matlab凸輪輪廓設計及仿真說明書

1、matlab 凸輪輪廓設計及仿真說 明 書 偏置盤型凸輪創(chuàng)新課程設計 課程名稱： 機械原理 設計題目： 偏置盤型凸輪設計 院系： 機電學院 班級： 09 機 41 設計者： 彭輝 學號： 09294040 指導教師： 王衛(wèi)辰 學校： 江蘇師范大學 凸輪輪廓曲線的設計，一般可分為圖解法和解析法 . 利用圖解法 能比較 方便地繪制出各種平面凸輪的輪廓曲線 . 但這種方法僅適 用于比較簡單的結構，用它對復雜結構進行設計則比較困難， 而 且利用圖解法進行結構設計， 作圖誤差較大，對一些精度要求高 的結 構不能滿足設計要求 . 解析法可以根據(jù)設計要求， 通過推導 機構中各 部分之間的幾何關系，建立相應的

2、方程，精確地計算出 輪廓線上各點的 坐標，然后把凸輪的輪廓曲線精確地繪制出 來. 但是，當從動件運動規(guī) 律比較復雜時， 利用解析法獲得凸輪 的輪廓曲線的工作量比較大 . 而 MATLAB件提供了強大的矩 陣處理和繪圖功能，具有核心函數(shù)和工具 箱. 其編程代碼接近數(shù) 學推導公式，簡潔直觀，操作簡易，人機交互性 能好，且可以方 便迅速地用三維圖形、圖像、聲音、動畫等表達計算結 果、拓展 思路口。因此，基于 MATLAB件進行凸輪機構的解析法設計，可以解 決設計工作量大的問題。 本此課程設計基于 MATLAB軟件進行凸輪輪廓曲線的 解析法 設計，并 對的運動規(guī)律凸輪進行仿真，其具體方法為首先精確地

3、計算出輪 廓線 上各點的坐標，然后運用 MATLAB繪制比較精 確的凸輪輪廓曲線和推桿 的位移、速度及加速度曲線以及仿真。 目錄 1 第一章：工作意義 1.1本次課程設計意義1.2已知條件 第二章：工作設計過程 5 2.1:設計思路 5 2.2:滾子從動件各個階段相關方程 6 2.3：盤型凸輪理論與實際輪廓方程 7 工工“ .A作A程過A程 3.1:滾子從動件各各階段 MATLAB程序編制*8 3.2: 凸輪的理論實際運動仿真程序編制 12 第四章？： 運 行 結 果 17 4.1： 滾子運動的位移圖 17 4.2： 滾子運動的速度圖 17 4.3 ：滾子運動的加速度圖，局部加速度圖 18 4

4、4 滾子運動的仿真圖 19 4.5：滾子運動的理論與實際輪廓圖 20 第 五 章: 設 計 總 結 21 5.1： 總結 21 第六章：參考文獻 22 6.1： 參 考 文 獻 22 第一章：工作意義 從動件獲 1.1 本次課程設計意義 凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件， 一般為主動件， 作等速回轉運動或往復直線運動。與凸輪輪廓接觸，并傳遞 動力和實 現(xiàn)預定的運動規(guī)律的構件， 一般做往復直線運動或 擺動，稱為從動件。凸輪機構在應用中的基本特點在于能使 凸輪輪廓曲線，所以在應用時，只要根據(jù)從動件的運動規(guī)律來設計凸 輪的輪廓曲線就可以了。 由凸輪的回轉運動或往復運動推動從動件作規(guī)定往復移 動或擺

5、動 的機構。凸輪具有曲線輪廓或凹槽，有盤形凸輪、 圓柱凸輪和移動凸 輪等， 其中圓柱凸輪的凹槽曲線是空間曲 線，因而屬于空間凸輪。 從動件與凸輪作點接觸或線接觸， 有滾子從動件、平底從動件和尖端 從動件等。尖端從動件能 與任意復雜的凸輪輪廓保持接觸，可實現(xiàn)任 意運動，但尖端 容易磨損，適用于傳力較小的低速機構中。 在帶滾子的直動從動件盤形凸輪機構中， 凸輪回轉一周從動 件依次作升-停-降-停4個動作。從動件位移 s （或行程高度h）與凸 輪轉角 （或時間t）的關系稱為位移曲線。從動件的行程h有推 程和回程。凸輪輪廓曲線決定于位移曲線的 形狀。在某些機械中，位移曲線由工藝過程決定，但一般 情況下

6、只有行程和對應的凸輪轉角根據(jù)工作需要決定，而 曲線的形狀則由設計者選定，可以有多種運動規(guī)律。傳統(tǒng)的凸輪運動 規(guī)律有等速、等加速 - 等減速、余弦加速度和正弦 加速度等。等速運 動規(guī)律因有速度突變，會產(chǎn)生強烈的剛性 沖擊，只適用于低速。等加 速-等減速和余弦加速度也有加速度突變 ，會引起柔性沖擊，只適用 于中、低速。正弦加速度運 動規(guī)律的加速度曲線是連續(xù)的， 沒有任 何沖擊，可用于高速。 曲線是凸輪機構設計的關鍵， 常用的設計方法有解析法和 圖解 在本次課程設計對偏心盤型凸輪進行設計， 一方面是為對 以前機械原理內容進行加深印象，另一方面是為提高 CAE/CAM/CAD 計算機輔助設計，為下學期

7、的畢業(yè)設計做 好前期準備，以及提高自我能力。提高編程能力，理解產(chǎn)品 設計相關 準備，為以后工作打下及基礎。運用計算機進行凸 輪設計解析法設 計， 從而獲得設計凸輪實際以及理論輪廓曲 線軌跡。 1.2 已知條件 偏心距 e=15基圓半徑 滾子半徑 =40 =10 運動角 遠休止角 ，從動件推桿滾子在推程以 近休止角 等加速等減速 (S 為滾子推桿從動件移動的 ,回程以簡諧運動規(guī)律返回 原處，凸輪逆時針回轉，推桿偏于凸輪回轉中心的右側。 規(guī)律 )升程許用壓力角 回程需用壓力角 第二章：工作設計過程 2.1 設計思路 根據(jù)機械原理書上用解析法設計凸輪輪廓線的實質是建立 凸輪輪廓線的數(shù)學方程式。已知偏

8、距e,基圓半徑r，從動 件的運動規(guī)律 s= s(8 )，則理論凸輪輪廓曲線方程： ( ) 而實際凸輪的曲線方程 以此作為程序編制基礎算法， 然后明確程序編制需要哪些變 量，利用 MATLAB 中相關函數(shù)進行計算，求出需要設計的 理論，實 際凸輪的輪廓曲線，并且利用 PLOT 函數(shù)進行畫圖， 把從動件加速 度，速度，位移進行畫出來，并生成一個小型 的動畫，進行凸輪與 滾子推桿從動件之間運動規(guī)律的仿真設 計。 2.2 :滾子從動件各個階段相關方程 推程等加速段 :0 2,即 x 50 s 250 x v 125x,a 125。 隹程等減速 根據(jù)：s 2h 2 3 60 100 250 即 5010

9、0 4h 4h 2 4h 2 _3 125 當處于遠休止： 即 100160 S=h,v=0,a=0 即：s=60,v=0,a=0 回程簡諧遠動： h彳 s 1 cos 2 2 2 2 cos 30 30cos 丄 x go 7.5cos 6 s ，即 160 h . sin -r 2 250 15s in - x 2 80 處于近休止: s 0, v 0, a 即 250 x 360 80 2 2.3 : 盤型凸輪理論與實際輪廓方程 型凸輪理論方程： ( ) 盤型凸輪實際方程： 第三章：工作程序過程 3.1 : 滾子從動件各各階段 MATLAB1 序編制 求從動件位移，加速度，速度曲線，這里

10、根據(jù)前面所 列函數(shù)， 我 定義矩陣步長為 -，rO 為基圓半徑， rr 為滾子半徑， pi h 為升程， e 為偏心距， deltaOl 為推程運動角， delta02 為 遠休止 角， delta03 為回程運動角， hd 為角度轉換弧度制， du 為弧度制轉 換為角度制， n=360, 并定義 5 個計數(shù)向量，分 別是 分別屬于前面討論 tan1,tan2,tan3,tan4,tan4, tan5, 5 情況 matlab 程序： clear; r0=40; rr=10; h=60; e=15; deltaO1=1OO; delta02=60; delta03=90; hd 二 pi/18

11、0; du=180/pi; se 二 sqrt(rO*rO-e*e); n1=delta01+delta02; n3=delta01+delta02+delta03; n=360; tan 1=0:pi/200:delta01/2; s1=2*h*ta n1. A2/delta01 A2; v1=4*h*ta n1*hd/(delta01*hd)A2; a 仁 3/125; tan 2=delta01/2:pi/200:deltaO1; s2=h-2*h*(delta01-ta n2).A2/delta01A2; v2=4*h*(delta01-ta n2)*hd/(deltaO1*hd)A2

12、; a2=-3/125; tan 3=delta01:pi/200: n1; s3=h; v3=0; a3=0; tan4=n 1:pi/200: n3; k=ta n4-n1; s4=0.5*h*(1+cos(pi*k/delta03); v4=-0.5*pi*h*si n( pi*k/delta03)/(delta03*hd) A2; a4=0.5*pi*pi*h*cos(pi*k/delta03)/(delta03*hd) A2; tan 5=n3:pi/200: n; s5=0; v5=0; a5=0; figure(1); hold on; grid on; title( 偏置盤形凸

13、輪從動件位移 ); xlabel(x/mm); ylabel(y/mm); plot(-(r0+h-40) (rO+h),O 0,k); plot(0,0,-(r0+h) (r0+rr),k); plot(ta n1,s1,r,ta n2,s2,r,ta n3,s3,r,ta n4,s4,r,ta n5, s5,r); title( 偏置盤形凸輪從動件速度 ); hold on; grid on; xlabel(x/mm); ylabel(y/mm); plot(-(r0+h-40) (rO+h),O 0,k); plot(0,0,-(r0+h) (rO+rr),k); plot(ta n1,

14、v1,r,ta n2,v2,r,ta n3,v3,r,ta n4,v4,r,ta n5, v5,r); figure(3); title（ 偏置盤形凸輪從動件加速度 ）; hold on; grid on; xlabel(x/mm); ylabel(y/mm); plot(ta n1,a1,r,ta n2,a2,r,ta n3,a3,r,ta n4,a4,r,ta n5, a5,r); figure(4); title（ 偏置盤形凸輪從動件局部加速度 ）; hold on; grid on; xlabel(x/mm); ylabel(y/mm); 在這里figure (1)代表從動件位移曲線，

15、figure (2)代表 從動件速度 曲線，figure (3 )代表從動件全部加速度曲線，F(xiàn)igure(4)代表從動件 局部加速度，因為在第四段曲線跳躍太大所以多一個圖進行觀察。 3.2 :凸輪的理論實際運動仿真程序編制 因為所需要變量跟前面曲線程序一樣所以這里就不重復, 基本算法流程圖： 開始 凸輪結構參數(shù) /凸輪轉角 r0=40; 程序流程圖 h=60; e=15; deltaO1=1OO; delta02=60; delta03=90; hd 二 pi/180; du=180/pi; se=sqrt(r0*r0-e*e); n1=delta01+delta02; n3=delta01+

16、delta02+delta03; n=360; for i=1: n if idelta01/2 & idelta01 & in3 & i# * * * *!* - *： 卜 q - - r - J T - V T - , - T -.J呻 T - V - - - - - r P. . . . . cp . -. T 豐叼 II*最品=d woj 卜* “ * 7 * * 1 *4 ”*-* “* * .1001i111i1111 10050060100160200260300至 0Ad 圖四: 4.3:滾子運動的加速度圖 150 0 150 全 圖五 o IM 100 H 滾子運動的局部加速

17、度圖 60100150200250 0.005 辱看從形凸輪從動件加速度 0.025 偏置盤形凸輪臥動件局部加速度 0 02 0.015 0.01 -0.X5 250300350400 -90095 200 50100 w/rri nn 圖六：局 4.4:滾子運動的仿真圖 圖七：凸輪仿 真圖 圖上曲線即是凸輪運動時與從動件之間運動關系函數(shù)圖， 過matlab動畫可以看出從動件與主動件凸輪運動運動關系 符合上述線圖的關系。 4.5：滾子運動的理論與實際輪廓圖 E E 圖八：凸輪理論與 實際輪廓曲線 在上圖中紅色代表凸輪實際輪廓曲線，藍色是代表凸輪的理 論輪廓曲線。 第五章：設計總結 5.1:總結

18、 經(jīng)過兩周課程設計，我認真復習機械原理有關凸輪設計相應原理設 計，了解機械原理有關凸輪設計相應解析法過程，比當初在大二時 學機械原理懂了很多，同時在這幾天我鍛煉自 己編程能力，查找相關資料，自己 matlab 的編程水平相對 于當初而言進步了很多，而且在圖形化編程進步了很多，我 相信這 次課程設計相對以前課程設計而言，自己進步了很 多，在開始拿到 問題到現(xiàn)在完成課程設計過程，我參考了不 少資料，自己感覺這次 課程設計對自己以后畢業(yè)設計，以及 工作提供了不少經(jīng)驗，為下學 期畢業(yè)設計怎么做，指明了目 標，同時在本次課程設計里，我自學 PROE 仿真，可以來說 自己機械設計水平提高了不少，當然在課程設計，我發(fā)現(xiàn)了 自己還 存在不少不足，所以針對那些不足，我打算在大四下 學期進行補 救，要把大學四年相關專業(yè)可進行重新復習一 遍，因為許多學科是 相通的，在以后工作上都要用上。 感謝老師在本次課程給予技術指導，也感謝同組同學在 本次課程設計給予相關幫助。 第六章：參考文獻 6.1:參考文獻 1 孫恒，陳作模主編 .機械原理 .北京：高等教育出版社， 2001. 2