机械原理课程设计任务说明书指导教师郝爱云班级10级机制十班姓名郑新波学号100201028目录第1章设计要求1.1 设计题目 (1)1.2 机构示意图 (1)1.3 原始数据 (1)第2章齿轮机构传动设计2.1机构传动比 (2)2.2齿轮变位系数的选择 (2)2.3齿轮基本参数的计算 (2)2.4主要计算结果 (5)第3章连杆机构设计和运动分析3.1杆件尺寸确定 (6)3.2解析法分析机构运动 (6)3 .3图解法分析机构的三个瞬时位置 (7)第4章凸轮机构设计4.1解析法分析凸轮运动 (9)4.2解析法求凸轮理论轮廓曲线 (10)4.3解析法求凸轮实际轮廓曲线 (11)附录A：理论轮廓线坐标程序附录B：实际轮廓数据：附录C：电算源程序(MATLAB)附录D：滑块、凸轮运动曲线图附件E：图解法分析连杆机构附件F：图解法分析凸轮轮廓曲线第1章设计要求1.1 设计题目内燃机机构设计及其运动分析1.2 机构示意图该机构由气缸（机架）中活塞（滑块B）驱动曲柄，曲柄轴上固联有齿轮1，通过齿轮2驱动凸轮上齿轮3，凸轮控制配气阀推杆运动。

1.3 原始数据方案号：7活塞冲程H：245mm 齿轮转速:650rpm齿轮:26 齿轮:14 齿轮:46 模数m:4mm距离:65mm 距离:110mm 基圆半径:35mm升程角\deg：65 远休止角\deg：20 回程角\deg：55近休止角\deg：220 汽阀冲程h：10mm齿轮参数：压力角，齿顶高系数顶隙系数。

气阀推杆运动规律：升程和回程均为简谐运动。

第2章 齿轮机构传动设计2.1机构传动比54.02614122112-=-=-==z z i ωω 29.31446233223-=-=-==zz i ωω 78.1231213=⨯=i i i2.2齿轮变位系数的选择由于齿轮2的齿数为14，小于标准齿轮不发生根切的最少齿数17， 因此需要变位。

0.176471714171717*2=-=-≥a h z x取0.17647,021==x x ，03=x 2.3齿轮基本参数的计算 啮合角o oo inv inv z z x x inv 33.202014260.1764720tan 2)(tan 212212112='++⨯=+++='ααααo oo inv inv z z x x inv 73.202060140.1764720tan 2)(tan 223323223='++⨯=+++='αααα标准中心距()80)2614(42121121212=+⨯=+=+=z z m r r a()120)4614(42121323223=+⨯=+=+=z z m r r a实际中心距mm a a a a oo169.8033.20cos 20cos 80cos cos cos cos 121212121212=='⋅='⋅='⋅'αααα mm a a a a oo569.12073.20cos 20cos 120cos cos cos cos 232323232323=='⋅='⋅='⋅'αααα 中心距变位系数ym a a +='m aa y -'=04225.0480169.80121212=-=-'=m a a y14225.04120569.120232323=-=-'=m a a y()13422.004225.00.176********=-=-+=∆y x x y ()03422.014225.00.176********=-=-+=∆y x x yy 23∆<y 12∆∴齿高变动系数y ∆=13422.012=∆y分度圆半径与节圆半径相等mmm z r mmm z r mmm z r 92218422825625221042332211=========基圆半径mmr r mm r r mm r r b b b 452.8620cos 9220cos 311.2620cos 2820cos 48.86420cos 5220cos 332211=⨯=︒==⨯=︒==⨯=︒=分度圆的齿厚28.624tan 22 6.7920tan 0.176474224tan 2228.624tan 22332211=⨯=+==︒⨯⨯⨯+⨯=+==⨯=+=παππαππαπm x m s m x m s m x ms齿顶圆半径mm y x h z r a mm m y x h z r a mm m y x h z r a a a a a a a h r h r hr 46.954)13422.01246()2(317.324)13422.0176475.01214()2(246.554)13422.01226()2(1313321221111=⨯-+=∆-++=+==⨯-++=∆-++=+==⨯-+=∆-++=+=***齿根圆半径mmm c h z r a f 474)25.0*1113(2**11=⨯--=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--=()mmmx c h z r a f 412.474)17647.0225.02214(222**22=⨯⨯+⨯--=⨯+--=mmmc h z r a f 874)25.01123(2**33=⨯⨯--=⎪⎭⎫ ⎝⎛--=齿顶圆上的压力角ooa a r r 28.23)46.5520cos 52arccos()cos arccos(111===ααooa a r r 35.13)17.3220cos 28arccos()cos arccos(222===ααo oa a r r 09.25)46.9520cos 92arccos()cos arccos(333===αα重合度[]46.1)]33.20tan 13.35(tan 15)33.20tan 23.28(tan 26[21)t (t )t (t 211222121112=-+-='-+'-=o o o o a a an an z an an z πααααπεα []1.35)]73.20tan 13.35(tan 15)73.20tan 09.25(tan 40[21)t (t )t (t 212322233323=-+-='-+'-=o o o o a a an an z an an z πααααπεα 小齿轮（齿轮2）的齿顶厚()minv inv inv inv r r r s s o o a a a 4.001.3)2013.35(17.3222817.3279.62/22a 222>=-⨯-⨯=--=αα2.4主要计算结果 计算项目计算结果 计算项目计算结果 －0.54 －3.291.78 32.17mm 1x0 95.46mm 2x0.17647 47mm 3x0 47.412mm 52mm 87mm28mm ︒23.28 92mm ︒13.35 48.864mm ︒09.2526.311mm 1.46 86.452mm 1.3555.46mm3.01第3章 连杆机构设计和运动分析3.1杆件尺寸确定由于活塞的冲程H=245mm ，偏心距e=0 则：O 1A=122.5mm ，取AB=2O 1A=245mm3.2解析法分析机构运动 （1）位移：(其中l 为122.5mm)（2）速度：对上式求导得ωϕϕϕ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=2sin 42sin sin l l v （s rad n /6860650221=⨯⨯==ππω）（3）加速度 对上式求导得sϕL1O1ABL23.3图解法分析机构的三个瞬时位置（见附录）第4章 凸轮机构设计4.1解析法分析凸轮运动 推程时[]2022,0cos 2sin 2cos 12δδδδπδωπδδπδπωδδπ∈⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ha h v h s回程时[]002022000,0cos 2sin 2cos 12δδδδπδωπδδπδπωδδπ'∈⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'⋅'-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'⋅'-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'+=ha h v h s（1）推程：[]︒∈65,0δ22222/65cos7.5153865cos14.31806543.3414.35cos2/65sin7.47665sin43.34651805sin2)65cos1(5cos12smmhasmmhvmm hsδπδπδδπδωπδπδπδδπωδπδπδδπ=⨯⨯⨯===⨯⨯==-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=(2)远休：⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒︒∈85,65δ（3）回程：[]︒︒∈140,85δmm hs]85(65cos1[585-cos12︒-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=δπδδπ）（22222/65cos 7.51538)85(65cos 14.31806543.3414.35)85(cos 2/65sin 7.476)85(656sin 43.34651805)85(sin 2smm h a smm h v δπδπδδπδωπδπδπδδπωδπ-=︒-⨯⨯⨯-=︒--=-=︒-⨯⨯-=︒--=（4）近休止：[]︒︒∈360,140δ;4.2解析法求凸轮理论轮廓曲线滚子半径取 5 mm滚子中心处于B点的直角坐标⎭⎬⎫-+=++=δδδδsincos)(cossin)(essyessx其中e=0，r0=35mm，22r es-==35mm （1）推程：[]65,0∈δδδπδδδπδδδπδcos)65cos540(cos)(sin)65cos540sin)cos5535(sin)r(--=+=︒+-=-+-=+=srysx（（2）远休：[]︒︒∈85,65δ(3)回程：[]140,85∈δδδπδδδπδcos)]85(65cos540[cos)(sin)]85(65cos5-40-[sin)r(-︒-+=+=︒-=+=srysx(4)近休止：[]360,140∈δ4.3实际轮廓曲线的计算(1)推程：[]65,0∈δδδπδδπδsin65sin655180-cos65cos540⨯+-=）（ddxδδπδδπδcos65sin655180sin65cos540y⨯++-=）（dd(2)远休：[]85,65∈δ(3)回程：[]140,85∈δδδπδδπδsin )85(65sin 655180cos )85(65cos 540-⨯+⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒---=d dxδδπδδπδcos )85(65sin 655180sin )85(65cos 540-⨯-⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒-+=d dy (4)近休止时即[]360,140∈δ时理论轮廓数据：x 0 -3.0681 -6.2155 -9.5053 -12.9704 -16.6040 -20.3558 Y 35.0000 35.0686 35.2499 35.4743 35.6359 35.6074 35.2573-24.1344 -27.8162 -31.2586 -34.3168 -36.8618 -38.9711 -40.6003 34.4675 33.1500 31.2586 28.7953 25.8109 22.5000 18.9322-41.5403 -41.7998 -41.4378 -40.5567 -39.2884 -37.7786 -36.1678 15.1194 11.2002 7.3066 3.5482 0.0000 -3.3052 -6.3774- 34.5741 -33.0796 -31.7208 -30.3109 -28.6703 -26.8116 -24.7487-9.2641 -12.0400 -14.7916 -17.5000 -20.0752 -22.4976 -24.7487-22.4976 -20.0752 -17.5000 -14.7916 -11.9707 -9.0587 -6.0777-26.8116 -28.6703 -30.3109 -31.7208 -32.8892 -33.8074 -34.4683-3.0505 -0.0000 3.0505 6.0777 9.0587 11.9707 14.7916 -34.8668 -35.0000 -34.8668 -34.4683 -33.8074 -32.8892 -31.720817.5000 20.0752 22.4976 24.7487 26.8116 28.6703 30.3109 -30.3109 -28.6703 -26.8116 -24.7487 -22.4976 -20.0752 -17.500031.7208 32.8892 33.8074 34.4683 34.8668 35.0000 34.8668 -14.7916 -11.9707 -9.0587 -6.0777 -3.0505 -0.0000 3.050534.4683 33.8074 32.8892 31.7208 30.3109 28.6703 26.8116 6.0777 9.0587 11.9707 14.7916 17.5000 20.0752 22.497624.7487 22.4976 20.0752 17.5000 14.7916 11.9707 9.0587 24.7487 26.8116 28.6703 30.3109 31.7208 32.8892 33.80746.0777 3.0505 034.4683 34.8668 35.0000实际轮廓数据：x 0 -3.2828 -6.5541 -9.8201 -13.0952 -16.3776 -19.6336y 30.0000 30.0732 30.2614 30.4842 30.6375 30.6125 30.3097-22.7967 -25.7784 -28.4856 -30.8358 -32.7661 -34.6410 -35.876229.6498 28.5841 27.0980 25.2061 22.9431 20.0000 17.2941-36.5976 -36.8005 -36.5061 -35.7674 -34.6658 -33.3012 -31.778314.3646 11.2830 8.1302 4.9846 1.9057 -1.0797 -3.9831-30.1961 -28.6429 -27.1892 -25.9808 -24.5746 -22.9813 -21.2132-6.8490 -9.7342 -12.6785 -15.0000 -17.2073 -19.2836 -21.2132-19.2836 -17.2073 -15.0000 -12.6785 -10.2606 -7.7646 -5.2094-22.9813 -24.5746 -25.9808 -27.1892 -28.1908 -28.9778 -29.5442-2.6147 -0.0000 2.6147 5.2094 7.7646 10.2606 12.6785 -29.8858 -30.0000 -29.8858 -29.5442 -28.9778 -28.1908 -27.189215.0000 17.2073 19.2836 21.2132 22.9813 24.5746 25.9808-25.9808 -24.5746 -22.9813 -21.2132 -19.2836 -17.2073 -15.000027.1892 28.1908 28.9778 29.5442 29.8858 30.0000 29.8858-12.6785 -10.2606 -7.7646 -5.2094 -2.6147 -0.0000 2.614729.5442 28.9778 28.1908 27.1892 25.9808 24.5746 22.98135.2094 7.7646 10.2606 12.6785 15.0000 17.2073 19.283621.2132 19.2836 17.2073 15.0000 12.6785 10.2606 7.764621.2132 22.9813 24.5746 25.9808 27.1892 28.1908 28.97785.2094 2.6147 -0.000029.5442 29.8858 30.0000附录A电算源程序(MATLAB)1）滑块机构的位移程序x=[0:0.1:360];s=107.5*cos(x*pi/180)+107.5*sqrt(4-(sin(x*pi/180)).^2);plot(x,s);2)滑块机构的速度程序x=[0:0.01:360];v=0-107.5*68.0333333*(sin(x*pi/180)+0.5*sin(2*x*pi/180))./sqrt(4-(sin(x*pi/180)).^2); plot(x,v);3)滑块机构的加速度程序x=[0:0.001:360];y1=cos(2*x*pi/180);y2=4-(sin(x*pi/180)).^2 ;y3=(sin(2*x*pi/180)).^2;y4=y2.^1.5;y=0-107.5*68.03333^2*(cos(x*pi/180)+(y1.*y2-0.25*y3)./y4);plot(x,y);4)凸轮滚子中心位移程序x=[0:0.0001:150];a=5*(1-cos(pi*x/65)).*(0<x&x<65);b=0*(65<x&x<85);c=5*(1+cos(pi*(x-85)/65)).*(85<x&x<140);d=0*(140<x&x<360);y=a+b+c+d;plot(x,y);5)凸轮滚子中心速度程序x=[0:0.0001:150];a=476.7*sin(pi*x/65).*(0<x&x<65);b=0*(65<x&x<85);c=476.7*sin(pi*(x-85)/65).*(85<x&x<140);d=0*(140<x&x<360);v=a+b+c+d;plot(x,v);6)凸轮滚子中心加速度程序x=[0:0.0001:150];a=51538.7*cos(pi*x/65).*(0<x&x<65);b=0*(65<x&x<85);c=0-51538.7*cos(pi*(x-85)/65).*(85<x&x<140);d=0*(140<x&x<360);y=a+b+c+d;plot(x,y);（7)凸轮理论和实际轮廓曲线程序z=[0:0.0001:360];a=sin(z*pi/180);b=cos(z*pi/180);x1=(0-40+5*cos(pi*z/65)).*a.*(0<=z&z<65);y1=(40-5*cos(pi*z/65)).*b.*(0<=z&z<65);x2=0-45*a.*(65<=z&z<85);y2=45*b.*(65<=z&z<85);x3=(0-40-5*cos(pi*(z-85)/65)).*a.*(85<=z&z<140);y3=(40+5*cos(pi*(z-85)/65)).*b.*(85<=z&z<140);x4=0-35*a.*(140<=z&z<360);y4=35*b.*(140<=z&z<=360);x=x1+x2+x3+x4;y=y1+y2+y3+y4;plot(x,y);hold on;dx1=((0-40+5*cos(pi*z/65)).*b-180*5*sin(pi*z/65).*a/65).*(0<=z&z<65);dy1=((0-40+5*cos(pi*z/65)).*a+180*5*sin(pi*z/65).*b/65).*(0<=z&z<65);dx2=(0-45*b).*( 65<=z&z<85);dy2=(0-45*a).*( 65<=z&z<85);dx3=((0-40-5*cos(pi*(z-85)/65)).*b+180*5*sin(pi*(z-85)/65).*a/65).*(85<=z&z<140);dy3=((0-40-5*cos(pi*(z-85)/65)).*a-180*5*sin(pi*(z-85)/65).*b/65).*(85<=z&z<140);dx4=(0-35*b).*(140<=z&z<=360);dy4=(0-35*a).*(140<=z&z<=360);xx=x-5*(dy1./sqrt((dx1+0.000001).^2+(dy1+0.000001).^2)+dy2./sqrt((dx2+0.000001).^2+(dy2+0.000 001).^2)+dy3./sqrt((dx3+0.000001).^2+(dy3+0.000001).^2)+dy4./sqrt((dx4+0.000001).^2+(dy4+0.0 00001).^2));yy=y+5*(dx1./sqrt((dx1+0.000001).^2+(dy1+0.000001).^2)+dx2./sqrt((dx2+0.000001).^2+(dy2+0.00 0001).^2)+dx3./sqrt((dx3+0.000001).^2+(dy3+0.000001).^2)+dx4./sqrt((dx4+0.000001).^2+(dy4+0. 000001).^2));plot(xx,yy);参考文献1.朱如鹏《机械原理》南京航空航天大学2.孙祥，徐流美，吴清《MATLAB7.0基础教程》清华大学出版社3.孙宁《机械原理总复习》上海交大出版社出版社。