機(jī)械原理課程設(shè)計縫紉機(jī)導(dǎo)針與緊線機(jī)構(gòu)

1、實用標(biāo)準(zhǔn)一、設(shè)計要求1.1設(shè)計題目縫紉機(jī)導(dǎo)針及緊線機(jī)構(gòu)設(shè)計及其運(yùn)動分析1.2機(jī)構(gòu)示意圖該機(jī)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(jī)構(gòu) O2 AB的滑塊為縫紉機(jī)針桿， 曲柄搖桿機(jī)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，1 =30，2 =120， 3 =150， 1 =10， 2 =75 ，O2O3=36mm，O3D=28mm，DE/DC=1.35,O2A/AB=0.3。齒輪參數(shù)：壓力角

2、，齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)。桿 O3D擺角范圍：1 2二 機(jī)構(gòu)設(shè)計與分析2.1齒輪機(jī)構(gòu)傳動設(shè)計關(guān)于齒數(shù)選擇的分析文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)1 =2 n1 /60=20.94 rad/s2 =2n2/60=28.27 rad/s假設(shè)這對齒輪標(biāo)準(zhǔn)嚙合，就有0.5m*(Z 1 +Z2)=O1 O2 且1 *Z1 = 2 *Z 2。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 / O 1O2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=52.1

3、6 。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=45°1120.68

4、 設(shè)變位系數(shù)12X i taninv可以解得12，這顯然比X， X，由 invkZiX +X=15.06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=27°26 27）或 Z1=42，Z2=31（k=17°41 4）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 Z 2=46.5機(jī)構(gòu)傳動比i 12=1 =0.74072齒輪變位系數(shù)X117 Z1 ha* =

5、-1.47117X217 Z2 ha* =-0.82351712且 x +x =-0.4727X1=-0.4727 ，X2=0，這樣在滿足上述要求下有無窮多組設(shè)定方案，為方便不妨取加工齒輪更節(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(jī)構(gòu)的傳動類型負(fù)傳動實際嚙合角文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)K=17°414基圓直徑dbd1 cos=59.21d2d cos=43.72b齒根圓直徑d f1d12(c*ha*x1 )m =57.83d f 2d22(c*ha*x2 )m =42.75齒頂圓直徑d fc )da12(OO/ 2=64.50122* mda22(OOc )d f/

6、 2=49.42121* m重合度1 Z1 (tanarccosdb1tan ) Z2db2tan ) =1.268>1 符合要求122da1(tanarccosda2齒厚S1m2x1 mtan=1.842S2m =2.3562SSra11inv) =1.399>0 滿足要求a112ra (inva1r1Sa 2S2ra22ra2 (inv a2inv) =1.306>0 滿足要求r2以上計算了齒輪機(jī)構(gòu)的一些主要參數(shù)，設(shè)計算是完畢。2.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)傳動設(shè)計顯然 AB+AO2-(AB-AO2)=H，解得 AO2=19，由 O2 A/AB=0.3 知 AB=63.3，這樣曲柄

7、滑塊機(jī)構(gòu)就算設(shè)計完畢了2.3 曲柄搖桿機(jī)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=65.14文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)下面計算一些四桿機(jī)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1 =90-65=25°2 =90

8、-25=65°傳動角1 =65°2 =25°死點顯然無死點2.4 機(jī)構(gòu)總體設(shè)計基本數(shù)據(jù)表格（長度單位：mm）（機(jī)構(gòu)將被下列參數(shù)所完全確定）分類數(shù)據(jù)值齒數(shù) Z142齒數(shù) Z231模數(shù) m1.5壓力角/°20中心距 a54齒輪齒輪轉(zhuǎn)速 n1 /rpm200文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)分類齒輪連桿相 對齒輪轉(zhuǎn)速 n2 /rpm分度圓直徑 d1分度圓直徑 d2基圓直徑 db1基圓直徑 db2數(shù)據(jù)傳動比 i 12變位系數(shù) X1變位系數(shù) X2嚙合角' （ k）分度圓齒厚 S1分度圓齒厚 S2重合度12O2AABO2CCDO2O3O3DDE27063.046.559.24

9、3.7值0.7407-0.4727017° 41 41.8402.3561.26819.0063.3010.9648.2536.0028.0065.1430°位置運(yùn) 動特性13150°L40曲柄搖桿機(jī)構(gòu)極位夾角25°曲柄搖桿機(jī)構(gòu)行程速比系數(shù) k1.32滑塊沖程 H38曲柄搖桿機(jī)構(gòu)搖桿擺角65°三 機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析3.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析如下圖是從原機(jī)構(gòu)中提取的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，現(xiàn)分析針桿（即 B 點）的運(yùn)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（圖文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)中未畫出）3.11 針桿位移分

10、析設(shè) BO=S，AOB中用正弦定理mn ，易得-nsincossins=mcos=m222nsin，帶入數(shù)據(jù)得S= 4007219sin，當(dāng)°n cos361cos=90S 有最小值 S1 =m-n=44.3，當(dāng) =-90°時 S 有極大值 S2 =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 S a=(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('/°

11、; ');ylabel('/mm');hold on;文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)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=n2 sin 2n cos=361sin 22 m2n2 cos219cos2 4007 361cos 2在兩個極限位置的速度 V1 =V2 =0，至于速度的極值， 可再對 V 求導(dǎo)得其加速度值a= 4n2 cos2(m2n2 cos2)3n4 sin2 2n sin=4(m2n2 cos2) 21444cos2(4007361cos2)130321sin2 219sin4(4007 361cos23) 2若令 a=0，方程仍不好解，

12、故稍后采用作圖法求解源程序代碼：t=0:0.001:360;%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 ');文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)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= 4n2 cos2(m2n2 cos2)3n4 sin2 2n sin=4(m2n2 cos2) 21444c

13、os2(4007361cos2)130321sin2 219sin4(4007 361cos23) 2代入1 =90°以及2 =-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。文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)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).*(4007-361*(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

14、像 ');xlabel('/° ');ylabel('mm/s2');hold on;3.2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析如下圖， EO2長 S，以 O2 為原點建立坐標(biāo)系（圖中未標(biāo)注）文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)3.21緊線頭位移分析L1 cosL2 cosL3 cosL4L1 sinL2 sinL3 sin消去得( L12 L32cL3oL4代入 cos1 sin2，并令 ML22L23L42L122L1L4 cos2L1L3 cos2L3L42L1 L3 sin=L1 sin（由已知條件已知分母不可能為0）NL1 cosL42L1L3 cos2L3L4于是原式

15、化為 ( N 2 1)sin22MN sinM 21 0，解得acr sinMNN 21 M 2N 21于是 D 點可確定，從而緊線頭E 點可確定，其坐標(biāo)（ X，Y）：文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)X L4 Scos Y Ssin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)+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=cos x=36-9

16、3.14*q;y=93.14*p;plot(x,y);title('緊線頭運(yùn)動軌跡 ');xlabel('mm');ylabel('mm');hold on3.22緊線頭速度分析由上述的位移式L1 cosL2 cosL3 cosL4 和 L1 sinL2 sinL3 sin兩邊文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)求導(dǎo)可以得到速度關(guān)系式L1 sin1L2 sin2 L3 sin30L1 cos1L2 cos2L3 cos31 是齒輪 2 的角速度，為已知常數(shù)，消去2 ，于是解得3 (costansin) L11= sin()L11(costansin) L3sin()

17、L3于是緊線頭的速度 V=S 3sin()L1 S1sin() L3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)+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)

18、-sin(b).*c)./(p.*c+d.*q)*1031.4;plot(t,V);title('緊線頭速度 ');xlabel('/ °');ylabel('V/mm/s');hold on;文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)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3 求導(dǎo)得到3 來進(jìn)行計算，得(21 )cos()sin() ( 23 )sin()cos()L13sin2()1L2于是aet S3( 21 )cos()sin()( 23 )sin()cos() L1S 1sin2()L2而 aenV 2sin2 ()2Ssin2(S1)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);文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)N=(10.96*sin(b)./(10.96*cos(b)-36);p=(-M.*N+(N.2+1-M.