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1、1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：摆杆从动件盘型凸轮机构指导教师：关志刚班级：姓名：学号：2目录（一）机械原理课程设计的目的及其任务3（二）机械原理课程设计题目及其要求4（三）摆杆及滚子尺寸的确定 5(四)凸轮机构的运动说明及机构运动简图 5（五）原始数据分析7(六）图解法设计 7（七）解析法设计 10（八）计算程序框图12（九）计算机源程序及运行结果13（十）心得体会 17（十一）参考文献183（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：1、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：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
2、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。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
3、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） ；42、 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）机械原理课程设计题目及其要求一、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速回转，摆杆的运动规律如表：从动杆运动规律符号 01 02 03 04 r0推程 回程数据 24 150 25 120 65 40 等加
4、等减 简谐3、设计要求：确定合适摆杆长度合理选择滚子半径r r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。4、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。5备注：1、尖底（滚子）摆动从动件盘形凸轮机构压力角: 0cos()tanindlalm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）摆杆及滚子尺寸的确定1、初始位置角 0和摆杆长度 l 的确定： 0=arcos(a+l-r0)/2a*l
5、摆动盘形凸轮机构在推程运动时的许用压力角为：=35 45根据压力角公式：0cos()tanindlalm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=150mm；此时摆杆的初始摆角： 014.3622、滚子半径 r1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=r 1;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 r 1；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；r 1=（0.1 0.5）* r 0在此，我们可以取 r1=0.2*r0=10mm。(四)凸轮机构的运动说明及机
6、构运动简图6一、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24 0；第二阶段（即远休止）凸轮转过角度为25 0，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120 0，摆杆下摆过24 0；第四阶段（即近休止）凸轮转过角度为65 0，摆杆静止。二、机构运动简图如下：7（五）原始数据分析原始数据：凸轮中心到摆杆中心A的距离为160mm，即a=160 mm，凸轮以顺时针方向等速回转。摆杆形成角：=24凸轮推程运动角： 01 =150凸轮远休止角： 02 =25凸轮回程运动角： 03=120凸轮近休止
7、角： 04=65初始位置角： 014.362摆杆长：l=150mm基圆半径：r 0=40mm（六）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+C 2 2 +Cn n式中 为凸轮转角； 为摆杆位移； C 0、C 1、C 2、C n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+C 2 2 8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 01/2 及 /2）。这时，推程加
8、速段的边界条件为在始点处 =0 0， =00，在终点处 =75 0， =120， 将其代入，可求得 C0 =0 ,C1 =0, C2 =2/ ( 01 )2,且 =24 0，故摆杆等加速推程段的运动方程为=2 2/( 01 )2 式中， 变化范围为 0075 0。推程减速段的边界条件为在始点处 =75 0, =120,在终点处 =150 0, =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 750150 0。(2) 第二阶段是远休止, 故摆杆运动方程为 =00， 的变化范围为15001750(3)第三阶段，回程段：简谐运动规律，其摆杆回程时的
9、运动方程为=1+cos(/ 03)/2，式中 的变化范围为 1750295 0。第四阶段是近休止，故摆杆运动方程为 =00， 的变化范围为2950360 0。 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）0.0 0.10.0 0.920.0 0.30.0 1.40.0 3.50.0 5.60.0 7.70.0 10.80.0 13.90.0 16.100.0 18.110.0 20.120.0 22.130.0 23.140.0 23.150.0 24.160.0 24.170.0 24.175.0 24.180.0 23.190.0 22.200.0
10、 20.210.0 18.220.0 15.230.0 12.240.0 8.250.0 6.260.0 3.270.0 1.280.0 0.290.0 0.300.0 0.310.0 0.320.0 0.330.0 0.335.0 0.10340.0 0.350.0 0.360.0 0.（七）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 0075 0。摆杆推程减速段的运动方程为： =2(
11、 01-) 2/( 01)2 d /d=4（ 01-）/( 01)2 ，=75 0150 0。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为： =1+cos(/ 03)/2d /d= -sin(/ 03)/(2 03 )，=0 01200摆 杆 角 位 移 曲 线-50510152025300 20 40 60 80 100120140160180200220240260280300320340360凸 轮 转 角 （ 度 ）摆杆角位移（度）f二、计算凸轮的理论廓线和工作廓线：11凸轮理论廓线的直角坐标如下： x=a sinlsin(+ + 0)y=a coslcos(+
12、 + 0)0为摆杆的初始位置角，其值为： 0=arccos(a2+l2-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)2dy/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-）/( 01)2 dy/d=-a sin+lsin(+ + 0)1+4（ 01-）/( 01)2在第二阶段（远休止）时 = 01+ 02=1500170 0, =240；在第四阶段（近休止）时 = 01+ 02+
13、03+ 4=2900360 0, =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+ 03， 03=00120 0,坐标值对 角的倒数为dx/d=acos-lcos(+ + 0)(1-sin(/ 03) /(2 03 )dy/d=a sin+lsin(+ + 0) (1-sin(/ 03) /(2 03 )则 sin=(dx/d)/ (dx/d) 2+(dy/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 cos12y=
14、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: 0cos()tanindlalm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。（八）计算程序框开始读入数据 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=0 dd3?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） ，工作廓线坐标（x,y）YY NYN屏幕输出，文本输出f，v，a，x，y，x, y结束13（九）计算机源程序及运行结果源程序：#include #include 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);d=0; /*凸轮运动初始角 0 度*/d
