凸轮机构设计大作业Word版.doc

传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！大作业（二）凸轮机构设计（题号：8）班 级： 姓 名 、学 号： 成 绩： 完 成 日 期： 目录1. 凸轮机构大作业题目22. 推杆运动规律及凸轮廓线方程33. 程序流程图34. 源程序 55. 计算结果146. 凸轮机构图167. 体会及建议198. 参考资料20一、凸轮机构大作业题目试用计算机辅助设计完成下列摆动滚子推杆盘形凸轮机构的设计，已知数据如下表所示，凸轮沿着逆时针方向做匀速转动。表1 凸轮机构的推杆运动规律推程运动规律正弦加速度运动回程运动规律等加速等减速运动表2 两种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A06060180180270270360B04545210210260260360C03030210210280280360表3 摆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机架长度lOA/mm摆杆长度lAB/mm滚子半径rr/mm推杆摆角许用压力角许用最小曲率半径amin12A156055102435700.3rrB207065142640700.3rrC22727568182845650.35rr要求：每组（每三人为一组，每人一题）至少打印出一份源程序，每人打印出原始数据；凸轮理论轮廓和实际轮廓的坐标值；推程和回程的最大压力角，以及出现最大压力角时凸轮的相应转角；凸轮实际轮廓曲线的最小曲率半径，以及相应的凸轮转角；和最后说确定的基圆半径。计算点数N=72120。绘出凸轮的理论轮廓和实际轮廓（可用计算机绘图）。二、推杆运动规律及凸轮廓线方程：推程（正弦加速度）：s=h(/0)-sin(2/0)/(2) 回程（等加速段）：s=h-2h2/02回程（等减速段）：s=2h(0-)2/02凸轮理论廓线方程：x=lOAsin-lABsin(+0) y=lOAcos-lABcos(+0)式中，0为推杆的初始位置角，其值为: 0=arccos三、程序流程图|>1？开始读入：r0，r0，rt，h或（），e或（lAB、lOA）1，2，3，4，1，2， amin，N计算：s0I=1计算：s，x，y，ds/d，dx/d，dy/d，x，y计算：r0= r0+r0r0= r0=r0是回程？|>2？选出1max及相应的凸轮转角1选出2max及相应的凸轮转角2计算：<0?|-rtamin？计算a选出|amin|及相应的凸轮转角aminI=I+1IN？打印：x，y，x，y，amin，amin，1max，1max，2max，2max， r0， s结束四、源程序clear；r0=22;%初选的基圆半径dr0=0.05;a=72;%机架长度L=68;%摆杆长度rr=18;%滚子半径fai=28*pi/180;%推杆摆角PI=3.141592653;alpha1=45;%许用压力角1alpha2=65;%许用压力角阿尔法2lambda=6.3;%许用最小曲率半径N=120;%取用点的个数delta1=180*pi/180;%推程凸轮最大转角delta2=70*pi/180; %远休凸轮最大转角delta3=80*pi/180;%回程凸轮最大转角delta4=30*pi/180;%近休凸轮最大转角alphamax1=0;% 推程最大压力角初值alphamax2=0; %回程最大压力角初值roumin=100; %凸轮最小曲率半径初值X=ones(1,121);Y=ones(1,121);XP=ones(1,121);YP=ones(1,121);FAI=ones(1,121);I=0;%初始化while(I<=N) F0=acos(a*a+L*L-r0*r0)/(2*a*L);delta=3*I*pi/180; if(delta<180*pi/180&delta>=0) %正弦推程 F0=acos(a*a+L*L-r0*r0)/(2*a*L); F=fai* (delta/delta1)-sin(2*pi*delta/delta1)/(2*pi); x=a*sin(delta)-L*sin(delta+F+F0); y= a*cos(delta)-L*cos(delta+F+F0); dF= fai*(1/delta1-cos(2*pi*delta/delta1)/delta1); ddF=fai*2*pi*sin(2*pi*delta/delta1)/(delta1*delta1);dx=a*cos(delta)-L*cos(delta+F+F0)*(1+dF);ddx=-a*sin (delta)+L* sin(delta+F+F0)*(1+dF)2-L*cos(delta+F+F0)*ddF; dy=-a*sin(delta)+L*sin(delta+F+F0)*(1+dF); ddy=-a*cos (delta)+L* cos(delta+F+F0)*(1+dF)2+ L*sin(delta+F+F0)*ddF; stheta=dx/sqrt(dx*dx+dy*dy); ctheta=-dy/sqrt(dx*dx+dy*dy); xp=x-rr*ctheta; yp=y-rr*stheta; alpha=atan(L*abs(dF)+(a*cos(F+F0)-L)/(a* sin(F+F0)*180/pi; alpha=abs(alpha); if (alpha>alphamax1) alphamax1=alpha; deltamax1=delta*180/pi; endendif(delta>=180*pi/180&delta<250*pi/180)%远休 F0=acos(a*a+L*L-r0*r0)/(2*a*L);F=fai; x=a*sin(delta)-L*sin(delta+F+F0); y= a*cos(delta)-L*cos(delta+F+F0); dF=0;ddF=0; dx=a*cos(delta)-L*cos(delta+F+F0)*(1+dF);ddx=-a*sin (delta)+L* sin(delta+F+F0)*(1+dF)2-L*cos(delta+F+F0)*ddF; dy=-a*sin(delta)+L*sin(delta+F+F0)*(1+dF); ddy=-a*cos (delta)+L* cos(delta+F+F0)*(1+dF)2+ L*sin(delta+F+F0)*ddF; stheta=dx/sqrt(dx*dx+dy*dy); ctheta=-dy/sqrt(dx*dx+dy*dy); xp=x-rr*ctheta; yp=y-rr*stheta; endif(delta>=250*pi/180&delta<290*pi/180)%等加速回程 F0=acos(a*a+L*L-r0*r0)/(2*a*L); F=fai-2*fai*(delta -250*pi/180)*(delta-250*pi/180)/(delta3*delta3); x=a*sin(delta)-L*sin(delta+F+F0); y=a*cos(delta)-L*cos(delta+F+F0); dF=-4*fai*(delta-250*pi/180)/(delta3*delta3); ddF=-4*fai/(delta3*delta3); dx=a*cos(delta)-L*cos(delta+F+F0)*(1+dF);ddx=-a*sin (delta)+L* sin(delta+F+F0)*(1+dF)2-L*cos(delta+F+F0)*ddF; dy=-a*sin(delta)+L*sin(delta+F+F0)*(1+dF); ddy=-a*cos (delta)+L* cos(delta+F+F0)*(1+dF)2+ L*sin(delta+F+F0)*ddF; stheta=dx/sqrt(dx*dx+dy*dy); ctheta=-dy/sqrt(dx*dx+dy*dy); xp=x-rr*ctheta; yp=y-rr*stheta; alpha=atan(L*abs(dF) -(a*cos(F+F0)-L)/(a* sin(F+F0) *180/pi;alpha=abs(alpha); if (alpha>alphamax2) alphamax2=alpha; deltamax2=delta*180/pi; end end if(delta>=290*pi/180&delta<330*pi/180)%等减速回程 F0=acos(a*a+L*L-r0*r0)/(2*a*L);F=2*fai*(delta3-(delta-250*pi/180)*(delta3-(delta-250*pi/180)/(delta3*delta3); dF=-4*fai*(delta3-(delta-250*pi/180)/(delta3*delta3); ddF=4*fai/(delta3*delta3);x=a*sin(delta)-L*sin(delta+F+F0); y=a*cos(delta)-L*cos(delta+F+F0); dx=a*cos(delta)-L*cos(delta+F+F0)*(1+dF);ddx=-a*sin (delta)+L* sin(delta+F+F0)*(1+dF)2-L*cos(delta+F+F0)*ddF; dy=-a*sin(delta)+L*sin(delta+F+F0)*(1+dF); ddy=-a*cos (delta)+L* cos(delta+F+F0)*(1+dF)2+ L*sin(delta+F+F0)*ddF; stheta=dx/sqrt(dx*dx+dy*dy); ctheta=-dy/sqrt(dx*dx+dy*dy); xp=x-rr*ctheta; yp=y-rr*stheta;alpha=atan(L*abs(dF)-(a*cos(F+F0)-L)/(a*sin(F+F0)*180/pi;alpha=abs(alpha); if (alpha>alphamax2) alphamax2=alpha; deltamax2=delta*180/pi; end end if(delta>=330*pi/180&delta<=360*pi/180) %近休 F0=acos(a*a+L*L-r0*r0)/(2*a*L); F=0; x=a*sin(delta)-L*sin(delta+F+F0); y=a*cos(delta)-L*cos(delta+F+F0); dF=0;ddF=0; dx=a*cos(delta)-L*cos(delta+F+F0)*(1+dF);ddx=-a*sin (delta)+L* sin(delta+F+F0)*(1+dF)2-L*cos(delta+F+F0)*ddF; dy=-a*sin(delta)+L*sin(delta+F+F0)*(1+dF); ddy=-a*cos (delta)+L* cos(delta+F+F0)*(1+dF)2+ L*sin(delta+F+F0)*ddF; stheta=dx/sqrt(dx*dx+dy*dy); ctheta=-dy/sqrt(dx*dx+dy*dy); xp=x-rr*ctheta; yp=y-rr*stheta; endif (alphamax1>alpha1)|(alphamax2>alpha2) %优化条件 r0=r0+dr0; I=0; alphamax1=0;alphamax2=0; continue endrou=(dx2+dy2)(3/2)/(dx*ddy-dy*ddx); %计算曲率半径if (rou<0)rou=-rou;if (rou-rr)<(0.35*rr) %优化条件 r0=r0+dr0; I=0; alphamax1=0;alphamax2=0; continue end if(rou<roumin) roumin=rou;deltamin=delta *180/pi; roumina=roumin-rr; endend X(I+1)=x; Y(I+1)=y; XP(I+1)=xp; YP(I+1)=yp; I=I+1;endfigure(1);axis equalhold ont=0:3:360;X_1=r0*cosd(t); %画基圆Y_1=r0*sind(t);X_2=rr*cosd(t)+X(10); %画滚子Y_2=rr*sind(t)+Y(10);plot(X_1,Y_1,m-,X,Y,:,XP,YP,k,X_2,Y_2,c-);legend(基圆,理论轮廓,实际轮廓);plot(0,0,ko); %固定凸轮点plot(X(10),Y(10),ko); %固定滚子点title(凸轮轮廓曲线图);xlabel(X/mm);ylabel(Y/mm);hold offdisp(推程最大压力角：);alphamax1disp(推程最大压力角相应转角：);deltamax1disp(回程最大压力角：);alphamax2disp(回程最大压力角相应转角：);deltamax2disp(凸轮最小曲率半径：);roumindisp(凸轮最小曲率半径相应转角：);rouminadisp(最后确定的凸轮基圆半径：);r0五、计算结果A组：推程最大压力角：alphamax1 =34.9492推程最大压力角相应转角：deltamax1 =45回程最大压力角：alphamax2 =46.7626回程最大压力角相应转角：deltamax2 = 255凸轮最小曲率半径：roumin =15.0000凸轮最小曲率半径相应转角：roumina =5.0000最后确定的凸轮基圆半径：r0 =19.7000B组：推程最大压力角：alphamax1 =24.2568推程最大压力角相应转角：deltamax1 = 177.0000回程最大压力角：alphamax2 = 51.9666回程最大压力角相应转角：deltamax2 = 291.0000凸轮最小曲率半径：roumin = 24.3000凸轮最小曲率半径相应转角：roumina =6.3000最后确定的凸轮基圆半径：r0 =32.8000C组：推程最大压力角：alphamax1 =24.2568推程最大压力角相应转角：deltamax1 = 177.0000回程最大压力角：alphamax2 = 51.9666回程最大压力角相应转角：deltamax2 = 291.0000凸轮最小曲率半径：roumin = 24.3000凸轮最小曲率半径相应转角：roumina =6.3000最后确定的凸轮基圆半径：r0 =32.8000六、凸轮机构图A组：B组：C组:七、体会及建议本次凸轮机构的设计，我们熟悉了解析法在机构设计中的应用，锻炼了编程能力。这次大作业用到了非常多的MATLAB编程知识，我们查阅了大量资料，也请教了不少同学，最后编出来程序实属不易。通过这次亲手设计实践，我们也认识到具体的操作远远比想象中的难，尤其是工程问题，涉及到方方面面的知识，这一点在以后的学习生活中也应该引起注意，注重细节才能做得更好。另外，大作业带给我们最大的好处就是我们更加熟悉凸轮的运动规律，这比起上课老师的讲解印象更深，因为加入了自己的思考和亲手设计，我们也能更加熟练地理解凸轮的设计实践，我想这是大作业带给我们最大的好处。 这次凸轮设计的大作业也引起了我们的思考，因为这实在是涉及到太多的编程知识，C语言、MATLAB等都可能用到，然而我们平常的教学过程中没有怎么教到这些知识，尤其是MATLAB，我们想学校应该给大家开设这样的课程，这对于同学们的科研能力和综合水平都是由很大提高和帮助的。八、参考资料孙桓 陈作模 葛文杰，等，机械原理【M】，8版，北京：高等教育出版社，2013苏金明，等，MATLAB高级编程【M】2版，电子工业出版社，2008