机械原理课程设计(自动叠衣机)Word版

1、中国地质大学（贰汉） 2011年机械原理课程设计 一自动叠衣机构 设计: 07209302 郑晋峰 20091000180 目录1 一、设计原理及任务2 1.1设计目的及原理2 1.2设计任务2 二、方案确定及其机构选型3 2.1总体结构设想3 2.2执行机构方案3 2.2.1执行机构方案一3 2.2.2执行机构方案二4 2.3传动方案4 2.4整体机构示意图5 三、尺寸设计6 3.1齿轮传动设计6 3.2执行机构设计8 四、执行机构运动分析10 4.1四杆机构运动分析10 4.2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 附录一四连杆铁链机构运动

2、分析程序20 附录二导杆机构分析源程序22 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，而对做不完 的工作，而对没完没了的应酬，人们感觉非常的疲惫，更头疼的是还得抽出时间做家务，做 淸洁。现代化对我们是非常的重要，洗干一体，榨汁机，豆浆机，而包机，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而考虑的，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 叠板实现衣物折叠运动，整个

3、机构以机械原理课本上的铁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宦的运动，我们在最初的设计上进行了改进：折叠板的转动 铁链处装上复位弹簧使折叠板能够实现完全确左的运动。 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，并用运动极限位程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 建模做模拟运动分析，检验运动是

4、否 能够满足预期的运动设想。 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讣。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, 进而确左齿轮的各个参数，绘制成表。 7. 编写设汁计算程序，运用MATLAB软件对函数关系进行绘图表达，最后输岀图形，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适，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

5、构和导杆机构组成：传动部分 由齿轮系组成，但是为了协调动作的连续性齿轮1设计成不完全齿轮，下而介绍执行机构的 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。 V / / 图2-1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2 2所示。 图2

6、-2三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立的运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左的运动，在机械原理课程设il中，我们选择第二种方案进行 分析。 2. 3传动方案 从上而的机构示意图可知，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

7、求，齿轮传动机构示意图 如图23所示： 齿轮2 齿轮2, 图2-3齿轮机构示意图 2.4整体机构示意图 整体机构示意图如图2-4所示: 图2-4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3-1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，我们设汁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

8、果完整齿轮的齿数比为 =2、 齿轮1的齿所在圆周的范带I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 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, 需将首齿齿顶髙作适当的削减。 齿轮2 齿轮2 图31齿轮机构结构图 由前而根据承受载荷情况设左齿轮模数m = 3mm,选取压力角为a = 20,齿顶髙 系数=1,顶隙系数c = 0.25,并且e = S .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3-1 名称 代号 计算数值 名称 代号 计算数值 模数 m 3mm 压力角 a, 20 齿数 Z

9、 18 分度圆直径 d 54mm 齿顶髙 ka 3mm 齿根高 hf 3. 75mm 齿全髙 h 6. 75mm 齿顶圆直径 da 60mm 齿根圆直径 df 46. 5mm 基圆直径 db 50. 7mm 齿距 p 3冗 基圆齿距 Pb 2.8” 尺厚 s 15兀 齿槽宽 e 1.5k 齿轮2 表32 名称 代号 计算数值 名称 代号 计算数值 模数 m 3mm 压力角 OC 20 齿数 36 分度圆直径 d 108mm 齿顶高 ha 3mm 齿根高 hf 3. 75mm 齿全高 h 6 75mm 齿顶圆直径 da 114mm 齿根圆直径 df 100. 5mm 基圆直径 db 101. 4

10、mm 齿距 p 3冗 基圆齿距 Pb 2.8” 尺厚 s 15兀 齿槽宽 e 1.57 这部分由于时间的限制，只是做了一部分的验算，可能还存在一立的问题，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 为四连杆校链机构（如图3-4）和导杆机构（如图35）。 图33钱链四杆机构 尺寸确定: 由于一般情况衣服的宽度为600mm900mm,如果叠衣服机要想把衣服叠整齐，整个机 器中间不运动部分

11、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泄为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，根据上述确左执行件的长度为 200mm, R卩0D=200mm,首先设左摇杆的理想摆角为ZDD=60 ,各个杆的尺寸可以根据 机械原理按预圧的运动规律设讣四杆机构的方法来设计，运用解析法来设讣。 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，有几何关系可的: (31) E

12、D OZT sin 0y (32) ED=OE+OD (33) AE2+ECm2-ACm2 2xAxECM- (34) AC=ABy+BC 当摇杆处于右极限位置时，有几何关系可得: (35) CE2+AE2-ACa (36) 2xCExAE AC=BC-AB(3-7) 通过上而初步确左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铁链四杆机构有曲柄的要求和参数要求，由此得曲柄 的长度11二80mm,连杆的长度12二350mm,摇杆的长度13二320mm,摆角为59. 1度，最终确泄绞 链四杆机构为曲柄摇杆机构。 W卷磐护 R76I97得$

13、2xAExAC =0 得 q =903 极为夹角为 12=350; 13=320; 14=170; k=0; hd=pi/180; du=180/pi; wl=10; al=0; m二zeros (10, 36);那探电义矩阵 for i=l:10:360 %计算角位移號仍勰勰饑號 thl=i*pi/180; L=sqrt(14*14+ll*ll-2*ll*14*cos(thl); phi=asin(ll/L)*sin(thl); beta=acos(-12*12+13*13+L*L)/(2*13*L); if beta0 beta二beta+pi; end th3=pi-phi-beta;

14、th2=asin(13*sin(th3)-ll*sin(thl)/12); % i I算角速度號號勰%$纖號 A=-12*sin(th2) 13*sin(th3); 12*cos(th2) -13*cos(th3); B=wl*ll*sin(thl);-ll*cos(thl); C=inv(A)*B; w2=C(l,l); w3=C(2, 1); 算角加速度號勰綠僦卿號 D=E-12*sin(th2) 13*sin(th3); 12*cos (th2) -13*cos(th3); -13*cos(th3);12*sin(th2) E=wl*2*l1*Leos(thl);sin(thl)+12*

15、cos(th2) -13*sin(th3)*w2*2;w3*2: F=inv(D)*E; thl=thl*du; th2=th2*du; th3=th3*du; k=k+l; %出求的值%勰那探饑齡 m(:, k) = thl L phi beta th3 th2 C(l, 1)C(2, 1) F(l, 1)F(2, 1); end m figure(l); plot (m(l, ：),m(6, :), m(l, :), m(5,:) titleC角位移线图) xlabel ( thr ) ylabel (* th3 th2) grid figure (2); plot (m(l, :),m(

16、7, ：), m(l, :), m(8,:) title C角速度线图) xlabel ( thr ) ylabel ( w2 w3*) grid figure (3); plot (m(l, ：), m(9, :), m(l, :), m(10,:) title C角加速度线图) xlabel ( thr ) ylabel ( a2 a3*) grid 程序运行所得数据如下所示： Columns 1 through 6 1. 0000 11.0000 21. 0000 31.0000 41. 0000 51. 0000 340.0151 341.8108 346. 5017 353. 833

17、8 363. 4330 374.8462 0. 0041 0. 0447 0. 0828 0. 1167 0. 1449 0. 1666 1. 1512 1. 1470 1. 1361 1. 1189 1. 0965 1. 0699 113.8054 111.7216 110. 1629 109.2024 108. 8697 109.1539 51.2816 48.8219 46. 2779 43. 7672 41.3854 39. 2022 -0.7457 -0. 7922 -0. 7992 -0.7725 -0. 7197 -0. 6490 -0.7260 -0. 5768 -0. 398

18、2 -0.2035 -0. 0061 0. 1822 -1.2045 -0. 4702 0. 1984 0. 7404 1. 1337 1. 3892 2. 3509 2. 9852 3. 4000 3. 5659 3. 5003 3. 2507 Columns 7 through 12 61. 0000 71. 0000 81. 0000 91. 0000 101. 0000 111.0000 387. 5833 401. 1506 415. 0754 428.9205 442.2922 454. 8432 0. 1815 0. 1897 0. 1915 0. 1876 0. 1785 0.

19、 1649 1. 0400 1. 0080 0. 9748 0. 9415 0. 9088 0. 8776 110.0117 111.3772 113. 1714 115. 3086 117. 7018 120.2651 37. 2632 35. 5951 34.2110 33. 1160 32.3116 31. 7980 -0.5673 -0 4796 -0 3894 -0. 2982 -0. 2069 -0. 1156 0. 3529 0. 5004 0. 6218 0. 7158 0. 7826 0. 8228 1. 5359 1. 6079 1. 6355 1. 6419 1. 642

20、3 1. 6449 2. 8746 2. 4242 1. 9389 1. 4453 0. 9594 0. 4902 Columns 13 through 18 121.0000 131.0000 141.0000 151. 0000 161. 0000 171.0000 466.2731 476.3267 484. 7930 491. 5022 496. 3253 499.1720 0. 1476 0. 1271 0. 1040 0. 0790 0. 0525 0. 0251 0. 8487 0. 8228 0. 8006 0. 7828 0. 7698 0. 7620 122.9156 12

21、5. 5741 128. 1665 130.6247 132. 8876 134.9026 31. 5756 31.6456 32. 0093 32. 6666 33.6147 34.8454 -0. 0240 0. 0680 0. 1603 0. 2523 0. 3427 0. 4294 0. 8375 0. 8281 0. 7961 0. 7442 0. 6741 0. 5891 1. 6516 1. 6593 1. 6606 1. 6449 1. 6002 1.5146 0. 0435 -0. 3759 -0. 7620 -1. 1076 -1. 4045 -1.6458 Columns

22、 25 through 30 241.0000 251.0000 261. 0000 271. 0000 281. 0000 291.0000 464.0897 452.4137 439. 6731 426.1774 412.2834 398.3939 -0.1513 -0. 1680 -0.1807 -0. 1888 -0. 1916 -0. 1886 0. 8543 0. 8837 0. 9153 0. 9481 0. 9815 1.0145 139. 7252 138.9925 137. 9130 136.4935 134. 7434 132.6774 48.9396 51. 1271

23、53. 1554 54.9474 56. 4259 57. 5165 0. 7039 0. 6659 0. 6039 0. 5175 0.4071 0. 2743 -0. 1750 -0 2848 -0. 3927 -0.4982 -0. 6001 -0. 6962 -0.4737 -0. 8981 -1. 3348 -1. 7724 -2. 1945 -2. 5763 -1.9929 -1. 9597 -1.9215 -1.8701 -1.7895 -1. 6561 附录二导杆机构分析源程序 航.输入已知数据 11=80; 12=350; 13=320 14=170 15=550 16=20

24、0 17=350 k=0; %导杆长度 %曲柄长度 %1o2o3 长度 hd=pi/180; du=180/pi; wl=10; m=zeros (16, 360);勰%定义矩阵 for i=l:10:360 彌験僦號W臥执行件的角位移以及滑块的位移繼眺蚁朋蔽 thl=i*pi/180; L=sqrt(14*14+11*11-2*1l*14*cos(thl); phi=asin(11/L)*sin(thl); beta=acos (-12*12+13*13+L*L)/(2*13*L); if beta0 beta二beta十pi; end th3=pi-phi-beta; th2=asin(1

25、3*sin(th3)-ll*sin(thl)/12); A=-12*sin(th2) 13*sin(th3); 12*cos (th2) -13*cos(th3); B=wl*ll*sin(thl);-ll*cos(thl); w2=C(l,l); w3=C(2, 1); Dt=-12*sin(th2) 13*sin(th3); 12*cos (th2) -13*cos(th3); Et二wl”2*ll*cos(thl);sin(thl)+12*cos(th2)-13*cos(th3);12*sin(th2) -13*sin(th3)*w2*2;w32: Ft=inv(D)*E; a3=Ft

26、(2, 1) x= (17*cos(th3)/16); th5=th3asin(x); s5二sqrt(162+l厂2+2*16*17*sin(th5); % p算速度及滑块的速度魁朋觥僦號勰 D二cos(th3) 16*sin(th5); sin (th3)-16*cos (th5); E=w3*s5*s in(th3);-s5*cos (th3); F=inv(D)*E; v3=F(l,l)； w5=F(2,1); 號蔽僦W臥计算角加速度和滑块的加速度號佛號號蝴馮 G= (a3*s5-rw3*v3) * -sin (th3) ;cos (th3) +w3*s5* -w3*cos (th3)

27、; -sin (th3) - -w3*sin (th 3) w5*16*cos(th5);w3*cos(th5) w5*16*sin(th5)*v3;w5; H=cos(th3) 16*sin(th5);sin (th3) 16*cos(th5); I=inv(H)*G; thl=thl*du; th2=th2*du; th3=th3*du; th5=th5*du; C(l, 1)C(2, 1) Ft(1,1) Ft(2, 1) th5 k=k+l; m(:, k) = thl L phi beta th3 th2 s5 F(l, 1) F(2,l) 1(1,1) 1(2,1); end m

28、figured) plot (m(l, ：), m(ll,：) axis(0 360 0 420) text (100, 50, theta5) titleC角位移图像) xlabel ( thetd3) ylabel ( thetaS*) grid figure (2) plot(m(l, :),m(14,:) titleC角速度图像) xlabel ( thetaS*) ylabel ( rad/s*) grid figure (3) plot (m(l, :), m(16,:) titleC角加速度图像) xlabel () ylabel(rad*s*-2) grid 程序运行所得数据如

29、下所示: 曲柄转角 1 11 21 31 41 51 连杆转角 90.023 92.735 99. 532 109. 48 121.54 134.84 L 0.01551 0. 16536 0. 29218 0. 38587 0. 44652 0. 4792 01 1. 7805 1. 7658 1.7315 1. 6869 1. 6393 1.593 02 77. 094 69. 353 64.051 61.24 60. 488 61.271 6 62.523 54.287 47. 748 43. 14 40. 219 38.616 W2 -8.8194 -8. 8194 -8. 8194

30、-8. 8194 -8. 8194 -8.8194 W3 -8.7352 -8.7352 -8. 7352 -8. 7352 -8. 7352 -8. 7352 a2 -1807.7 -1948. 4 -3321.5 -4611 -5654 -6031. 5 a3 -24.792 -24.923 -26. 914 -30. 108 -33. 575 -34. 983 a 54.086 31.25 14. 078 3. 8895 0. 94105 4.0062 S5 525.25 484.9 443. 34 414. 72 405. 95 415. 07 V3 -1948. 4 -3321. 5

31、 -4611 -5654 -6031. 5 -5639.9 W5 -24.923 -26. 914 -30. 108 -33. 575 -34.983 -33. 524 -67856 3. 30E+0 -7. 69E+0 -5. 37E+ -5. 18E+ -5. 33E+ ac 5 5 05 05 05 a5 -333. 23 -2330.9 3216. 7 2139. 3 2080. 6 2118. 3 曲柄转角 61 71 81 91 101 111 连杆转角 148.71 162.62 176.2 189. 14 201.22 212. 24 L 0. 48989 0. 4838 0.

32、 46503 0. 43664 0. 40092 0. 35959 1. 5496 1. 5098 1. 4736 1. 4409 1.4118 1. 3861 九 63. 144 65. 775 68. 926 72. 422 76. 139 79. 98 38.007 38. 145 38. 857 40. 02 41.551 43. 389 W2 -0.6587 -0. 6587 -0. 6587 -0. 6587 -0. 6587 -0. 6587 -0.8354 -0.8354 -0. 8354 -0. 8354 -0. 8354 W3 _0. 83547 7 7 7 7 7 a2 -539. 43 -468. 89 -395. 11 -326. 07 -261. 85 -201. 16 a3 -3.2064 -2.9655 -2. 7512 -2. 5909 -2. 4773 -2. 399 % 10.905 19. 881 29. 93 40.518 51. 352 62. 253 S5 434.72 458.38 482. 03 503