机械原理课程设计

河北工程大学机电学院。

任务书。设计题目：摆动从动件杆盘型凸轮机构

指导教师：

班级：姓名：

学号：目录。

1）机械原理课程设计的目的………1

2）机械原理课程设计的任务………1

3）从动件（摆杆）及滚子尺寸的确定………3

4）原始数据分析5

5）摆杆的运动规律及凸轮轮廓线方程………6

6）计算程序框图8

7）计算机源程序9

8）计算机程序结果及分析………14

9）凸轮机构示意简图16

10）心得体会16

11）参考资料17

1）机械原理课程设计的目的。

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，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。

一、图形设计要求：

1、采用**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：

2、设计要求：

确定合适摆杆长度。

合理选择滚子半径r

选择适当比例，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。

3、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。

二、课程设计采用方法：

对于此次任务，要用**法和解析法两种方法。**法形象，直观，应用**法可进一步提高学生绘图能力，在某些方面，如凸轮设计中，**法是解析法的出发点和基础；但**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。

三、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**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。

三）从动件（摆杆）及滚子尺寸的确定。

1、摆杆长度l确定：

根据右图建立坐标系o—xy。

b0点为推程段摆杆起始点，开始时推杆滚子中心处于。

b0点处，依几何关系有：

b0的坐标：

x0=sin(φ0)/l

y0=a-l* cos (φ0)

f0=arcos[(a+l-r0)/2a*l］

又因为摆动盘形凸轮机构。

在运动时的许用压力角为：[α35°~ 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=120mm；此时摆杆的初始摆角：φ0≈12.429°

2、滚子半径r1的选择。

我们用ρ1表示凸轮工作廓线的曲率半径，用ρ表示理论廓线的曲率半径。所以有ρ1=ρ±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ρ＞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）原始数据及分析。

依题意，原始数据如下：

1、已知量：（未标明的单位为mm）

d1=120 o 推程运动结束的凸轮总转角，其中(d1-d0)为推程角δ01

d2=160 o 远休止运动结束时总转角，其中(d2-d1)为远程休止角δ02

d3=270 o 回程运动结束的凸轮总转角，其中(d3-d2)为回程角δ03

d4=360 o 远休止运动结束总转角，其中(d4-d3)为远程休止角δ04

r =160 凸轮中心到摆杆中心a的距离。

r0=50 基圆半径。

l =120 此处设摆动从动杆长度为120 mm

h=25 o 从动杆的总角行程。

w=1 rad / s 此处设凸轮角速度为1 rad / s

rr=10 此处设滚子半径为10

2、设计所求量：

f 摆动从动杆的角位移。

v 摆动从动杆的角速度。

a 摆动从动杆的角加速度。

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。

x 为凸轮轮廓的轨迹的x坐标点。

y 为凸轮轮廓的轨迹的y坐标点。

五）摆杆的运动规律及凸轮轮廓线方程。

1、摆杆运动规律：

推程过程：0o＜d≤120o

摆杆角位移：f=h(1-cos(πδ01) )2

即f=h(1-cos(πd/d1))/2

摆杆角速度：v=πhw sin(πδ01)/(2δ01)

即v=πh w sin(πd/d1)/(2d1)

摆杆角加速度：a=π2h w2cos(πδ01)/(2δ012)

即a=π2h w2cos(πd/d1) /2d12)

远休止过程：120o＜d≤160o

摆杆角位移：f= h

摆杆角速度：v=0

摆杆角加速度：a= 0

在推程和远休止过程中凸轮轮廓轨迹：

x=r sin d-l sin(d+f+f0 )

y=r cos d-lcos(d+f +f0)

其中f0为摆杆的初始位置角。

f0=arcos[(r2+l2-r02)/2(r l)]

回程过程：160o＜d≤270o

等加速回程阶段：160o＜d≤215o

摆杆角位移：f=h-2h(δ-01-δ02)2/(δ03)2

即f=h-2h(d-d2)2/(d3-d2) 2

摆杆角速度：v=-4hw(δ-01-δ02)/(03)2

即v=-4hw(d- d2)/(d3-d2)2

摆杆角加速度：a=-4hw2/(δ03)2

即a=-4hw2/(d3-d2)2

等减速回程阶段：215o＜d≤270o

摆杆角位移：f=2h(δ03-(δ01-δ02-δ03/2 ))2/(δ03) 2

即f=2h( (d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2))2/(d3-d2)2

摆杆角速度：v=-4hw(δ03-(δ01-δ02-δ03/2)) 03)2

即v=-4 hw( (d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2))/d3-d2)2

摆杆角加速度：a=4hw2/(δ03)2

即a=4hw2/(d3-d2)2

近休止过程：720o＜d≤360o

摆杆角位移：f=0

摆杆角速度：v=0

摆杆角加速度：a= 0

在回程和近休止过程中凸轮轮廓轨迹：

x=r sin d-l sin(d+f+f0)

y=r cos d-l cos(d+f+f0)

其中f0为摆杆的初始位置角。

f0=arcos[(r2+l2-r02)/2(r l)]

六）程序方框图。

七）计算机源程序。

#include <>

main()

double d, d0,d1,d2,d3,d4,r,r0,

f,f0,h,pi,v,w,a,l,x,y;

int n;

file *fp定义文件指针*/

fp = fopen(""w");

/*打开以写方式文件（不存在则新建）*/

d=0d为凸轮总转角*/

d0=5d0为转角分度值，此处设为5 o每次*/

d1=120d1-0)为推程角*/

d2=160d2-d1)为远程休止角*/

d3=270d3-d2)为回程角*/

d4=360d4-d3)为近休止角*/

pi=3.1415926;

r=160凸轮圆心到从动杆固定点的距离*/

r0=50基圆半径*/

l=120从动杆长度*/

h=25行程角度*/

w=1凸轮角速度*/

f0=acos((r*r+l*l-r0*r0)/(2*r*l))*180/pi; /从动杆初始角*/

printf("初始角：f0=%1.3f",acos((r*r+l*l-r0*r0)/(2*r*l))*180/pi);

fprintf(fp,"初始角：%1.3f",acos((r*r+l*l-r0*r0)/(2*r*l))*180/pi);

for(n=0;n<=36;n++)

d=d0*n;

if(d<=d1当d<=120度时，为推程过程*/

f=h*(1-cos(pi*(d/d1)))2从动杆的角位移*/

v=pi*h*w*sin(pi* (d/d1))/2*d1从动杆角速度*/

a=pi*pi*h*w*w*cos(pi*(d/d1))/2*d1*d1); 从动杆角加速度*/

x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180);

*确定的凸轮的轨迹x坐标*/

y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);

*确定的凸轮的轨迹y坐标*/

printf("d=%1.3ff=%1.3fv=%1.3fa=%1.3fx=%1.3fy=%1.3f ",d,f,v,a,x,y);

fprintf(fp,"d=%1.3ff=%1.3fv=%1.3fa=%1.3fx=%1.3fy=%1.3f",d,f,v,a,x,y);}

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