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

1、實(shí)用文檔一、設(shè)計(jì)要求1.1 設(shè)計(jì)題目縫紉機(jī)導(dǎo)針及緊線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)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(dòng)齒輪2，O2軸上還固接有曲柄O2A和O2C。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)O2AB的滑塊為縫紉機(jī)針桿，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)O2O3DC的連桿上點(diǎn)E為緊線頭，針桿與緊線頭協(xié)調(diào)動(dòng)作，完成協(xié)調(diào)和緊線過(guò)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(jī)構(gòu)

2、設(shè)計(jì)與分析2.1齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)設(shè)計(jì)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(duì)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(zhǎng)，COSk將大于1，所以就只能有Z1=27，Z2=20。但是這樣

3、會(huì)造成嚙合角過(guò)大，已經(jīng)超過(guò)了50°，漸開(kāi)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(gè)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(guò)了1，所以取Z1=31，Z2=23為佳，對(duì)應(yīng)的k=45°1120.68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?chē)x取，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Z1=39，Z2=29（k=27°2

4、627）或Z1=42，Z2=31（k=17°414）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(jī)構(gòu)傳動(dòng)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(wú)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(shí)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(dòng)類(lèi)型負(fù)傳動(dòng)實(shí)際嚙合角K=17°414基圓直徑=59.2=43.7齒

5、根圓直徑=57.83=42.75齒頂圓直徑=64.50=49.42重合度=1.268>1符合要求齒厚=1.84=2.356=1.399>0滿足要求=1.306>0滿足要求以上計(jì)算了齒輪機(jī)構(gòu)的一些主要參數(shù)，設(shè)計(jì)算是完畢。2.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)傳動(dòng)設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)就算設(shè)計(jì)完畢了2.3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)設(shè)計(jì)本可以直接解析或作圖求解，但在這個(gè)高科技的時(shí)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.

6、29，解得DC=48.25，CO2=10.96，由于DE/DC=1.35，所以解得DE=65.14下面計(jì)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=90-65=25°=90-25=65°傳動(dòng)角=65°=25°死點(diǎn)顯然無(wú)死點(diǎn)2.4機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)表格（長(zhǎng)度單位：mm）（機(jī)構(gòu)將被下列參數(shù)所完全確定）分類(lèi)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n

7、2 /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(lèi)數(shù)據(jù)值齒輪傳動(dòng)比i120.7407變位系數(shù)X1-0.4727變位系數(shù)X20嚙合角（k）17°414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(duì)位置30°150°L40運(yùn)動(dòng)特性曲柄搖桿機(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(dòng)分析3.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析如下圖是從原機(jī)

8、構(gòu)中提取的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，現(xiàn)分析針桿（即B點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)特性，自變量為。O點(diǎn)即是原圖中的O2點(diǎn)，為方便再設(shè)AB長(zhǎng)m=63.3，AO長(zhǎng)n=19（圖中未畫(huà)出）3.11針桿位移分析設(shè)BO=S，AOB中用正弦定理，易得s=mcos-nsin=，帶入數(shù)據(jù)得S=，當(dāng)=90°S有最小值=m-n=44.3，當(dāng)=-90°時(shí)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'

9、;);xlabel('/°');ylabel('/mm');hold on;3.12針桿速度分析對(duì)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(gè)極限位置的速度=0，至于速度的極值，可再對(duì)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=0:0.001:360;%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(&#

10、39;/°');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).*(4007-361*(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

11、圖像');xlabel('/°');ylabel('mm/s2');hold on;3.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析如下圖，EO2長(zhǎng)S，以O(shè)2為原點(diǎn)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(diǎn)可確定，從而緊線頭E點(diǎn)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)+128)./(613.76*cos(b)-2016);N=(10.96*sin(b)./(10.96*cos(

12、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(yùn)動(dòng)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=0:0.001:360;b=t/180*pi;M=(789.12*cos

13、(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('/°'

14、;);ylabel('V/mm/s');hold on;3.22 緊線頭加速度分析加速度一個(gè)是相信加速度，這點(diǎn)由V就可以確定，對(duì)于切向加速度可以對(duì)求導(dǎo)得到來(lái)進(jìn)行計(jì)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)-

15、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)-sin(b).*c).*(q.*c-p.*d)./(p.*c+d.*q).2)*1031.4;%a1切向加速度a2=V.2/93.14; %a2法