機械原理課程設計偏置直動滾子從動桿盤型凸輪機構(gòu)

1、目錄（1） 機械原理課程設計的目的和任務 2（2） 設計題目及設計思路 3（3） 凸輪基圓半徑及滾子尺寸的確定 5（4） 從動桿的運動規(guī)律及凸輪輪廓線方程 7（5） 計算程序框圖 8（6） 計算機源程序11（7） 計算機程序結(jié)果及分析14（8） 凸輪機構(gòu)示意簡圖20（9） 體會心得20（10） 參考資料21（一）機械原理課程設計的目的和任務一、機械原理課程設計的目的：1、機械原理課程設計是一個重要實踐性教學環(huán)節(jié)。其目的在于：進一步鞏固和加深所學知識；2、培養(yǎng)學生運用理論知識獨立分析問題、解決問題的能力；3、使學生在機械的運動學和動力分析方面初步建立一個完整的概念；4、進一步提高學生計算和制圖能

2、力，及運用電子計算機的運算能力。二、機械原理課程設計的任務：1、偏置直動滾子從動桿盤型凸輪機構(gòu)2、采用圖解法設計：凸輪中心到擺桿中心A的距離為160mm，凸輪以順時針方向等速回轉(zhuǎn)，擺桿的運動規(guī)律如表：符號方案 h 01020304從動桿運動規(guī)律推程回程70150º10º120º80º簡諧正弦加速度3、 設計要求：升程過程中，限制最大壓力角max30º,確定凸輪基園半徑r0合理選擇滾子半徑rr選擇適當比例尺，用幾何作圖法繪制從動件位移曲線，并畫于圖紙上；用反轉(zhuǎn)法繪制凸輪理論廓線和實際廓線，并標注全部尺寸（用A2圖紙）將機構(gòu)簡圖、原始數(shù)據(jù)、尺寸綜合

3、方法寫入說明書4、用解析法設計該凸輪輪廓，原始數(shù)據(jù)條件不變，要寫出數(shù)學模型，編制程序并打印出結(jié)果備注： 凸輪輪廓曲率半徑與曲率中心理論輪廓方程，其中其曲率半徑為：；曲率中心位于：三、課程設計采用方法：對于此次任務，要用圖解法和解析法兩種方法。圖解法形象，直觀，應用圖解法可進一步提高學生繪圖能力，在某些方面，如凸輪設計中，圖解法是解析法的出發(fā)點和基礎；但圖解法精度低，而解析法則可應用計算機進行運算，精度高，速度快。在本次課程設計中，可將兩種方法所得的結(jié)果加以對照。四、編寫說明書：1、設計題目（包括設計條件和要求）；2、機構(gòu)運動簡圖及設計方案的確定，原始數(shù)據(jù)；3、機構(gòu)運動學綜合；4、列出必要的計算

4、公式，寫出圖解法的向量方程，寫出解析法的數(shù)學模型，計算流程和計算程序，打印結(jié)果；5、分析討論。（二）設計題目及設計思路一、設計題目偏置直動滾子從動桿盤型凸輪機構(gòu)工作要求當凸輪逆時針轉(zhuǎn)過140º時，從動件上升50mm；當凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過20º時，從動件停歇不動；當凸輪再轉(zhuǎn)100º時，從動件返回原處。已知凸輪以等角速度=1rad/s轉(zhuǎn)動，工作要求機構(gòu)為柔性沖擊。凸輪機構(gòu)以等角速度逆時針方向旋轉(zhuǎn)，推桿軸線在凸輪回轉(zhuǎn)中心右側(cè)，偏距e=20mm。二、設計思路1、要求從動件作往復移動，因此可選擇偏置直動滾子從動件盤型凸輪機構(gòu)。2、根據(jù)工作要求選擇從動件的運動規(guī)律。為了保證機構(gòu)為柔

5、性沖擊，從動件推程和回程可分別選用等加速等減速運動規(guī)律和簡諧運動規(guī)律。推程運動角=140º，回程運動角= 100º，停歇角s=20º。3、根據(jù)滾子的結(jié)構(gòu)和強度等條件，滾子半徑r=10mm。4、根據(jù)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)空間，選基圓半徑r=50mm。5、進行計算機輔助設計。為保證機構(gòu)有良好的受力狀況，推程許用壓力角=38º，回程許用壓力角=70º，設計過程中要保證推程=38º，回程=70º，為保證機構(gòu)不產(chǎn)生運動失真和避免凸輪廓線應力集中，取凸輪實際廓線的許用曲率半徑=3mm，設計過程中要保證凸輪理論廓線外凸部分的曲率半徑+r=3+8=11

6、mm。（三）凸輪基圓半徑及滾子尺寸的確定一、確定凸輪基園半徑 由尖端移動從動件凸輪機構(gòu)壓力角的表達式可知r0同的關(guān)系為 如果升程過程中，限制最大壓力角max38º，此時對應的基圓半徑即為最小基圓半徑r。 假設機構(gòu)在max位置是對應的從動件位移為sp，類速度為，那么r0min的表達式為 在應用上式計算r0min時，要精確求解到p值有時較為困難，為此可用經(jīng)驗值近似替代p，如從動件作等加等減速運動、簡諧運動時均可取p為0.4處的值（為凸輪 推升程運動角）。再按上述計算出的r0min作為初值，然后校核各位置的壓力角是否滿足的要求，否則應加大r再重新校核。在此，取r =50mm。二、滾子半徑r

7、的選擇我們用1表示凸輪工作廓線的曲率半徑,用表示理論廓線的曲率半徑.所以有1=±r1;為了避免發(fā)生失真現(xiàn)象，我們應該使p的最小值大于0，即使r1；另一方面，滾子的尺寸還受其強度，結(jié)構(gòu)的限制，不能太小，通常我們?nèi)L子半徑；r1=（0.1 0.5）* r0依題意，原始數(shù)據(jù)如下：1、已知量：（未標明的單位為mm）d1=150° 推程運動結(jié)束的凸輪總轉(zhuǎn)角，其中(d1- d0)為推程角01d2=160° 遠休止運動結(jié)束時總轉(zhuǎn)角，其中(d2-d1)為遠程休止角02d3=280° 回程運動結(jié)束的凸輪總轉(zhuǎn)角，其中(d3- d2)為回程角03d4=360° 遠休

8、止運動結(jié)束總轉(zhuǎn)角，其中(d4-d3)為遠程休止角04e=20mm 偏距20mm h=50mm 推桿的行程50mmw=1 rad / s 此處設凸輪角速度為1 rad / sr0 =50mm此處設凸輪基園半徑50mmrr=10mm 此處設滾子半徑為10mm2、設計所求量：F： 偏置直動滾子從動桿的角位移V： 偏置直動滾子從動桿的角速度a： 偏置直動滾子從動桿的角加速度 以凸輪的中心為原點，豎直和水平方向分別為x,y軸，建立平面直角坐標系如圖（四）從動桿的運動規(guī)律及凸輪輪廓線方程 從動桿運動規(guī)律：推程過程：0°d150°遠休止過程：150°d160°偏置桿角

9、位移s= h偏置桿角速度：v=0偏置桿角加速度：a= 0在推程和遠休止過程中凸輪的理論輪廓軌跡： x=( s0 +s)sin-esin y=( s0 +s)cos-ecos其中e為偏距，s0=r02-e2回程過程：160°d280°近休止過程：280°d360°偏置桿角位移：s=0偏置桿角速度：v=0偏置桿角加速度：a= 0在回程和近休止過程中凸輪輪廓軌跡： x=( s +s)sin-ecos y=( s +s)cos-esin其中e為偏距，s0=r2-ey 為凸輪輪廓的軌跡的y坐標點（五）計算程序框圖開始讀入數(shù)據(jù)h，rb，rr，a，s，rb，e=0？選

10、擇推程類型，調(diào)用子程序計算s，v，a，ds/d，d2s/d2?+s?s=0v=0a=0+ss=0v=0a=0選擇回程類型，調(diào)用子程序計算s，v，a，ds/d，d2s/d2計算壓力角YNYNYN123修正基圓rb=rb+rb修正基圓rb=rb+rb+s?YNNNYY轉(zhuǎn)下頁續(xù)前頁123求x，y求x/，y/計算理論廓線曲率半徑<0?NYa+rr?YN打印s，v，a，x，y，x，y360º?=+5º結(jié)束YN輸入?yún)?shù)：h （從動件行程） r （凸輪基圓半徑） r （滾子半徑） （推程許用壓力角） （回程許用壓力角） （凸輪實際廓線的曲率半徑） （凸輪旋轉(zhuǎn)角速度） （推程運動角）

11、 （遠休止角）s （回程運動角） r （基圓修正量） e （機構(gòu)偏心距）輸出參數(shù)：S （從動件位移）V （從動件運動速度）A （從動件運動加速度） （機構(gòu)壓力角） （理論廓線曲率半徑）（x，y） （理論輪廓坐標）（x' ，y'） （實際輪廓坐標）（6） 計算機源程序 #include<stdio.h>#include<math.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>main() FILE *fp; int a,step; float r0=40,rr=10,e=20,h=70; double

12、pi=3.14159,s,s0,x,y,x1,y1,a0,a1,a2,a3; double b,b1,b2,c1,c2; char filename20; printf("please input filename you want to save date:");/輸入需要保存數(shù)據(jù)結(jié)果的文件名（不需要加類型后綴） gets(filename); strcat(filename,".txt"); fp=fopen(filename,"w"); printf("input start angle and step angle:

13、");/輸入起始角度和計算間隔即步進角度 scanf("%d%d",&a,&step); for(a;a<=360;a=a+step) a1=a*pi/180; s0=sqrt(r0*r0-e*e); printf("s0= %fn",s0); if(a>=0&&a<=360) if(a>=0&&a<=150) a0=150*pi/180; s=h*(1-cos(pi*(a1/a0)/2;printf("s= %fn",s); b=pi*h*sin

14、(pi* (a1/a0)/(2*a0);printf("ds/d= %fn",b); if(a>150&&a<=160) a0=10*pi/180; s=70;printf("s= %fn",s); b=0;printf("ds/d= %fn",b); if(a>160&&a<=280) a0=120*pi/180; a2=(a-180)*pi/180; s=h*(1-(a2/a0)+sin(2*pi*a2/a0)/(2*pi);printf("s= %fn"

15、,s); b=h*(cos(2*pi*a2/a0)-1)/a0;printf("ds/d= %fn",b); if(a>280&&a<=360) a0=80*pi/180; s=0;printf("s= %fn",s); b=0;printf("ds/d= %fn",b); x=(s0+s)*sin(a1)+e*cos(a1);printf("x= %fn",x); y=(s0+s)*cos(a1)-e*sin(a1);printf("y= %fn",y); b1=(

16、b-e)*sin(a1)+(s0+s)*cos(a1);printf("dx/d= %fn",b1); b2=(b-e)*cos(a1)-(s0+s)*sin(a1);printf("dy/d= %fn",b2); c1=b1/sqrt(b1*b1+b2*b2);printf("sin= %fn",c1); c2=-b2/sqrt(b1*b1+b2*b2);printf("cos= %fn",c2); x1=x-rr*c2;printf("x'= %fn",x1); y1=y-rr*c1

17、;printf("y'= %fn",y1);fprintf(fp,"=%d, s=%7.3f, x=%7.3f, y=%7.3f, x'=%7.3f, y'=%7.3fn",a,s,x,y,x1,y1); else printf("輸出錯誤n");fclose(fp);（7） 程序計算結(jié)果及其分析 =0, s= 0.000, x= 20.000, y= 34.641, x'= 15.000, y'= 25.981=5, s= 0.192, x= 22.960, y= 32.957, x'

18、= 18.090, y'= 24.223=10, s= 0.765, x= 25.844, y= 31.395, x'= 21.203, y'= 22.537=15, s= 1.713, x= 28.728, y= 29.939, x'= 24.355, y'= 20.946=20, s= 3.026, x= 31.677, y= 28.555, x'= 27.541, y'= 19.450=25, s= 4.689, x= 34.748, y= 27.193, x'= 30.753, y'= 18.025=30, s=

19、6.684, x= 37.983, y= 25.789, x'= 33.991, y'= 16.620=35, s= 8.990, x= 41.409, y= 24.269, x'= 37.265, y'= 15.168=40, s= 11.580, x= 45.031, y= 22.552, x'= 40.591, y'= 13.592=45, s= 14.427, x= 48.839, y= 20.555, x'= 43.976, y'= 11.817=50, s= 17.500, x= 52.798, y= 18.195,

20、x'= 47.415, y'= 9.767=55, s= 20.764, x= 56.857, y= 15.396, x'= 50.886, y'= 7.374=60, s= 24.184, x= 60.944, y= 12.092, x'= 54.348, y'= 4.576=65, s= 27.723, x= 64.973, y= 8.230, x'= 57.741, y'= 1.324=70, s= 31.341, x= 68.844, y= 3.774, x'= 60.992, y'= -2.419=75,

21、 s= 35.000, x= 72.444, y= -1.294, x'= 64.013, y'= -6.672=80, s= 38.658, x= 75.659, y= -6.968, x'= 66.713, y'=-11.436=85, s= 42.277, x= 78.368, y=-13.220, x'= 68.991, y'=-16.694=90, s= 45.816, x= 80.457, y=-20.000, x'= 70.750, y'=-22.406=95, s= 49.236, x= 81.814, y=-27

22、.234, x'= 71.897, y'=-28.514=100, s= 52.500, x= 82.344, y=-34.828, x'= 72.345, y'=-34.940=105, s= 55.572, x= 81.963, y=-42.667, x'= 72.022, y'=-41.589=110, s= 58.420, x= 80.608, y=-50.622, x'= 70.869, y'=-48.351=115, s= 61.010, x= 78.237, y=-58.550, x'= 68.850, y&

23、#39;=-55.104=120, s= 63.316, x= 74.833, y=-66.299, x'= 65.944, y'=-61.718=125, s= 65.311, x= 70.404, y=-73.713, x'= 62.156, y'=-68.059=130, s= 66.974, x= 64.986, y=-80.638, x'= 57.513, y'=-73.993=135, s= 68.287, x= 58.639, y=-86.923, x'= 52.066, y'=-79.387=140, s= 69.

24、235, x= 51.450, y=-92.429, x'= 45.885, y'=-84.120=145, s= 69.808, x= 43.527, y=-97.031, x'= 39.065, y'=-88.082=150, s= 70.000, x= 35.000, y=-100.622, x'= 31.715, y'=-91.177=155, s= 70.000, x= 26.097, y=-103.289, x'= 23.648, y'=-93.594=160, s= 70.000, x= 16.996, y=-105

25、.171, x'= 15.400, y'=-95.299=165, s= 70.872, x= 7.991, y=-107.094, x'= 8.124, y'=-97.095=170, s= 70.263, x= -1.480, y=-106.783, x'= -0.933, y'=-96.798=175, s= 70.033, x=-10.801, y=-106.019, x'= -9.683, y'=-96.082=180, s= 70.000, x=-20.000, y=-104.641, x'=-18.122,

26、y'=-94.819=185, s= 69.967, x=-29.041, y=-102.467, x'=-26.213, y'=-92.875=190, s= 69.737, x=-37.821, y=-99.320, x'=-33.882, y'=-90.128=195, s= 69.128, x=-46.176, y=-95.057, x'=-41.023, y'=-86.487=200, s= 67.982, x=-53.893, y=-89.593, x'=-47.507, y'=-81.898=205, s=

27、66.178, x=-60.734, y=-82.921, x'=-53.193, y'=-76.353=210, s= 63.641, x=-66.461, y=-75.115, x'=-57.932, y'=-69.894=215, s= 60.345, x=-70.864, y=-66.336, x'=-61.582, y'=-62.617=220, s= 56.315, x=-73.786, y=-56.821, x'=-64.018, y'=-54.679=225, s= 51.628, x=-75.143, y=-46

28、.859, x'=-65.159, y'=-46.296=230, s= 46.404, x=-74.940, y=-36.774, x'=-64.985, y'=-37.726=235, s= 40.800, x=-73.269, y=-26.888, x'=-63.551, y'=-29.247=240, s= 35.000, x=-70.311, y=-17.500, x'=-60.992, y'=-21.128=245, s= 29.200, x=-66.312, y= -8.854, x'=-57.509, y&

29、#39;=-13.598=250, s= 23.596, x=-61.566, y= -1.125, x'=-53.348, y'= -6.823=255, s= 18.372, x=-56.383, y= 5.597, x'=-48.776, y'= -0.893=260, s= 13.685, x=-51.065, y= 11.304, x'=-44.047, y'= 4.180=265, s= 9.655, x=-45.871, y= 16.063, x'=-39.375, y'= 8.460=270, s= 6.359,

30、x=-41.000, y= 20.000, x'=-34.912, y'= 12.067=275, s= 3.822, x=-36.574, y= 23.276, x'=-30.743, y'= 15.152=280, s= 2.018, x=-32.630, y= 26.062, x'=-26.900, y'= 17.866=285, s= 0.000, x=-28.284, y= 28.284, x'=-21.213, y'= 21.213=290, s= 0.000, x=-25.712, y= 30.642, x'

31、=-19.284, y'= 22.981=295, s= 0.000, x=-22.943, y= 32.766, x'=-17.207, y'= 24.574=300, s= 0.000, x=-20.000, y= 34.641, x'=-15.000, y'= 25.981=305, s= 0.000, x=-16.905, y= 36.252, x'=-12.679, y'= 27.189=310, s= 0.000, x=-13.681, y= 37.588, x'=-10.261, y'= 28.191=315, s= 0.000, x=-10.353, y= 38.637, x'= -7.765, y'= 28.978=320, s= 0.000, x= -6.946, y= 39.392, x'= -5.210, y'= 29.544=325, s= 0.000, x= -3.486, y= 39.848, x'= -2.615, y'= 29.886=330, s= 0.00