尖顶从动件凸轮机构计算机辅助设计软件课程设计说明书

HaｒbinＩnstｉtｕteｏfTｅcｈnoｌｏgy设计说明书(论文）课程名称:精密机械设计基础设计题目：基于VｉｓualＣ++环境实现凸轮机构计算机辅助设计院系:航天学院自动化班级：０8０4101设计者:陈彬彦学号：108０41012３设计时间：２010年10月尖顶从动件凸轮机构仿真设计软件说明书设计题目直动从动件盘形凸轮机构的计算机辅助设计概述在机械、仪器及精密机械中，当要求从动件的运动按照预定的规律变化时，通常宜采用凸轮机构。常用的凸轮机构按结构形式可分为盘状凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮，其中盘状凸轮是凸轮的最基本的形式。常见的从动件类型包括尖顶从动件、滚子从动件和平底从动件,其中尖顶从动件结构简单，不论凸轮的轮廓曲线如何,它都能与凸轮轮廓上所有点接触,能实现较复杂的运动规律。从动件常用的运动规律有等速、等加速等减速和简谐运动等。根据给出的运动规律和推程角、远休止角、回程角及近休止角等参数,当凸轮连续回转时,从动件就能按照给出的规律重复进行“升-停-降-停”的循环运动。本设计软件以尖顶从动件偏心盘状凸轮机构为例，基于VisuａlC+＋6.0编写凸轮轮廓计算机辅助设计程序，利用ＭＦC建立工程,实现了直观的尖顶从动件凸轮机构计算机辅助仿真设计软件。基本原理凸轮的轮廓设计方法分为图解法和解析法,显然程序实现时要采用解析法。解析法设计凸轮轮廓的基本原理是“反转法”,通过用户输入的所需设计参数,采用的数学方程式够精确地求出凸轮轮廓曲线上各点的坐标值，作图从而得到精确的凸轮轮廓尺寸。设计模型从动件运动规律及其方程位移规律及方程设从动件位移为s，凸轮转角为，下面分类给出s与的关系。等速运动规律,运动线图如图１。图1等速运动规律代码实现：（仅以上升为例)if(m_SpeedType1==０)ﻩ｛ ｉｆ（i＜＝ｍ＿J1/2）ﻩﻩs[i］=2＊m＿Ｈ*i*i/m_J1/m_J１;ﻩﻩelseﻩﻩ ｓ[i]=m_H-2*m_H*(m＿Ｊ1-i)*(ｍ_Ｊ1－ｉ)/m＿J1/ｍ_J1; }等加速等减速运动规律,运动线图如图2。图２等加速等减速运动规律代码实现：（仅以上升为例)iｆ（ｍ＿SpeedＴyｐe1==1）ﻩ{ﻩﻩs[ｉ]＝m_H*i／m＿J1; ｝简谐运动规律，运动线图如图３。图3简谐运动规律代码实现：（仅以上升为例) if（m_SpeedTypｅ1=＝２) { ﻩs[ｉ]=ｍ＿H*(１－cｏs(Pi*i／m＿J1))/２; }速度规律及方程速度运动规律可由上述位移规律方程求导而得。v代码实现：for(i=1；i<=３６０;i++) {ﻩﻩｖ[i]=s[i]－ｓ[i-１];ﻩ v[i]=v[i］*50;ﻩ}v[0]＝0;加速度规律及方程加速度运动规律可由上述速度规律方程求导而得。a代码实现:for（i=1;i<=360;i+＋)ﻩ｛ﻩ a[i]＝v[ｉ]-v[i-1]； ｝ａ［0]=０；极坐标形式的凸轮轮廓以凸轮的回转中心为极坐标原点，以从动件的初始位置和凸轮回转中心的连线为计算极角的坐标轴。根据“反转法”原理求凸轮轮廓曲线方程,即曲线上各点的极角和极径。凸轮上任意一点A的极角为:(1)在ＯC0A0中：(2)在OCA中：(3)且(4)图４解析法设计偏心尖顶从动件盘状凸轮再根据已知从动件的运动规律，每隔1°给出相应的ｓ和值代入(1）(4)两式即可得到凸轮理论轮廓上各点的值。代码实现：foｒ(i=0;i<＝ｍ_J1;i++){…}ｆor(i;ｉ＜=(m_J1+m＿J2);i＋+){ｓ[i]＝m＿Ｈ;｝for（i;i<=(m_Ｊ1＋ｍ_Ｊ２＋m_J3);i++){…}for(i;i<=36１;ｉ++){ｓ［ｉ]=0；}笛卡尔坐标（X-Y)形式的凸轮轮廓(坐标系转换)由于在ＶC++环境中,无法对极坐标参数进行图像的绘制，因此，我们需要将极坐标系内的数据点，通过数学方法,依次转换为笛卡尔坐标系中的参数。在极坐标中，给出了函数用以表示s和值之间的关系。利用公式：x=s×cos求得笛卡尔坐标系中的位置参数,从而实现在VＣ＋+中作图。代码实现:X［０]=(s［0]+S０）＊siｎ(（-t)*tｒans)＋m_e＊cos((-t)*ｔrans)+250;ﻩＹ[0]=(ｓ[0]+S0)*cｏｓ((-t)*traｎs）*(-1)+ｍ_e*sｉｎ(（－ｔ)＊trans)+40０;ﻩpＤC->MｏｖeTo(X[０]，Y[0])；for（i=１；i<=36０;ｉ++)｛Ｘ[i]=（s［i]＋S0）*sin((ｉ-ｔ)*tｒanｓ)+m_ｅ＊cos（（i-t)＊ｔraｎs）+250; Y［i］=（s[ｉ］＋S0)＊cos((i-t)*ｔｒans)*(-1)+m＿e*ｓｉｎ(（i-t）*trans）+4０0; pＤC->ＬｉｎeＴｏ(X[i]，Y[i]);}程序流程图程序运行示例软件界面双击.eｘe文件进入软件界面。程序界面上设有3个区域,分别为参数设置区域、凸轮显示区域、从动件运动规律图像区域。参数输入与控制上图为参数输入与控制区域，在左侧框内，用户可以输入所需参数，选择上升下降模式。在参数输入完成后点击“参数确认”按钮,屏幕右侧会出现从动件的位移、速度、加速度函数图象，如下图:再点击“显示凸轮”按钮，即可进行仿真。[注]若参数输入错误（如：Ｊ1+J2+J３+J4≠360或者R、H数值过大)系统会给出错误提示,如下图。动画演示结果匀速：匀加速、匀减速：正弦运动：混合运动：（以匀加速与正弦运动结合为例）存在的问题与不足程序在仿真运行过程，也就是动画过程中用户不能停止,不可进行任何操作。用户若在未进行“参数确认”情况下点击“显示凸轮”没有设置错误提示，为用户使用带来不便。程序运行不完全稳定，在仿真过程中有一定几率出现程序运行错误。没有利用双缓存实现动画，在配置较低或较为繁忙的系统中运行会有较大闪烁参考文献《精密机械学基础》/蒋秀珍,马惠萍主编