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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： 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18（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问
2、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，速度快
3、。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）；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：符号 01020304r0从动杆运动规律推程回程数据24150251206540等加等减简谐3、设计要求：确定合适摆杆长
4、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。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。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）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： 注：当主从动
5、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=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)凸轮机构的运动说明及机构运动简图一、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；
6、第二阶段（即远休止）凸轮转过角度为250，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650，摆杆静止。二、机构运动简图如下：（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凸轮近休止角：04=65初始位置角：014.362摆杆长：l=150mm基圆半径：r0=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
7、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01/2及/2）。这时，推程加速段的边界条件为 在始点处=00，=00， 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/(
8、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，其摆杆回程时的运动方程为=1+cos(/03)/2，式中的变化范围为17502950。第四阶段是近休止，故摆杆运动方程为=00，的变化范围为29503600。 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）0.00.000000
9、10.00.21333320.00.85333330.01.92000040.03.41333350.05.33333360.07.68000070.010.45333380.013.54666790.016.320000100.018.666667110.020.586667120.022.080000130.023.146667140.023.786667150.024.000000160.024.000000170.024.000000175.024.000000180.023.591110190.022.392305200.020.485281210.018.000000220.015
10、.105829230.012.000000240.08.894172250.06.000000260.03.514719270.01.607695280.00.408890290.00.000000300.00.000000310.00.000000320.00.000000330.00.000000335.00.000000340.00.000000350.00.000000360.00.000000（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(
11、)2/(01)2 d/d=4/(01)2 ，变化范围00750。摆杆推程减速段的运动方程为： =2(01-)2/(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为： =1+cos(/03)/2d/d= -sin(/03)/(203 )，=001200二、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：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d
12、x/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=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+03，03=001200,坐标值对角的倒
13、数为dx/d=acos-lcos(+0)(1-sin(/03) /(203 )dy/d=a sin+lsin(+0) (1-sin(/03) /(203 )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 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。（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
14、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），工作廓线坐标（x,y）YYNYN屏幕输出，文本输出f，v，a，x，y，x, y结束（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,
15、B6,D9,D10,r1; int n; FILE *fp; fp = fopen(aa.txt,w); 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=175; d3=295; d4=360; d5=75; pi=3.1415926; 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*r
16、0)/(2*r*l)*180/pi; printf(初始角：f0=%1.3fn,acos(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(dd5)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=
17、r*cos(d*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
18、(d*pi/180)-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 %
19、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);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/180)-l*cos(pi*(d+f+f0
20、)/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=%1.6fn x=%1.6f y=%1.6f x0=%1.6f y0=%1.6
21、fn ,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)/180);A4=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180)*(1
22、-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 %1.6f %1.6f %1.6f %1.6f %1.6fn ,d,f,v,a,x,y,x0,y0); fprin
23、tf(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)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180)*pi/180;B6=(-1)*r*sin(d*pi/180)+l*sin(pi*(d+f+f0)/18
24、0)*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 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：f 0=14.3620 dfvax
25、yxy0.00.0000000.0000000.004267-37.20587814.687500-27.90440811.0156255.00.0533330.0213330.004267-35.91590717.920667-26.28615615.22476110.00.2133330.0426670.004267-34.59852621.156423-24.86024018.88358615.00.4800000.0640000.004267-33.22933424.437358-23.44117022.38995920.00.8533330.0853330.004267-31.773
26、37927.801491-21.95897925.88379625.01.3333330.1066670.004267-30.18560731.280295-20.35707329.43640530.01.9200000.1280000.004267-28.41162634.896715-18.57628833.08947235.02.6133330.1493330.004267-26.38882738.663219-16.55175236.86545640.03.4133330.1706670.004267-24.04785342.579950-14.21295240.77032845.04
27、.3200000.1920000.004267-21.31442746.633017-11.48500944.79385250.05.3333330.2133330.004267-18.11154750.793012-8.29061648.90905255.06.4533330.2346670.004267-14.36200555.013799-4.55244553.07150060.07.6800000.2560000.004267-9.99123359.231659-0.19591957.21874165.09.0133330.2773330.004267-4.93041963.36484
28、64.84770461.27001770.010.4533330.2986670.0042670.88014667.31362610.63801965.12641175.012.0000000.320000-0.0042677.48757170.9608676.55441761.00450180.013.5466670.298667-0.00426714.83666073.90757512.96947664.08344085.014.9866670.277333-0.00426722.73261175.78700619.94665766.18292190.016.3200000.256000-
29、0.00426730.99745276.53981527.31815167.24128095.017.5466670.234667-0.00426739.45130776.13523634.91332167.224193100.018.6666670.213333-0.00426747.91650774.56998642.56283366.123793105.019.6800000.192000-0.00426756.22132071.86666050.10237963.957263110.020.5866670.170667-0.00426764.20325268.07171857.3759
30、8260.764983115.021.3866670.149333-0.00426771.71189563.25315164.23884856.608336120.022.0800000.128000-0.00426778.61131057.49788570.55975351.567249125.022.6666670.106667-0.00426784.78194150.90903076.22297745.737555130.023.1466670.085333-0.00426790.12206943.60301981.12977639.228243135.023.5200000.06400
31、0-0.00426794.54883135.70671985.19942932.158663140.023.7866670.042667-0.00426797.99880127.35455488.36986424.655746145.023.9466670.021333-0.004267100.42820718.68571690.59790316.851286150.024.0000000.000000-0.004267101.8127669.84147691.8591608.879336155.024.0000000.0000000.000000102.2830860.930458112.2
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