机械原理专业课程设计凸轮机构.doc

目 录

（一）机械原理课程设计目和任务··················2
（二）从动件（摆杆）及滚子尺寸拟定··················4
（三）原始数据分析··········································5
（四）摆杆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）程序计算成果及其分析····························14
（八）凸轮机构示意简图··································16
（九）心得体会··············································16
（十）参照书籍··············································18
（一）机械原理课程设计目和任务
一、机械原理课程设计目：
1、机械原理课程设计是一种重要实践性教学环节。其目在于：
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、解决问题能力；
3、使学生在机械运动学和动力分析方面初步建立一种完整概念；
4、进一步提高学生计算和制图能力，及运用电子计算机运算能力。
二、机械原理课程设计任务：
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距离为160mm，凸轮以顺时针方向等速回转，摆杆运动规律如表：
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、设计规定：
①拟定适当摆杆长度
②合理选取滚子半径rr
③选取恰当比例，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，并标注所有尺寸（用A2图纸）
⑤将机构简图、原始数据、尺寸综合办法写入阐明书
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，编制程序并打印出成果
备注：
1、尖底（滚子）摆动从动件盘形凸轮机构压力角:

在推程中，当主从动件角速度方向不同步取“-”号，相似时取“+”号。
1、
三、课程设计采用办法：
对于本次任务，要用图解法和解析法两种办法。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，图解法是解析法出发点和基本；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，可将两种办法所得成果加以对照。
四、编写阐明书：
1、设计题目（涉及设计条件和规定）；
2、机构运动简图及设计方案拟定，原始数据；
3、机构运动学综合；
4、列出必要计算公式，写出图解法向量方程，写出解析法数学模型，计算流程和计算程序，打印成果；
5、分析讨论。

（二）从动件（摆杆）及滚子尺寸拟定
1、摆杆长度l拟定：
依照右图建立坐标系Oxy。
B0点为推程段摆杆起始点，
开始时推杆滚子中心处在
B0点处，依几何关系有：
B0坐标:
X0=sin(φ0)/l
Y0=a-l* cos (φ0)
f0=arcos[(a²+l²-r0²)/2a*l］
又由于摆动盘形凸轮机构
在运动时许用压力角为：[α]=35°~ 45°
依照压力角公式：

注：当主从动件角速度方向不同步取“-”号，相似时取“+”号。
由此咱们可以取到：l=120mm；此时摆杆初始摆角：φ0≈12.429°
2、滚子半径r1选取
咱们用ρ1表达凸轮工作廓线曲率半径,用ρ表达理论廓线曲率半径.因此有ρ1=ρ±r1;为了避免发生失真现象，咱们应当使p最小值不不大于0，虽然ρ＞r1；另一方面，滚子尺寸还受其强度，构造限制，不能太小，普通咱们取滚子半径；r1=（0.1~ 0.5）* r0
在此，咱们可以取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：（未标明单位为mm）
d1=120 o 推程运动结束凸轮总转角，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 摆动从动杆角位移
v 摆动从动杆角速度
a 摆动从动杆角加速度
以凸轮中心为原点，竖直和水平方向分别为x,y轴，建立平面直角坐标系
x 为凸轮轮廓轨迹x坐标点
y 为凸轮轮廓轨迹y坐标点
（四）摆杆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
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)
其中f0为摆杆初始位置角
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
选取推程类型，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
选取推程类型，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

（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; /*定义文献指针*/
fp = fopen("aa.txt","w");
/*打开以写方式文献（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； /*从动杆初始角*/
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； /*从动杆角位移*/
v=pi*h*w*sin(pi* (d/d1))/(2*d1)； /*从动杆角速度*/
a=pi*pi*h*w*w*cos(pi*(d/d1))/(2*d1*d1)； /*从动杆角加速度*/
x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180)；
/*拟定凸轮轨迹x坐标*/
y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180)；
/*拟定凸轮轨迹y坐标*/
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\nx=%1.3f\ny=%1.3f\n",d,f,v,a,x,y);}
else{
if(d<=d2) /*当120<=d<=160度时，为远休止过程*/
{f=h； /*从动杆角位移*/
v=0； /*从动杆角速度*/
a=0； /*从动杆角加速度*/
x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180)；
/*拟定凸轮轨迹x坐标*/
y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);
/*拟定凸轮轨迹y坐标*/
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\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-d2)*(d-d2)/((d3-d2)*(d3-d2))；
/*从动杆角位移*/
v=(-1)*4*h*w*(d-d2)/((d3-d2)*(d3-d2))；
/*从动杆角速度*/
a=(-1)*4*h*w*w/((d3-d2)*(d3-d2))； /*从动杆角加速度*/
x=r*sin(d*pi/180)-l*sin(pi*(d+f+f0)/180);
/*拟定凸轮轨迹x坐标*/
y=r*cos(d*pi/180)-l*cos(pi*(d+f+f0)/180);
/*拟定凸轮轨迹y坐标*/
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\nx=%1.3f\ny=%1.3f\n",d,f,v,a,x,y);}
else{
if(d<=270) /*当215<=d<=270度时，为等减速回程过程*/
{
f=2*h*((d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2))*((d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2))/((d3-d2)*(d3-d2))； /*从动杆角位移*/
v=(-1)*4*h*w*((d3-d2)-(d-d2-(d3-d2)/2))/((d3-d2)*(d3-d2))；
/*从动杆角速度*/
a=4*h*w*w/((d3-d2)*(d3-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=%1.3f\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； /*从动杆角位移*/
v=0； /*从动杆角速度*/
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\nx=%1.3f\ny=%1.3f\n",d,f,v,a,x,y);}
}
}
}
}
fclose(fp); /*关闭文献*/
}
}

（七）程序计算成果及其分析
初始角：f0=12.429
d
f
v
a
x
y
0.000
0.000
0.000
0.009
-25.828
42.813
5.000
0.107
0.043
0.008
-22.212
44.968
10.000
0.426
0.085
0.008
-18.825
46.991
15.000
0.952
0.125
0.008
-15.628
48.971
20.000
1.675
0.164
0.007
-12.560
50.988
25.000
2.583
0.199
0.007
-9.535
53.101
30.000
3.661
0.231
0.006
-6.452
55.341
35.000
4.890
0.260
0.005
-3.200
57.714
40.000
6.250
0.283
0.004
0.334
60.188
45.000
7.716
0.302
0.003
4.252
62.700
50.000
9.265
0.316
0.002
8.640
65.155
55.000
10.868
0.324
0.001
13.559
67.433
60.000
12.500
0.327
0.000
19.034
69.394
65.000
14.132
0.324
-0.001
25.054
70.888
70.000
15.735
0.316
-0.002
31.567
71.765
75.000
17.284
0.302
-0.003
38.483
71.888
80.000
18.750
0.283
-0.004
45.675
71.138
85.000
20.110
0.260
-0.005
52.987
69.427
90.000
21.339
0.231
-0.006
60.245
66.700
95.000
22.417
0.199
-0.007
67.259
62.943
100.000
23.325
0.164
-0.007
73.841
58.179
105.000
24.048
0.125
-0.008
79.810
52.473
110.000
24.574
0.085
-0.008
85.000
45.921
115.000
24.893
0.043
-0.008
89.270
38.650
120.000
25.000
0.000
-0.009
92.505
30.809
125.000
25.000
0.000
0.000
94.838
22.629
130.000
25.000
0.000
0.000
96.450
14.277
135.000
25.000
0.000
0.000
97.327
5.817
140.000
25.000
0.000
0.000
97.464
-2.688
145.000
25.000
0.000
0.000
96.859
-11.172
150.000
25.000
0.000
0.000
95.516
-19.571
155.000
25.000
0.000
0.000
93.447
-27.822
160.000
25.000
0.000
0.000
90.667
-35.860
165.000
24.897
-0.041
-0.008
86.996
-43.544
170.000
24.587
-0.083
-0.008
82.292
-50.664
175.000
24.070
-0.124
-0.008
76.644
-57.074
180.000
23.347
-0.165
-0.008
70.155
-62.643
d
f
v
a
x
y
185.000
22.417
-0.207
-0.008
62.943
-67.260
190.000
21.281
-0.248
-0.008
55.138
-70.828
195.000
19.938
-0.289
-0.008
46.874
-73.273
200.000
18.388
-0.331
-0.008
38.294
-74.536
205.000
16.632
-0.372
-0.008
29.539
-74.579
210.000
14.669
-0.413
-0.008
20.753
-73.381
215.000
12.500
-0.455
-0.008
12.077
-70.936
220.000
45.558
-0.868
0.008
15.990
-139.241
225.000
41.322
-0.826
0.008
5.466
-131.395
230.000
37.293
-0.785
0.008
-4.291
-123.111
235.000
33.471
-0.744
0.008
-13.229
-114.464
240.000
29.855
-0.702
0.008
-21.312
-105.532
245.000
26.446
-0.661
0.008
-28.511
-96.397
250.000
23.244
-0.620
0.008
-34.813
-87.141
255.000
20.248
-0.579
0.008
-40.214
-77.850
260.000
17.459
-0.537
0.008
-44.726
-68.605
265.000
14.876
-0.496
0.008
-48.370
-59.490
270.000
12.500
-0.455
0.008
-51.181
-50.580
275.000
0.000
0.000
0.000
-44.901
-21.998
280.000
0.000
0.000
0.000
-46.647
-18.001
285.000
0.000
0.000
0.000
-48.038
-13.867
290.000
0.000
0.000
0.000
-49.064
-9.628
295.000
0.000
0.000
0.000
-49.717
-5.315
300.000
0.000
0.000
0.000
-49.991
-0.962
305.000
0.000
0.000
0.000
-49.884
3.399
310.000
0.000
0.000
0.000
-49.398
7.734
315.000
0.000
0.000
0.000
-48.536
12.010
320.000
0.000
0.000
0.000
-47.305
16.194
325.000
0.000
0.000
0.000
-45.713
20.256
330.000
0.000
0.000
0.000
-43.774
24.163
335.000
0.000
0.000
0.000
-41.502
27.886
340.000
0.000
0.000
0.000
-38.913
31.397
345.000
0.000
0.000
0.000
-36.029
34.669
350.000
0.000
0.000
0.000
-32.870
37.677
355.000
0.000
0.000
0.000
-29.461
40.399
360.000
0.000
0.000
0.000
-25.828
42.812

(八）凸轮机构示意简图

(九）心得体会
这是咱们步入大学之后第一次做课程设计，虽然有些茫然和不知所措，但在教师指引和同窗互相协助下还是准时完毕了设计。这次课程设计让我体会很深，也学到了诸多新东西。作为一名机械系，机械设计制造及自动化专业大三学生，我觉得能做类似课程设计是十分故意义，并且是十分必要。
在已度过大学时间里咱们大多数接触是专业基本课。咱们在课堂上掌握仅仅是专业基本课理论面，如何去锻炼咱们实践面？如何把咱们所学到专业基本理论知识用到实践中去呢？我想做类似大作业就为咱们提供了良好实践平台。在做本次大作业过程中，我感触最深当数查阅大量设计手册了。为了让自己设计更加完善，更加符合工程原则，一次次翻阅机械设计手册是十分必要，同步也是必不可少。咱们是在作设计，但咱们不是艺术家。她们可以抛开实际，尽情在幻想世界里飞翔，咱们是工程师，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。
在这次课程设计中，充分运用了所学机械原理知识，依照设计规定和运动分析，选用合理分析方案，从而设计出比较合理机构来。这次课程设计，不但让咱们把自己所学知识运用到实际生活中去，设计某些对社会有用机构，也让咱们深刻体会到团队合伙重要性，由于在后来学习和工作中，但靠咱们自己个人力量是远远不够，必要积聚人们智慧，才干创造出令人满意产品来。
创新也是一种国家、一种社会、一种公司必不可少，设计中创新需要高度和丰富创造性思维，没有创造性构思，就没有产品创新，产品也就不具备市场竞争性。在设计过程中，虽然咱们创新是肤浅，但咱们在设计过程中发现了自己局限性，分析和解决问题办法与能力不够强.尚有在整个过程中我发现像咱们这些学生最最缺少是经验没有感性结识空有理论知识有些东西很也许与实际脱节.总体来说我觉得做这种类型作业对咱们协助还是很大它需要咱们将学过有关知识都系统地联系起来从中暴露出自身局限性以待改进.有时候一种人力量是有限合众人智慧我相信咱们作品会更完美!
这也锻炼了咱们能力，更指明了咱们努力方向；
这次课程设计也为咱们后来毕业设计打下了一种基本，我相信，通过这次设计，咱们毕业设计时候不再会象当前这样茫然了，也一定能做好它。

（十）参照书籍
1.《机械原理》（第七版）————孙恒,陈作模 等主编
2.《材料力学》（第四版）————刘鸿文主编
3.《机械设计课程设计图册》（第三版）————哈尔滨工业大学 龚桂义,潘沛霖等主编
4.《机械零件设计手册》————金工业出版社
5.《互换性与技术测量》(第四版)中华人民共和国计量出版社————廖念钊,莫雨松等主编
6.《机械原理课程设计》————高英武,杨文敏编著