课程设计---摆动从动件杆盘型凸轮机构

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：摆动从动件杆盘型凸轮机构指导教师：班级：机制4班姓名：学号：河北工程大学-1-目录一、机械原理课程设计的目的及其任务………………………2二、机械原理课程设计题目及其设计要求……………………2三、凸轮机构的运动说明及运动简图…………………………3四、机械原理课程设计方案以及原始数据……………………4五、图解法………………………………………………………5六、解析法………………………………………………………7七、计算程序方框图……………………………………………10八、计算机源程序及运行结果………………………………11九、心得体会……………………………………………………16十、参考文献……………………………………………………17河北工程大学-2-一、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：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：1、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，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。二、机械原理课程设计题目及其设计要求一课程设计题目：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：hδ01δ02δ03δ04r0从动杆运动规律推程回程ⅴ2401500200120070040等加等减简谐2、设计要求：①确定合适摆杆长度②合理选择滚子半径rr③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；④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）⑤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。符号方案河北工程大学-3-3、用解析法设计凸轮轮廓，原始数据不变，要求写出数学模型，编制主程序并打出结果。备注：1、尖底（滚子）摆动从动件盘形凸轮机构压力角:00[cos()]tansin()dlalda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、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；第二阶段（即远休止）凸轮转过角度为200，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700，摆杆静止。二机构运动简图如下：河北工程大学-4-四、机械原理课程设计方案以及原始数据一、设计方案：符号方案Φδ01δ02δ03δ04r0从动杆运动规律推程回程Ⅱ24º150º20º120º70º40等加等减简谐二、原始数据：凸轮中心到摆杆中心的距离：a=160mm摆杆行程角：Φ=24°凸轮推程运动角：δ01=150°凸轮远休止角：δ02=20°凸轮回程运动角：δ03=120°凸轮近休止角：δ04=70°基圆半径：r0=40mm滚子半径rr的选择：凸轮工作廓线的曲率半径表示为ρa,用ρ表示理论廓线的曲率半径,即有ρa=ρ±rr；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ρ＞rr；另一方面，滚子的尺寸还受其强度和结构的限制，不能太小，通常我们取滚子半径：rr=（0.1~0.5）*r0在此，可以取r1=0.25*r0=10mm。摆杆长度的选择：摆动推杆取许用压力角[a]=35°—45°因此杆长取150mm河北工程大学-5-五、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+C1δ+C2δ2+…+Cnδn式中δ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+C1δ+C2δ2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δ0/2及Φ/2）。这时，推程加速段的边界条件为在始点处δ=00，=00，在终点处δ=750，=120，将其代入，可求得C0=0,C1=0,C2=2Φ/(δ01)2,且Φ=240，故摆杆等加速推程段的运动方程为=2Φδ2/(δ01)2式中，δ变化范围为00~750。推程减速段的边界条件为在始点处δ=750,=120,在终点处δ=1500,=240,故摆杆等减速推程段的运动方程为=Φ-2Φ(δ01-δ)2/(δ01)2式中δ的变化范围为750~1500。（2）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=Φ[1+cos(πδ/δ03)]/2式中δ的变化范围为1700~2900。（2）第二、四阶段分别是远休止和近休止，故摆杆运动方程都为=00河北工程大学-6-（3）初始角：0=arccos[(a2+l2-r0)/(2al)]=arccos[(1602+1502-402)/(2×160×150)]=14.3620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）0.00.00000010.00.21333320.00.85333330.01.92000040.03.41333350.05.33333360.07.68000070.010.45333380.013.54666790.016.320000100.018.666667110.020.586667120.022.080000130.023.146667140.023.786667150.024.000000160.024.000000170.024.000000180.023.591110190.022.392305200.020.485281210.018.000000220.015.105829230.012.000000240.08.894172250.06.000000260.03.514719270.01.607695280.00.408890290.00.000000300.00.000000310.00.000000320.00.000000330.00.000000335.00.000000340.00.000000350.00.000000360.00.000000河北工程大学-7-六、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：=2Φ(δ)2/(δ01)2d/dδ=4ωΦδ/(δ01)2δ变化范围0~750。摆杆推程减速段的运动方程为：=Φ﹣2Φ（δ01﹣δ）/(δ01)2d/dδ=4Φω（δ01-δ）/(δ01)2δ=750~1500。（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：=Φ[1+cos(πδ3/δ03)]/2d/dδ=-Φπωsin(πδ3/δ03)/(2δ03)δ=00~1200,δ03=1200。摆杆角位移曲线-5051015202530020406080100120140160180200220240260280300320340360凸轮转角（度）摆杆角位移（度）f河北工程大学-8-摆杆角速度曲线-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.4020406080100120140160180200220240260280300320340360凸轮转角（度）摆杆角速度（度）v摆杆角加速度曲线-0.005-0.004-0.003-0.002-0.00100.0010.0020.0030.0040.005020406080100120140160180200220240260280300320340360凸轮转角（度）摆杆角加速度（度）a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=asinδ﹣lsin(δ++0)y=acosδ﹣lcos(δ++0)0为摆杆的初始位置角，其值为=arccos[(a2+l2-r0*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δ角的倒数为河北工程大学-9-dx/dδ=acosδ-lcos(δ++0)[1+4Φδ/(δ01)2]dy/dδ=-asinδ+lsin(δ++0)[1+4Φδ/（δ01）2]其摆杆减速推程段坐标值对δ角的倒数为dx/dδ=acosδ-lcos(δ++0)[1+4Φω（δ01-δ）/(δ01)2]dy/dδ=-asinδ+lsin(δ++0)[1+4Φω（δ01-δ）/(δ01)2]在第二阶段（运休止）时δ=δ01+δ2=1500~1700,=240；在第四阶段（近休止）时δ=δ01+δ02+δ03+δ4=2900~3600,=00。坐标值对δ角的倒数为dx/dδ=acosδ-lcos(δ++0)dy/dδ=-asinδ+lsin(δ++0)第三阶段按简谐运动规律δ=δ01+δ02+δ3，δ3=00~1200,坐标值对δ角的倒数为dx/dδ=acosδ-lcos(δ++0)(1-Φπωsin(πδ3/δ03)/(2δ03))dy/dδ=‐asinδ+lsin(δ++0)(1-Φπωsin(πδ3/δ03)/(2δ03))则sinΘ=(dx/dδ)/[(dx/dδ)2+(dy/dδ)2]1/2cosΘ=﹣(dy/dδ)/[(dx/dδ)2+(dy/dδ)2]1/2凸轮工作廓线的直角坐标x′=x﹣rrcosθy′=y﹣rrsinθ验证：根据尖底（滚子）摆动从动件盘形凸轮机构压力角:00[cos()]tansin()dlalda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。河北工程大学-10-七、计算程序框图开始读入数据d,d0,d1，d2，d3，d4，d5,pi，r，r0，l，h，wd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，d≤d1?d≤d2?s=0v=0a=0d≤d3?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′结束河北工程大学-11-八、计算机源程序及运行结果源程序：#includestdio.h#includemath.hvoidmain(){doubled,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,B6,D9,D10,r1;intn;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=170;d3=290;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*r0)/(2*r*l))*18