机械原理课程设计-垫圈内径检测装置

1机械原理课程设计报告题目：垫圈内径检测装置组员：072072-26 蒋威 （20071003412） 072072-27 任杰 （20071003465）072072-28 杨海锋 （20071003694）072072 -29 王雷 （20071004112）专业：机械设计制造及其自动化指导老师：曾小惠 王玉丹2009 年 7 月2目录一、 设计题目及其要求.3二、 题目分析.3三、 运动方案简介.4四、 总体立体结构图.6五、 结构设计、尺寸设计及其计算65.1 传动机构设计.75.2 压杆运动机构设计.95.3 止动销运动机构设计.145.4 微动开关运动机构设计.18六、系统评价.22七、设计小结22八、总结24九、参考书目243一、 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4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，回到其原来所在的。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。三、 运动方案简介垫圈内径检测装置，用以下 4 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，微动开关运动机构设计。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 20 21 30 3 1440 8D 20 21 37 3 960 8E 30 31 56 4 960 8经小组讨论，为使机构的使用性能符合要求，适合本设计，我们采用方案 DD 20 21 37 3 960 8周期 T=8s，角速度 =2 /T=0.785 rad/s.5在一个周期内，满足要求，各个机构的运动情况：传动机构 压杆运动机构止动销运动机构微动开关运动机构01s 停在最高点11.5s 下降02s1.52s传送工件 停在最高点停在最低点停在最左边23.5s 停 下降 停在最低点停在最左边3.54.5s 右移4.55.5s 检测3.56.5s5.56.5s停 检测 停在最低点左移6.58s 停 上升 上升 停为使各个机构满足上述要求，传动机构的控制采用间歇机构，压杆运动机构和止动销的运动匹配要求严格，则两者用凸轮轴连接。微动开关机构的控制采用凸轮机构。四、 立体结构图6五、 结构设计垫圈内径检测装置传动机构 压杆运动机构 止动销运动机构微动开关运动机构1、传动机构设计7传动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。机构由齿轮来传动，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 1/16s，而检测周期为 8s，因此推料机构的齿轮系的传动比需为 128：1，这要由多级齿轮传动来实现。如图为推料机构的齿轮系简图。其中：8z1=z2=z3=20,z2=z3=80,z4=160传动比 i14=z2z3z4/z1z2z3=80*80*160/203=128/1考虑到推料机构具有送料停止送料的运动规律特征，我们决定使用槽轮机构来达到间歇式运动的目的。电动机 输出齿轮 皮带轮 检测周期周期 1/16s 8s 32s 8s由于是检测机构，所以传动齿轮模数不宜过大，初定模数 m=2d1=d2=d3=40mmd2=d3=160mmd4=320mm皮带轮直径 D=127.4mm，皮带传送速度 v=50mm/s4 号齿轮每转动一周，槽轮转动 1/4 周，皮带在这 2s 的时间9内将待测工件传送到检测位置，然后停留 6s，等待检测完毕后将已检测的工件送走，并把新的工件传送过来，如此重复。2、压杆运动机构设计控制压感探头的凸轮设计：方案一：用齿轮、连杆和弹簧来控制压杆的运动；方案二：用凸轮和连杆机构，为了设计加工方便把凸轮设计成 3 次多项式运动规律；方案三：用凸轮和连杆机构，凸轮设计成 5 次多项式运动规律；综合分析以上三种方案，方案一中弹簧用久后会变形，影响测量精度，考虑到探头测量时冲击力要小，故不能用三次多项式的凸轮，经综合考虑采用方案三采用 5 次多项式运动规律的凸轮。以下是推杆回程的计算过程：周期：T=8s；基圆半径=15mm；推程：h=6mm；推程运动角： 0=3/8；回程运动角： 0=3/8；远修止角=/2；近修止角=3/4；计算公式：s=C 0+ C1 2+ C3 3+ C4 4+ C5 5；v= C1w+2 C2w+3 C3w 2+4 C4w 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；10分别代入方程得到：C0=C1=C2=0 C3= 10h/ 03 C4= -15h/ 04 C5=6h/ 05位移：s=h-10h 3/ 30+15h 4/ 40-6h 5/ 50 ；速度：v=7.5h 2/ 30-15h 3/ 40+7.5h 4/ 50；加速度：a=3.75 2h/ 30-11.25 2h 2/ 40+7.5 2h 3/ 50；用 C 语言计算位移，速度，加速度；计算位移的 C 语言程序：#include#includevoid main()float x,s;int a,b;scanf(%d %d,x=(float)a/b;s=6-60*x*x*x+90*x*x*x*x-36*x*x*x*x*x;printf(%fn,s);计算速度的 C 语言程序：#include#includevoid main()11float x,v;int a,b;scanf(%d %d,x=(float)a/b;v=120*x*x-240*x*x*x+120*x*x*x*x;printf(%fn,v);计算加速度的 C 语言程序：#include#includevoid main()float x,a;int b,c;scanf(%d %d,x=(float)b/c;a=160*x-480*x*x+320*x*x*x;printf(%fn,a);经计算得到以下结果：12 0 3/80 6/80 9/80 12/80 15/80 18/80 21/80 24/80 27/80 30/80s 6.000 5.949 5.652 5.022 4.095 3.000 1.905 0.978 0.348 0.051 0.000v 0.000 0.972 3.072 5.292 6.912 7.500 6.912 5.292 3.072 0.972 0.000 0 3/160 6/160 9/160 12/160 15/160 18/160 21/160 24/160 27/160 30/160a 0.000 6.840 11.520 14.280 15.360 15.000 13.440 10.920 7.680 3.960 0.000 33/160 36/160 39/160 42/160 45/160 48/160 51/160 54/160 57/160 60/160a -3.960 -7.680 -10.920 -13.440 -15.000 -15.360 -14.280 -11.520 -6.840 0.00008/3 位移和角度的曲线图：08/3 速度和角度关系的曲线图：08/3 加速度和角度关系的曲线图：1302 一个周期内推杆运动循环图：SolidWorks 设计的凸轮：14安装凸轮时应注意凸轮开始转动时应先远休 2 秒，然后再回程来测量垫圈的内径，故应把凸轮应安装如上图所示的位置；推程时推杆的运动规律和回程时的运动规律完全一致，各种参数均相同。3、止动销运动机构设计15止动销机构，由凸轮控制其运动规律。凸轮类型：对心直动滚子推杆盘形凸轮机构。凸轮机构在在周期为 8s 的一个周期内的运动规律为：（0s 时在最高处） 01s 1s1.5s 1.5s6.5s 6.5s8s停 下降 停 上升凸轮机构分析：为保证凸轮机构不受过大地冲击力，采用二次多项式运动规律。s=c0+c1+c 2 2 v=ds/dt=c1+2c 2a=dv/dt=2c2 216（1）在 01s，凸轮在远休过程，远休止角 01=/4 （0/4） 。（2）在 1s1.5s，凸轮为回程过程，回程运动角 0=/8 （/43/8）在等加速回程段：（/45/16）S=h-2h 2/ 20=6-2*6 2/(/8) 2=6-77.89 2V=-4h/ 20=-4*6*0.785/(/8) 2=-122.29a=-4h 2/ 20=-4*6*(0.785)2/(/8) 2=-96(=0 0/2)等减速回程：（5/163/8）S=2h( 0-) 2/ 20=2*6(/8-) 2/(/8) 2=77.89 (/8-) 2V=-4h( 0-)/ 20=-4*6*0.785(/8-)/( /8) 2=-122.29 (/8-)a=4h 2/ 20=4*6*(2/T)/( /8) 2=96(= /2- )（3）1.5s6.5s 凸轮为近休过程，近休止角 02=5/4 （3/813/8）（4）6.5s8s 凸轮为回程过程，回程角 0=3/8（13/82）等加速推程：（13/829/16）S=2h 2/ 20=2*6 2/(3/8) 2=8.66 2V=4h/ 20=4*6*0.785/( 3/8) 2=13.59a=4h 2/ 20=4*6*(0.785)2/(3/8) 2=10.6717（=0 0/2）等减速推程：（29/162）S=h-2h（ 0-） 2/ 20=6-2*6（3/16-） 2/(3/16) 2=6-8.66（3/16-）V=4h( 0-)/ 20=4*6*0.785(3/16-)/( 3/16) 2=13.59 (3/16-)a=-4h 2/ 20=-10.67（= 0/2 0）在一个周期内，止动销上升高度与凸轮转过角速度的关系：一个周期内，止动销的速度与凸轮转过角速度的关系：一个周期内，止动销的加速度与凸轮转过角速度的关系：184、微动开关机构设计微动开关机构：由凸轮控制其运动；凸轮类型：几何封闭的凸轮机构；该机构在一个周期的运动规律：03.5s 3.5s4.5s 4.5s5.5s 5.5s6.5s 6.5s8s静止 过来 检测 回去 静止结构图：19凸轮机构的分析与计算;为了保证凸轮机构收到极小的 冲击，采用二次多项式运动规律其表达式：s=c0+c1+c 2 2 v=ds/dt=c1+2c 2a=dv/dt=2c2 2有图可得：推程运动角 0=/4远休止角 ： 01=/4回程运动角： 0=/4近休止角： 02=5/4 推程加速过程的运动方程;S=2h 2/ 20=12.982 2v=4h/ 20=20.382a=4h 2/ 20=16推程减速过程的运动方程;S=h-2h 2/ 20=4-12.982（/4-） 2V=4h/ 20=20.382（/4-）a=-4h 2/ 20=-16s，v，a 分析图：2021回程时的运动规律过程回程加速过程的运动方程;S=h-2h 2/ 20=4-12.982 2V=-4h/ 20=-20.382a=-4h 2/ 20=-16回程减速过程的运动方程；S=2h( 0-) 2/ 20=12.982（/4-）V=-4h( 0-)/ 20=-20.382（/4-）a=4h 2/ 20=16s，v，a 分析图：22六、系统评价23综合评价该检测装置，该装置止动销、压杆、微动开关精确地配合运动，符合每 8 秒检测一个垫圈的技术要求，检测的探头对工件的冲击较小，总的来说该设计符合技术要求。七、设计小结这次课程设计是我们第一次独立地对一个完整的机械进行设计。当我们看到课程设计任务书的第一眼时，还以为这次的作业和以往经历过的无数次的考试一样：老师给你一份写满了题目的试卷，而你只需要对这些题目一一分析，再写下自己的思考就算完成了。然而，在我们花费了一整个下午对课题进行了一番研究之后，我们才预感到这不是一件简单的事：老师给我们的是一张白纸，连题目都还需要我们自己去写。我们选择的课题是对垫圈内径检测装置的设计，这是一个检测仪，它的工作机理理解起来并不难，难的是在设计过程中对于机器实际运作时可能发生的一系列问题的解决。第一个问题，出现在设计各部件运动方式时。要知道我们以往解题的时候，机械的运动都是一定的，然而在检测仪中，因被检测工件的外形参数不同，在每个检测周期中压杆的垂直位移以及微动开关的水平位移都不一样，如何保证我们设计的这些机构在检测不同的工件时即能圆满完成工作要求，又不会对机器本身和工件造成损坏，成了摆在我们面前的第一道坎。首先我们想到的是通过添加弹簧来满足构件的位移浮动，在构件的长度允许变化的时候，这看上去是一个好方法，于是在设计微动开关时，我们就在其中加上卡一个弹簧。但是弹簧不是在任何情24况下都适用，若我们在带探头的压杆中也使用了弹簧，那么机器在检测工件时就无法区别出内径正常的工件与内径过小的工件了（压杆的长度如果变化的话，测量结果就不准） 。为了解决这个问题，我们最后决定在凸轮的设计中（压杆由凸轮传动） ，预留一段允许凸轮空转的时间，其实际结果就是，在传动过程中，我们把压杆“放”入了待测件的内，而非将其“压”进去，这样就达到了在不改变压杆长度的前提下测量不同工件内径的目的。另一个问题是机器各部件的协调性问题。什么时候止动销升起，什么时候下压杆，什么时候微动开关工作，最后这些部件又怎么回到初始位置，这些问题困扰了我们很久，为此我们修改了方案数次。虽然这个问题花费了我们不少时间，但是在解决问题的过程中我们确实对设计过程中的细节有了更全面的了解。从细节到整体，随着设计进度的推进，我们仿佛亲眼见证了一个个细小的零件在我们眼前组合成了一个完整的机器，如今它就在那边轰隆隆地转动着。八、总结这次的课程设计完成了，经过了十几天的分析、计算和绘制，经过了团队合作和各自的思考，经过了无从下手和有所领悟，课程设计总算完成了。这是分工协作的的成果：蒋威负责止动销运动机构设计；任杰负责传动机构设计；杨海锋负责微动开关运动机构设计；王雷负责压杆运动机构设计。然而我们并不是等到各个部分的25设计完成之后再将其合并汇总，交流和讨论贯穿了设计的整个过程。在这次课程设计中找到的问题和经验，成为了我们走向外门世界的路上的鹅卵石，使原本崎岖不平的道路变得饶有兴致。在未来的学习当中，我们仍需要保持住现在这份热情，将困难熔进身体，使之成为自己与外界抗衡的资本。九、参考书目1.机械原理 （第六版） 孙桓 陈作模 主编 高等教育出版社2.机械原理 （第七版） 孙桓 陈作模 葛文杰主编 高等教育出版社3.机械原理课程设计总体概要及任务书 曾小惠 王玉丹 编 4.机械设计基础课程设计 孙德志 张伟华 邓子龙 编 科学出版社