2020年機(jī)械原理課程設(shè)計偏置直動滾子從動桿盤型凸輪機(jī)構(gòu)

機(jī)械原理課程設(shè)計偏置直動滾子從動桿盤

型凸輪機(jī)構(gòu)

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目錄

（一）機(jī)械原理課程設(shè)計的目的和任務(wù)........2

（二）設(shè)計題目及設(shè)計思路..................3

（三）凸輪基圓半徑及滾子尺寸的確定........5

（四）從動桿的運(yùn)動規(guī)律及凸輪輪廓線方程……7

（五）計算程序框圖........................8

（六）計算機(jī)源程序........................11

（七）計算機(jī)程序結(jié)果及分析................14

（八）凸輪機(jī)構(gòu)示意簡圖...................20

（九）體會心得...........................20

（十）參考資料...........................21

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（一）機(jī)械原理課程設(shè)計的目的和任務(wù)

一、機(jī)械原理課程設(shè)計的目的：

1、機(jī)械原理課程設(shè)計是一個重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的在于：

進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)知識；

2、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識獨(dú)立分析問題、解決問題的能力；

3、使學(xué)生在機(jī)械的運(yùn)動學(xué)和動力分析方面初步建立一個完整的概念;

4、進(jìn)一步提高學(xué)生計算和制圖能力，及運(yùn)用電子計算機(jī)的運(yùn)算能力。

二、機(jī)械原理課程設(shè)計的任務(wù)：

1、偏置直動滾子從動桿盤型凸輪機(jī)構(gòu)

2、采用圖解法設(shè)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(yùn)動規(guī)律如表：

h88803804從動桿運(yùn)動規(guī)律

方蔡\

0102

推程回程

I70150°10°120°80°簡諧正弦加速

度

3、設(shè)計要求：

①升程過程中，限制最大壓力角amax430。,確定凸輪基園半徑r0

②合理選擇滾子半徑rr

③選擇適當(dāng)比例尺，用幾何作圖法繪制從動件位移曲線，并畫于圖紙

上；

④用反轉(zhuǎn)法繪制凸輪理論廓線和實(shí)際廓線，并標(biāo)注全部尺寸（用A2

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圖紙)

⑤將機(jī)構(gòu)簡圖、原始數(shù)據(jù)、尺寸綜合方法寫入說明書

4、用解析法設(shè)計該凸輪輪廓，原始數(shù)據(jù)條件不變，要寫出數(shù)學(xué)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

=[x=dxld(px-d~xld(ff

2

理論輪廓方程[y二y(e),其中'=辦'/"夕x=dyid(p-

3I肛一孫

c(f+y2)5X，+y2)

其曲率半徑為：個一移；曲率中心位于：〔肛一移

三、課程設(shè)計采用方法：

對于此次任務(wù)，要用圖解法和解析法兩種方法。圖解法形象，直

觀，應(yīng)用圖解法可進(jìn)一步提高學(xué)生繪圖能力，在某些方面，如凸輪設(shè)

計中，圖解法是解析法的出發(fā)點(diǎn)和基礎(chǔ)；但圖解法精度低，而解析法

則可應(yīng)用計算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，精度高，速度快。在本次課程設(shè)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(shè)計題目(包括設(shè)計條件和要求)；

2、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及設(shè)計方案的確定，原始數(shù)據(jù)；

3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)綜合；

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4、列出必要的計算公式，寫出圖解法的向量方程，寫出解析法的數(shù)

學(xué)模型，計算流程和計算程序，打印結(jié)果；

5、分析討論。

（二）設(shè)計題目及設(shè)計思路

一、設(shè)計題目

偏置直動滾子從動桿盤型凸輪機(jī)構(gòu)

工作要求當(dāng)凸輪逆時針轉(zhuǎn)過140。時，從動件上升50mm；當(dāng)凸

輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過20。時，從動件停歇不動；當(dāng)凸輪再轉(zhuǎn)100°時，從動件返

回原處。已知凸輪以等角速度3=kad/s轉(zhuǎn)動，工作要求機(jī)構(gòu)為柔性

沖擊。凸輪機(jī)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(shè)計思路

1、要求從動件作往復(fù)移動，因此可選擇偏置直動滾子從動件盤

型凸輪機(jī)構(gòu)。

2、根據(jù)工作要求選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律。為了保證機(jī)構(gòu)為柔性

沖擊,從動件推程和回程可分別選用等加速等減速運(yùn)動規(guī)律和簡諧運(yùn)

動規(guī)律。推程運(yùn)動角6=140°,回程運(yùn)動角4），=100°，停歇角6s=20

O

o

3、根據(jù)滾子的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度等條件，滾子半徑I\=10mm。

4、根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)空間，選基圓半徑I\=50mm。

5、進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計。為保證機(jī)構(gòu)有良好的受力狀況，推程

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許用壓力角[a[=38°,回程許用壓力角[a']=70°,設(shè)計過程

中要保證a推程＜[a]=38°,a回程＜[a']=70°,為保證機(jī)

構(gòu)不產(chǎn)生運(yùn)動失真和避免凸輪廓線應(yīng)力集中，取凸輪實(shí)際廓線的許用

曲率半徑[Pa[=3mm,設(shè)計過程中要保證凸輪理論廓線外凸部分

的曲率半徑P2[Pa]+Fr=3+8=llmmo

（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(jī)構(gòu)壓力角的表示式可知r0同a的關(guān)系

為

r=\Xds!d^-e

°'tan㈤

如果升程過程中，限制最大壓力角CLmax＜38°,此時對應(yīng)的基

圓半徑即為最小基圓半徑Pmino

假設(shè)機(jī)構(gòu)在amax位置是對應(yīng)的從動件位移為sp,類速度為

WP,那么rOmin的表示式為

小二心此―

\tan囪

在應(yīng)用上式計算rOmin時，要精確求解到6p值有時較為困難,

為此可用經(jīng)驗(yàn)值近似替代6P，如從動件作等加等減速運(yùn)動、簡諧運(yùn)

動時均可取6P為0.4①處的。值（①為凸輪推升程運(yùn)動角）。再按

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上述計算出的rOmin作為初值，然后校核各位置的壓力角a是否滿

足［a］的要求，否則應(yīng)加大ro再重新校核。

在此，取1*0=50mmo

二、滾子半徑的選擇

我們用PI表示凸輪工作廓線的曲率半徑，用P表示理論廓線的

曲率半徑.因此有pl=p±rl;為了避免發(fā)生失真現(xiàn)象，我們應(yīng)該使p

的最小值大于0,即使P>rl；另一方面，滾子的尺寸還受其強(qiáng)度，

結(jié)構(gòu)的限制，不能太小，一般我們?nèi)L子半徑；rl=(0.1?0.5)*r0

依題意，原始數(shù)據(jù)如下：

1、已知量：(未標(biāo)明的單位為mm)

dl=150°推程運(yùn)動結(jié)束的凸輪總轉(zhuǎn)角，其中(dLdO)為推程角8

01

d2=160°遠(yuǎn)休止運(yùn)動結(jié)束時總轉(zhuǎn)角，其中(d2-dl)為遠(yuǎn)程休止角

602

d3=280°回程運(yùn)動結(jié)束的凸輪總轉(zhuǎn)角，其中(d3-d2)為回程角8

03

d4=360°遠(yuǎn)休止運(yùn)動結(jié)束總轉(zhuǎn)角，其

中(d4-d3)為遠(yuǎn)程休止角604

e=20mm偏距20mm

h=50mm推桿的行程50mm

w=lrad/s此處設(shè)凸輪角速度為1rad

/s

r0=50mm此處設(shè)凸輪基園半徑50mm

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rr=10mm此處設(shè)滾子半徑為10mm

2、設(shè)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(diǎn)，豎直和水平方向分別為x,y軸，建立平面直

角坐標(biāo)系如圖

（四）從動桿的運(yùn)動規(guī)律及凸輪輪廓線方程

從動桿運(yùn)動規(guī)律：

①推程過程：0°<d^l50°

②遠(yuǎn)休止過程：150°<d^l60°

偏置桿角位移s=h

偏置桿角速度：v=0

偏置桿角加速度：a=0

在推程和遠(yuǎn)休止過程中凸輪的理論輪廓軌跡:

x=(s0+s)sin6-esin8

y=(sO+s)cos8-ecos8

其中e為偏距，s0=Vr02-e2

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③回程過程：160°<d^280°

51.(2萬)

s-n7----------sin-----

2)2兀\J

hco.(2而'

v=—1-cos---

3。_1%),

27rh①2.12〃)

a----------sin-----

》IJ

④近休止過程：280°VdW360°

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=(s0+s)sin6-ecos8

y=(sO+s)cosS-esin8

其中e為偏距，s0=Vr02-e2

y為凸輪輪廓的軌跡的y坐標(biāo)點(diǎn)

(五)計算程序框圖

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7T府

喙八輒循朱r訊、”,4口」人，口」，

<p-uI

HE

M

E

3

4

E

T

叮異小人用a

修比痣國修1C痣國

1P3

轉(zhuǎn)下頁

續(xù)前頁

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輸入?yún)?shù)：

h（從動件行程）

r/7（凸輪基圓半徑）

r,（滾子半徑）

[a]（推程許用壓力角）

[a'l（回程許用壓力角）

Pa（凸輪實(shí)際廓線的曲率半徑）

3（凸輪旋轉(zhuǎn)角速度）

①（推程運(yùn)動角）

①'（遠(yuǎn)休止角）

①S（回程運(yùn)動角）

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△Yb（基圓修正量）

△e（機(jī)構(gòu)偏心距）

輸出參數(shù)：

S（從動件位移）

V（從動件運(yùn)動速度）

A（從動件運(yùn)動加速度）

a（機(jī)構(gòu)壓力角）

P（理論廓線曲率半徑）

（x,y）（理論輪廓坐標(biāo)）

（X',y'）（實(shí)際輪廓坐標(biāo)）

（六）計算機(jī)源程序

#include<stdio.h>

#include<math.h>

#include<stdlib.h>

#include<string.h>

main（）

（

FILE*fp;

inta,step;

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floatr0=40,rr=10,e=20,h=70;

doublepi=3.14159,s,s0,x,y,xl,yl,a0,al,a2,a3;

doubleb,bl,b2,cl,c2;

charfi!ename[20];

printf(npleaseinputfilenameyouwanttosavedate:");〃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,u.txt'*);

fp=fopen(filename,'*w'*);

printf(ninputstartangleandstepangle:");//輸入起始角度和計算

間隔即步進(jìn)角度

scanf(,,%d%d'*,&a,&step);

for(a;a<=360;a=a+step)

{al=a*pi/180;

sO=sqrt(rO*rO-e*e);printf("sO=%f\nH,sO);

if(a>=0&&a<=360)

(

if(a>=0&&a<=150)

a0=150*pi/180;

s=h*(l-cos(pi*(al/a0)))/2;printf(us=%f\nu,s);

b=pi*h*sin(pi*(al/a0))/(2*a0);printf("ds/d8=%f\n'*,b);

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)

if(a>150&&a<=160)

(

a0=10*pi/180;

s=70;printf(Hs=%f\n",s);

b=O;printf(nds/dS=%f\nu,b);

)

if(a>160&&a<=280)

(

a0=120*pi/180;

a2=(a-180)*pi/180;

s=h*(l-(a2/a0)+sin(2*pi*a2/a0)/(2*pi));printf(',s=%f\nn,s);

b=h*(cos(2*pi*a2/a0)-l)/a0;printf(nds/d8=%f\n",b);

)

if(a>280&&a<=360)

(

a0=80*pi/180;

s=O;printf(Hs=%f\n'*,s);

b=O;printf(nds/dS=%f\nu,b);

x=(sO+s)*sin(al)+e*cos(al);printf(',x=%f\n",x);

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y=(sO+s)*cos(al)-e*sin(al);printf(Hy=%f\n'*,y);

bl=(b-e)*sin(al)+(sO+s)*cos(al);printf(',dx/d8=%f\n",bl);

b2=(b-e)*cos(al)-(sO+s)*sin(al);printf(Hdy/d8=%f\n",b2);

cl=bl/sqrt(bl*bl+b2*b2);printf(nsin9=%f\n'*,cl);

c2=-b2/sqrt(bl*bl+b2*b2);printf(ncos9=%f\nn,c2);

xl=x-rr*c2;printf(nx'=%f\n'*,xl);

yl=y-rr*cl;printf(,'y,=%f\nu,yl);

fprintf(fp,n8=%d,s=%7.3f,x=%7.3f,y=%7.3f,

x'=%7.3f,y'=%7.3f\nn,a,s,x,y,xl,yl);

)

elseprintf("輸出錯誤\n");

}fclose(fp);

}

(七)程序計算結(jié)果及其分析

8=0,s=0.000,x=20.000,y=34.641,x'=15.000,y'=

25.981

6=5,s=0.192,x=22.960,y=32.957,x'=18.090,y'=24.223

6=10,s=0.765,x=25.844,y=31.395,x'=21.203,y'=

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22.537

8=15,1.713,x=28.728,y=29.939,x'=24.355,

20.946

8=20,3.026,x=31.677,y=28.555,x'=27.541,

19.450

8=25,4.689,x=34.748,y=27.193,x'=30.753,

18.025

8=30,s=6.684,x=37.983,25.789,x'=33.991,y-

16.620

6=35,8.990,x=41.409,y=24.269,x'=37.265,

15.168

8=40,s=11.580,x=45.031,y=22.552,x'=40.591,y'=13.592

8=45,s=14.427,x=48.839,y=20.555,x'=43.976,y'=11.817

6=50,17.500,x=52.798,y=18.195,x'=47.415,

9.767

S=55,20.764,x=56.857,y=15.396,x'=50.886,y-

7.374

8=60,24.184,x=60.944,y=12.092,x'=54.348,

4.576

8=65,27.723,x=64.973,y=8.230,x'=57.741,

1.324

6=70,31.341,x=68.844,y=3.774,x'=60.992,

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-2.419

8=75,s=35.000,x=72.444,y=-1.294,x'=64.013,y*=-6.672

6=80,s=38.658,x=75.659,y=-6.968,x'=66.713,y'=-11.436

8=85,s=42.277,x=78.368,y=-13.220,x'=68.991,

y'=-16.694

8=90,s=45.816,x=80.457,y=-20.000,x'=70.750,

y'=-22.406

8=95,s=49.236,x=81.814,y=-27.234,x'=71.897,

y'=-28.514

6=100,s=52.500,x=82.344,y=-34.828,x'=72.345,

y，=-34.940

8=105,s=55.572,x=81.963,y=-42.667,x'=72.022,

y'=-41.589

6=110,s=58.420,x=80.608,y=-50.622,x'=70.869,

y，=-48.351

8=115,s=61.010,x=78.237,y=-58.550,x'=68.850,

y'=-55.104

8=120,s=63.316,x=74.833,y=-66.299,x'=65.944,

y'=-61.718

8=125,s=65.311,x=70.404,y=-73.713,x'=62.156,

y'=-68.059

6=130,s=66.974,x=64.986,y=-80.638,x'=57.513,

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y'=-73.993

8=135,s=68.287,x=58.639,y=-86.923,x'=52.066,

y'=-79.387

8=140,s=69.235,x=51.450,y=-92.429,x'=45.885,

y'=-84.120

8=145,s=69.808,x=43.527,y=-97.031,x'=39.065,

y，=-88.082

8=150,s=70.000,x=35.000,y=-100.622,x'=31.715,

y'=-91.177

6=155,s=70.000,x=26.097,y=-103.289,x'=23.648,

y'=-93.594

8=160,s=70.000,x=16.996,y=-105.171,x'=15.400,

y'=-95.299

6=165,s=70.872,x=7.991,y=-107.094,x'=8.124,

y'=-97.095

8=170,s=70.263,x=-1.480,y=-106.783,x'=-0.933,

y'=-96.798

6=175,s=70.033,x=-10.801,y=-106.019,x'=-9.683,

y'=-96.082

8=180,s=70.000,x=-20.000,y=.104.641,x'=-18.122,

y'=-94.819

6=185,s=69.967,x=-29.041,y=-102.467,x'=-26.213,

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y'=-92.875

8=190,s=69.737,x=-37.821,y=-99.320,x'=-33.882,

y'=-90.128

8=195,s=69.128,x=-46.176,y=-95.057,x'=-41.023,

y，=86.487

8=200,s=67.982,x=-53.893,y=-89.593,x*=-47.507,

y'=-81.898

8=205,s=66.178,x=-60.734,y=-82.921,x'=-53.193,

y，=-76.353

6=210,s=63.641,x=-66.461,y=-75.115,x'=-57.932,

y'=-69.894

8=215,s=60.345,x=-70.864,y=-66.336,x'=-61.582,

y'=-62.617

6=220,s=56.315,x=-73.786,y=-56.821,x'=-64.018,

y，=-54.679

8=225,s=51.628,x=-75.143,y=-46.859,x'=-65.159,

y'=-46.296

6=230,s=46.404,x=-74.940,y=-36.774,x'=-64.985,

y'=-37.726

8=235,s=40.800,x=-73.269,y=-26.888,x'=-63.551,

y'=-29.247

6=240,s=35.000,x=-70.311,y=-17.500,x'=-60.992,

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y'=-21.128

8=245,s=29.200,x=-66.312,y=-8.854,x'=-57.509,

y'=-13.598

8=250,s=23.596,x=-61.566,y=-1.125,x'=-53.348,y-

-6.823

8=255,s=18.372,x=-56.383,y=5.597,x'=-48.776,y-

-0.893

8=260,s=13.685,x=-51.065,y=11.304,x'=-44.047,y-

4.180

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