机械原理课程设计缝纫机导针与紧线机构

1、一、设计要求1.1设计题目缝纫机导针及紧线机构设计及其运动分析该机才由O轴上齿轮1驱动齿轮2,Q轴上还周接有曲柄QA和QC。曲柄滑块机构QAB的滑块为缝纫机针杆，曲柄摇杆机构QQDC的连杆上点E为紧线头，针杆与紧线头协调动作，完成协调和紧线过程。1.3原始数据.一一一P,一N1=200rmpn2=270rpm,模数m=1.5mmL=40mm针杆/中程H=38mm1=30,PPca.ot_2=120,3=150,1=10,2=75,QQ=36mmQD=28mmDE/DC=1.35,OA/AB=0.3。齿轮参数：压力角0 衰,齿顶高系数=顶隙系数1=。25。杆QD摆角范围：a10ct0a2二机构设

2、计与分析2.1齿轮机构传动设计关于齿数选择的分析1=2 冗ni/60=20.94rad/s2=2兀应60=28.27rad/s假设这对齿轮标准啮合，就有0.5m*(Zi+Z)=OiQ且%*Zi=02*Z2。但解得ZI=41.36,乙=30.64均不是整数，所以重新考虑，设啮合角k,COSk=0.5m(Z1+Z2)COS/OiQ由上式可以得到Z1/Z2=27/20,而齿数必须是整数，先假设Z1=27,Z2=20,可以解得COSk=0.6134k=52.16o如果Zi,乙更大，就只能有Zi=54,乙=40,两者之和成倍增长，COSk等大于1,所以就只能有Zi=27,乙=20。但是这样会造成啮合角过

3、大，已经超过了50,渐开线函数表都查不到其inv值，所以只能在20到40的范围内找一个合适的乙值，使得Z1/Z2在误差范围内尽可能趋近于27/20=1.35。取乙=20,21,22，最终可以发现Zi=31,乙=23;Zi=50,1=37两组数据误差最小，但后一组数据的COSK超过了1,所以取Zi=31,乙=23为佳，对应的k=451120.68.”X；设变包系数Xi,%,由invk=,、乙较不合常理，综合考虑变位比较常理化以及齿数之比标准化，果然乙应该在30.64周围选取，发现当Zi=39,Z2=29(k=272627)或Zi=42,乙=31(k=17414)比较合适，误差不大，分别解得变位系

4、数和2.375和-0.4727,显然取后者更合适，所以得到齿数的最终方案Zi=42,Z2=31O分度圆直径di=mZi=63d2=mZ2=46.5机构传动比i12=上=0.74072齿轮变位系数17-Zi*i一ha=-1.47117X2一17一7ha=-0.823517且xi+X2=-0.4727在满足上述要求下有无穷多组设定方案，为方便不妨取Xi=-0.4727,X2=0,这样加工齿轮更节约时间且两齿轮变位系数与最小变位系数的差值都差不多，比较合理。齿轮机构的传动类型负传动实际啮合角K=17414基圆直径db=d1cos：=59.2Xtana+inva可以解得X+X=15.06,这显然比db

5、2=d2cos1=43.7齿根圆直径.*、dfl=di-2(cha-xi)m=57.83df2=d2-2(cha-x2)m=42.75齿顶圆直径dai=2(。1。2-df/2-Cm)=64.50f2.*、da2-2(OQ2-df/2-Cm)=49.42重合度1_ dbdb,乐2=Z1(tanarccostana)+Z2(tanarccostana)=1.2681符合要求2二da1da?齿厚S=m2Kmtan：=1.842S-=2.3562raS=S21(invaa1-inva)=1.3990辆足要求r1Sa2=S2*2ra2(invsa2invu)=1.3060满足要求以上计算了齿轮机构的一些

6、主要参数，设计算是完毕。2.2曲柄滑块机构传动设计显然AB+AO(AB-AO2)=H,解得AO=19,由QA/AB=0.3知AB=63.3,这样曲柄滑块机构就算设计完毕了2.3曲柄摇杆机构传动设计本可以直接解析或作图求解，但在这个高科技的时代我们可以直接用CADB确地作图得到想要的结果，如下图是用CA所确的作图，于是可以容易的得到DC+CO59.21,DC-C837.29,解得DC=48.25,CO=10.96,由于DE/DC=1.35,所以解得DE=65.14下面计算一些四杆机构的主要参数，由图中已经得知极位夹角为25行程速比系数K=(180+25)/(180-25)=1.32压力角由图中角

7、度数据可以算得两极限位置D处的压力角%=90-65=252=90-25=65传动角1=652=25死点显然无死点2.4机构总体设计基本数据表格(长度单位：mm(机构将被下列参数所完全确定)分类数据值齿轮齿数Z142齿数Z231模数m1.5压力角a/。20中心距a54齿轮转速m/rpm200齿轮转速n2/rpm270分度圆直径di63.0分度圆直径d246.5基圆直径dbDl59.2基圆直径dD43.7分类数据值齿轮传动比i120.7407变位系数Xi-0.4727变位系数X20啮合角a(k)17。4i4分度圆山厚S1.840分度圆齿厚S22.356重合度的21.268连杆1OA19.00FAB

8、63.30OC10.96CD48.25OQ36.00OD28.00DE65.14相对位置Pi30P3150L40运动特性曲柄摇杆机构极位夹角025曲柄摇杆机构行程速比系数k1.32滑块冲程H38曲柄摇杆机构摇杆摆角中650三机构运动分析3.1曲柄滑块机构运动分析如下图是从原机构中提取的曲柄滑块机构，现分析针杆（即B点）的运动特性，自变量为8。O点即是原图中的Q点，为方便再设AB长m=63.3,AO长n=19（图中未画出）针杆位移分析设BO=SAOB用正弦定理m=n,易得s=mcosa-nsin民cossin-=Jm2-n2cos2日nsin日,带入数据得S=J4007-361cos2日-19s

9、in9,当0=90S有最小值S=m-n=44.3,当9=-90时S有极大值&=m+n=82.3,导程38Matlab程序代码t=0:0.001:360;%t代表角度a代表距离Sa=(4007-361*(cos(t/180*pi).A2).A0.5-19*(sin(t/180*pi);plot(t,a);title(角度-位移图像)；xlabel(/0);ylabel(/mm);holdon;针杆速度分析对上述求得的位移式求导，就能得到速度表达式、/n2sin2-361sin2-V=-ncos=-19cos 二2、m2-n2co嫉12、，4007-361cos2u在两个极限位置的速度Vi

10、=V2=0,至于速度的极值，可再对V求导得其加速度值4n2cos2(m2-n2cos2)-n4sin22a=4(m2-n2cos21)21444cos21(4007-361cos2)-130321sin22若令a=0,方程仍不好解，故稍后采用作图法求解源程序代码：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)A2)A0.5)-19*cos(t/180*pi);plot(t,a);nsin-19sin-34(4007-361cos2u)Wtitle(角度-速度图像)；xlabel(/0);ylab

11、el(Zmm);holdon;3.13针杆加速度分析由上面的分析已经得到a=4n2cos2i(m2-n2cos2)-n4sin223nsin-4(m2-n2cos21)21444cos2(4007-361cos2)-130321sin2234(4007-361cos2u”19sin-代入3=90以及e2=-90可得两极限位置的加速度a1=13.3mm/S,2a2=-24.7mm/s当然方向是向右为正的。源程序代码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)A2)-130321*(sin(2*b

12、)A2)./(4*(4007-361*(cos(b)A2)A1.5;plot(t,a);title(角度-加速度图像,);xlabel(/0);ylabel(mm/sA2);holdon;3.2曲柄摇杆机构运动分析如下图，EO长S,以。为原点建立坐标系（图中未标注）N=-2LlL3sin=L1sin（由已知条件已知分母不可能为 0）2LiL3cos 二-2L3L4Licos：-L4于是原式化为（N2+i）sin2e+2MNsin日+M2-i=o,解得3.21紧线头位移分析L1cos 二：；L2cos:L3cos 二-L4L1sin工LL2sin:=L3sin消去（Li:-2L3代入cos日=J

13、i-sin2日,并令ML2-LjL24+2LiL4Cosa2L1L3cos：-2L3L4于是D点可确定，从而紧线头E点可确定，其坐标（X,Y）:=acrsin-MNN2i-M2N2iX=L4-ScosiY=Ssini源程序：%1代表角度ab为其弧度制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+(NA2+1-MA2)A0.5)./(NA2+1);%p=sinq=(1-pA2)A0.5;x=36-93.14*q;y=9

14、3.14*p;plot(x,y);title(,紧线头运动轨迹,);xlabel(mm);ylabel(mm);holdonFiFi1 1 号 EditEditV VL LewInsertToolsWindowHelpewInsertToolsWindowHelp紧线头运动轨迹紧线头运动轨迹3.22紧线头速度分析由上述的位移式 L1cosa+L2cosB+L3cos=L4和 L1sina+L2sinB=L3sin9 两边求导可以得到速度关系式L1sin:L2sin一：2L3sinu3=0L1COS-1L2cosI，2=L3cosu3%q=cos储是齿轮2的角速度，为已知常数，消去隈于是解得(c

15、os.：:tan:sin_3)L|sin(l：,、工)L1M=0(cos【tan:sin【)L31sin(1)L31于是紧线头的速度V=S3=sin()L1S1sinC-)L31源程序：%1代表角度ab为其弧度制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+(NA2+1-MA2)A0.5)./(NA2+1);%p=sin9q=(1-p.A2).A0.5;%q=cos0c=(36-10.96*cos(b)-28*q)/

16、48.25;%c=cos0d=(28*p-10.96*sin(b)/48.25;%d=sin0V=(d.*cos(b)-sin(b).*c)./(p.*c+d.*q)*1031.4;plot(t,V);title(,紧线头速度,);xlabel(a/);ylabel(V/mm/s);holdon;加速度一个是相信加速度， 这点由V就可以确定， 对于切向加速度可以对切3求导得到%来进行计算，得(2-i)cos(:)sin(1-)-(-2-3)sin(-二)cos()Li一3二sin2(，一：)口1于是(-2-i)cos(:一:)sin(F：)_(，2，3)sin(:-:)cos(u：)L1aet

17、=S-3=FI丁S1sin(.)L21sin2(-：)S.2sin2(；：)1源程序代码：%1代表角度ab为其弧度制t=0:0.001:360;b=t/180*pi;M=(789.12*cos(b)+128)./(613.76*cos(b)-2016); ileEditVie*InsertileEditVie*Insert 工。通导 WindowHelpWindowHelpDoSH膏膏 A/您月您月? ?00o oL Lo o_u_u而Henv2S200照线头速度照线头速度1003.22紧线头加速度分析oILIL50000攻0。5 51500N=(10.96*sin(b)./(10.96*cos(b)-36);p=(-M.*N+(NA2+1-MA2)A0.5)./(NA2+1);%p=sin9q=(1-p.A2).A0.5;%q=cos0c=(36-10.96*cos(b)-28*q)/48.25;%c=cos0d=(28*p-10.96*sin(b)/48.25;%d=sin0V=(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);