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.doc

机械原理课程设计说明书机械原理课程设计说明书设计题目：设计题目： 缝纫机导针及紧线机构设计及运动分析缝纫机导针及紧线机构设计及运动分析 学院：学院： 汽车学院汽车学院 专业：专业： 班级：班级： 设计者设计者: : 指导老师指导老师: : 2011 年年 6 月月 8 日日目录目录1、机构简介（附示意简图）、机构简介（附示意简图）2、原始设计数据和设计要求、原始设计数据和设计要求3、设计方案及讨论、设计方案及讨论4、设计原理、设计原理5、机构尺寸确定及设计步骤、机构尺寸确定及设计步骤6、分析与讨论、分析与讨论7、参考文献、参考文献8、心得与体会、心得与体会 一、一、 机构示意图：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：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 β1 deg 35β2 deg 120β3 deg 145α’ deg 15α’ ’deg 75 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《 α’ ’二、齿轮机构的传动分析二、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 da，齿根圆直径 df 和基圆直径 dbc.计算机构的重叠系数 ε，计算小齿轮齿顶圆齿厚 Sa 54''2121=+=rroo'cos'cosααaa=)(221zzma+=1310 260200//122112====ZZnni因为 Z1 和 Z2 均为整数，所以取 Z1=39 ，Z2=30所以：75.51=acos'arccos25.7'ammrdmmrdmmZmrmmZmr452*225 .581*215 .22225.2922211========无侧隙啮合方程：68. 1tan2'=+=ΣΣΣxinvZxinvααα因为 Z1>17, Z2>17 Xmin< 0, Xmin< 0 ，即使齿轮采用正变位不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：基圆直径：齿顶压力角：重合度：齿顶圆齿厚：齿轮参数列表如下：齿轮参数列表如下：参数齿轮 1齿轮 2齿数 z3930变位系数 x10.68中心距分高系数 y1.48齿顶缩减系数 σ0.21标准中心距 a51.75实际中心距 a’54齿轮分度圆直径 d mm58.5 mm45 mm齿顶圆直径 da 63.86 mm49.42 mm齿根圆直径 df57.75 mm43.32 mm基圆直径 db54.98 mm42.28 mm机构的重叠系数 ε1.83齿顶圆齿厚 Sa1.626 mm1.362 mm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-O2C)2=O3D2+ O2O32-2O3D O2O3COS(15°+55°）(CD+O2C)2=O3D2+ O2O32-2O3D O2O3COS(75°+55°）联立得 CD=46.9mm O2C=9.6mm DE=1.25DC=58.6mmE 点位置分析：L1,L2,L3,L4,L5O2C,CD,O3D,O2O3,DE 的长度aOA 与水平线的夹角bO3D 与水平线的夹角cCD 与 O3O2的夹角(Xe,Ye)E 点的坐标MATLAB 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：2.曲柄滑块机构曲柄滑块机构 B 点的运动分析点的运动分析当 O2A 和 AB 共线时存在两个极限点。

所以滑块的行程 H=2 *O2A所以，O2A=H/2=15mm. 因为 O2A/AB=0.25 所以 AB=60mm.解析法分析 B 点运动：60*2*260)φ90sin(60 βsin152π=+°=w)21()^2)^4cos(-(1*60-sin15=φφBy^2)602*260(*) (3/2))^2]^4φcos(-1 [ 82)^φ2(sin3215-)2)^4φcos(-1 (φ2cos30 -φsin*15- (π==dtdvaBB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)*(sin(2*r))^2)/(8*((1-(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。

3. B 点速度加速度图解法分析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：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。