直动从动件盘形凸轮机构设计说明书.pdf

1、机械原理大作业二直动从动件盘形凸轮机构设计任务书课 程 名 称 ： 机 械 原 理设 计 题 目 ： 盘 形 凸 轮 机 构 设 计 （ 20）院 系 ： 机 电 工 程 学 院班 级 ： 1508104设 计 者 ： 关 宇 珩学 号 ： 1150810423指 导 教 师 ： 陈 明设 计 时 间 ： 2017.6.15哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 设 计 制 造哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大 作 业目 录一 凸 轮 设 计 要 求 1二 凸 轮 轮 廓 设 计 数 学 模 型 3三 计 算 流 程 框 图 4四 matlab 程 序 5五 计 算 结 果 与 分 析

2、 10哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大 作 业1一 凸 轮 设 计 要 求哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大 作 业2哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大 作 业3二 凸 轮 轮 廓 设 计 数 学 模 型1.确 定 凸 轮 偏 心 距 与 基 圆 半 径 （ mm）通 过 matlab 对 已 给 s 方 程 求 导 ， 通 过 许 用 压 力 角 做 斜 率 已 知 的 直 线 ， 找 出 其 与 线 图 的切 线 ， 并 找 出 切 线 的 y 轴 截 距 。由 于 最 大 截 距 绝 对 值 为 65， 则 取 偏 心 距 3/56e ， 基 圆 半

3、 径 12/385r0 ， 滚 子 半 径3/28r 。 计 算 2200 e-rs 。2.建 立 压 力 角 方 程已 知 方 程 ： ss e-d/dsarctan0 分 段 代 入 s 方 程 ， 计 算 升 程 和 回 程 的 压 力 角 。3.建 立 凸 轮 轮 廓 线 的 坐 标 方 程已 知 凸 轮 轴 心 在 从 动 件 左 方 。建 立 方 程 （ 理 论 轮 廓 线 ） ： ecossinssx 0 ； esin-cosssy 0 ；建 立 方 程 （ 外 包 络 实 际 轮 廓 线 ） ： 22 d/dyd/dx d/dyrxX ； 22 d/dyd/dx d/dxr-y

4、Y ；4.建 立 曲 率 方 程哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大 作 业4已 知 方 程 ： 2/3222 dx/dy1 dx/ydk ；k/1R 通 过 参 数 方 程 的 求 导 方 法 建 立 R 的 方 程 。三 计 算 流 程 框 图设 时 间 为 未 知 量对 s， v， a 方 程 求 导 ， 绘 制 位 移 、 速 度 、加 速 度 和 d/ds s 线 图利 用 许 用 压 力 角 做 已 知 斜 率 曲 线 ， 寻 找 与 d/ds s线 图 相 交 的 y 轴 截 距 绝 对 值 最 大 的 直 线 为 切 线 ， 取 偏心 距 e、 基 圆 半 径 r0、

5、 滚 子 半 径建 立 压 力 角 方 程建 立 理 论 轮 廓 线 和 实 际 轮 廓 线 的 坐 标 方程哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大 作 业5四 matlab 程 序syms phi xPhi_0 =4 *pi/9 ;%推 程 运 动 角Phi_1 =pi/3 ;%回 程 运 动 角Phi_s0 =5 /9 *pi;%远 休 止 角Phi_s1 =2 /3 *pi;%近 休 止 角h=3 5 ;alpha_0 =7 /3 6 *pi;alpha_1 =7 /1 8 *pi;omiga=pi/4 ;e=5 6 /3 ;r0 =3 8 5 /1 2 ;r=2 8 /3 ;s

6、0 =sqrt(r0 2 -e2 );s_0 =h*(phi/Phi_0 -sin(2 *pi*phi/Phi_0 )/(2 *pi);v_0 =h*omiga/Phi_0 *(1 -cos(2 *pi*phi/Phi_0 );a_0 =2 *pi*h*omiga2 /Phi_0 2 *sin(2 *pi*phi/Phi_0 );s_1 =h*(1 -1 0 *(phi-Phi_0 -Phi_s0 )/Phi_1 )3 +1 5 *(phi-Phi_0 -Phi_s0 )/Phi_1 )4 -6 *(phi-Phi_0 -Phi_s0 )/Phi_1 )5 );v_1 =-h*omiga/Ph

7、i_1 *(3 0 *(phi-Phi_0 -Phi_s0 )/Phi_1 )2 -6 0 *(phi-Phi_0 -Phi_s0 )/Phi_1 )3 +3 0 *(phi-Phi_0 -Phi_s0 )/Phi_1 )4 );a_1 =-h*omiga2 /Phi_1 2 *(6 0 *(phi-Phi_0 -Phi_s0 )/Phi_1 )-1 8 0 *(phi-Phi_0 -Phi_s0 )/Phi_1 )2 +1 2 0 *(phi-Phi_0 -Phi_s0 )/Phi_1 )3 );d_s0 =diff(s_0 );d_s1 =diff(s_1 );b0 =s_0 -d_s0

8、*tan(pi/2 -alpha_0 );b1 =s_1 +d_s1 *tan(pi/2 -alpha_1 );建 立 曲 率 半 径 方 程以 1 为 间 隔 在 360 度 中 取 361 个 计 数 点 ， 方程 代 入 数 值 ， 绘 图哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大 作 业6Alpha_0 =atan(abs(d_s0 -e)/(s_0 +s0 );Alpha_1 =atan(abs(d_s1 -e)/(s_1 +s0 );x_0 =(s0 +s_0 )*sin(phi)+e*cos(phi);y_0 =(s0 +s_0 )*cos(phi)-e*sin(phi);x

9、_s0 =(s0 +subs(s_0 ,phi,Phi_0 )*sin(phi)+e*cos(phi);y_s0 =(s0 +subs(s_0 ,phi,Phi_0 )*cos(phi)-e*sin(phi);x_1 =(s0 +s_1 )*sin(phi)+e*cos(phi);y_1 =(s0 +s_1 )*cos(phi)-e*sin(phi);x_s1 =(s0 +subs(s_1 ,phi,4 /3 *pi)*sin(phi)+e*cos(phi);y_s1 =(s0 +subs(s_1 ,phi,4 /3 *pi)*cos(phi)-e*sin(phi);X_0 =x_0 +r*d

10、iff(y_0 )/sqrt(diff(x_0 )2 +diff(y_0 )2 );Y_0 =y_0 -r*diff(x_0 )/sqrt(diff(x_0 )2 +diff(y_0 )2 );X_s0 =x_s0 +r*diff(y_s0 )/sqrt(diff(x_s0 )2 +diff(y_s0 )2 );Y_s0 =y_s0 -r*diff(x_s0 )/sqrt(diff(x_s0 )2 +diff(y_s0 )2 );X_1 =x_1 +r*diff(y_1 )/sqrt(diff(x_1 )2 +diff(y_1 )2 );Y_1 =y_1 -r*diff(x_1 )/sqrt(

11、diff(x_1 )2 +diff(y_1 )2 );X_s1 =x_s1 +r*diff(y_s1 )/sqrt(diff(x_s1 )2 +diff(y_s1 )2 );Y_s1 =y_s1 -r*diff(x_s1 )/sqrt(diff(x_s1 )2 +diff(y_s1 )2 );phi_0 =0 :pi/1 8 0 :Phi_0 ;phi_1 =pi:pi/1 8 0 :4 /3 *pi;phi_s0 =Phi_0 :pi/1 8 0 :pi;phi_s1 =4 /3 *pi:pi/1 8 0 :2 *pi;S_0 =subs(s_0 ,phi,phi_0 );S_1 =subs

12、(s_1 ,phi,phi_1 );S_s0 =ones(1 ,1 0 1 ).*subs(s_0 ,phi,Phi_0 );S_s1 =ones(1 ,1 2 1 ).*subs(s_1 ,phi,4 /3 *pi);V_0 =subs(v_0 ,phi,phi_0 )./7 .5 2 0 0 7 2 ;V_1 =subs(v_1 ,phi,phi_1 )./7 .5 2 0 0 7 2 ;V_s0 =zeros(1 ,1 0 1 );V_s1 =zeros(1 ,1 2 1 );A_0 =subs(a_0 ,phi,phi_0 )./2 1 .5 4 3 4 2 ;A_1 =subs(a_

13、1 ,phi,phi_1 )./2 1 .5 4 3 4 2 ;A_s0 =zeros(1 ,1 0 1 );A_s1 =zeros(1 ,1 2 1 );d_S0 =subs(d_s0 ,phi,phi_0 )./6 .2 6 6 7 2 5 9 9 ;d_S1 =subs(d_s1 ,phi,phi_1 )./6 .2 6 6 7 2 5 9 9 ;S_0 0 =S_0 ./3 .5 ;S_1 1 =S_1 ./3 .5 ;b_0 =min(subs(b0 ,phi,phi_0 );b_1 =min(subs(b1 ,phi,phi_1 );哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大

14、作 业7y0 =x*tan(pi/2 -alpha_0 )+b_0 ;y1 =-x*tan(pi/2 -alpha_1 )+b_1 ;y2 =-x*tan(pi/2 -alpha_0 );X1 =-5 4 :6 :5 4 ;X2 =0 :6 :5 4 ;Y0 =subs(y0 ,x,X1 )./3 .5 ;Y1 =subs(y1 ,x,X1 )./3 .5 ;Y2 =subs(y2 ,x,X2 )./3 .5 ;X1 =X1 ./6 .2 6 6 7 2 5 9 9 ;X2 =X2 ./6 .2 6 6 7 2 5 9 9 ;Alpha_0 0 =subs(Alpha_0 ,phi,phi_0

15、 )./pi.*1 8 0 ;Alpha_1 1 =subs(Alpha_1 ,phi,phi_1 )./pi.*1 8 0 ;Alpha_s0 =ones(1 ,1 0 1 ).*subs(Alpha_0 ,phi,Phi_0 )./pi.*1 8 0 ;Alpha_s1 =ones(1 ,1 2 1 ).*subs(Alpha_1 ,phi,4 /3 *pi)./pi.*1 8 0 ;x_0 0 =double(subs(x_0 ,phi,phi_0 );y_0 0 =double(subs(y_0 ,phi,phi_0 );x_S0 =double(subs(x_s0 ,phi,phi_

16、s0 );y_S0 =double(subs(y_s0 ,phi,phi_s0 );x_1 1 =double(subs(x_1 ,phi,phi_1 );y_1 1 =double(subs(y_1 ,phi,phi_1 );x_S1 =double(subs(x_s1 ,phi,phi_s1 );y_S1 =double(subs(y_s1 ,phi,phi_s1 );X_0 0 =subs(X_0 ,phi,phi_0 ).*1 2 ./7 ;Y_0 0 =subs(Y_0 ,phi,phi_0 ).*1 2 ./7 ;X_S0 =subs(X_s0 ,phi,phi_s0 ).*1 2

17、 ./7 ;Y_S0 =subs(Y_s0 ,phi,phi_s0 ).*1 2 ./7 ;X_1 1 =subs(X_1 ,phi,phi_1 ).*1 2 ./7 ;Y_1 1 =subs(Y_1 ,phi,phi_1 ).*1 2 ./7 ;X_S1 =subs(X_s1 ,phi,phi_s1 ).*1 2 ./7 ;Y_S1 =subs(Y_s1 ,phi,phi_s1 ).*1 2 ./7 ;for i = 1 :1 :3 6 1if(i=7 5 else r(1 ,i)=r(1 ,2 3 9 )/2 ;endendPHI_0 =phi_0 ./pi.*1 8 0 ;PHI_1 =

18、phi_1 ./pi.*1 8 0 ;PHI_s0 =phi_s0 ./pi.*1 8 0 ;PHI_s1 =phi_s1 ./pi.*1 8 0 ;PHI=0 :1 :3 6 0 ;figure(1 )subplot(2 ,2 ,1 );plot(PHI_0 ,S_0 );set(gca,xtick,0 :1 5 :3 6 0 );set(gca,ytick,0 :3 .5 :3 8 .5 );axis(0 ,3 6 0 ,0 ,3 8 .5 );xlabel(凸 轮 转 角 （ o） );ylabel(位 移 （ mm） );title(从 动 件 位 移 曲 线 图 );hold on;

19、plot(PHI_1 ,S_1 );plot(PHI_s0 ,S_s0 );plot(PHI_s1 ,S_s1 );hold off;grid onsubplot(2 ,2 ,2 );plot(PHI_0 ,V_0 );set(gca,xtick,0 :1 5 :3 6 0 );set(gca,ytick,-9 :1 :9 );axis(0 3 6 0 -9 9 );xlabel(凸 轮 转 角 （ o） );ylabel(速 度 （ *7 .5 2 0 0 7 2 mm s-1 ） );title(从 动 件 速 度 曲 线 图 );hold on;plot(PHI_1 ,V_1 );哈 尔

20、 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大 作 业9plot(PHI_s0 ,V_s0 );plot(PHI_s1 ,V_s1 );hold off;grid onsubplot(2 ,2 ,3 );plot(PHI_0 ,A_0 );set(gca,xtick,0 :1 5 :3 6 0 );set(gca,ytick,-9 :1 :9 );axis(0 3 6 0 -9 9 );xlabel(凸 轮 转 角 （ o） );ylabel(加 速 度 （ *2 1 .5 4 3 4 2 mm s-2 ） );title(从 动 件 加 速 度 曲 线 图 );hold on;plot(PHI_1

21、 ,A_1 );plot(PHI_s0 ,A_s0 );plot(PHI_s1 ,A_s1 );hold off;grid onfigure(2 )plot(d_S0 ,S_0 0 );set(gca,xtick,-1 1 :1 :1 1 );set(gca,ytick,-2 0 :1 :1 1 );axis(-1 1 ,1 1 ,-2 0 ,1 1 );xlabel(ds/dphi);ylabel(s（ phi） );title(ds/dphi s 图 );hold on;plot(d_S1 ,S_1 1 );hold on;plot(X1 ,Y0 );hold on;plot(X1 ,Y1

22、 );hold on;plot(X2 ,Y2 );hold off;grid onfigure(3 )plot(PHI_0 ,Alpha_0 0 );set(gca,xtick,0 :2 0 :3 6 0 );set(gca,ytick,-9 0 :1 0 :9 0 );axis(0 ,3 6 0 ,-9 0 ,9 0 );xlabel(凸 轮 转 角 （ o） );ylabel(压 力 角 （ o） );hold on;plot(PHI_1 ,Alpha_1 1 );hold on;plot(PHI_s0 ,Alpha_s0 );hold on;plot(PHI_s1 ,Alpha_s1 )

23、;hold on;plot(PHI,r);hold off;grid onfigure(4 )plot(X_0 0 ,Y_0 0 );set(gca,xtick,-1 3 0 :1 0 :1 3 0 );set(gca,ytick,-1 5 0 :1 0 :8 0 );axis(-1 3 0 ,1 3 0 ,-1 2 0 ,8 0 );哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大 作 业1 0title(凸 轮 实 际 轮 廓 线 );hold on;plot(X_S0 ,Y_S0 );hold on;plot(X_1 1 ,Y_1 1 );hold on;plot(X_S1 ,Y_S1 )

24、;hold on;plot(x_0 0 ,y_0 0 );hold on;plot(x_S0 ,y_S0 );hold on;plot(x_1 1 ,y_1 1 );hold on;plot(x_S1 ,y_S1 );hold on;hold off;grid on五 计 算 结 果 与 分 析图 1哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大 作 业1 1图 2图 3哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大 作 业1 2图 4图 5哈 尔 滨 工 业 大 学 机 械 原 理 大 作 业1 3图 6通 过 分 析 图 像 ， 可 以 知 道 凸 轮 的 升 程 和 回 程 时 由 于 分 别 采 用 了 正 弦 规 律 和 3-4-5 多 项 式规 律 ， 所 以 整 个 运 动 过 程 中 从 动 件 速 度 和 加 速 度 无 突 变 ， 避 免 了 刚 性 冲 击 和 柔 性 冲 击 ， 适 用于 高 速 运 动 场 合 。