机械原理课程设计凸轮机构

机械原理课程设计说明书 - 1 - 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。 机械原理课程设计说明书

- 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δ

03

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：270o＜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