机械原理课程设计凸轮机构
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机械原理课程设计说明书
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目 录
（一）机械原理课程设计的目的和任务··················2
（二）从动件（摆杆）及滚子尺寸的确定··················4
（三）原始数据分析··········································5
（四）摆杆的运动规律及凸轮轮廓线方程···············6
（五）程序方框图·············································8
（六）计算机源程序··········································9
（七）程序计算结果及其分析····························14
（八）凸轮机构示意简图··································16
（九）心得体会··············································16
（十）参考书籍··············································18 机械原理课程设计说明书
- 2 - （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，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、摆动从动件杆盘型凸轮机构
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 摆杆角行程
h 推程运动角
δ01 远休止角
δ02 回程运动角
δ03 近休止角
δ04 基圆
半径
r0 从动杆运动规律
推程 回程
数据 25º 120º 40º 110º 90º 50 简谐 等加减速
3、设计要求：
①确定合适摆杆长度
②合理选择滚子半径rr
③选择适当比例，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
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，机械原理课程设计说明书
- 3 - 编制程序并打印出结果
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。
1、
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、机构运动简图及设计方案的确定，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。
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- 4 - （二）从动件（摆杆）及滚子尺寸的确定
1、摆杆长度l确定：
根据右图建立坐标系Oxy。
B0点为推程段摆杆起始点，
开始时推杆滚子中心处于
B0点处，依几何关系有：
B0的坐标:
X0=sin(φ0)/l
Y0=a-l* cos (φ0)
f0=arcos[(a²+l²-r0²)/2a*l］
又因为摆动盘形凸轮机构
在运动时的许用压力角为：[α]=35°~ 45°
根据压力角公式：
00[cos()]tansin()dlalda
注：当主从动件角速度方向不同时取“-”号，相同时取“+”号。
由此我们可以取到：l=120mm；此时摆杆的初始摆角：φ0≈12.429°
2、滚子半径r1的选择
我们用ρ1表示凸轮工作廓线的曲率半径,用ρ表示理论廓线的曲率半径.所以有ρ1=ρ±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ρ＞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 机械原理课程设计说明书
- 5 - 在此，我们可以取r1=0.2*r0=10mm。
（三）原始数据及分析
依题意，原始数据如下：
1、已知量：（未标明的单位为mm）
d1=120 o 推程运动结束的凸轮总转角，其中(d1-d0)为推程角δ01
d2=160 o 远休止运动结束时总转角，其中(d2-d1)为远程休止角δ02
d3=270 o 回程运动结束的凸轮总转角，其中(d3-d2)为回程角δ03
d4=360 o 远休止运动结束总转角，其中(d4-d3)为远程休止角δ04
r =160 凸轮中心到摆杆中心A的距离
r0=50 基圆半径
l =120 此处设摆动从动杆长度为120 mm
h=25 o 从动杆的总角行程
w=1 rad / s 此处设凸轮角速度为1 rad / s
rr=10 此处设滚子半径为10
2、设计所求量：
f 摆动从动杆的角位移
v 摆动从动杆的角速度
a 摆动从动杆的角加速度
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
x 为凸轮轮廓的轨迹的x坐标点
y 为凸轮轮廓的轨迹的y坐标点 机械原理课程设计说明书
- 6 - （四）摆杆的运动规律及凸轮轮廓线方程
1、摆杆运动规律：
①推程过程：0o＜d≤120o
摆杆角位移：f=h(1-cos(πδ/δ01) )/ 2
即f=h(1-cos(πd/d1))/ 2
摆杆角速度：v=πhw sin(πδ/δ01)/(2δ01)
即v=πh w sin(πd/d1)/(2d1)
摆杆角加速度：a=π2h w2cos(πδ/δ01)/(2δ012)
即a=π2h w2cos(πd/d1) /(2d12)
②远休止过程：120o＜d≤160o
摆杆角位移：f= h
摆杆角速度：v=0
摆杆角加速度：a= 0
在推程和远休止过程中凸轮轮廓轨迹：
x=r sin d-l sin(d+f+f0 )
y=r cos d-lcos(d+f +f0)
其中f0为摆杆的初始位置角
f0=arcos[(r2+l2-r02)/2(r l)]
③回程过程：160o＜d≤270o
a. 等加速回程阶段：160o＜d≤215o 机械原理课程设计说明书
- 7 - 摆杆角位移：f=h-2h(δ-δ01-δ02)2/(δ03)2
即f=h-2h(d-d2)2/(d3-d2) 2
摆杆角速度：v=-4hw(δ-δ01-δ02)/(δ03)2
即v=-4hw(d- d2)/(d3-d2)2
摆杆角加速度：a=-4hw2/(δ03)2
即a=-4hw2/(d3-d2)2
b. 等减速回程阶段：215o＜d≤270o
摆杆角位移：f=2h(δ03-(δ-δ01-δ02-δ03/2 ))2/(δ03) 2
即f=2h( (d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2))2/(d3-d2)2
摆杆角速度：v=-4hw(δ03-(δ-δ01-δ02-δ03/2)) /(δ03)2
即v=-4 hw( (d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2))/(d3-d2)2
摆杆角加速度：a=4hw2/(δ03)2
即a=4hw2/(d3-d2)2
④近休止过程：720o＜d≤360o
摆杆角位移：f=0
摆杆角速度：v=0
摆杆角加速度：a= 0
在回程和近休止过程中凸轮轮廓轨迹：
x=r sin d-l sin(d+f+f0)
y=r cos d-l cos(d+f+f0) 机械原理课程设计说明书
- 8 - 其中f0为摆杆的初始位置角
f0=arcos[(r2+l2-r02)/2(r l)]
（五）程序方框图
开始
读入数据d, d1，d2，d3，d4，pi，r，r0，l，h，w
d初值为0 以10度累加
选择推程类型，调用子程序计算f，v，a，
d≤d1?
d≤d2?
s=0 v=0 a=0 d≤d3?
s=0 v=0 a=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） Y
Y N
Y N
屏幕输出，文本输出
f，v，a，x，y
结束 机械原理课程设计说明书
- 9 - （六）计算机源程序
#include
#include
main()
{
double d, d0,d1,d2,d3,d4,r,r0,
f,f0,h,pi,v,w,a,l,x,y;
int n;
FILE *fp; /*定义文件指针*/
fp = fopen("aa.txt","w");
/*打开以写方式文件（aa.txt不存在则新建）*/
d=0; /*d为凸轮总转角*/
d0=5; /*d0为转角分度值，此处设为5 o每次*/
d1=120; /*(d1-0)为推程角*/
d2=160; /*(d2-d1)为远程休止角*/
d3=270; /*(d3-d2)为回程角*/
d4=360; /*(d4-d3)为近休止角*/
pi=3.1415926;
r=160; /*凸轮圆心到从动杆固定点的距离*/
r0=50; /*基圆半径*/
l=120; /*从动杆长度*/
h=25; /*行程角度*/
