機械原理課程設(shè)計 縫紉機導(dǎo)針與緊線機構(gòu)

1、一、設(shè)計要求1.1 設(shè)計題目縫紉機導(dǎo)針及緊線機構(gòu)設(shè)計及其運動分析1.2 機構(gòu)示意圖 該機構(gòu)由O1軸上齒輪1驅(qū)動齒輪2，O2軸上還固接有曲柄O2A和O2C。曲柄滑塊機構(gòu)O2AB的滑塊為縫紉機針桿，曲柄搖桿機構(gòu)O2O3DC的連桿上點E為緊線頭，針桿與緊線頭協(xié)調(diào)動作，完成協(xié)調(diào)和緊線過程。1.3 原始數(shù)據(jù)N1=200rmp，n2=270rpm，模數(shù)m=1.5 mm，L=40mm，針桿沖程H=38mm，=30，=120，=150，=10，=75 ，O2O3=36mm，O3D=28mm，DE/DC=1.35,O2A/AB=0.3。齒輪參數(shù)：壓力角 ，齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)。桿O3D擺角范圍：二 機構(gòu)設(shè)計與分

2、析2.1齒輪機構(gòu)傳動設(shè)計關(guān)于齒數(shù)選擇的分析=2n1/60=20.94 rad/s=2n2/60=28.27 rad/s假設(shè)這對齒輪標(biāo)準(zhǔn)嚙合，就有0.5m*(Z1+Z2)=O1O2且*Z1=*Z2。但解得Z1=41.36，Z2=30.64均不是整數(shù)，所以重新考慮，設(shè)嚙合角k，COSk=0.5m（Z1+Z2）COS / O1O2由上式可以得到Z1/Z2=27/20,而齒數(shù)必須是整數(shù)，先假設(shè)Z1=27，Z2=20，可以解得COSk=0.6134，k=52.16。如果Z1，Z2更大，就只能有Z1=54，Z2=40，兩者之和成倍增長，COSk將大于1，所以就只能有Z1=27，Z2=20。但是這樣會造成嚙

3、合角過大，已經(jīng)超過了50，漸開線函數(shù)表都查不到其inv值，所以只能在20到40的范圍內(nèi)找一個合適的Z2值，使得Z1/Z2在誤差范圍內(nèi)盡可能趨近于27/20=1.35。取Z2=20,21,22，最終可以發(fā)現(xiàn)Z1=31，Z2=23；Z1=50，Z2=37兩組數(shù)據(jù)誤差最小，但后一組數(shù)據(jù)的COSk值超過了1，所以取Z1=31，Z2=23為佳，對應(yīng)的k=451120.68設(shè)變位系數(shù)X1，X2，由可以解得X1+X2=15.06，這顯然比較不合常理，綜合考慮變位比較常理化以及齒數(shù)之比標(biāo)準(zhǔn)化，果然Z2應(yīng)該在30.64周圍選取，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Z1=39，Z2=29（k=272627）或Z1=42，Z2=31（k=174

4、14）比較合適，誤差不大，分別解得變位系數(shù)和2.375和-0.4727，顯然取后者更合適，所以得到齒數(shù)的最終方案Z1=42，Z2=31。分度圓直徑d1=m Z1=63d2= m Z2=46.5機構(gòu)傳動比i12= =0.7407齒輪變位系數(shù)=-1.471=-0.8235且x1+x2=-0.4727在滿足上述要求下有無窮多組設(shè)定方案，為方便不妨取X1=-0.4727，X2=0，這樣加工齒輪更節(jié)約時間且兩齒輪變位系數(shù)與最小變位系數(shù)的差值都差不多，比較合理。齒輪機構(gòu)的傳動類型負(fù)傳動實際嚙合角K=17414基圓直徑=59.2=43.7齒根圓直徑=57.83=42.75齒頂圓直徑=64.50=49.42重

5、合度=1.2681符合要求齒厚=1.84=2.356=1.3990滿足要求=1.3060滿足要求以上計算了齒輪機構(gòu)的一些主要參數(shù)，設(shè)計算是完畢。2.2曲柄滑塊機構(gòu)傳動設(shè)計顯然AB+AO2-(AB-AO2)=H，解得AO2=19，由O2A/AB=0.3知AB=63.3，這樣曲柄滑塊機構(gòu)就算設(shè)計完畢了2.3曲柄搖桿機構(gòu)傳動設(shè)計本可以直接解析或作圖求解，但在這個高科技的時代我們可以直接用CAD精確地作圖得到想要的結(jié)果，如下圖是用CAD精確的作圖，于是可以容易的得到DC+CO2=59.21，DC-CO2=37.29，解得DC=48.25，CO2=10.96，由于DE/DC=1.35，所以解得DE=65

6、.14下面計算一些四桿機構(gòu)的主要參數(shù)，由圖中已經(jīng)得知極位夾角為25行程速比系數(shù)K=(180+25)/(180-25)=1.32壓力角由圖中角度數(shù)據(jù)可以算得兩極限位置D處的壓力角=90-65=25=90-25=65傳動角=65=25死點顯然無死點2.4機構(gòu)總體設(shè)計基本數(shù)據(jù)表格（長度單位：mm）（機構(gòu)將被下列參數(shù)所完全確定）分類數(shù)據(jù)值齒輪齒數(shù)Z142齒數(shù)Z231模數(shù)m1.5壓力角 /20中心距a54齒輪轉(zhuǎn)速n1 /rpm200齒輪轉(zhuǎn)速n2 /rpm270分度圓直徑63.0分度圓直徑46.5基圓直徑59.2基圓直徑43.7分類數(shù)據(jù)值齒輪傳動比i120.7407變位系數(shù)X1-0.4727變位系數(shù)X20

7、嚙合角（k）17414分度圓齒厚1.840分度圓齒厚2.356重合度1.268連桿O2A19.00AB63.30O2C10.96CD48.25O2O336.00O3D28.00DE65.14相對位置30150L40運動特性曲柄搖桿機構(gòu)極位夾角25曲柄搖桿機構(gòu)行程速比系數(shù)k1.32滑塊沖程H38曲柄搖桿機構(gòu)搖桿擺角65三 機構(gòu)運動分析3.1 曲柄滑塊機構(gòu)運動分析如下圖是從原機構(gòu)中提取的曲柄滑塊機構(gòu)，現(xiàn)分析針桿（即B點）的運動特性，自變量為。O點即是原圖中的O2點，為方便再設(shè)AB長m=63.3，AO長n=19（圖中未畫出）3.11針桿位移分析設(shè)BO=S，AOB中用正弦定理，易得s=mcos-nsi

8、n=，帶入數(shù)據(jù)得S=，當(dāng)=90S有最小值=m-n=44.3，當(dāng)=-90時S有極大值=m+n=82.3，導(dǎo)程38Matlab程序代碼t=0:0.001:360;%t代表角度 a代表距離Sa=(4007-361*(cos(t/180*pi).2).0.5-19*(sin(t/180*pi);plot(t,a);title(角度-位移圖像);xlabel(/);ylabel(/mm);hold on;3.12針桿速度分析對上述求得的位移式求導(dǎo)，就能得到速度表達(dá)式V=在兩個極限位置的速度=0，至于速度的極值，可再對V求導(dǎo)得其加速度值a=若令a=0，方程仍不好解，故稍后采用作圖法求解源程序代碼：t=0:

9、0.001:360;%t代表角度 a代表速度va=361*sin(t/90*pi)./(2*(4007-361*(cos(t/180*pi).2).0.5)-19*cos(t/180*pi);plot(t,a);title(角度-速度圖像);xlabel(/);ylabel(/mm);hold on;3.13針桿加速度分析由上面的分析已經(jīng)得到a=代入=90以及=-90可得兩極限位置的加速度a1=13.3mm/s2，a2=-24.7mm/s2當(dāng)然方向是向右為正的。源程序代碼t=0:0.001:360;%t代表角度 a代表加速度ab=t/180*pi;a=(1444*cos(2*b).*(4007

10、-361*(cos(b).2)-130321*(sin(2*b).2)./(4*(4007-361*(cos(b).2).1.5;plot(t,a);title(角度-加速度圖像);xlabel(/);ylabel(mm/s2);hold on;3.2 曲柄搖桿機構(gòu)運動分析如下圖，EO2長S，以O(shè)2為原點建立坐標(biāo)系（圖中未標(biāo)注）3.21 緊線頭位移分析 消去得代入，并令=（由已知條件已知分母不可能為0）于是原式化為，解得于是D點可確定，從而緊線頭E點可確定，其坐標(biāo)（X，Y）： 源程序：%t代表角度 b為其弧度制 t=0:0.001:360;b=t/180*pi;M=(789.12*cos(b)

11、+128)./(613.76*cos(b)-2016);N=(10.96*sin(b)./(10.96*cos(b)-36);p=(-M.*N+(N.2+1-M.2).0.5)./(N.2+1);%p=sinq=(1-p.2).0.5; %q=cosx=36-93.14*q;y=93.14*p;plot(x,y);title(緊線頭運動軌跡);xlabel(mm);ylabel(mm);hold on 3.22 緊線頭速度分析由上述的位移式和兩邊求導(dǎo)可以得到速度關(guān)系式是齒輪2的角速度，為已知常數(shù)，消去，于是解得=于是緊線頭的速度V=S源程序：%t代表角度 b為其弧度制 t=0:0.001:36

12、0;b=t/180*pi;M=(789.12*cos(b)+128)./(613.76*cos(b)-2016);N=(10.96*sin(b)./(10.96*cos(b)-36);p=(-M.*N+(N.2+1-M.2).0.5)./(N.2+1);%p=sinq=(1-p.2).0.5; %q=cosc=(36-10.96*cos(b)-28*q)/48.25; %c=cosd=(28*p-10.96*sin(b)/48.25; %d=sinV=(d.*cos(b)-sin(b).*c)./(p.*c+d.*q)*1031.4;plot(t,V);title(緊線頭速度);xlabel(

13、/);ylabel(V/mm/s);hold on;3.22 緊線頭加速度分析加速度一個是相信加速度，這點由V就可以確定，對于切向加速度可以對求導(dǎo)得到來進(jìn)行計算，得于是而源程序代碼：%t代表角度 b為其弧度制 t=0:0.001:360;b=t/180*pi;M=(789.12*cos(b)+128)./(613.76*cos(b)-2016);N=(10.96*sin(b)./(10.96*cos(b)-36);p=(-M.*N+(N.2+1-M.2).0.5)./(N.2+1);%p=sinq=(1-p.2).0.5; %q=cosc=(36-10.96*cos(b)-28*q)/48.25; %c=cosd=(28*p-10.96*sin(b)/48.25; %d=sinV=(d.*cos(b)-sin(b).*c)./(p.*c+d.*q)*1031.4;w3=(d.*cos(b)-sin(b).*c)./(p.*c+d.*q)*11;w2=(28*q.*w3-310*cos(b)./(48.25*c);a1=(w2-28.3).*(c.*cos(b)+d.*sin(b).*(p.*c+d.*q)-(w2+w3).*(d.*cos(b)-si