机械原理课程设计

设计题目：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。

2024年6月8日。

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 m1.5 mm

中心距 o1o254 mm

距离l40mm

针杆冲程 h30mm

角度 β1 deg35

β2 deg120

β3 deg145

deg15deg75

杆长 o2o338mm

o3d24mm

杆长 de/dc1.25

o2a/ab0.25

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。

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db。

c.计算机构的重叠系数 ε，计算小齿轮齿顶圆齿厚 sa 。

因为z1 和 z2 均为整数，所以取z1=39 ，z2=30

所以：无侧隙啮合方程：

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：

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**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**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=58.6mm

e点位置分析：

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',subs((b)/pi*180),subs((c)/pi*180),subs(xe),subs(ye));

plot(subs(xe),subs(ye),'

hold on

end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)*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',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**法分析。

详见附后方格图纸（共3页）,通过比较解析法和**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**法为基本方法，因为**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.**法分析机构的位置速度和加速度图。

matlab 编程基础 isbn-7-111-16806-2

matlab 图像处理 isbn-978-7-121-08780-6 等。

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