运动角 fh = %3.4f 度 n',fh)fprintf(' 推程许用压力角 alpha_p = %3.4f 度 n',alpha_p)fprintf(' 凸轮转速 n = %3.4f r/min n',n)fprintf(' 凸轮角速度(弧度) w = %3.4f rad/s n',w)fprintf(' 凸轮角速度(度) omega = %3.4f 度 /s n',omega)disp ' &

6、#39;disp ' 计算过程和输出结果 'disp ' '% (1)-校核凸轮机构的压力角和轮廓曲率半径'disp ' * 计算凸轮理论轮廓的压力角和曲率半径 *'disp ' 1 推程(等加速/等减速运动)'for f=1:ft if f<=ft/2 s(f)=2*h*f2/ft2;s=s(f); % 等加速-位移方程 s1(f)=2*h*f2/ft2; ds(f)=4*h*f*hd/(ft*hd)2;ds=ds(f); ds1(f)=4*h*f*hd/(ft*hd)2; %求ds d2s(f)=4*h/(ft*

7、hd)2;d2s=d2s(f); vt(f)=4*h*omega*f/ft2; % 等加速-速度方程 else s(f)=h-2*h*(ft-f)2/ft2;s=s(f); % 等减速-位移方程 s2(f)=h-2*h*(ft-f)2/ft2; ds(f)=4*h*(ft-f)*hd/(ft*hd)2;ds=ds(f); ds2(f)=4*h*(ft-f)*hd/(ft*hd)2; %求ds d2s(f)=-4*h/(ft*hd)2;d2s=d2s(f); vt(f)=4*h*omega*(ft-f)/ft2; % 等减速-速度方程 end alpha_t(f)=atan(abs(ds-e)/

8、(se+s); % 推程压力角(弧度) alpha_td(f)=alpha_t(f)*du; % 推程压力角(度) pt1=(se+s)2+(ds-e)2)1.5; pt2=abs(se+s)*(d2s-se-s)-(ds-e)*(2*ds-e); rho_t(f)=pt1/pt2; % 推程曲率半径 st(f)=s;endalpha_tm=max(alpha_td);fprintf(' 推程最大压力角 alpha_tm = %3.4f 度n',alpha_tm)for f=1:ft if alpha_td(f)=alpha_tm;ftm=f;break;endendfprin

9、tf (' 对应的位置角 ftm = %3.4f 度n',ftm)if alpha_tm>alpha_p fprintf(' * 凸轮推程压力角超过许用值,需要增大基圆!n')endrho_tn = min(rho_t);fprintf (' 最小曲率半径 rho_tn = %3.4f mmn',rho_tn)for f=1:ft if rho_t(f)=rho_tn;ftn=f;break;endendfprintf(' 对应的位置角 ftn = %3.4f 度n',ftn)if rho_tn<rt+5 fprint

10、f(' * 凸轮推程轮廓曲率半径小于许用值,需要增大基圆或减小滚子!n')end disp ' 2 回程(等速运动)'d1=ft+fs;d2=ft+fs+fh; % 回程运动角范围for f=d1:d2 k=f-d1; s(f)=h*(1-(f-(d1)/fh);s=s(f); % 等速运动-位移方程 s3(f)=h*(1-(f-(d1)/fh); ds(f)=-h/(fh*hd);ds=ds(f); ds3(f)=-h/(fh*hd); %求ds d2s(f)=0;d2s=d2s(f); alpha_h(f)=atan(abs(ds+e)/(se+s); %

11、回程压力角(弧度) alpha_hd(f)=alpha_h(f)*du; % 回程压力角(度) ph1=(se+s)2+(ds-e)2)1.5; ph2=abs(se+s)*(d2s-se-s)-(ds-e)*(2*ds-e); rho_h(f)=ph1/ph2; % 回程曲率半径 sh(f)=s; vh(f)=-h*omega/fh; % 等速运动-速度方程 ah(f)=0; % 等速运动-加速度方程 endalpha_hm = max(alpha_hd(d1:d2);fprintf(' 回程最大压力角 alpha_hm = %3.4f 度n',alpha_hm)for f=

12、d1:d2 if alpha_hd(f)=alpha_hm;fhm=f;break;endendfprintf(' 对应的位置角 fhm = %3.4f 度n',fhm)rho_hn=min(rho_h(d1:d2);fprintf(' 最小曲率半径 rho_hn = %3.4f mmn',rho_hn)for f=d1:d2 if rho_h(f)=rho_hn;fhn=f;break;endendfprintf(' 对应的位置角 fhn = %3.4f 度n',fhn)if rho_hn<rt+5 fprintf(' * 凸轮回

13、程轮廓曲率半径小于许用值,需要增大基圆或减小滚子!n')enddisp ' '% (2)-计算凸轮机构的从动件运动参数'disp ' * 计算凸轮机构从动件的运动参数 *'disp ' 1 推程(等加速/等减速运动)'disp ' 凸轮转角 位移s(mm) 速度v(mm/s)'for f=10:10:ft ydcs_t=f st(f) vt(f); disp(ydcs_t)endat_1=4*h*omega2/ft2;at_2=-4*h*omega2/ft2;fprintf(' 等加速上升的加速度 at_1

14、 = %3.4f (mm/s2) n',at_1)fprintf(' 等减速上升的加速度 at_2 = %3.4f (mm/s2) n',at_2)disp ' 2 回程(等速运动)'disp ' 凸轮转角 位移s(mm) 速度v(mm/s) 加速度a(mm/s2)'for f=d1:d2 ydcs_h=f sh(f) vh(f) ah(f); disp(ydcs_h)end% (3)-绘制凸轮机构的从动件运动线图figure(1);subplot(2,2,1) % 位移线图f=1:ft;plot(f,st);hold on;line(f

15、t,d1,50,50);f=d1:d2;plot(f,sh(d1:d2);xlabel ('凸轮转角 it phi / rm( °)')ylabel ('it s / rm(mm)')title('从动件位移线图');subplot(2,2,2) % 速度线图f=1:ft;plot(f,vt);hold on; line(ft,d1,0,0);plot(d1,d1,0,-750,'b');plot(d2,d2,0,-750,'b');f=d1:d2;plot(f,vh(d1:d2);line(d2,360

16、,0,0);xlabel ('凸轮转角 it phi / rm( °)')ylabel ('it v / rm(mm/s)')title('从动件速度线图');subplot(2,2,3) % 加速度线图line(0,ft/2,at_1,at_1);line(ft/2,ft/2,at_1,at_2); line(ft/2,ft,at_2,at_2);line(ft,ft,at_2,0);line(ft,d1,0,0);hold on;f=d1:d2;plot(f,ah(d1:d2);line(d1,d1,0,ah(d1);line(d2

17、,d2,ah(d2),0);line(d2,360,0,0);xlabel ('凸轮转角 it phi / rm( °)')ylabel ('it a / rm(mm/s2)')title('从动件加速度线图');subplot(2,2,4) % 加速推程ds-s线图f=1:ft/2;plot(ds1,s1,'-b');hold on;f=46:ft;plot(ds2(46:ft),s2(46:ft),'-r');hold on;f=d1:d2;plot(ds3(f),s3(f),'-g'

18、);line(-36,2,0,0);line(-36,2,50,50);xlabel ('ds/phi')ylabel ('phi')title('ds/phi-phi');disp ' '% (4)-计算凸轮理论廓线与实际廓线的直角坐标和向径'disp ' * 凸轮理论轮廓与实际轮廓的直角坐标 *'nd=360;for f=1:nd if f<=ft/2 % 等加速运动 s(f)=2*h*f2/ft2;s=s(f); ds(f)=4*h*f*hd/(ft*hd)2;ds=ds(f); elseif

19、f>ft/2 & f<=ft % 等减速运动 s(f)=h-2*h*(ft-f)2/ft2;s=s(f); ds(f)=4*h*(ft-f)*hd/(ft*hd)2;ds=ds(f); elseif f>ft & f<=d1 % 远休止角 s=h;ds=0; elseif f>d1 & f<=d2 % 等速运动 k=f-d1; s(f)=h*(1-(f-(d1)/fh);s=s(f); ds(f)=-h/(fh*hd);ds=ds(f); elseif f>d2 & f<=nd s=0;ds=0; end xx(f

20、)=(se+s)*sin(f*hd)+e*cos(f*hd);x=xx(f); % 理论轮廓横坐标 yy(f)=(se+s)*cos(f*hd)-e*sin(f*hd);y=yy(f); % 理论轮廓纵坐标 dx(f)=(ds-e)*sin(f*hd)+(se+s)*cos(f*hd);dx=dx(f); dy(f)=(ds-e)*cos(f*hd)-(se+s)*sin(f*hd);dy=dy(f); xp(f)=x+rt*dy/sqrt(dx2+dy2);xxp=xp(f); % 实际轮廓横坐标 yp(f)=y-rt*dx/sqrt(dx2+dy2);yyp=yp(f); % 实际轮廓纵坐

21、标 r(f)=sqrt(x2+y2); % 理论轮廓向径 rp(f)=sqrt(xxp2+yyp2); % 实际轮廓向径enddisp ' 1 推程(等加速/等减速运动)'disp ' 凸轮转角 理论x 理论y 实际x 实际y'for f=10:10:ft nu=f xx(f) yy(f) xp(f) yp(f); disp(nu)enddisp ' 2 回程(等速运动)'disp ' 凸轮转角 理论x 理论y 实际x 实际y'for f=d1:10:d2 nu=f xx(f) yy(f) xp(f) yp(f); disp(nu

22、)enddisp '* 凸轮理论轮廓与实际轮廓的向径 *'disp ' 1 推程(等加速/等减速运动)'disp ' 凸轮转角 理论r 实际r'for f=10:10:ft nu=f r(f) rp(f); disp(nu)enddisp ' 'disp ' 2 回程(等速运动)'for f=d1:10:d2 nu=f r(f) rp(f); disp(nu)end% (5)-绘制凸轮的理论轮廓和实际轮廓figure(2);plot(xx,yy,'r-.') % 理论轮廓(红色,点划线)axis (

23、-(rb+h-10) (rb+h+10) -(rb+h+10) (rb+rt+10) % 横轴和纵轴的下限和上限axis equal % 横轴和纵轴的尺度比例相同text(rb+h+3,0,'X') % 标注横轴text(0,rb+rt+3,'Y') % 标注纵轴text(-5,5,'O') % 标注直角坐标系原点title('偏置移动从动件盘形凸轮轮廓') % 标注图形标题hold on; % 保持图形plot(-(rb+h) (rb+h),0 0,'k') % 横轴(黑色)plot(0 0,-(rb+h) (r

24、b+rt),'k') % 纵轴(黑色)plot(e e,0 (rb+rt),'k-') % 初始偏置位置(黑色,虚线)ct=linspace(0,2*pi); % 画圆的极角变化范围plot(rb*cos(ct),rb*sin(ct),'g') % 基圆(绿色)plot(e*cos(ct),e*sin(ct),'c-') % 偏距圆(青色,虚线) plot(e + rt*cos(ct),se + rt*sin(ct),'m') % 滚子圆(品红色) plot(xp,yp,'b') % 实际轮廓(蓝色

25、)ax=e + rt*cos(ct);ay=se + rt*sin(ct);aaa=rb*cos(ct);bbb=rb*sin(ct);2. 程序数据结果 # 已知条件 # 凸轮作逆时针方向转动,从动件偏置在凸轮轴心的右边 从动件在推程作等加速/等减速运动,在回程作等速运动 基圆半径 rb = 150.0000 mm 滚子半径 rt = 30.0000 mm 推杆偏距 e = 20.0000 mm 推程升程 h = 50.0000 mm 推程运动角 ft = 90.0000 度 远休止角 fs = 60.0000 度 回程运动角 fh = 80.0000 度 推程许用压力角 alpha_p =

26、 40.0000 度 凸轮转速 n = 200.0000 r/min 凸轮角速度(弧度) w = 20.9440 rad/s 凸轮角速度(度) omega = 1200.0000 度 /s 计算过程和输出结果 * 计算凸轮理论轮廓的压力角和曲率半径 * 1 推程(等加速/等减速运动) 推程最大压力角 alpha_tm = 14.1129 度 对应的位置角 ftm = 45.0000 度 最小曲率半径 rho_tn = 118.3192 mm 对应的位置角 ftn = 46.0000 度 2 回程(等速运动) 回程最大压力角 alpha_hm = 6.0705 度 对应的位置角 fhm = 23

27、0.0000 度 最小曲率半径 rho_hn = 147.1299 mm 对应的位置角 fhn = 230.0000 度 * 计算凸轮机构从动件的运动参数 * 1 推程(等加速/等减速运动) 凸轮转角 位移s(mm) 速度v(mm/s) 10.0000 1.2346 296.2963 20.0000 4.9383 592.5926 30.0000 11.1111 888.8889 1.0e+03 * 0.0400 0.0198 1.1852 1.0e+03 * 0.0500 0.0302 1.1852 60.0000 38.8889 888.8889 70.0000 45.0617 592.5

28、926 80.0000 48.7654 296.2963 90 50 0 等加速上升的加速度 at_1 = 35555.5556 (mm/s2) 等减速上升的加速度 at_2 = -35555.5556 (mm/s2) 2 回程(等速运动) 凸轮转角 位移s(mm) 速度v(mm/s) 加速度a(mm/s2) 150 50 -750 0 151.0000 49.3750 -750.0000 0 152.0000 48.7500 -750.0000 0 153.0000 48.1250 -750.0000 0 154.0000 47.5000 -750.0000 0 155.0000 46.87

29、50 -750.0000 0 156.0000 46.2500 -750.0000 0 157.0000 45.6250 -750.0000 0 158 45 -750 0 159.0000 44.3750 -750.0000 0 160.0000 43.7500 -750.0000 0 161.0000 43.1250 -750.0000 0 162.0000 42.5000 -750.0000 0 163.0000 41.8750 -750.0000 0 164.0000 41.2500 -750.0000 0 165.0000 40.6250 -750.0000 0 166 40 -75

30、0 0 167.0000 39.3750 -750.0000 0 168.0000 38.7500 -750.0000 0 169.0000 38.1250 -750.0000 0 170.0000 37.5000 -750.0000 0 171.0000 36.8750 -750.0000 0 172.0000 36.2500 -750.0000 0 173.0000 35.6250 -750.0000 0 174 35 -750 0 175.0000 34.3750 -750.0000 0 176.0000 33.7500 -750.0000 0 177.0000 33.1250 -750

31、.0000 0 178.0000 32.5000 -750.0000 0 179.0000 31.8750 -750.0000 0 180.0000 31.2500 -750.0000 0 181.0000 30.6250 -750.0000 0 182 30 -750 0 183.0000 29.3750 -750.0000 0 184.0000 28.7500 -750.0000 0 185.0000 28.1250 -750.0000 0 186.0000 27.5000 -750.0000 0 187.0000 26.8750 -750.0000 0 188.0000 26.2500

32、-750.0000 0 189.0000 25.6250 -750.0000 0 190 25 -750 0 191.0000 24.3750 -750.0000 0 192.0000 23.7500 -750.0000 0 193.0000 23.1250 -750.0000 0 194.0000 22.5000 -750.0000 0 195.0000 21.8750 -750.0000 0 196.0000 21.2500 -750.0000 0 197.0000 20.6250 -750.0000 0 198 20 -750 0 199.0000 19.3750 -750.0000 0

33、 200.0000 18.7500 -750.0000 0 201.0000 18.1250 -750.0000 0 202.0000 17.5000 -750.0000 0 203.0000 16.8750 -750.0000 0 204.0000 16.2500 -750.0000 0 205.0000 15.6250 -750.0000 0 206.0000 15.0000 -750.0000 0 207.0000 14.3750 -750.0000 0 208.0000 13.7500 -750.0000 0 209.0000 13.1250 -750.0000 0 210.0000

34、12.5000 -750.0000 0 211.0000 11.8750 -750.0000 0 212.0000 11.2500 -750.0000 0 213.0000 10.6250 -750.0000 0 214.0000 10.0000 -750.0000 0 215.0000 9.3750 -750.0000 0 216.0000 8.7500 -750.0000 0 217.0000 8.1250 -750.0000 0 218.0000 7.5000 -750.0000 0 219.0000 6.8750 -750.0000 0 220.0000 6.2500 -750.000

35、0 0 221.0000 5.6250 -750.0000 0 222.0000 5.0000 -750.0000 0 223.0000 4.3750 -750.0000 0 224.0000 3.7500 -750.0000 0 225.0000 3.1250 -750.0000 0 226.0000 2.5000 -750.0000 0 227.0000 1.8750 -750.0000 0 228.0000 1.2500 -750.0000 0 229.0000 0.6250 -750.0000 0 230 0 -750 0 * 凸轮理论轮廓与实际轮廓的直角坐标 * 1 推程(等加速/等减速运动) 凸轮转角 理论x 理论y 实际x 实际y 10.0000 45.7252 144.1450 39.3670 114.826620.0000 71.3278 137.4954 62.6022 108.7924 30.0000 97.2064 128.3664 85.9660 100.551840.0000 123.5752 116.1567 109.6101 89.605350.