机械原理课程设计缝纫机导针及紧线机构设计及其运动分析

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1、武汉工程大学机械原理课程设计说明书课题名称：缝纫机导针及紧线机构设计及其运动分析 专业班级：2012级过控03班小组成员： 指导教师：_课题工作时间： 2014.6.16 至 2014.6.29目录摘要3前言5第一章 综述6 1.1设计题目及目的6 1.2 设计内容介绍6 1.3 设计机构6第二章 机械结构及运动8 2.1 机械系统方案的分析，比较与拟定8 2.1.1 方案一8 2.2 所选方案的实际应用9第三章 运动分析113.1 原动件速度的分析113.2 轮子轴心位置速度的分析133.3 轮子轴心位置加速度的分析14第四章 各连杆示意图15第五章 仿真动画的制作185.1 动画制作18第

2、六章 体会小结20参考文献21 摘 要 ：我们这次设计运用解析法建立了所设计的五杆机构的运动特效数学模型，利用Matlab运动仿真求出各铰接点和杆件的运动变化情况。然后基于Visual Basic程序设计运动仿真，绘出相应铰接点运动特性曲线，并将用解析法基于Matlab环境下运行的结果与Visual Basic程序设计仿真运动值进行比较。进而对此次设计的可行性进行了验证。另外，基于Visual Basic在进行三维实体模型设计的局限性，我们还运用Solidworks对机构进行了三维实体模型设计，并进行了仿真运动。由于时间有限，设计中仅运用onCosmosmoti对机构进行了仿真运动及动画制作，

3、而为对机构中各零件进行轨迹跟踪，以及对零件的速度、加速度进行分析。 关 键 字 ：齿轮连杆机构、解析算法、Visual BasicAbstract： hinge point motion curve, and the analytic method is based on the results of running under Matlab environment with the Visual Basic programming simulation exercise values. And thus the feasibility of the design were verified.

4、 In addition, the Visual Basic-based three-dimensional solid model during the design limitations, we use Solidworks for the institutions of the three-dimensional solid model design and simulation exercise. Due to time constraints, we only use Cosmosmotion simulationexercise for institutions and anim

5、ation, but not in all parts of the body trajectory tracking, as well as parts of thevelocity, acceleration, force, reaction force, torque and finite elementanalysis. Key words: Gear linkage；Parsing algorithm：Visual Basic 前言 机械原理课程设计的主要方法，是采用解析法建立求解问题的数学模型，在此基础上应用目前流行的可视化编程语言（如：VB）编写求解程序，显示所设计机构的运动图形

6、、运动参数值及机构仿真。 机械原理课程设计是使学生较全面、系统巩固和加深机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，是培养学生“初步具有确定机械运动方案，分析和设计机械的能力”及“开发创新能力”的一种手段。其目的是： 1) 以机械系统运动方案设计与拟定为结合点，把机械原理课程中分散于各章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识。 2) 使学生能受到拟定机械运动方案的训练，具有初步的机构选型与组合和确定运动方案的能力。 3) 使学生在了解机械运动的变换与传递及力传递的过程中，对机械的运动、动力分析与设计有一个较完整的概念。 4) 进一步提高学生运算、运用流行软件编写应用程序和技术

7、资料的能力。 5) 通过编写说明书，培 养 学生表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。 要达到课程设计的目的，必须配以课程设计的具体任务：按照选定的机械总功能要求，分解成分功能，进行机构的选型与组合；设计该机械系统的几种运动方案，对各运动方案进行对比和选择；对选定方案中的机构连杆机构、凸轮机 构 、齿 轮 机 构 ，其 他 常 用 机 构 ，组 合 机 构 等 进 行 运 动 分 析 与 参 数 设 计 ；通 过 计 算机编程，将机构运动循环图在计算机屏幕上动态地显示出来，并给出相应的运动参数值。第一章 综述1.1 设计题目及目的设计题目：缝纫机导线及紧线机构设计及其运动分析机械原理课程设计

8、主要目的是为学生在完成课堂教学基本内容后提供一个较完整的从事机械设计初步实践的机会。1.2 设计内容介绍 我们所设计的缝纫机导线及紧线机构所用的为齿轮连杆机构其优点是结构简单，制造方便1.3 设计机构 原动机的运动形式的选择：齿轮连杆机构 相对于简单连杆机构而言，使用齿轮连杆机构可以达到以下这些目的： 结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动第2章 机械结构及运动结构示意图:该机构由O1轴上齿轮驱动齿轮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，曲柄摇杆机构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。 第三章 运动分析

9、原始数据方案号 一齿轮转数 rpm200齿轮转数 rpm230模 数 mm 1.25中 心 距 mm54距 离 mm40针杆冲程 mm36杆 长 mm34杆 长 mm29角 度 deg42 deg120 deg144 deg10 deg80杆 长 1.3 0.3齿轮设计由传动比公式知可取，。1，标准中心距 2，齿轮啮合时的压力角 由 得 3，分度圆直径 4，基圆直径 5，变位系数由 即 得 取 6，中心距变动系数 7，齿高变动系数 8，齿轮机构的传动类型 正传动9，齿顶高 10，齿根高 11，齿顶圆直径 12，齿根圆直径 13，齿顶圆压力角 14，分度圆上的齿厚15，齿顶厚 经检验 16，重合

10、度 经检验4 杆件长度计算 由针杆冲程可得 由 得 设的两个极限位置为D1D2 所以，在中 由余弦定理得所以，有以上两方程得由于 所以 主要计算结果计算项目结果6 用解析法对滑块进行运动分析 所以 由以上两式可得 对应的位移曲线如下 对上式求导得 对应的速度曲线如下再对上式求导得对应的加速度曲线图如下7 用图解法对两个极限位置和一个一般位置对应的速度加速度计算，并将结果与解析法的结果比较1 极限点一：1.1速度分析速度比例尺： 大小： 方向： 由图可得（图见坐标纸） 1.2加速度分析加速度比例尺： 大小： ？ ？ 方向： 由图可得（图见坐标纸） 方向水平向右 由解析法得到的结果如下 方向水平向

11、右 2极限点二： 2.1速度分析速度比例尺： 大小： ？ ？ 方向： 由图可得（图见坐标纸） 2.2加速度分析加速度比例尺 ： 大小： ？ ？ 方向： 由图可得（图见坐标纸） 方向水平向左 由解析法得到的结果如下 方向水平向左 3 一般位置 3.1速度分析速度比例尺： 大小： ？ ？ 方向： 由图可得（图见坐标纸） 3.2加速度分析加速度比例尺： 大小 ？ ？ 方向 由图可得（图见坐标纸） 方向水平向右由解析法得到的结果如下 方向水平向右8，E点的运动轨迹点坐标为点坐标 三角形中，由余弦定理可得 由正弦定理有所以 由余弦定理得所以所以 所以并且，联立以上各方程可以画出点轨迹如下9， MATLA

12、B程序代码位移曲线x=0:0.0001:2*pi;y1=18*sin(x);y2=60*sqrt(1-0.09*(cos(x).2);y=y1-y2;plot(x,y); 速度曲线a=0:1:360x=a*pi./180;y1=18*cos(x);y2=2.7*sin(2*x);y3=sqrt(1-0.09*(cos(x).2);y=(y1-y2./y3)*24.08554plot(x,y);加速度曲线a=0:0.0001:360;x=a.*pi./180;y1=18.*sin(x);y2=5.4.*(cos(2*x);y3=(1-0.09.*(cos(x).2);y4=0.1215.*(si

13、n(2*x).2;y5=(1-0.09*(cos(x).2).1.5;y=(0-y1-(y2.*y3-y4)./y5).*24.085542;plot(x,y);点的运动轨迹曲线a=10.*pi./180:0.0001:80.*pi./180;b=54.*pi./180;o3x=-34.*cos(b);o3y=34.*sin(b);dx=o3x+29.*cos(a);dy=o3y+29.*sin(a);o2d=sqrt(34.*34+29.*29-2.*34.*29.*cos(a+b);r1=asin(34.*sin(a+b)./o2d);r2=acos(o2d).2+45.83891.2-1

14、2.18580.2)./(2.*(o2d).*45.83891);ex=dx+59.59058.*cos(120.*pi./180+a+r1+r2-pi);ey=dy+59.59058.*sin(120.*pi./180+a+r1+r2-pi);plot(ex,ey);11. 点的位移、速度、加速度数据角度（）位移（mm)速度（mm/s)加速度 （*10000mm/s2)0-57.2364433.5397-0.32845-55.3960419.5697-0.356210-54.1960403.6721-0.488515-54.2640382.6548-0.532620-51.4101363.8

15、259-0.604025-4902235334.6655-0.645230-48.9396317.1352-0.678435-47.8654285.2145-0.693240-46.8239266.3064-0.719745-45.9654235.3256-0.723550-45.0851213.4059-0.737255-44.2852183.2654-0.738660-43.7327159.8069-0.740465-43.1235135.2356-0.739670-42.7689106.2564-0.737075-42.532686.2354-0.736880-42.192053.011

16、2-0.732785-42.086525.1254-0.731590-42.00000-0.730995-42.0980-25.1256-0.7315100-42.1920-53.0112-0.7327105-42.4562-86.2354-0.7331110-42.7689-106.2564-0.7370115-42.7523-135.2356-0.7395120-43.7327-159.8069-0.7404125-44.0567-183.2654-0.7386130-45.0851-213.4059-0.7372135-45.1254-235.3256-0.7245140-46.8239

17、-266.3064-0.7197145-47.3265-285.2145-0.6923150-48.9396-317.1352-0.6784155-49.2464-334.6655-0.6523160-51.4101-363.8259-0.6040165-52.1656-382.6548-0.5324170-54.1960-403.6721-0.4885175-56.2354-419.5697-0.4256180-57.2364-433.5397-0.3284185-59.0123-445.3566-0.2456190-60.4473-450.2344-0.1259195-61.2395-45

18、0.56840.0025200-63.7229-450.96220.1103205-64.2354-443.25460.2354210-66.9396-433.77760.3658215-68.2546-413.65920.4562220-69.9643-397.91500.6227225-71.2356-375.36540.7562230-72.6627-343.94200.8626235-73.5656-300.24680.9654240-74.9096-273.73281.0682245-75.2114-293.26541.1235250-76.5978-190.30221.225425

19、5-77.0123-100.26651.2986260-77.6451-97.55551.3239265-77.9654-46.55661.3452270-78.000001.3575275-77.965446.55661.3698280-77.645197.55551.3239285-77.0123100.26651.3211290-76.5978190.30221.2254295-75.2114293.26541.1235300-74.9096273.73281.0682305-73.5656300.24680.9654310-72.6627343.94200.8626315-71.235

20、6375.36540.7562320-69.9643397.91500.6227325-68.2546413.64920.5241330-66.9396433.77760.3658335-64.2354443.25960.2415340-63.7229450.96220.1103345-61.2395450.56840.0025350-60.4473450.2344-0.1259355-59.0123443.2546-0.2456360-57.2364433.5397-0.328412. 点的坐标数据（与对应）a(）Ex(mm)Ey(mm)1066.066148.21981561.077162

21、.15532057.819668.97522554.820174.35533051.922178.90573549.061182.86784046.205986.36194543.343389.45335040.472292.17725537.603194.54946034.75996.56996531.982598.21987029.356399.44457527.0864100.07878027.230298.1607第六章 体会小结在此次课程设计过程中，大家一起设计这个虽然简单却很实用的五杆机构，从中学到了很多东西。从刚开始对课程设计什么都不懂到学到一些基础，并且完成所设计的课程内容，一

22、步步做到最后。虽然这个过程中遇到了不少困难，但是在小组成员的讨论下，把自己能解决的问题弄清楚搞明白，与老师交流我们的设计，对指导老师所提出的问题及不足之处进行完善修改。 对于这次的课程设计，有些地方做的可能还不够好，但是学到了经验，在不同的方案中我们没能做到最好却得到了不一样的体会，有失败有成功，把理论用到实际的设计中来，收获了了喜悦和成果。大家一起共同努力，也学到团队合作的力量，把每个人不同的想法结合起来就能得到一些很不错的经验。虽然不能够做到最好，把所设计的装置所有的问题都很好的解决，但是每一件事都有其不足之处，那就需要我们认真的去发现改进，把做得到的做好，不会的要去了解学习，可以向其他人

23、学习请教，取长补短，时时刻刻去学习知识并在实践中学以致用，还要有团队意识，这样我们才能把事情做的更好。 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。

24、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。相信通过这次的课程设计之后，大家都会有自己的体会，都是在学习中成长进步。参考文献1.机械原理课程设计 沈乃勋等编 高等教育出版社 公开出版 1998年。 2.机械原理与设计课程设计 王三民主编 机械工业出版社 公开出版 2005年。 3.机械原理（第七版） 郑文纬吴克坚主编 高等教育出版社 公开出版 1997年。 4.Visual Basic 6.0入门与提高 王钦编著 人民邮电出版社 公开出版 2002年。 5.Visual Basic程序设计 王汉新编著 科学出版社 公开出版 2002年。彭杨丶王孝生 主要负责设计唐烺乾 主要负责制作动画王孝生 主要负责说明书制作第四章 各连杆示意图第五章 仿真动画的制作5.1 动画制作32