机械原理课程设计报告凸轮设计

机械原理课程设计
编程说明书
设计题目：牛头刨床凸轮机构指导教师：王琦王春华设计者：雷选龙
学号：**********
班级：机械08-3
2010年7月15日
辽宁工程技术大学
机械原理课程设计任务书（二）
姓名雷选龙专业机械工程及自动化班级机械08-3班学号
五、要求：
1）计算从动件位移、速度、加速度并绘制线图。

2）确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线，并按比例绘出机构运动简图。

以上内容作在A2或A3图纸上。

3）编写出计算说明书。

指导教师：
开始日期：2010年07月10日完成日期：2010年07月16日
目录
一设计任务及要求-----------------------------------------------2
二数学模型的建立-----------------------------------------------2
三程序框图--------------------------------------------------------5
四程序清单及运行结果-----------------------------------------6
五设计总结-------------------------------------------------------14
六参考文献---------------------------------------------------
--15
一 设计任务与要求
已知摆杆9为等加速等减速运动规律，其推程运动角φ=70，远休止角φs =10，回程运动角φ΄=70，摆杆长度l 09D =125,最大摆角φmax =15，许用压力角[α]=40，凸轮与曲线共轴。

（1） 要求：计算从动件位移、速度、加速度并绘制线图（用方格纸
绘制），也可做动态显示。

（2） 确定凸轮的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮的实际廓线，
并按比例绘出机构运动简图。

（3） 编写计算说明书。

二 机构的数学模型
1 推程等加速区 当2/0ϕδ≤≤时
角位移 22max /21ϕδϕ=m
角速度 2max /4ϕδϕω= 角加速度 2max /4ϕϕε= 2 推程等减速区 当ϕδϕ≤<2/时
角位移 22max max /)(21ϕδϕϕϕ--=m
角速度 2max /)(4ϕδϕϕω-= 角加速度 2max /4ϕϕε-= 3 远休止区 当s ϕϕδϕ+≤<时
角位移 max 1ϕ=m 角速度 0=ω 角加速度 0=ε
4 回程等加速区
当2/ϕϕϕδϕϕ'++≤<+s s 时
角位移 22max max /)(21ϕϕϕδϕϕ'---=s m
角速度 2max /)(4ϕϕϕδϕω'---=s 角加速度 2max /4ϕϕε'-= 5 回程等减速区
当ϕϕϕδϕϕϕ'++≤<'++s s 2/时 角位移 22max /)(21ϕδϕϕϕϕ'-'++=s m 角速度 2max /)(4ϕδϕϕϕϕω'-'++-=s 角加速度 2max /4ϕϕε'= 6 近休止区
角位移 01=m 角速度 0=ω 角加速度 0=ε
如图选取xOy 坐标系，B1点为凸轮轮廓线起始点。

开始时推杆轮子中心处于B1点处，当凸轮转过角度时，摆动推杆角位移为，由反转法作图可看出，此时滚子中心应处于B 点,其直角坐标为：
()()
00cos cos sin sin ϕϕδδϕϕδδ++-=++-=l a y l a x
因为实际轮廓线与理论轮廓线为等距离，即法向距离处处相等，都为滚半径rT.故将理论廓线上的点沿其法向向内测移动距离r r 即得实际廓线上的点B(x1,y1).由高等数学知，理论廓线B 点处法线nn 的斜率应为 ()()θθδδθcos /sin ////=-==d dy d dx dy dx tg 根据上式有：
()()()()
δϕϕϕδδδδϕϕϕδδδd d l a d dy d d l a d dx /1sin sin //1cos cos /00++++-=+++-=
可得()()()()()()
2
22
2////cos ///
/sin δδδθδδδθd dy d dx d dy d dy d dx d dx +-=+=
实际轮廓线上对应的点B(x,y)的坐标为
⎩
⎨
⎧==θθ
sin 1cos 1r r r y y r x x 此即为凸轮工作的实际廓线方程，式中“-”用于内等距线，“+”用于外等距线。

三
四程序清单及运行结果
#include<math.h>
#include<dos.h>
#include<graphics.h>
#include<conio.h>
#include<stdio.h>
#define l 125.0
#define Aa 40
#define r_b 50
#define rr 7.5
#define K (3.1415926/180)
#define dt 0.25
float Q_max,Q_t,Q_s,Q_h;
float Q_a;
double L,pr;
float e[1500],f[1500],g[1500];
void Cal(float Q,double Q_Q[3])
{
Q_max=15,Q_t=70,Q_s=10,Q_h=70;
if(Q>=0&&Q<=Q_t/2)
{
Q_Q[0]=K*(2*Q_max*Q*Q/(Q_t*Q_t));
Q_Q[1]=4*Q_max*Q/(Q_t*Q_t);
Q_Q[2]=4*Q_max/(Q_t*Q_t);
}
if(Q>Q_t/2&&Q<=Q_t)
{
Q_Q[0]=K*(Q_max-2*Q_max*(Q-Q_t)*(Q-Q_t)/(Q_t*Q_t)); Q_Q[1]=4*Q_max*(Q_t-Q)/(Q_t*Q_t);
Q_Q[2]=-4*Q_max/(Q_t*Q_t);
}
if(Q>Q_t&&Q<=Q_t+Q_s)
{
Q_Q[0]=K*Q_max;
Q_Q[1]=0;
Q_Q[2]=0;
}
if(Q>Q_t+Q_s&&Q<=Q_t+Q_s+Q_h/2)
{
Q_Q[0]=K*(Q_max-2*Q_max*(Q-Q_t-Q_s)*(Q-Q_t-Q_s)/(Q_h*Q_h));
Q_Q[1]=-4*Q_max*(Q-Q_t-Q_s)/(Q_h*Q_h);
Q_Q[2]=-4*Q_max/(Q_h*Q_h);
}
if(Q>Q_t+Q_s+Q_h/2&&Q<=Q_t+Q_s+Q_h)
{
Q_Q[0]=K*(2*Q_max*(Q_h-Q+Q_t+Q_s)*(Q_h-Q+Q_t+Q_s)/(Q_h*Q_h)); Q_Q[1]=-4*Q_max*(Q_h-Q+Q_t+Q_s)/(Q_h*Q_h);
Q_Q[2]=4*Q_max/(Q_h*Q_h);
}
if(Q>Q_t+Q_s+Q_h&&Q<=360)
{
Q_Q[0]=K*0;
Q_Q[1]=0;
Q_Q[2]=0;
}
}
void Draw(float Q_m)
{
float tt,x,y,x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4,dx,dy;
double QQ[3];
circle(240,240,3);
circle(240+L*sin(50*K)+4*cos(240*K),240+L*cos(50*K)-4*sin(240*K),3); moveto(240,240);
lineto(240+20*cos(240*K),240-20*sin(240*K));
lineto(260+20*cos(240*K),240-20*sin(240*K));
lineto(240,240);
moveto(240+L*sin(50*K)+4*cos(240*K),240+L*cos(50*K)-4*sin(240*K)); lineto(240+L*sin(50*K)+20*cos(240*K),240+L*cos(50*K)-20*sin(240*K)); lineto(255+L*sin(50*K)+20*cos(240*K),240+L*cos(50*K)-20*sin(240*K)); lineto(240+L*sin(50*K)+4*cos(240*K),240+L*cos(50*K)-4*sin(240*K)); for(tt=0;tt<=720;tt=tt+2)
{
Cal(tt,QQ);
x1=L*cos(tt*K)-l*cos(Q_a+QQ[0]-tt*K);
y1=l*sin(Q_a+QQ[0]-tt*K)+L*sin(tt*K);
x2=x1*cos(Q_m*K+40*K)+y1*sin(Q_m*K+40*K); y2=-x1*sin(Q_m*K+40*K)+y1*cos(Q_m*K+40*K); putpixel(x2+240,240-y2,2);
dx=(QQ[1]-1)*l*sin(Q_a+QQ[0]-tt*K)-L*sin(tt*K); dy=(QQ[1]-1)*l*cos(Q_a+QQ[0]-tt*K)+L*cos(tt*K); x3=x1-rr*dy/sqrt(dx*dx+dy*dy);
y3=y1+rr*dx/sqrt(dx*dx+dy*dy);
x4=x3*cos(Q_m*K+40*K)+y3*sin(Q_m*K+40*K); y4=-x3*sin(Q_m*K+40*K)+y3*cos(Q_m*K+40*K); putpixel(x4+240,240-y4,YELLOW);
}
}
void Curvel()
{
int t;
float y1,y2,y3,a=0;
for(t=0;t<=360/dt;t++)
{
delay(300);
a=t*dt;
if((a>=0)&&(a<=Q_t/2))
{
y1=(2*Q_max*pow(a,2)/pow(Q_t,2))*10;
y2=(4*Q_max*(dt*K)*a/pow(Q_t,2))*pow(10,4.8);
y3=(4*Q_max*pow((dt*K),2)/pow(Q_t,2))*pow(10,8.5);
putpixel(100+a,300-y1,1);
putpixel(100+a,300-y2,2);
putpixel(100+a,300-y3,4);
line(100+Q_t/2,300-y3,100+Q_t/2,300);
}
if((a>Q_t/2)&&(a<=Q_t))
{
y1=(Q_max-2*Q_max*pow((Q_t-a),2)/pow(Q_t,2))*10;
y2=(4*Q_max*(dt*K)*(Q_t-a)/pow(Q_t,2))*pow(10,4.8);
y3=((-4)*Q_max*pow((dt*K),2)/pow(Q_t,2))*pow(10,8.5); putpixel(100+a,300-y1,1);
putpixel(100+a,300-y2,2);
putpixel(100+a,300-y3,4);
line(100+Q_t,300-y3,100+Q_t,300);
line(100+Q_t/2,300,100+Q_t/2,300-y3);
}
if((a>Q_t)&&(a<=Q_t+Q_s))
{
y1=Q_max*10;
y2=0;
y3=0;
putpixel(100+a,300-y1,1);
putpixel(100+a,300-y2,2);
putpixel(100+a,300-y3,4);
line((100+Q_t+Q_s),300,(100+Q_t+Q_s),300-y3);
}
if((a>Q_t+Q_s)&&(a<=Q_t+Q_s+Q_h/2))
{
y1=(Q_max-2*Q_max*pow((a-Q_t-Q_s),2)/pow(Q_h,2))*10;
y2=((-4)*Q_max*(dt*K)*(a-Q_t-Q_s)/pow(Q_h,2))*pow(10,4.8); y3=((-4)*Q_max*pow((dt*K),2)/pow(Q_h,2))*pow(10,8.5); putpixel(100+a,300-y1,1);
putpixel(100+a,300-y2,2);
putpixel(100+a,300-y3,4);
line((100+Q_t+Q_s+Q_h/2),300,(100+Q_t+Q_s+Q_h/2),300-y3); line((100+Q_t+Q_s),300,(100+Q_t+Q_s),300-y3);
}
if((a>Q_t+Q_s+Q_h/2)&&(a<=Q_t+Q_s+Q_h))
{
y1=(2*Q_max*pow((Q_h-a+Q_t+Q_s),2)/pow(Q_h,2))*10;
y2=((-4)*Q_max*(dt*K)*(Q_h-a+Q_t+Q_s)/pow(Q_h,2))*pow(10,4.8); y3=(4*Q_max*pow((dt*K),2)/pow(Q_h,2))*pow(10,8.5);
putpixel(100+a,300-y1,1);
putpixel(100+a,300-y2,2);
putpixel(100+a,300-y3,4);
line((100+Q_t+Q_s+Q_h),300-y3,(100+Q_t+Q_s+Q_h),300);
line((100+Q_t+Q_s+Q_h/2),300,(100+Q_t+Q_s+Q_h/2),300-y3);
}
if((a>Q_t+Q_s+Q_h)&&(a<=360))
{
y1=0;
y2=0;
y3=0;
putpixel(100+a,300,1);
putpixel(100+a,300,2);
putpixel(100+a,300,4);
}
e[t]=y1;
f[t]=y2;
g[t]=y3;
}
}
main()
{
int gd=DETECT,gm;
int i,t,choice,x_1,y_1,flag=1;
double QQ1[3],aa;
FILE *f1;
if((f1=fopen("liminghao.txt","w"))==NULL) {
printf("liminghao.txt cannot open!\n");
exit(0);
}
initgraph(&gd,&gm," ");
cleardevice();
for(t=0;!kbhit();t++)
{
for(;t>360;)
t-=360;
if(flag==1)
for(L=l-r_b+70;L<l+r_b;L+=2)
{
Q_a=acos((L*L+l*l-r_b*r_b)/(2.0*L*l));
Cal(t,QQ1);
aa=atan(l*(1-QQ1[1]-L*cos(Q_a-QQ1[0]))/(L*sin(Q_a+QQ1[0])));/*压力角*/ pr=(pow((L*L+l*l*(1+QQ1[1])*(1+QQ1[1])-2.0*L*l*(1+QQ1[1]*cos(Q_a+QQ1[ 0]))),3.0/2))/*曲率半径*//((1+QQ1[1])*(2+QQ1[1])*L*l*cos(Q_a+QQ1[0])+QQ1[2]*L*l*sin(Q_a+QQ1[ 0])-L*L-l*l*pow((1+QQ1[1]),3));
if(aa<=Aa&&pr>rr)
flag=0;
break;
}
if(flag==0)
Cal(t,QQ1);
Draw(t);
cleardevice();
x_1=240+L*sin(50*K)-l*cos(Q_a+QQ1[0]+40*K);
y_1=240+L*cos(50*K)-l*sin(Q_a+QQ1[0]+40*K);
circle(x_1,y_1,rr);
line(240+L*sin(50*K),240+L*cos(50*K),x_1,y_1);
moveto(240+L*sin(50*K),240+L*cos(50*K));
lineto(240+L*sin(50*K)+l*cos(Q_a+QQ1[0]+40*K),480+2*L*cos(50*K)-y_1); lineto(140+L+l*cos(Q_a+QQ1[0])*2,480+2*L*cos(50*K)-y_1);
delay(1);
}。