单缸四冲程柴油机凸轮机构设计

目录

1，设计任务及要求 (1)

2，设计思想及数学模型的建立 (2)

3，程序框图 (6)

4，程序清单及运行结果 (7)

5，总结 (18)

6，参考文献 (18)

一、设计任务及要求

机械原理课程设计任务书（六）

姓名XXX 专业机械电子工程班级机电XX-X 学号XX

一、设计题目：单缸四冲程柴油机凸轮机构设计

二、系统简图：

1）计算从动件位移和速度。绘制线图（坐标纸或计算机绘制）。

2）用计算机语言按照许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，选滚子半径，画凸轮的实际轮廓曲线，并按比例绘出机构运动简图（A2图纸）。

3）编写出计算说明书。

指导教师：YYY YY

开始日期：XX年XX月XX日

完成日期：XX年XX 月XX日。

二、设计过程及数学模型的建立

2．1、设计思想

1） 首先，任取一个基圆半径r0，计算出位移s 、速度v 、

加速度a,画出位移s 、速度v 、加速度a 随旋转角δ变化的曲线图；其次，把圆周分为72等份，算出静态时的凸轮理论和实际轮廓线各点坐标值，将其分别放入x[]、y[]、xx[]、yy[]数组中；然后，再利用坐标旋转（x=x*cos θ+y*sin θ；y=x*sin θ-y*cos θ），从而模拟出凸轮的运动。

2．2基圆半径选择

因为基圆半径r0≥35mm ，所以选基圆半径r0=40mm 。

2．3数学模型

推程时：

等加速：0≤δ≤5π/36

φ

δ2

2

2h

s =

，

φ

ωδ

2

4h v =

，

φ

ω

2

2

h 4=

a

等减速：5π/36≤δ≤5π/18

()

φ

δφ2

2

2--

=h h s ，φ

δφω2

)

(4-=

h v ，φ

ω2

2

4h a -

=

远休止：

s=h ， v=0， a=0 回程时：

等加速：0≤δ≤5π/36

′

2

2

2-

φδh h s =，'

-

=φωδ

2

4h v ，

'

-

=φω

2

4h a

等减速：5π/36≤δ≤5π/18

()

'

-'=

φδφ2

22h s ，

()

'

-'-

=φδφω2

4h v ，'

=

φω2

24h

a 近休止：

s=0， v=0， a=0 如图所示，已知从动件运动规律为s=s （δ），基圆半径为r0，滚子半径为Rt ，

偏

心距为e ，设计盘行凸轮机构。

如图，选取xOy 坐标系，B0点为凸轮轮廓线起点。开始时滚子中心处于B0点处，当凸轮转过δ角度时，推杆位移为s 。由反转法作图可看出，此时滚子中心处于B 点，其坐标为 x=(r0+s)sin δ, y=(r0+s)cos δ（1） 即凸轮的理论轮廓线方程。

因为实际轮廓线与理论轮廓线为等距线，即法向距离处处相等，都为滚子半径Rt 。故将理论轮廓线上的点沿法向内侧移动距离Rt ，即得实际轮廓线上的点B ′（x ′，y ′）。由高等数学知，理论轮廓线B 点处法线nn 的斜率（与切线斜率互为负倒数）应为

θθ

δ

δθcos sin tan =

==d dy d dx

－dy

dx －（2）

根据（1）式子有

()δ++δδ

=δcos s r sin d ds

d dx o （3） ()δ+-δδ

=δsin s r cos d ds

d dy 0 (3)

可得

2

2

d dy d dx d dx sin ??

? ??δ+??? ??δ?

?

?

??δ=θ （4）

?

?

? ??δ??

? ??δ+?

?

?

??δ-=θd dx d dy 2

2

d dy cos （4）

实际轮廓线上对应点B ′(x ′,y ′)的坐标为

θ

-='COS r x x T （5）

θ

-='sin r y y T

三、程序框图

凸轮工作一周时，δ从0到2π变化，每一个δ对应一个轮廓上的点，所以有无穷多点，计算机编程时不能都计算出来，只能计算出有限多个点，首先应将0到2π离散为N 个点，δi=2π/N,(I=0,1,2……，N-1)，N 越大，则精度越高。

四、程序清单及运行结果

#include

#include

#include

#include

#include

#define p 3.1415926

#define h 20

#define r0 40.0

#define rt 10.0

int plot(s,x,y,xx,yy)

float s[75],x[75],y[75],xx[75],yy[75];

{ int i,j,n=73,gd=DETECT,gmode=0,linestyle,k; float dt;

initgraph(&gd,&gmode,"c:\\tc");

for(k=0;k<3;k++)

{ for(j=0;j

{ delay(1000);

dt=1.0/36.0*p*j;

cleardevice();

setlinestyle(2,4,1);

line(200,250,400,250);

line(300,150,300,350);

setlinestyle(0,4,1);

setcolor(4);

circle(2*(x[0])+300,2*(-y[0])+250-2*s[j],2*10);

line(2*(x[0])+300,150,2*(x[0])+300,40*(-y[0])+25040*s[j]);

setcolor(1);

setcolor(11);

circle(300,250,2*40);

moveto(2*(xx[0]*cos(dt)+yy[0]*sin(-dt))+300,2*(-(yy[0]*cos(dt)-xx[0]*sin (-dt)))+250);

setcolor(4);

for(i=0;i

{

lineto(2*(xx[i]*cos(dt)+yy[i]*sin(dt))+300,2*(yy[i]*cos(dt)-xx[i]*sin(-dt))+2 50);

}

moveto(2*(x[0]*cos(dt)+y[0]*sin(-dt))+300,2*(-(y[0]*cos(dt)-x[0]*sin(-dt)) )+250);

setcolor(5);

for(i=0;i

{

lineto(2*(x[i]*cos(dt)+y[i]*sin(-dt))+300,2*(-(y[i]*cos(dt)-x[i]*sin(-dt)))+25 0);

}

moveto(2*(x[0]*cos(dt)+y[0]*sin(-dt))+300,2*(-(y[0]*cos(dt)-x[0]*sin(-dt)) )+250);

}

}

getch();}

main()

{ int gd=DETECT,gm;

int i,j,mm;

float

s[75],t1,x[75],y[75],dx[75],dy[75],xx[75],yy[75],si[75],co[75],v[75],a[75],w= 0.5;

initgraph (&gd,&gm,"");

t1=0.0;

for(i=0;i<6;i++)

{ s[i]=2*h*t1*t1/((5*p/18)*(5*p/18));

x[i]=(r0+s[i])*sin(t1);

y[i]=(r0+s[i])*cos(t1);

dx[i]=(4*h*t1/((5*p/18)*(5*p/18)))*sin(t1)+(r0+s[i])*cos(t1);

dy[i]=(4*h*t1/((5*p/18)*(5*p/18)))*cos(t1)-(r0+s[i])*sin(t1);

si[i]=dx[i]/sqrt(dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]);

co[i]=-dy[i]/sqrt(dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]);

xx[i]=x[i]-rt*co[i];

yy[i]=-(y[i]-rt*si[i]);

v[i]=4*h*w*t1/((5*p/18)*(5*p/18));

a[i]=4*h*w*w/((5*p/18)*(5*p/18));

t1=t1+1.0/36.0*p;

}

for(i=6;i<11;i++)

{ s[i]=h-2*h*(5*p/18-t1)*(5*p/18-t1)/((5*p/18)*(5*p/18));

x[i]=(r0+s[i])*sin(t1);

y[i]=(r0+s[i])*cos(t1);

dx[i]=(4*h*(5*p/18-t1)/((5*p/18)*(5*p/18)))*sin(t1)+(r0+s[i])*cos(t1);

dy[i]=(4*h*(5*p/18-t1)/((5*p/18)*(5*p/18)))*cos(t1)-(r0+s[i])*sin(t1);

si[i]=dx[i]/sqrt(dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]);

co[i]=-dy[i]/sqrt(dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]);

xx[i]=x[i]-rt*co[i];

yy[i]=-(y[i]-rt*si[i]);

v[i]=4*h*w*(5*p/18-t1)/((5*p/18)*(5*p/18));

a[i]=-4*h*w*w/((5*p/18)*(5*p/18));

t1=t1+1.0/36.0*p;

}

for(i=11;i<13;i++)

{ s[i]=h;

x[i]=(r0+s[i])*sin(t1);

y[i]=(r0+s[i])*cos(t1);

dx[i]=(r0+s[i])*cos(t1);

dy[i]=-(r0+s[i])*sin(t1);

si[i]=dx[i]/sqrt(dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]);

co[i]=-dy[i]/sqrt(dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]);

xx[i]=x[i]-rt*co[i];

yy[i]=-(y[i]-rt*si[i]);

v[i]=0;

a[i]=0;

t1=t1+1.0/36.0*p;

}

for(i=13;i<18;i++)

{ s[i]=h-2*h*(t1-p/3)*(t1-p/3)/((5*p/18)*(5*p/18));

x[i]=(r0+s[i])*sin(t1);

y[i]=(r0+s[i])*cos(t1);

dx[i]=(-4*h*(t1-p/3)/((5*p/18)*(5*p/18)))*sin(+t1)+(r0+s[i])*cos(t1);

dy[i]=(-4*h*(t1-p/3)/((5*p/18)*(5*p/18)))*cos(t1)-(r0+s[i])*sin(t1);

si[i]=dx[i]/sqrt(dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]);

co[i]=-dy[i]/sqrt(dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]);

xx[i]=x[i]-rt*co[i];

yy[i]=-(y[i]-rt*si[i]);

v[i]=-4*h*w*(t1-p/3)/((5*p/18)*(5*p/18));

a[i]=-4*h*w*w/((5*p/18)*(5*p/18));

t1=t1+1.0/36.0*p;

}

for(i=18;i<23;i++)

{ s[i]=2*h*(5*p/18-t1+p/3)*(5*p/18-t1+p/3)/((5*p/18)*(5*p/18));

x[i]=(r0+s[i])*sin(t1);

y[i]=(r0+s[i])*cos(t1);

dx[i]=(-4*h*(11*p/18-t1)/((5*p/18)*(5*p/18)))*sin(t1)+(r0+s[i])*cos(t1); dy[i]=(-4*h*(11*p/18-t1)/((5*p/18)*(5*p/18)))*cos(t1)-(r0+s[i])*sin(t1);

si[i]=dx[i]/sqrt(dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]);

co[i]=-dy[i]/sqrt(dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]);

xx[i]=x[i]-rt*co[i];

yy[i]=-(y[i]-rt*si[i]);

v[i]=-4*h*w*(5*p/18-t1+p/3)/((5*p/18)*(5*p/18));

a[i]=4*h*w*w/((5*p/18)*(5*p/18));

t1=t1+1.0/36.0*p;

}

for(i=23;i<73;i++)

{

s[i]=0.0;

x[i]=(r0+s[i])*sin(t1);

y[i]=(r0+s[i])*cos(t1);

dx[i]=(r0+s[i])*cos(t1);

dy[i]=-(r0+s[i])*sin(t1);

si[i]=dx[i]/sqrt(dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]);

co[i]=-dy[i]/sqrt(dx[i]*dx[i]+dy[i]*dy[i]);

xx[i]=x[i]-rt*co[i];

yy[i]=-(y[i]-rt*si[i]);

v[i]=0;

a[i]=0;

t1=t1+1.0/36.0*p;

}

j=0;

printf("s(mm) v(s/m) a(s/m/m)");

for(i=0;i<32;i++)

{

if(j%16==0)

{ printf("\n");getch();}

printf("s[%d]=%4.2f v[%d]=%5.2f a[%d]=%5.2f\n",i,s[i],i,v[i],i,a[i]);

j++;

}

getch();

clearviewport();

for(i=0;i<72;i++)

{ line(100+i*5,150-s[i]*6,100+(i+1)*5,150-s[i+1]*6);

line(100+i*5,250-v[i]*2,100+(i+1)*5,250-v[i+1]*2);

}

for(i=0;i<5;i++)

line(100+i*5,420-a[i],100+(i+1)*5,420-a[i+1]);

line(125,420-a[5],125,420-a[6]);

line(125,420-a[6],130,420-a[6]);

for(i=6;i<10;i++)

line(100+(i)*5,420-a[i],100+(i+1)*5,420-a[i+1]);

line(150,420-a[10],150,420);

line(150,420,165,420-a[12]);

line(165,420,165,420-a[13]);

line(165,420-a[13],170,420-a[14]);

for(i=13;i<17;i++)

line(100+i*5,420-a[i],100+(i+1)*5,420-a[i+1]);

line(185,420-a[17],185,420-a[18]);

line(185,420-a[18],190,420-a[18]);

for(i=18;i<22;i++)

line(100+(i)*5,420-a[i],100+(i+1)*5,420-a[i+1]);

line(210,420-a[22],210,420);

line(210,420,215,420);

for(i=23;i<72;i++)

line(100+i*5,420-a[i],100+(i+1)*5,420-a[i+1]); line(90,150,400,150);

line(90,250,400,250);

line(90,420,400,420);

line(100,10,100,450);

delay(30000);getch();

plot(s,x,y,xx,yy);getch();

getch();

closegraph();

}

五、总结

通过这一个星期的课程设计，我对所要完成的任务有了比较深刻的认识，也进一步加深和巩固了所学的相关知识。

我的任务是柴油机凸轮机构的设计，因此我首先把与凸轮机构相关的内容复习了一遍，把设计的整个流程先大致搞清楚。

课程设计要讲有关的内容都要看了，我先把有关要求与问题弄明白，然后再构思设计思想，建立数学模型。在建立数学模型时，由于公式计算较复杂，因此大量借助了计算机来完成运算；我觉得对于对心直动滚子推杆来说，建立极坐标系更容易找出实际廓线的方程式并求解。对于滚子半径的选择与确定，我也产生了一些疑惑，不过最终还是明白了具体的方法。以上工作完成之后，就是编程了，编程要用到C语言，由于c语言课程没有涉及画图部分，并且软件工作环境受限，因此向学长请教了一番。自己也通过网络查找了相关资料。

在这次课程设计中，我认识到自己知识储备仍然太少，遇到好多实际问题，而且将知识与实践结合的能力还有待提高。总之，发现的问题有很多，通过解决这些问题我的知识与能力都得到了提高。

六、参考文献

1、《C语言程序设计》

2、《机械原理》主编：陈作模葛文杰

略。