机械原理课程设计--缝纫机导针及紧线机构设计及运动分析

机械原理课程设计说明书设计题缝纫机导针及紧线机构设计及运动分析学院：汽车学院专业：班级：设计者:指导老师:2011年6月8日目录1、机构简介（附示意简图）2、原始设计数据和设计要求3、设计方案及讨论4、设计原理5、机构尺寸确定及设计步骤6、分析与讨论7、参考文献8、心得与体会一、机构示意图：该机构由O1轴上齿轮1驱动齿轮2，O2轴上还固接有曲柄O2A 和O2C，曲柄滑块机构O2AB 的滑块为缝纫针杆，曲柄要干机构O2O3DC 的连杆上点E为紧线头，针杆与紧线头协调动作，完成缝纫和紧线过程。

原始数据：齿轮转数n1=200 rpm n2=260 rpm模数m 1.5 mm中心距O1O2 54 mm距离L 40mm针杆冲程H 30mm角度β 1 deg35β 2 deg120β 3 deg145α' deg15α'' deg75杆长O2O3 38mmO3D 24mm杆长DE/DC 1.25O2A/AB 0.25齿轮参数：压力角α =20 ，齿轮高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.25 。

杆O3D摆角范围：α'《α《''二、齿轮机构的传动分析a.按给定的原始数据，确定机构传动比i，进而确定齿轮的基本几何参数，并确定齿轮机构的传动类型。

b.确定齿轮的其他参数，如变位系数x，中心距分离系数y，齿顶缩减系数σ等，计算齿轮副的几何尺寸：中心距a，齿轮分度圆直径d，齿顶圆直径d a，齿根圆直径d f 和基圆直径d b。

c.计算机构的重叠系数ε，计算小齿轮齿顶圆齿厚S a 。

o1o2 =r1'+r 2'=54 a cosα= a'cosα' ma= (z1+z2)2i12 =n1/n2 =Z2/Z1 = 200 =10 260因为Z1 和Z2 均为整数，所以取Z1=39 ，Z2=30所以：acos arccosa =51.75 25.7r1 = Z1 = 29.25mm2r2 =m Z2=22.5mm2d1=2* r 1 = 58.5mm d2=2*r2=45mm无侧隙啮合方程：2xΣ inv α'= tan α+inv αZΣ xΣ =1.68因为Z1>17, Z2>17 Xmin< 0, Xmin< 0 不，即使齿轮采用正变位会产生根切现象。

故可取x1=1 , x2=0.69 所以中心距变动系数齿顶缩减系数齿顶圆直径：齿根圆直径：d f2 = + 2(h* + c≠ - x 2)* m = 43.32齿顶圆齿厚：S eI = S I — — 2 r aa (inva βl — inva) = 1.6262 T az Cmvti e3 — inva) = 1.362齿轮参数列表如下:基圆直径:d bl = d 1 COSa = S4.98 d ⅛2 = d 2 cos α = 4Z28齿顶压力角：= 31.18=重合度:εft = — [z 1(tanαιa — tancf)十环(tana.^ — Tanof)] = 1,83πmS a = — + 2x 1 m * tana = 3,4482X 3ID * tans= 3L110= 30.58=Tnn5由上述计算可得到齿轮啮合传动的重合的大于1，满足连续传动要求，齿厚大于0.4m (m=1.5)，所以也满足要求，所以设计的齿轮参数正确。

三、连杆机构及运动分析a. 按给定的原始数据， 确定机构各杆尺寸， 采用解析法计算时许列出计算过程和公式。

b. 用解析法分析机构的运动，列出机构位置方程，位移分析，速度 和加速度分析的运动方程。

c. 编写机构运动分析的计算机计算的通用源程序及原始数据文件。

上机运算，打印源程序和结果。

d. 用图解法分析机构三个瞬时位置（输出构件的二个极限位置和一 个任意位置）的运动，作出相应机构位置图，速度和加速度图。

1.用图解法确定各杆的尺寸 由题意得在滑块的两个极限位置处有(CD-O 2C)2=O 3D 2+ O 2O 32-2O 3D O 2O 3COS(15°+55°)(CD+O 2C)2=O 3D 2+ O 2O 32-2O 3D O 2O 3COS(75° +55°)联立得O 2C=9.6mm DE=1.25DC=58.6mmE 点位置分析： L1,L2,L3,L4,L5O 2C,CD,O 3D,O 2O 3,DE 的长度 aOA 与水平线的夹角CD=46.9mmMATLAB 程序如下：clear;L1=9.6;L2=46.9;L3=24;L4=38;L5=58.6;b1=35;b2=120;b3=145; for i=0:0.5:360;a=i;X1=subs(-L4*sin((b3)/180*pi)+L1*cos((b3-a)/180*pi));Y1=subs(L1*sin((b3-a)/180*pi)+L4*cos((b3)/180*pi));Z1=subs(L1^2+L3^2+L4^2-L2^2-2*L1*L4*sin((a)/180*pi));b=subs(acos(Z1/(2*L3*sqrt(X1^2+Y1^2)))-atan(Y1/X1));X2=subs(-L1*sin((a)/180*pi)+L4);Y2=subs(L1*cos((a)/180*pi));Z2=subs(L1^2+L2^2+L4^2-L3^2-2*L1*L4*sin((a)/180*pi));c=subs(acos(Z2/(2*L2*sqrt(X2^2+Y2^2)))-atan(Y2/X2));Xe=subs(L3*cos(b)-L4*sin((b3)/180*pi)-L5*sin((b2-b3)/180*pi-c));Ye=subs(L3*sin(b)-L4*cos((b3)/180*pi)+L5*cos((b2-b3)/180*pi-c));fprintf('b=%.2f,c=%.2f,Xe=%.2f,Ye=%.2f\n',subs((b)/pi*180),subs((c)/pi *180),subs(Xe),subs(Ye));plot(subs(Xe),subs(Ye),'-'); hold onend作的 E 的轨迹如下所示：当 O 2A 和 AB共线时存在两个极限点。

所以滑块的行程H=2 *O 2A 2.曲柄滑块机构 B 点的运动分析所以， O 2A=H/2=15mm. 因为 O 2A /AB=0.25 所以 AB=60mm. 解析法分析 B 点运动：15 = 60 sin β= sin(90°+ φ) 260 * 2*π w 2= 60cos φ 1y B =15sin φ- 60* (1-( )^2)^ ( )4230 cos2φ(1 - (cos φ)^ 2) - 15 (sin 2φ)^2 =(-15*sin φ- co 4s φ 32 )*8[1- (cos φ)^2]^ (3/2)4 用 MATLAB 分析得到 B 点位移，速度，加速度图像。

其中， r 为 OA 与水平线夹角， y,v,a 分别是 B 点的位移，速度，加速度。

程序如 下：for i=0:540;r=i/180*pi;y=15*sin(r)-15*sqrt(15+sin(r)*sin(r));v=(15*cos(r)-15/(sin(r)^2+15)^(1/2)*sin(r)*cos(r))*((260*2*pi)/60);a=(-15*sin(r)-(30*cos(2*r)*(1-(cos(r)/4)^2)-(15/32)*(si n(2*r))^2)/(8*((1-260* 2π (2606*02π)^2a Bdt(cos(r)/4)^2)^(3/2))))*((260*2*pi/60) ^2);fprintf('y=%.2f,v=%.2f,a=%.3f\n',y,v,a);plot(r,y,'b-',r,v,'y-',r,a,'r-');hold on;end绘制图形如下所示：以O2A 和水平线夹角r 为很坐标，其中蓝色线条为B 点位移图像，黄色线条为B 点速度图像，红色线条为B 点加速度图像。

-45-60-55-60-65-70Z•752 5 6 7 8 9 10500400300200100-100-200-300-400-500O2 3 4 5 6 7 8 9 103. B 点速度加速度图解法分析详见附后方格图纸（共3 页）,通过比较解析法和图解法的数据可知，两种方法结果相差不大。

四、分析讨论这次做的是缝纫机机构的设计，总的来说，这个课程设计的综合性还是很强的，和平时课堂上的内容相互补充，各有侧重。

平时我们讲课做题目都是以图解法为基本方法，因为图解法简单直观，易于掌握，且计算量比较小。

解析法比较准确但是计算量是很大的，所以要借助计算机来计算，这就对编程能力有一定的要求。

不过还好，只要掌握MATLAB 简单的用法就可以了，可以借助MATLAB 强大的绘图功能生成所需的运动分析图，简化了解析法的工作。

此外，单从理论的角度而言，其综合考查的范围是比较广的，包括齿轮的各种参数的计算，变位等。

此外，还考察了平面连杆机构和机构的速度加速度分析。

我觉得这是一次不错的体验，吧自己所学的知识综合起来使用，达到对已有知识进一步巩固的目的，更锻炼了自己综合运用知识的能力，总而言之，本次课设对我来说是一次很好的机会。

五、附件：1.图解法分析机构的位置速度和加速度图。

2.参考资料：机械原理课本，机械原理课程设计指导书MATLAB 编程基础ISBN-7-111-16806-2MATLAB 图像处理ISBN-978-7-121-08780-6 等。