机械原理课程设计凸轮机构

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)（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：3、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，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，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：临f[acos*M）—I]tan:asin伴°十屮）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。

(二)从动件(摆杆)及滚子尺寸的确定1、摆杆长度I确定：根据右图建立坐标系Oxy。

B o点为推程段摆杆起始点，开始时推杆滚子中心处于B o点处，依几何关系有：B o的坐标：X o=sin( © o)/lY o=a-l* cos ( © o)f o二arcos[(a2+l2-r o2)/2a*门又因为摆动盘形凸轮机构在运动时的许用压力角为：[a ]=35° ~ 45°根据压力角公式：l |兽板acos申° +屮)-1]tan：二---a sin化o+少)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=12omm)此时摆杆的初始摆角：© o~ 12.429 °2、滚子半径r i的选择我们用p 1表示凸轮工作廓线的曲率半径，用p表示理论廓线的曲率半径•所以有p i= p 士r i；为了避免发生失真现象，我们应该使p的最小值大于o,即使p >A；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；r i= (o.1~ o.5) * ro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）推程运动结束的凸轮总转角，其中©-d o）为推程角s 01 d1=120 o（d2-d i）为远程休止角s 02 d2=160o远休止运动结束时总转角，其中（d3〈2）为回程角S 03 d3=270 o回程运动结束的凸轮总转角，其中（d4-d3）为远程休止角s 04 d4=360 o远休止运动结束总转角，其中r =160 凸轮中心到摆杆中心A 的距离基圆半径r0=50l =120 此处设摆动从动杆长度为120 mmh=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 / sr r=10 此处设滚子半径为102、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（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：0°v d< 120°摆杆角位移：f=h(1-cos( n 8 / 8 oi) )/ 2即f=h(1-cos( n d/d1))/ 2摆杆角速度：v= n hw sin( n 8 / 8 oi)/(2 8 01)即v= n h w sin( n d/d1)/(2d1)摆杆角加速度：a=n 2h w2cos( n 8 / 8 °J/(2 8 °；)即a=n 2h w2cos(n d/d i)/(2d i2)②远休止过程：120°v 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+f 0 )y=r cos d-lcos(d+f +f0)其中f°为摆杆的初始位置角2 2 2f0=arcos[(r+l -r0)/2(r l)]③回程过程：160o v d< 270oa.等加速回程阶段：160o v d< 215°摆杆角位移：f=h-2h( S -S 01-S02)7( S 03)2 即f=h-2h(d-d2) /(d3-d2) 摆杆角速度：v=-4hw( S -S 01-S02)/(S 03)22即v=-4hw(d- d2)/(d3-d2)摆杆角加速度：a=-4hw2/(S 03)2即a=-4hw2/(d3-d2)2b.等减速回程阶段：215°v d< 270°摆杆角位移：f=2h(S 03-(S -S 01-S 02-S 03/2 )) /(S 03)22即f=2h( (d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2))2/(d3-d2)2 摆杆角速度：v=-4hw( S 03-(S -S 01-S 02-S 03/2)) /(S 03)即v=-4 hw( (d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2))/(d3-d2)2 摆杆角加速度：a=4hw2/(S 03)222即a=4hw2/(d3-d2)2④近休止过程：720°< d< 360°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+f 0)y=r c°s d-l c°s(d+f+f0)其中f o为摆杆的初始位置角2 2 2f o=arcos[(r +l -r o )/2(r I)] （五）程序方框图六)计算机源程序#include <math.h>#include <stdio.h>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*/w=1; /* 凸轮角速度 */f0=acos((r*r+l*l-r0*r0)/(2*r*l))*180/pi;printf(" 初始角： f0=%1.3f\n",acos((r*r+l*l-r0*r0)/(2*r*l))*180/pi); fprintf(fp,"初始角： %1.3f\n",acos((r*r+l*l-r0*r0)/(2*r*l))*180/pi);for(n=0;n<=36;n++){d=d0*n;if(d<=d1) /* 当 d<=120 度时，为推程过程 */ {f=h*(1-cos(pi*(d/d1)))/2; /* v=pi*h*w*sin(pi* (d/d1))/(2*d 1); a=pi*pi*h*w*w*cos(pi*(d/d1))/(2*d 1*d 1);x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180);/* 确定的凸轮的轨迹 x 坐标 */y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);/* 确定的凸轮的轨迹 y 坐标 */printf("\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx=%1.3f\ny=%1.3 f\n",d,f,v,a,x,y);fprintf(fp,"\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx=%1.3f\ny=% 1.3f\n",d,f,v,a,x,y);}else{if(d<二d2)/*当120<=d<=160度时，为远休止过程*//* 从动杆的角位移 */ a=0; /* 从动杆角加速度 *//* 从动杆初始角 */从动杆的角位移 *//* 从动杆角速度 */ /* 从动杆角加速度 */{f=h;x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180);/* 确定的凸轮的轨迹x 坐标*/ y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);/* 确定的凸轮的轨迹y 坐标*/ printf("\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx=%1.3f\ny=%1.3 f\n ",d,f,v,a,x,y);fprintf(fp,"\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx=%1.3f\ny=% 1.3f\n",d,f,v,a,x,y);}else{if(d<=215)/*当160<=d<=215度时，为等加速回程过程*/{ f=h-2*h*(d-d 2)*(d-d2)/((d3-d2)*(d3-d2));/* 从动杆的角位移*/ v=(-1)*4*h*w*(d-d 2)/((d3-d2)*(d3-d2));/* 从动杆角速度*/ a=(-1)*4*h*w*w/((d 3-d2)*(d 3-d2)); /* 从动杆角加速度*/ x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180);/* 确定的凸轮的轨迹x 坐标*/y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);/* 确定的凸轮的轨迹y 坐标*/printf("\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx=%1.3f\ny=%1.3 f\n ",d,f,v,a,x,y);fprintf(fp,"\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx=%1.3f\ny=% 1.3f\n",d,f,v,a,x,y);}else{if(d<=270) /*当215<二d<=270度时，为等减速回程过程*/{f=2*h*((d 3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2))*((d 3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2))/((d 3-d2)*(d 3-d2 )); /* 从动杆的角位移*/v=(-1)*4*h*w*((d 3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2))/((d3-d2)*(d3-d2));/* 从动杆角速度*/a=4*h*w*w/((d 3-d2)*(d 3-d2)); /* 从动杆角加速度*/x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180); y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);printf("\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx=%1.3f\ny=%1.3 f\n ",d,f,v,a,x,y);fprintf(fp,"\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx=%1.3f\ny=% 1.3f\n",d,f,v,a,x,y);}else /*当270<=d<=360度时，为近休止过程*/{if(d<=d4){f=0; /* 从动杆的角位移*/v=0;/* 从动杆的角速度*/a=0; /* 从动杆角加速度*/x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180);y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);printf("\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\nx= %1.3f\ny=%1.3f\n ",d,f,v,a,x,y);fprintf(fp,"\nd=%1.3f\nf=%1.3f\nv=%1.3f\na=%1.3f\n x=%1.3f\ny=%1.3f\n",d,f,v,a,x,y);}}}}}fclose(fp); /* 关闭文件*/}}（七）程序计算结果及其分析初始角：f0=12.429（八）凸轮机构示意简图（九）心得体会这是我们步入大学之后的第一次做课程设计，虽然有些茫然和不 知所措，但在老师的指导和同学的互相帮助下还是按时完成了设计。