机械原理课程设计凸轮机构
目录
（一）机械原理课程设计得目得与任务 (2)
（二)从动件(摆杆)及滚子尺寸得确定 (4)
（三)原始数据分析 (5)
（四）摆杆得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)机械原理课程设计得目得与任务
一、机械原理课程设计得目得：
1、机械原理课程设计就是一个重要实践性教学环节。其目得在于:
进一步巩固与加深所学知识；
2、培养学生运用理论知识独立分析问题、解决问题得能力；
３、使学生在机械得运动学与动力分析方面初步建立一个完整得概念;
4、进一步提高学生计算与制图能力，及运用电子计算机得运算能力。
二、机械原理课程设计得任务：
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得距离为160mm,凸轮以顺时针方向等速回转,摆杆得运动规律如表:
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与实际廓线，并标注全部尺寸（用A ２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:
在推程中，当主从动件角速度方向不同时取“－”号,相同时取“＋”号.
三、课程设计采用方法：
对于此次任务,要用图解法与解析法两种方法.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，图解法就是解析法得出发点与基础;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，可将两种方法所得得结果加以对照。
四、编写说明书:
1、设计题目(包括设计条件与要求）;
２、机构运动简图及设计方案得确定,原始数据；
3、机构运动学综合;
4、列出必要得计算公式，写出图解法得向量方程,写出解析法得数学
模型，计算流程与计算程序，打印结果；
5、分析讨论。
（二）从动件（摆杆）及滚子尺寸得确定
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得坐标:
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
在运动时得许用压力角为：[α］=35°～４5°
根据压力角公式：
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；此时摆杆得初始摆角:φ0≈12、429°
２、滚子半径r1得选择
我们用ρ1表示凸轮工作廓线得曲率半径，用ρ表示理论廓线得曲率半径、所以有ρ1=ρ±r１;为了避免发生失真现象，我们应该使ｐ得最小值大于0,即使ρ＞r1；另一方面,滚子得尺寸还受其强度,结构得限制，不能太小,通常我们取滚子半径;ｒ１＝（0、1~ 0、５）＊r０
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:(未标明得单位为mｍ）
ｄ1=120 o推程运动结束得凸轮总转角,其中(d1—d0)为推程角δ01 d2=160o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回程运动结束得凸轮总转角，其中（d3-d2）为回程角δ03
d4=３60o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得距离
ｒ0＝50 基圆半径
ｌ=１２0此处设摆动从动杆长度为120 mｍ
h=25 o从动杆得总角行程
w＝1 ｒaｄ/s 此处设凸轮角速度为1 rａｄ/ s
r r＝1０此处设滚子半径为１０
２、设计所求量：
f 摆动从动杆得角位移
v 摆动从动杆得角速度
a 摆动从动杆得角加速度
以凸轮得中心为原点,竖直与水平方向分别为x,ｙ轴，建立平面直角坐标系
x为凸轮轮廓得轨迹得x坐标点
y 为凸轮轮廓得轨迹得y坐标点
（四）摆杆得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=πhｗsｉｎ(πd/d1)/（２d1）摆杆角加速度:a=π2ｈw2cos(πδ/δ01)/（２δ01２)
即a=π2h w2ｃｏs（πd/d１)/（２d12)
②远休止过程:120o 摆杆角位移:ｆ=h 摆杆角速度:v=0 摆杆角加速度:ａ＝0 在推程与远休止过程中凸轮轮廓轨迹: x=r ｓiｎd—lｓｉn(ｄ+f+ｆ0 ) y＝ｒcosｄ—lcoｓ（d＋f +ｆ0）其中f０为摆杆得初始位置角 f０=ａｒｃos［（ｒ2+l2-ｒ0２)/2(rｌ)] ③回程过程：1６０ｏ＜d≤2７0o a.等加速回程阶段：160o 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 在回程与近休止过程中凸轮轮廓轨迹: x=r sin d—ｌsｉn（ｄ+f+f０） y=ｒcos d-l cos(d+f+f0) 其中f０为摆杆得初始位置角 f0=arcos［(r2+ｌ2—r02）/２（rｌ）］ （五）程序方框图 ? ＃i ＃ｉn main() ｛ double int ｎ； FILE f ｐ /* d=0； d0=5; d1=120 ｄ2= ｄ3＝2 ｄ4＝360； / pi=3、1４15９２６； r=16０； /*凸轮圆心到从动杆固定点得距离*/ r ０=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；／＊从动杆得角位移＊/ 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）； /＊确定得凸轮得轨迹x坐标*/ y=r＊cos（d＊ｐi/180)—l*ｃoｓ(pi＊(d+ｆ+f0)/1８0）; ／＊确定得凸轮得轨迹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；/*从动杆得角位移*／ ?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）; ／*确定得凸轮得轨迹ｘ坐标*/ｙ＝r*cos(d*pｉ/１80)—l*coｓ（pi＊(ｄ+f+f０）/1８0); /＊确定得凸轮得轨迹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））； /*从动杆得角位移*/?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); /＊确定得凸轮得轨迹x坐标＊/ ?y=ｒ*coｓ（d*pi/180)-ｌ*cos(pi*（d+f+f0）／1８０）; /＊确定得凸轮得轨迹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））；/*从动杆得角位移*/ 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\n ｘ=%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；/＊从动杆得角位移＊/ ??v=0; /＊从动杆得角速度*/ ?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)；?/＊关闭文件＊/ } } （七）程序计算结果及其分析 初始角：ｆ0=１2、４２9 ３45、000 0、000 0、0００0、00０－3６、0２9 34、6６9 ３５0、０00 0、000 0、0０0 0、0０0 -32、8７0 37、677 40、39９355、000 0、0００0、000 0、000 —２9、4６ １ 4２、812 360、０00 ０、０00 ０、000 0、000 －25、８2 ８ (八)凸轮机构示意简图 （九)心得体会 这就是我们步入大学之后得第一次做课程设计，虽然有些茫然与不知所措，但在老师得指导与同学得互相帮助下还就是按时完成了设计。这次课程设计让我体会很深,也学到了很多新东西。作为一名机械系,机械设计制造及自动化专业大三得学生,我觉得能做类似得课程设计就是十分有意义,而且就是十分必要得。 在已度过得大学时间里我们大多数接触得就是专业基础课。我们在课堂上掌握得仅仅就是专业基础课得理论面，如何去锻炼我们得实践面?如何把我们所学到得专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似得大作业就为我们提供了良好得实践平台。在做本次大作业得过程中,我感触最深得当数查阅大量得设计手册了.为了让自己得设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计手册就是十分必要得，同时也就是必不可少得。我们就是在作设计，但我们不就是艺术家.她们可以抛开实际,尽情在幻想得世界里翱翔,我们就是工程师,一切都要有据可依、有理可寻，不切实际得构想永远只能就是构想，永远无法升级为设计。 在这次课程设计中,充分利用了所学得机械原理知识，根据设计要求与运动分析，选用合理得分析方案,从而设计出比较合理得机构来。这次课程设计，不仅让我们把自己所学得知识运用到实际生活中去，设计一些对社会有用得机构,也让我们深刻体会到团体合作得重要性，因为在以后得学习与工作中,但靠我们自己个人得力量就是远远不够得，必须积聚大家得智慧，才能创造出令人满意得产品来. 创新也就是一个国家、一个社会、一个企业必不可少得，设计中得创新需要高度与丰富得创造性思维,没有创造性得构思,就没有产品得创新，产品也就不具有市场竞争性。在设计过程中，虽然我们得创新就是肤浅得，但我们在设计过程中发现了自己得不足,分析与解决问题得方法与能力不够强、还有在整个过程中我发现像我们这些学生最最缺少得就是经验没有感性得认识空有理论知识有些东西很可能 与实际脱节、总体来说我觉得做这种类型得作业对我们得帮助还就是很大得它需要我们将学过得相关知识都系统地联系起来从中暴露出自身得不足以待改进、有时候一个人得力量就是有限得合众人智慧我相信我们得作品会更完美! 这也锻炼了我们得能力，更指明了我们努力得方向; 这次课程设计也为我们以后得毕业设计打下了一个基础,我相信，经过这次设计，我们毕业设计得时候不再会象现在这么茫然了，也一定能做好它。 （十)参考书籍 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