机械原理课程设计--偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构.pdf

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1、.1/20 目录（一）机械原理课程设计的目的和任务 2（二）设计题目与设计思路 3（三）凸轮基圆半径与滚子尺寸的确定 5（四）从动杆的运动规律与凸轮轮廓线方程 7（五）计算程序框图 8（六）计算机源程序11（七）计算机程序结果与分析14（八）凸轮机构示意简图20（九）体会心得20（十）参考资料21 一机械原理课程设计的目的和任务 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,与运用

2、电子计算机的运算能力.二、机械原理课程设计的任务：.2/20 1、偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构 2、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 方案 h 01 02 03 04 从动杆运动规律 推程 回程 70 150 10 120 80 简谐 正弦加速度 3、设计要求：升程过程中,限制最大压力角max30,确定凸轮基园半径 r0 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

3、明书 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：凸轮轮廓曲率半径与曲率中心 理论轮廓方程()()xxyy,其中2222/xdx dxd x dydy dxd y d .3/20 其曲率半径为：3222()xyxyxy；曲率中心位于：2222()()y xyxxxyxyx xyyxxyxy 三、课程设计采用方法：对于此次任务,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.在本次课程设计中,可将两

4、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、机构运动简图与设计方案的确定,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.二设计题目与设计思路 一、设计题目 偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构 工作要求当凸轮逆时针转过 140时,从动件上升 50mm；当凸轮继续转过 20时,从动件停歇不动；当凸轮再转 100时,从动件返回原处.已知凸轮以等角速度=1rad/s 转动,工作要求机构为柔性冲击.凸.4/20 轮机构以等角速度逆时针方向旋转,推杆轴线在凸轮回转中心右侧,偏距 e

5、=20mm.二、设计思路 1、要求从动件作往复移动,因此可选择偏置直动滚子从动件盘型凸轮机构.2、根据工作要求选择从动件的运动规律.为了保证机构为柔性冲击,从动件推程和回程可分别选用等加速等减速运动规律和简谐运动规律.推程运动角=140,回程运动角=100,停歇角s=20.3、根据滚子的结构和强度等条件,滚子半径rr=10mm.4、根据机构的结构空间,选基圆半径rr=50mm.5、进行计算机辅助设计.为保证机构有良好的受力状况,推程许用压力角=38,回程许用压力角=70,设计过程中要保证推程=38,回程=70,为保证机构不产生运动失真和避免凸轮廓线应力集中,取凸轮实际廓线的许用曲率半径a=3m

6、m,设计过程中要保证凸轮理论廓线外凸部分的曲率半径a+rr=3+8=11mm.三凸轮基圆半径与滚子尺寸的确定 一、确定凸轮基园半径 由尖端移动从动件凸轮机构压力角的表达式可知 r0同的关系为 如果升程过程中,限制最大压力角max38,此时对应的基圆半径即为最小基圆半径rmin.假设机构在max 位置是对应的从动件位移为 sp,类速度为,那.5/20 么r0min的表达式为 在应用上式计算r0min时,要精确求解到p值有时较为困难,为此可用经验值近似替代p,如从动件作等加等减速运动、简谐运动时均可取p 为0.4处的值为凸轮 推升程运动角.再按上述计算出的r0min作为初值,然后校核各位置的压力角

7、是否满足的要求,否则应加大r0再重新校核.在此,取r0=50mm.二、滚子半径rr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 依题意,原始数据如下：1、已知量：未标明的单位为 mm d1=150 推程运动结束的凸轮总转角,其中为推程角01 d2=160 远休止运动结束时总转角,其中为远程休止角02 d3=280 回程运动结束的凸轮总转角,其中为回程角03 d4=360 远休止运动结束总

8、转角,其中为远程休止角04 e=20mm 偏距 20mm.6/20 h=50mm 推杆的行程 50mm w=1 rad/s 此处设凸轮角速度为 1 rad/s r0=50mm 此处设凸轮基园半径 50mm rr=10mm 此处设滚子半径为 10mm 2、设计所求量：F：偏置直动滚子从动杆的角位移 V：偏置直动滚子从动杆的角速度 a：偏置直动滚子从动杆的角加速度 以凸轮的中心为原点,竖直和水平方向分别为 x,y 轴,建立平面直角坐标系如图 四从动杆的运动规律与凸轮轮廓线方程 从动杆运动规律：推程过程：0d150 远休止过程：150d160 偏置杆角位移 s=h 偏置杆角速度：v=0 偏置杆角加速

9、度：a=0 在推程和远休止过程中凸轮的理论轮廓轨迹：x=sin-esin y=cos-ecos 其中 e 为偏距,s0=r02-e2 回程过程：160d280 近休止过程：280d360.7/20 偏置杆角位移：s=0 偏置杆角速度：v=0 偏置杆角加速度：a=0 在回程和近休止过程中凸轮轮廓轨迹：x=sin-ecos y=cos-esin 其中 e 为偏距,s0=r02-e2 y 为凸轮轮廓的轨迹的 y 坐标点 五计算程序框图.8/20 转下页 续前页 开始 读入数据 h,rb,rr,a,s,rb,e=0？选择推程类型,调用子程序计算 s,v,a,ds/d,d2s/d2?+s?s=0 v=0

10、 a=0+s s=0 v=0 a=0 选择回程类型,调用子程序计算 s,v,a,ds/d,d2s/d2 计算压力角 Y N Y N Y N 1 2 3 修正基圆 rb=rb+rb 修正基圆 rb=rb+rb+s?Y N N N Y Y.9/20 输入参数：h 从动件行程 rb 凸轮基圆半径 rr 滚子半径 推程许用压力角 回程许用压力角 a 凸轮实际廓线的曲率半径 凸轮旋转角速度 推程运动角 远休止角 s 回程运动角 1 2 3 求 x,y 求 x/,y/计算理论廓线曲率半径 0?N Y a+rr?Y N 打印 s,v,a,x,y,x,y 360?=+5 结束 Y N.10/20 rb 基圆修

11、正量 e 机构偏心距 输出参数：S 从动件位移 V 从动件运动速度 A 从动件运动加速度 机构压力角 理论廓线曲率半径 x,y 理论轮廓坐标 x,y 实际轮廓坐标（六）计算机源程序#include#include#include#include main FILE*fp;int a,step;float r0=40,rr=10,e=20,h=70;double pi=3.14159,s,s0,x,y,x1,y1,a0,a1,a2,a3;double b,b1,b2,c1,c2;.11/20 char filename20;printf;/输入需要保存数据结果的文件名不需要加类型后缀 gets;

12、strcat;fp=fopen;printf;/输入起始角度和计算间隔即步进角度 scanf;fora;a a1=a*pi/180;s0=sqrt;printf;if=0&a if=0&a a0=150*pi/180;s=h*1-cospi*/2;printf;b=pi*h*sinpi*/;printf;if150&a.12/20 a0=10*pi/180;s=70;printf;b=0;printf;if160&a a0=120*pi/180;a2=*pi/180;s=h*1-+sin/;printf;b=h*cos-1/a0;printf;if280&a a0=80*pi/180;s=0;

13、printf;b=0;printf;x=*sin+e*cos;printf;y=*cos-e*sin;printf;b1=*sin+*cos;printf;b2=*cos-*sin;printf;.13/20 c1=b1/sqrt;printf;c2=-b2/sqrt;printf;x1=x-rr*c2;printf;y1=y-rr*c1;printf;fprintf;else printf;fclose;（七）程序计算结果与其分析=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=18.09

14、0,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=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

15、.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,x=47.415,y=9.767.14/20=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=68.8

16、44,y=3.774,x=60.992,y=-2.419=75,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=-27.234,x=71.897,y=-28.514 =100,s=52.500,x=82.344,y

17、=-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=-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=-68.059.15/20 =130,s

18、=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=69.235,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=

19、-93.594 =160,s=70.000,x=16.996,y=-105.171,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,y=-94.819.16/20 =185,s=69.967,x=-29.

20、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=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

21、.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=-46.859,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=-29.247.17/20 =240,s=35.000,x=-70

22、.311,y=-17.500,x=-60.992,y=-21.128 =245,s=29.200,x=-66.312,y=-8.854,x=-57.509,y=-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,

23、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=-19.284,y=22.981.18/20=295,s=0.000,x=-22.943,y=32.766,x=-17.207,y=24.574=300,s=

24、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=0.000

25、,x=-0.000,y=40.000,x=-0.000,y=30.000=335,s=0.000,x=3.486,y=39.848,x=2.615,y=29.886=340,s=0.000,x=6.946,y=39.392,x=5.209,y=29.544=345,s=0.000,x=10.353,y=38.637,x=7.764,y=28.978.19/20=350,s=0.000,x=13.681,y=37.588,x=10.260,y=28.191=355,s=0.000,x=16.905,y=36.252,x=12.678,y=27.189=360,s=0.000,x=20.000,y

26、=34.641,x=15.000,y=25.981（八）凸轮机构示意简图见右图 （九）体会心得 美丽的花朵必须要通过辛勤的汗水浇灌.有开花才有结果,有付出才有收获.通过几天日日夜夜的奋斗,在老师亲切地指导下,在同学们的密切配合下,当然也有自己的努力和辛酸,这份课程设计终于完成了,心里无比的高兴,因为这是我们 努力的结晶.在这几天中,我有很多的体验,同时也有我也找到许多的毛病,仅就计算机辅助绘图而言,操作的就远远不够熟练,专业知识也不能熟练应用.但是通过这次实践设计,我觉得我有了很打的提高.其次,通过这次设计我学会了查找一些相关的工具书,并初步掌握了一些设计数据的计算方法；再次,自己的计算机绘图

27、水平也有了一定的提高,并对所学知识有了进一步的理解.当然,作为自己的第一次设计,其中肯定有太多的不足,希望在今后的设计中,能够得到改正,使自己日益臻于成熟,专业知识日益深厚.20/20 我在这次设计中感到了合作的力量,增强了自己的团队精神.这将使我受益终生.功到自然成.只有通过不锻炼,自己才能迎接更大的挑战和机遇,我相信我自己一定能够在锻炼成长.（十）参考资料 1.机械原理 第七版孙恒,陈作模 等主编 2.材料力学 第四版X 鸿文主编 3.机械设计课程设计图册 第三版#工业大学 龚桂义,潘沛霖等主编 4.机械零件设计手册金工业 5.互换性与技术测量中国计量廖念钊,莫雨松等主编 6.机械原理课程设计高英武,杨文敏编著