1、1机械原理课程设计题目：垫圈内径检测装置指导老师：曾小惠组员： 孙振国 072121 班（20121002595）万志强 072121 班（20121002267） 宋治苇 072121 班（20121001840）学院：机械与电子信息学院2014 年 6 月目录一、 设计题目及其要求.2二、 题目分析.32三、 运动方案简介43.1 垫圈检测装置功能原理方案 43.2 拟定机构的运动形式和运动循环图73.3 执行机构选型 8四、 总体立体结构图15五、 机械传动系统方案的拟定 . 16六、 5.1、推料机构设计 .165.2 压杆运动机构设计 .185.3 止动销运动机构设计 .23六、总机
2、械运动方案评价.26七、设计小结.26八、个人小结.26九、参考书目.27十、附录.一、 设计题目及其要求设计垫圈内径检测装置，检测钢制垫圈内径是否在公差允许范围内。被检测的工件由推料机构送入后沿一条倾斜的进给滑道连续进给，直到最前边的工件被止动机构控制的止动销挡住而停止。然后，升降机构使装有微动开关的压杆探头下落，检测探头进入工3件的内孔。此时，止动销离开进给滑道，以便让工件浮动。检测的工作过程如图所示。当所测工件的内径尺寸符合公差要求时（图 a） ，微动开关的触头进入压杆的环形槽，微动开关断开，发出信号给控制系统（图中未给出） ，在压杆离开工件后，把工件送入合格品槽。如工件内径尺寸小于合格
3、的最小直径时（图 b） ，压杆的探头进入内孔深度不够，微动开关闭合，发出信号给控制系统，使工件进入废品槽。如工件内径尺寸大于允许的最大直径时（图 c） ，微动开关仍闭合，控制系统将工件送入另一废品槽。 321a)b)1工件 2带探头的压杆 3微动开关a)内径尺寸合格 b)内径尺寸太小 c)内径尺寸太大二、 题目分析垫圈内径检测装置，主要的运动过程为：传动机构间歇的将工件送到检测的位置。在传送的过程中将被止动销挡住刚好到所需检测的内径圆孔到压杆将要下来的地方，然后压杆下来检测内径是否符合要求。在压杆下来检测的时间里，微动开关向右移动检测垫圈内径是否符合要求。微动开关检测完后向左移动，回到其原来所
4、在的位置。接下来，压杆和止动销一起上升回到其原来的地方。传动机构将已检测的工件送走，并将下一个将被检测的工件送到检测处。4三、 运动方案简介垫圈内径检测装置，用以下 3 个机构结合搭配组成：传动机构设计，压杆运动机构设计，止动销运动机构设计。题目所给的设计数据：平垫圈内径检测装置设计数据： 被测钢制平垫圈尺寸方案号公称尺寸 mm内径mm外径mm厚度mm电动机转速r/min每次检测时间sA 8 8.4 16 1.6 1440 5B 12 13 20 2 1440 6C 16 21 30 3 1440 8D 20 21 37 3 960 8E 30 31 56 4 960 8经小组三人讨论，结合我
5、们设计的理念与思路(挑战高难度、高精密性)，为使机构的使用性能符合要求，适合本设计，我们采用方案 A.A 8 8.4 16 1.6 1440 5周期 T=5s，角速度 =2 /T=1.257 rad/s.3.1 垫圈检测装置功能原理方案的确定方案一：5图 1用杆件机构来作为传动构件，以实现检测。优点：机器的结构较简单，操作方便缺点：摩擦损耗太大，检测的精确程度会使用时间的增加而减小，且不能实现大批量化的检测。图 26用凸轮和步进送料机构作为压杆传动和推料机构的传动件。优点：能很好的完成检测的相关要求，且能实现批量化的检测，精度也比较高。缺点：机构比较复杂，特别是凸轮，而且同样也存在摩擦。方案三
6、图 3利用杠杆放大原理来作为压杆传动机构的传动件。优点：效率比较高，能实现检测要求，结构比方案 2 要稍微简单些。缺点：没有解决止推销的问题。最终方案（方案四）：7图 4结合以上三个方案，我们定出最终方案如左图所示。推料机构、止推销传动机构、压杆探头传动机构都采用了比较好的方案，能保证垫圈内径检测仪有条不紊的完成批量化检测的要求，而且检测的精确性和耐用性也得到了保障。缺点是，制造起来比较复杂。考虑到检测的准确性，检测机构的耐用性，以及批量化检测等要求，我们采用了方案 4 作为最终方案。3.2 拟定机构的运动形式和运动循环图本垫圈内径检测装置中采用了三个执行构件：推料机构、控制止推销的止动机构，
7、压杆升降机构。推料机构采用的是带轮传动，以实现检测的批量化进行，提高效益；压杆升降机构的传动机构采用的是凸轮，经过计算可精确计算出近休止和远休止的角度以及相应半径；控制止推销的止动机构采用的外槽轮结合齿轮，这样能很好的实现止推销的间歇运动以及和送料机构和压杆升降机构的配合，以保证检测能有条不紊、高效快速、精度较高的进行。8在一个周期（5s）内，为满足要求，各个机构的运动情况：送料机构 工作行程 间歇停止时间止动机构 止动销上升 止动销停止 止动销下降压杆升降机构 压杆停止 压感下降 压杆上升 压杆停止即在一个周期 5s 内，近休止占用时间为 2s，近休止的前 1s 用于推杆推出检测完成后的垫圈
8、去相应的槽内（合格槽、废品槽、返工槽） ，后 1s 用于稳定带轮运来的待测垫圈；推程、远休止及回程用于垫圈的检测。3.3 执行机构选型三个执行机构按照其使用要求我们也各提出了一些方案，下面按照相应的工艺进行执行机构选型。推料机构选型方案一9图 5评价：由四杆机构的连杆曲线来实现送料的间歇运动。优点：调节曲柄的回转中心的高度可调节步长。缺点：杆件较多，运动时易产生冲击，且需加物料位置固定装置。方案二：图 6评价：10优点：使用带轮绕中心的联系传动可以实现待测垫圈的连续输入，以实现批量生产。缺点：皮带与皮带轮之间会打滑。方案三：图 7评价：用曲柄滑块作为送料机构，已实现传送。优点：原理简单，制造工
9、艺简单。缺点：运动过程冲击大。止推销传动机构选型方案一：11图 8评价：优点：能很好地实现止推销的间歇传动，并且能往复传动，还能通过调节曲柄的长度来调节运动情况。缺点：棘轮的制造工艺比较复杂，且摩擦较大，效率不高。方案二：12图9评价：用外槽轮作为止推销间歇运动传动构件。优点：机构简单，制造工艺简单，间歇运动精确，且是往复间歇运动。缺点：摩擦较大。13压杆升降机构（检测台机构）选型方案一：图 10评价：利用凸轮的连续回转来实现检测台的上下往复运动，凸轮近休止时，检测台停留在最低点，远休止时，检测台被推倒最高处。优点：结构简单。缺点：由于行程较大，很大程度加大了凸轮尺寸，不利于制造，且凸轮磨损较
10、大。方案二：14图 11评价：利用了杠杆放大原理，将凸轮行程减小，减小了凸轮尺寸。优点：凸轮尺寸小，便与制造。缺点：机构比较复杂，成本较高。方案三：15图 12评价：优点：曲柄滑块机构制造简单。缺点：传动平稳性不高，精度不高。3.4 机械运动方案的选择以上三个机构分别有三种，两种，三种方案，本可以组织成为18 种机械运动方案。从这 18 种方案中本着符合设计条件，各机构之间的相容性以及机构尽可能简单的原则，择优选用推料机构方案2、止推销传动机构方案 2、压杆升降机构方案 2 组成垫圈内径检测装置的机械运动方案。16垫圈内径检测装置运动方案送料机构方案：图 13评价：优点：使用带轮绕中心的联系传
11、动可以实现待测垫圈的连续输入，以实现批量生产。缺点：皮带与皮带轮之间会打滑。止推销传动机构方案：17图14评价：用外槽轮作为止推销间歇运动传动构件。优点：机构简单，制造工艺简单，间歇运动精确，且是往复间歇运动。缺点：摩擦较大。槽轮的尺寸设计如下：其中如图所示(1)拨动杆转动半径 R 和槽轮半径 SR=Lsin/Z=100sin/6=50 *118S=Lsin/Z=100sin/6=86.602 *2(2)槽轮深度 h槽轮的深度 h 应满足拨杆处于垂直位置时柱销不能碰槽底，根据拨杆转到垂直位置时的几何关系得到：h(S+R-L)+r+a=L(sin/z+cos/z-1)+r+a *3式中：r拨动杆
12、圆销半径，一般取 rR/6;A槽轮槽底与拨销所成的间隙，一般取 a=35;h=86.602+50-100+50/6+5=49,93550 *4（3）所止弧半径 A所止弧半径 A 的确定，应使得槽轮槽端的最小宽度 b=35mm 左右，即A=R-r-（35） ，A=50-50/6-5=36.667 *5（4)y 一般取槽轮厚度 B=1020mm,在这里取 B=20mm.槽轮机构的运动系数及运动特性(1) 槽轮机构的运动系数 kk=td/t *6td槽轮 2 的运动时间；19t主动拨盘运动一周的总时间；k=td/t=21/2=(-22)/2=(-(2/z)/2=1/2-1/6=1/3 *7(2) 槽
13、轮机构的运动特性设拨盘和槽轮的位置分别用 和 来表示，并规定 和 在进入区为负，在远销离开区为正。设圆销至槽轮回转中心的距离为 rx，如图所示位置时，有：Rsin=rxsin *8Rcos+rxcos=L *9消去 rx，并令 R/L=,去倒数可得到：2/1=(cos-)/(1-2cos+2) *102/1=(2-1)sin/(1-2cos+2)2 *11通过 MATLAB 模拟，由*10、*11 知：当拨盘的角速度 1 一定时，槽轮的角速度和角加速度的变化取决于槽轮的槽数 z。 （程序见附录 1）20图 15由图 10 可知，当圆销开始进入和推出径向槽时，由于角加速度有突变，故存在柔性冲击。
14、当 z=4 时，角速度突变比较缓和，柔性冲击较小。所以我们使用四齿的。检测台往复运动方案：21图 15评价：利用了杠杆放大原理，将凸轮行程减小，减小了凸轮尺寸。优点：凸轮尺寸小，便与制造。缺点：机构比较复杂，成本较高。控制压杆的凸轮设计：采用 5 次多项式运动规律的凸轮,以防止产生刚性冲击和柔性冲击。以下是推杆回程的计算过程：周期：T=5s；基圆半径=50mm；推程：44.4mm推程运动角： 0=4/15；回程运动角： 0=4/15；远修止角=2/3；近修止角=4/5；计算公式：s=C 0+ C1 2+ C3 3+ C4 4+ C5 5；22v= C1w+2 C2w+3 C3w 2+4 C4w
15、 3+5 C5w 4；a=2 C2w2+6 C3 w2+12 C 4 w2 2+20 C5 w2 3；在始点处：=0，s=0,v=0,a=0；在终点处：= 0 ,s=h,v=0,a=0；分别代入方程得到：C0=C1=C2=0 C3= 10h/ 03 C4= -15h/ 04 C5=6h/ 05位移：s=10h 3/ 30-15h 4/ 40+6h 5/ 50 ；速度：v=12h 2/ 30-24h 3/ 40+12h 4/ 50；加速度：a=48 2h/5 30-144 2h 2/5 40+96 2h 3/5 50；Matlab 分析：23图 16图 17升降台运动分析（Matlab)24图
16、1825图 1926图 20四、 立体结构图垫圈内径检测装置轴测图27图 21五、 机械传动系统方案的拟定5.1、推料机构设计推料机构是整个装置中负责将待检测的工件传送到检测位置的机构。它需要在运动规律上和控制止动销的止动机构和压杆升降机构相互配合才能完成此装置的工作要求。为了使工作周期易于控制，我们决定由皮带轮传动来达到运送工件的目的，且其可以循环往复无间断的来进给垫圈。机构由齿轮垫圈内径检测装置推料机构止推销传动机构压杆升降机构28来传动，因为其功率范围大、传动效率高的特点正好符合我们的需要。从所给的设计数据中我们得知：原动件的转动周期为 1/24s，而检测周期为 5s，因此推料机构的齿轮系的传动比需为 120：1，这要由多级齿轮传动来实现。图 22如上图为推料机构的齿轮系轴测图。下为推料机构齿轮系简图29图 23其中：z1=z2=z3=18z2=54z3=72z4=90z4=34z5=68传动比 i15=z2z3z4 z5/z1z2z3 z4=54*72*90*68/18*18*18*34=120/15.2、压杆升降机构设计30压杆升降机构轴测图图 24压杆升降（检测台）机构运动方案示意图
