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1、机械原理课程设计说 明 书 设计题目 缝纫机导针及紧线机构设计及运动分析 学院 班学号 设 计 者 指导老师 缝纫机导针及紧线机构设计及其运动分析一、 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 1 deg 35 2 deg 120 3 deg 145 deg 15 deg 75
2、杆长 O2O3 38mm O3D 24mm杆长 DE/DC 1.25 O2A/AB 0.25齿轮参数：压力角=20。，齿轮高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.25。杆O3D摆角范围： 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 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db。c.计算机构的重叠系数 ，计算小齿轮齿顶圆齿厚 Sa 。 因为Z1 和 Z2 均为整数，所以区Z1=39 ，Z2=30所以：
3、 无侧隙啮合方程：因为Z117, Z217 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：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0.21标准中心距a51.75实际中心距a54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1.8
4、3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 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
5、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;b
6、3=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(L12+L32+L42-L22-2*L1*L4*sin(a)/180*pi);b=subs(acos(Z1/(2*L3*sqrt(X12+Y12)-atan(Y1/X1);X2=subs(-L1*sin(a)/180*pi)+L4);Y2=subs(L1*cos(a)/180*pi);Z2=subs(L12+L22+L42-L32-
7、2*L1*L4*sin(a)/180*pi); c=subs(acos(Z2/(2*L2*sqrt(X22+Y22)-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=%.2fn,subs(b)/pi*180),subs(c)/pi*180),subs(Xe),subs(Ye);plot(subs(Xe),sub
8、s(Ye),-);hold onend作的E的轨迹如下所示：2. 曲柄滑块机构B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： 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)*c
9、os(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=%.3fn,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 详见附后方格图纸（共3页）,通过比较解析法
10、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-7-111-16806-2 MATLAB 图像处理 ISBN-978-7-121-08780-6 等。
