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1、机械原理课程设计中国地质大学（武汉）2011年机械原理课程设计自动叠衣机构 设计： 07209302 郑晋峰 20091000180 指导老师： 曾小慧目 录目 录1一、设计原理及任务21.1 设计目的及原理21.2 设计任务2二、方案确定及其机构选型32.1 总体结构设想32.2 执行机构方案32.2.1 执行机构方案一3 2.2.2 执行机构方案二42.3 传动方案42.4 整体机构示意图5三、尺寸设计63.1 齿轮传动设计63.2 执行机构设计8四、执行机构运动分析104.1 四杆机构运动分析104.2 导杆机构运动分析13五、 设计评价16六、心得体会17七、参考文献19八、附录20附
2、录一 四连杆铰链机构运动分析程序20附录二 导杆机构分析源程序22一、设计原理及任务1.1 设计目的及原理 设计目的：该机构可以供给家庭叠衣服运用。现代人的生活节奏越来越快，面对做不完的工作，面对没完没了的应酬，人们感觉非常的疲惫，更头疼的是还得抽出时间做家务，做清洁。现代化对我们是非常的重要，洗干一体，榨汁机，豆浆机，面包机，洗碗机，我们就在这样的方便当中来缓解生活的压力，那么，人们同样希望有个机器能够代替他们去整理洗干的衣物所以我们从现代化机械发展和人们需求方面考虑的，就想设计一款能够整理衣物的机器。运动过程设计：电机的转动提供动力，引起主动件转动。主动件引起整个机构运动，折叠板实现衣物折
3、叠运动，整个机构以机械原理课本上的铰链四杆机构和导杆机构为主导来实现该机构的运动。 为了实现折叠板的运动是确定的运动，我们在最初的设计上进行了改进：折叠板的转动铰链处装上复位弹簧使折叠板能够实现完全确定的运动。该机构采用电力驱动，传动方式为：电机-主轴转动-齿轮转动-工作部分的折叠运动。1.2 设计任务1自动叠衣服机构包括连杆机构、导杆机构、齿轮机构三种常用机构。2设计各机构的相对位置和各构件的尺寸。3. 利用CAD画出各机构的运动方案简图，并用运动极限位置确定各机构运动最大行程或最大转角。4.根据已知条件计算出各构件的尺寸，在soliworks上建模做模拟运动分析，检验运动是否能够满足预期的
4、运动设想。5利用MATLAB对各个机构进行位移、速度、加速度分析，绘出运动曲线图。6.齿轮机构的计算与设计。根据传动比选择齿轮，根据齿宽确定各两齿轮的齿数，给出模数，进而确定齿轮的各个参数，绘制成表。7编写设计计算程序，运用MATLAB软件对函数关系进行绘图表达，最后输出图形，直观表达设计结果。二、机构选型及其方案确定2.1 总体结构设想通过折衣服的动作可以知道，机器叠衣服时主要完成180度得转动即可实现，因此设想电机的转动提供动力，引起主动件转动。主动件引起整个机构运动，最终折叠板实现衣物折叠运动，由此设计了执行机构和传动机构；执行机构由连杆机构和导杆机构组成；传动部分由齿轮系组成，但是为了
5、协调动作的连续性齿轮1设计成不完全齿轮，下面介绍执行机构的和传动机构的选型。2.2 执行机构方案2.2.1 执行机构方案一 如图22所示，该方案主要利用了连杆机构在运动过程中存在的死点，通过死点来实现叠衣服的工作要求，实现了接近180度的转动，执行件的转动角度只能是接近180度，而且大于180度。 图21 方案一机构简图2.2.2 执行机构方案二 该方案是在执行件的转角处装了复位弹簧，通过复位弹簧的作用可使执行件转动180度时速度为零，并且反向运动，实现叠衣服的工作要求。三维建模图以及机构见图如图22所示。 图22 三维建模图以及机构见图 方案比较：方案一是通过自身运动过程中的死点实现确定的运
6、动但是执行件的转角大于180度，而叠衣板是需要做180度的转动，但是该种方案通过减小摆角使执行件的转动尽可能达到预期的运动效果但是永远不能达到理想的运动效果。 然而方案二是在上一种方案上进行了改进，在执行件的转角处装了复位弹簧，利用复位弹簧来达到理想的运动效果，复位弹簧，该种方案更能使机构作确定的运动，在机械原理课程设计中，我们选择第二种方案进行分析。2.3 传动方案 从上面的机构示意图可知，执行机构的运动不能同时运动，必须将两个机构的运动错开，为此选择了间歇机构中的不完全齿轮机构来实现该种运动的要求，齿轮传动机构示意图如图23所示： 图23 齿轮机构示意图2.4 整体机构示意图整体机构示意图
7、如图24所示： 图24 整体机构示意图三、尺寸设计3.1 齿轮传动设计 该部分是为了使整个机器能够合理的运动、协调机构间的运动，执行机构结构的整体基本为对称结构构，如下图31所示，但是原动件的运动方向相反，而且两个原动件不能同时转动，都是由电机提供动力，我们设计了不完整齿轮输出动力，即齿轮1为不完整齿轮，当齿轮1与齿轮2啮合时，则齿轮1不会与齿轮2啮合，同理齿轮1与齿轮2啮合时，则齿轮1不与齿轮2啮合，齿轮2只是为了改变齿轮1传动齿轮2的方向，为了达到预期的效果完整齿轮的齿数比为、, 齿轮1的齿所在圆周的范围应该小于整个圆周的1/2，传动比接近于1。由于不完整齿轮存在刚性冲击，需要在两轮上加装
8、瞬时线附加杆，为了保证齿轮1的首齿轮能顺利的进入啮合状态而不与从动轮的齿顶相撞，需将首齿齿顶高作适当的削减。 图31 齿轮机构结构图 由前面根据承受载荷情况设定齿轮模数，选取压力角为，齿顶高系数，顶隙系数，并且，则该直齿圆柱齿轮的几何尺寸参数如下表31、表32所示： 齿轮1 表31 名称代号计算数值名称代号计算数值模数3mm压力角齿数18分度圆直径54mm齿顶高3mm齿根高3.75mm齿全高6.75mm齿顶圆直径60mm齿根圆直径46.5mm基圆直径50.7mm齿距基圆齿距尺厚齿槽宽 齿轮2 表32名称代号计算数值名称代号计算数值模数3mm压力角齿数36分度圆直径108mm齿顶高3mm齿根高3
9、.75mm齿全高6.75mm齿顶圆直径114mm齿根圆直径100.5mm基圆直径101.4mm齿距基圆齿距尺厚齿槽宽 这部分由于时间的限制，只是做了一部分的验算，可能还存在一定的问题，我们将会在以后的学习中进一步完善。 3.2 执行机构设计 设计目标：曲柄带动摇杆转动，摇杆再作为导杆机构的主动件带动执行件转动，执行件实现180度的转动，摇杆摆角为60度。 机构划分：根据我们的初步方案，通过三维建模（如图3-3）可知，执行机构可以划分为四连杆铰链机构（如图34）和导杆机构（如图35）。 图32 图33 铰链四杆机构 图34 导杆机构 尺寸确定： 由于一般情况衣服的宽度为600mm900mm,如果
10、叠衣服机要想把衣服叠整齐，整个机器中间不运动部分的宽度为360mm,运动的折衣服板的宽度分别为250mm,由于整个机构又对称，由此可知，机架的长度应该小于180mm，在这里首先将其初值定为170mm,即机架AE=170mm，执行件的长度应该小于250mm，如果执行件的长度太短的话，根据杠杆原理的执行件太短不合理，而且机架EC的距离应该大于摇杆的长度，根据上述确定执行件的长度为200mm,即OD=200mm，首先设定摇杆的理想摆角为，各个杆的尺寸可以根据机械原理按预定的运动规律设计四杆机构的方法来设计，运用解析法来设计。 图35建立数学模型如图35所示： 当摇杆ED处于左极限位置时，有几何关系可
11、的： .（31） .（32） .（33） .（34） .（35） 当摇杆处于右极限位置时，有几何关系可得： _ .（36） .（37）通过上面初步确定的尺寸以及上述数学关系式计算处执行机构中各构件的长度，接着验算此时的机构能否满足运动规律的要求以及铰链四杆机构有曲柄的要求和参数要求，由此得曲柄的长度l1=80mm，连杆的长度l2=350mm,摇杆的长度l3=320mm,摆角为59.1度，最终确定铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。得得极为夹角为=根据=180（K-1）/(K+1)得速比系数K=1.6.四、执行机构运动分析4.1 四杆机构运动分析 图41 四杆机构建立数学模型封闭杆矢量图如图41所示，由封闭图形ABCDA可写出机构各杆矢所构成的封闭矢量方程 (41)1、位置分析：（假定=10r/s） 水平方向： （42） 竖直方向： 由于该式是一个非线性方程组，直接求比较困难，在这里借助集合方法进行求解，如图41所示： （43）
