西工大机械原理大作业2凸轮机构作业.docx

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西工大机械原理大作业2凸轮机构作业

大作业

（二）

凸轮机构设计

（题号：

1-A）

班级___________

学号_________

姓名______________

成绩______________________

同组者_______

完成日期2014年1月2日

目录

1.题目及原始数据3

2.推杆的运动规律及凸轮廓线方程.3

3.计算程序4

4.计算结果及分析11

5.凸轮机构图13

6.体会与建议14

7.参考书14

8.附录15

凸轮机构设计

1.题目及原始数据

利用计算机辅助设计完成下列偏置式直动滚子推杆盘形构件（推杆的移动副导路位于凸轮盘回转中心右侧）或摆动滚子推杆盘形凸轮机构的设计，设计已知数据如下表所示，机构中凸轮沿着逆时针方向作匀速转动。

表1凸轮机构的从动件运动规律

直动推杆组题号

推程运动规律

回程运动规律

1

等加速等减速运动

余弦加速度运动

表2凸轮机构的推杆在近休、推程、远休及回程阶段的凸轮转角

题号

近休凸轮转角

推程凸轮转角

远休凸轮转角

回程凸轮转角

A

0゜～60゜

60゜～180゜

180゜～270゜

270゜～360゜

表3偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的已知参数

题号

初选基圆半径r0/mm

偏距e/mm

滚子半径rr/mm

推杆行程h/mm

许用压力角

许用最小曲率半径[ρamin]

[α1]

[α2]

A

15

+5

10

28

30゜

70゜

0.3rr

2.推杆的运动规律及凸轮廓线方程

推程：

等加速

等减速

远休:

回程:

余弦加速度运动

近休:

理论轮廓廓线方程

实际廓线方程

实际廓线方程

3.计算程序

①C语言计算坐标程序

#include

#include

#include

#definePI3.141592653

doublefact[72][2];

doubletheory[72][2];

intRevit_degree1[3]={120,165,180},Revit_degree2[3]={210,215,250},Revit_degree3[3]={300,

315,330};//已知参数

doubleRevit_h[3]={28,30,35},Revit_rb[3]={14,19,21};

doubleRevit_A1[3]={30,30,35},Revit_A2[3]={70,75,65};

doubleRevit_P[3]={13,18.2,24.3},Revit_e[3]={5,10,14};

doubleRevit_r[3]={10,14,18};

doubleb=1;

intk=0;//选择组别0-A1-B2-C

intang1=Revit_degree1[k],ang2=Revit_degree2[k],ang3=Revit_degree3[k];

doubleh=Revit_h[k],rb=Revit_rb[k];

doubleA1=Revit_A1[k]*PI/180,A2=Revit_A2[k]*PI/180;

doubler=Revit_r[k],e=Revit_e[k],P=Revit_P[k];

doubleSo;

doubleS（intI）

{

doubles;

doubleA;

doubleB;

if（I<=ang1/2）

{

A=I*PI/180;

B=ang1*PI/180;

s=2*h*pow（A/B,2）;

}

elseif（（I>ang1/2）&&（I<=ang1））

{

A=I*PI/180;

B=ang1*PI/180;

s=h-2*h*pow（（B-A）/B,2）;

}

elseif（I<=ang2）s=h;

elseif（I<=ang3）

{

A=（I-ang2）*PI/180;

B=（ang3-ang2）*PI/180;

s=h*（1+cos（PI*A/B））/2;

}

elses=0;

return（s）;

}

doubleds（intQ）

{

doubleA,B,C;

if（Q<=ang1/2）

{

A=Q*PI/180;

B=ang1*PI/180;

C=4*h*A/（B*B）;

}

elseif（（Q>ang1/2）&&（Q<=ang1））

{

A=Q*PI/180;

B=ang1*PI/180;

C=4*h*（B-A）/（B*B）;

}

elseif（Q<=ang2）C=0;

elseif（Q<=ang3）

{

A=（Q-ang2）*PI/180;

B=（ang3-ang2）*PI/180;

C=-PI*h*sin（PI*A/B）/（2*B）;

}

elseC=0;

returnC;

}

doubledss（intB3）

{

doubleA,B,C;

if（B3<=ang1/2）

{

A=B3*PI/180;

C=ang1*PI/180;

B=4*h/（C*C）;

}

elseif（B3>ang1/2&&B3<=ang1）

{

A=B3*PI/180;

C=ang1*PI/180;

B=-4*h/（C*C）;

}

elseif（B3<=ang2）B=0;

elseif（B3<=ang3）

{

A=（B3-ang2）*PI/180;

C=（ang3-ang2）*PI/180;

B=-PI*PI*h*cos（PI*A/C）/（2*C*C）;

}

elseB=0;

return（B）;

}

voidxy（intang）//计算点坐标

{

doubleA,B,C,E,F,dx,dy;

A=ang*PI/180;

B=S（ang）;

C=ds（ang）;

dx=（So+B）*cos（A）+sin（A）*（C-e）;

dy=-sin（A）*（So+B）+cos（A）*（C-e）;

E=-r*dy/sqrt（dx*dx+dy*dy）;

F=r*dx/sqrt（dx*dx+dy*dy）;

theory[ang/5][0]=（So+B）*sin（A）+e*cos（A）;

theory[ang/5][1]=（So+B）*cos（A）-e*sin（A）;

fact[ang/5][0]=theory[ang/5][0]-E;

fact[ang/5][1]=theory[ang/5][1]-F;

}

doublea（intB1）//计算压力角

{

doubleA,B;

A=sqrt（（ds（B1）-e）*（ds（B1）-e））;

B=S（B1）;

returnatan（A/（B+So））;

}

doublep（intB2）//计算曲率半径

{

doubledx,dy,dxx,dyy;

doubleA,B,C,D,E;

A=B2*PI/180;

B=ds（B2）;

C=S（B2）;

D=dss（B2）;

dx=（So+C）*cos（A）+sin（A）*B-e*sin（A）;

dy=-sin（A）*（So+C）+B*cos（A）-e*cos（A）;

dxx=-（C+So）*sin（A）+cos（A）*B+D*sin（A）+（C-e）*cos（A）;

dyy=-cos（A）*（So+C）+D*cos（A）-sin（A）*B+（e-B）*sin（A）;

E=sqrt（pow（dx*dx+dy*dy,3））/sqrt（pow（（dx*dyy-dxx*dy）,2））;

return（E）;

}

voidmain（）

{FILE*fp;

inti=0;

intk,h,l;

doubleangle1max=0,angle2max=0,pmin=1000;

if（（fp=fopen（"text.txt","w"））==NULL）

{

printf（"Cann'topenthisfile.\n"）;

exit（0）;

}

fprintf（fp,"理论坐标实际坐标\n"）;

fprintf（fp,"xyx'y'"）;

for（;i!

=360;）//选择基圆半径

{

rb=rb+b;

So=sqrt（rb*rb-e*e）;

for（i=0;i<=ang1;i=i+5）

{

if（a（i）>A1||p（i）

break;

}

if（ang1+5-i）continue;

for（i=ang1+5;i<=ang2;i=i+5）

{

if（p（i）

}

if（ang2+5-i）continue;

for（i=ang2+5;i<=ang3;i=i+5）

{

if（a（i）>A2||p（i）

break;

}

if（ang3+5-i）continue;

for（i=ang3+5;i<360;i=i+5）

{

if（p（i）

break;

}

}

for（i=0;i<360;i=i+5）//写入数组数据

{

xy（i）;

}

for（i=0;i<=ang1;i=i+5）//选择压力角及最小曲率半径

{

if（angle1max

{

angle1max=a（i）;

k=i;

}

if（pmin>p（i））

{

pmin=p（i）;

h=i;

}

}

for（i=ang2;i<=ang3;i=i+5）

{

if（angle2max

{

angle2max=a（i）;

l=i;

}

if（pmin>p（i））

{

pmin=p（i）;

h=i;

}

}

for（i=0;i<72;i++）

{

fprintf（fp,"\n"）;

{

fprintf（fp,"%12.3f\t%12.3f\t%12.3f\t%12.3f\t",theory[i][0],theory[i][1],fact[i][0],fact[i][1]）;

}

}

fclose（fp）;

printf（"理论坐标（x,y）"）;

printf（"实际坐标（x,y）"）;printf（"\n"）;

for（i=0;i<72;i++）

{

printf（"%f",theory[i][0]）;

printf（""）;

printf（"%f",theory[i][1]）;

printf（""）;

printf（"%f",fact[i][0]）;

printf（""）;

printf（"%f",fact[i][1]）;

printf（"\n"）;

}

printf（"基圆半径是:

%f\n",rb）;

printf（"推程最大压力角是:

%f\n",angle1max*180/PI）;

printf（"此时角度是是:

%d\n",k）;

printf（"回程最大压力角是:

%f\n",angle2max*180/PI）;

printf（"此时角度是是:

%d\n",l）;

printf（"最小曲率半径是:

%f\n",pmin）;

printf（"此时角度是:

%d\n",h）;

}

②Matlab绘图程序

x=[57.1249.24511.396.....];%理论廓线x

y=[24.495....];%理论廓线y

x1=[3.......];%实际廓线x

y1=[14.697....];%实际廓线y

ro=25%基圆半径

h=28%推程

rr=10%滚圆半径

holdon

text（ro+h+3,0,'X'）%标注横轴

text（0,ro+rr+3,'Y'）%标注纵轴

text（-5,5,'O'）%标注直角坐标系原点

title（'偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构设计'）%标注图形标题

plot（[-（ro+h）（ro+h）],[00],'k'）%横轴（黑色）

plot（[00],[-（ro+h）（ro+rr）],'k'）%纵轴（黑色）

ct=linspace（0,2*pi）;%画圆的极角变化范围plot（ro*cos（ct）,ro*sin（ct）,'b'）%基圆（蓝色）

plot（x,y,'r--'）

plot（x1,y1,'k'）

4.计算结果及分析

理论坐标X

理论坐标Y

实际坐标X‘

实际坐标Y‘

5

24.495

3

14.697

7.124

24.063

5.142

14.261

9.245

23.638

7.294

13.83

11.396

23.211

9.453

13.402

13.608

22.769

11.622

12.969

15.911

22.29

13.806

12.514

18.328

21.744

16.018

12.015

20.878

21.1

18.275

11.444

23.575

20.317

20.595

10.771

26.425

19.353

22.995

9.96

29.426

18.164

25.486

8.973

32.569

16.701

28.074

7.769

35.838

14.917

30.755

6.305

39.028

12.682

32.68

4.955

41.903

9.931

34.472

3.239

44.394

6.719

36.069

1.179

46.438

3.111

37.411

-1.193

47.985

-0.821

38.449

-3.831

48.995

-5

39.138

-6.684

49.438

-9.344

39.444

-9.692

49.297

-13.77

39.345

-12.792

48.567

-18.19

38.828

-15.918

47.254

-22.52

37.893

-19.002

45.375

-26.676

36.548

-21.977

42.962

-30.578

34.815

-24.779

40.133

-34.206

32.523

-27.719

36.999

-37.573

29.983

-30.448

33.584

-40.655

27.215

-32.945

29.913

-43.427

24.24

-35.192

26.014

-45.869

21.081

-37.171

21.917

-47.962

17.761

-38.867

17.654

-49.69

14.306

-40.267

13.256

-51.039

10.742

-41.36

8.757

-52

7.096

-42.139

4.192

-52.566

3.397

-42.597

-0.406

-52.731

-0.329

-42.731

-5

-52.495

-4.052

-42.54

-9.556

-51.859

-7.744

-42.025

-14.04

-50.829

-11.377

-41.19

-18.416

-49.412

-14.924

-40.042

-22.653

-47.619

-18.357

-38.589

-26.717

-45.463

-21.65

-36.842

-30.578

-42.962

-24.779

-34.815

-34.084

-39.959

-26.929

-32.973

-37.031

-36.353

-28.764

-30.726

-39.329

-32.258

-30.224

-28.122

-40.918

-27.807

-31.257

-25.227

-41.773

-23.146

-31.825

-22.12

-41.9

-18.417

-31.911

-18.895

-41.341

-13.761

-31.521

-15.649

-40.168

-9.299

-30.686

-12.475

-38.477

-5.134

-29.459

-9.455

-36.384

-1.338

-27.912

-6.651

-34.014

2.043

-26.122

-4.098

-31.495

5

-24.167

-1.805

-28.948

7.552

-22.113

0.252

-26.48

9.746

-20.003

2.128

-24.178

11.655

-17.854

3.908

-22.101

13.365

-15.661

5.715

-20.28

14.973

-13.429

7.689

-18.713

16.578

-11.228

9.947

-17.197

18.145

-10.318

10.887

-15.55

19.575

-9.33

11.745

-13.785

20.856

-8.271

12.514

-11.915

21.978

-7.149

13.187

-9.954

22.933

-5.972

13.76

-7.917

23.713

-4.75

14.228

-5.82

24.313

-3.492

14.588

-3.679

24.728

-2.208

14.837

-1.51

24.954

-0.906

14.973

0.671

24.991

0.402

14.995

2.846

24.837

1.708

14.902

分析：

基圆半径是:

25

推程最大压力角是:

29.4534

此时角度是是:

60

回程最大压力角是:

42.8902

此时角度是是:

265

最小曲率半径是:

20.9250

此时角度是:

300

VC程序运行结果：

5.凸轮机构图

6.体会及建议

在解决大作业过程中不仅仅让自己更熟悉课本知识同时使得自己重温C语言让自己更加熟练与程序的设计，提高了自己的逻辑运用能力，这种对运行的机构的认识，我相信对以后的理论知识求解也有帮助。

对于下一次的工程设计也充满了信心。

通过对凸轮机构的编程设计：

（1）熟悉了推杆的运动规律特别是等加速等减速和余弦加速度运动规律；

（2）掌握了已知推杆运动规律用解析法对凸轮轮廓曲线的进行设计的方法以及设计时应该注意的各个性能要求；

（3）通过matlab编程实现了凸轮轮廓线的绘制。

7.参考书

[1]孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理[M].8版.北京：

高等教育出版社,2013

[2]谭浩强．C语言程序设计．北京：

清华大学出版社,2007

[3]孙蓬.Matlab基础教程.北京：

清华大学出版社,2011

附录程序框图