機械原理課程設計 縫紉機導針與緊線機構

1、實用文檔一、設計要求1.1 設計題目縫紉機導針及緊線機構設計及其運動分析1.2 機構示意圖 該機構由O1軸上齒輪1驅動齒輪2，O2軸上還固接有曲柄O2A和O2C。曲柄滑塊機構O2AB的滑塊為縫紉機針桿，曲柄搖桿機構O2O3DC的連桿上點E為緊線頭，針桿與緊線頭協(xié)調動作，完成協(xié)調和緊線過程。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

2、設計與分析2.1齒輪機構傳動設計關于齒數(shù)選擇的分析=2n1/60=20.94 rad/s=2n2/60=28.27 rad/s假設這對齒輪標準嚙合，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

3、會造成嚙合角過大，已經超過了50°，漸開線函數(shù)表都查不到其inv值，所以只能在20到40的范圍內找一個合適的Z2值，使得Z1/Z2在誤差范圍內盡可能趨近于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，對應的k=45°1120.68設變位系數(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)之比標準化，果然Z2應該在30.64周圍選取，發(fā)現(xiàn)當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機構傳動比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。齒輪機構的傳動類型負傳動實際嚙合角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滿足要求以上計算了齒輪機構的一些主要參數(shù)，設計算是完畢。2.2曲柄滑塊機構傳動設計顯然AB+AO2-(AB-AO2)=H，解得AO2=19，由O2A/AB=0.3知AB=63.3，這樣曲柄滑塊機構就算設計完畢了2.3曲柄搖桿機構傳動設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下面計算一些四桿機構的主要參數(shù)，由圖中已經得知極位夾角為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機構總體設計基本數(shù)據(jù)表格（長度單位：mm）（機構將被下列參數(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齒輪轉速n1 /rpm200齒輪轉速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相對位置30°150°L40運動特性曲柄搖桿機構極位夾角25°曲柄搖桿機構行程速比系數(shù)k1.32滑塊沖程H38曲柄搖桿機構搖桿擺角65°三 機構運動分析3.1 曲柄滑塊機構運動分析如下圖是從原機

8、構中提取的曲柄滑塊機構，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AB長m=63.3，AO長n=19（圖中未畫出）3.11針桿位移分析設BO=S，AOB中用正弦定理，易得s=mcos-nsin=，帶入數(shù)據(jù)得S=，當=90°S有最小值=m-n=44.3，當=-90°時S有極大值=m+n=82.3，導程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針桿速度分析對上述求得的位移式求導，就能得到速度表達式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 曲柄搖桿機構運動分析如下圖，EO2長S，以O2為原點建立坐標系（圖中未標注）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（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可以得到速度關系式是齒輪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得到來進行計算，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)-

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