机械原理课程设计——垫圈内径检测装置

1、机械原理课程设计说明书设计题目垫圈内径检测装置学院汽车与交通学院一专业班级至躯姓名学号指导教师赵健青岛理工大学1、设计题目及其要求32、题目分析33、运动方案简介44、立体结构图55、结构设计66、系统评价217、设计小结218、总结22参考书目221、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限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.检测的工作过程如下图.当所测工件的内径尺寸符合公差要

2、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,发出信号给限制系统图中未给出,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,发出信号给限制系统,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,限制系统将工件送入另一废品槽.3IJS-iitiSr-i92w1、鱼a)b)c)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内径尺寸太大具体设计要求见下表:力案号触测钢制于他圈尺寸物动机转速/ /t/mint/min据求检到时间外将尺寸/rnm/rnm内径/iiuin/iiuin外掉

3、/rririt/rririt厚一/mm/mm10101(.51(.520202 21 1 必口5 5牌1212 1 124242.52.51 1144014401 16 6C C20202t2t37373 31444)1444)K K)苞XIXI4 4N NK K5 5IUIU2、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TT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

4、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.3、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：表1内径检测装置设计数据方案号被测钢制平垫圈尺寸电动机转速r/min每次检测时间s公称尺寸mm内径mm外径mm厚度mmA88.4161.614405B121320214406C202130314408D20213739608E30315649608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D,如下:D20213739608周期

5、T=8s,角速度 3=2兀/丁=0.785rad/s.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02s01s传送工件停在最高点停在最高点停在最左边11.5s下降1.52s停在最低点23.5s停下降停在最低点停在最左边3.56.5s3.54.5s停检测停在最低点右移4.55.5s检测5.56.5s左移6.58s停上升上升停为使各个机构满足上述要求,传动机构的限制采用间歇机构,压杆运动机构和止动销的运动匹配要求严格,那么两者用凸轮轴连接.微动开关机构的限制采用凸轮机构.4、立体结构图(X垫圈内径检测装置rAr传动机构压杆运动机构止动销运动微动开关

6、5.1、传动机构设计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限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限制,我们决定由皮带轮传动来到达运送工件的目的.机构由齿轮来传动,由于其功率范围大、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白传动比需为128:1,这要由多级齿轮传动来实现.5、结构设计机构k)_运动机构J)如图为推料机构的齿轮系简图.其中：zi=Z2=z3=20,Z2=Z3=80,Z4=160传动比i14=Z2Z3Z4

7、/Z1Z2Z3=80*80*160/203=128/1考虑到推料机构具有送料一一停止一一送料的运动规律特征,我们决定使用槽轮机构来到达间歇式运动的目的.电动机输出齿轮皮带轮检测周期周期1/16s8s32s8s由于是检测机构,所以传动齿轮模数不宜过大,初定模数m=2d产d2=d3=40mmd2=d3=160mmd4=320mm皮带轮直径D=127.4mm皮带传送速度v=50mm/So4号齿轮每转动一周,槽轮转动1/4周,皮带在这2s的时间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.5.2、压杆运动机构设计限制压感探头的凸轮设计：方案

8、一：用齿轮、连杆和弹簧来限制压杆的运动；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：80=3兀/8;回程运动角：60=3兀/8;近修止角=3兀/4;计算公式：s=Co+Ci8+C3S+C4S+C5S；v=CiW+2C2W+3CwS2+4C4WS3+5C5WS4

9、;a=2C2W2+6C3w2S+12C4w282+20C5w2S3;在始点处：8=0,s=0,v=0,a=0;在终点处：8=80,s=h,v=0,a=0;分别代入方程得到：C0=Ci=C2=0C3=10h/803C4=-15h/804C5=6h/605位移：s=h-10h83/830+15h84/840-6h85/850;速度：v=7.5兀h82/830-15兀h83/840+7.5兀h84/850；加速度：a=3.75兀2h8/830-11.25兀2h82/840+7.5兀2h83/850用C语言计算位移,速度,加速度；计算位移的C语言程序：#include#includevoidmain(

10、)floatx,s;inta,b;scanf(%d%d,&a,&b);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#includevoidmain()floatx,v;inta,b;scanf(%d%d,&a,&b);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#includevoidmain()floatx,a;intb,c;s

11、canf(%d%d,&b,&c);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:803兀/806兀/809兀/8012兀/8015兀/8018兀/8021兀/8024兀/8027兀/8030兀/80s6.0005.9495.6525.0224.0953.0001.9050.9780.3480.0510.000v0.0000.9723.0725.2926.9127.5006.9125.2923.0720.9720.000803兀/1606兀/1609兀/16012兀/16015兀/16018兀/160

12、21兀/16024兀/16027兀/16030兀/160a0.0006.84011.52014.28015.36015.00013.44010.9207.6803.9600.000833兀/16036兀/16039兀/16042兀/16045兀/16048兀/16051兀/16054兀/16057兀/16060兀/160a-3.960-7.680-10.920-13.440-15.000-15.360-14.280-11.520-6.8400.00008兀/3速度和角度关系的曲线图:08兀/3加速度和角度关系的曲线图:02兀一个周期内推杆运动循环图: A371 10 0, ,R-SR-Sh-S

13、-Sh-S-Sh hT TTTTT= =U1i7一.丁ij|A_1 1J J工SolidWorks设计的凸轮: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.5.3、止动销运动机构设计止动销机构,由凸轮限制其运动规律.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01s1s1.5s1.5s-6.5s6.5s8s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.2S=Co+Cis+C2sv

14、=ds/dt=cco+2c2coS2a=dv/dt=2c2co1在01s,凸轮在远休过程,远休止角 b01=兀/40兀/4.一一一.、一一,一一、,S2在1s1.5s,凸轮为回程过程,回程运动角T.=兀/8兀/43兀/8在等加速回程段：兀/45兀/16S=h-2h82/820=6-2*682/兀/82=6-77.8982V=-4hcoS/S2O=-4*6*0.7858/兀/82=-122.296a=-4h32/820=-4*6*0.7852/兀/82=-968=080/2等减速回程：5兀/163兀/8S=2h80-82/820=2*6兀/8-82/兀/82=77.89兀/8-82V=-4h38

15、0-8/820=-4*6*0.785兀/8-6/兀/82=-122.29兀/8-8a=4h32/820=4*6*2兀/T/兀/82=96T=T/2-T(3)1.5s6.5s凸轮为近休过程,近休止角er02=5%/43兀/813兀/8(4)6.5s8s凸轮为回程过程,回程角00=3兀/813兀/82兀等加速推程：(13兀/829兀/16)S=2hS2/820=2*682/3兀/82=8.6682V=4hco6/620=4*6*0.7858/3兀/82=13.596a=4h2/820=4*6*0.7852/3兀/82=10.678=080/2等减速推程：(29兀/162兀)S=h-2h80-82/

16、820=6-2*63%/16-82/3兀/162=6-8.663兀/16-8V=4hco8.-8/820=4*6*0.7853兀/16-8/3兀/162=13.593兀/16-8a=-4h32/820=-10.67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:%6A-10.67-10,67-965.4、微动开关机构设计微动开关机构：由凸轮限制其运动;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：03.5s3.5s-4.5s4.5s/-5.5s5.5s6.5s6.5s8s静止过来检

17、测回去静止结构图: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+ci8+C28v=ds/dt=ciw+2c2wB2a=dv/dt=2c23有图可得：一-推程运动角 b0=71/4远休止角：0-01=71/4回程运动角：b0=71/4近休止角：o02=5兀/4推程加速过程的运动方程；S=2hS2/620=12.98262一.2v=4hcoS/S0=20.3826a=4hco2/820=16推程减速过程的运动方程；S=h-2h82/820=4-12.982兀/4-SV=4hco8/820=20.382兀/4-8a=-4hJ/820=-16s8,v8

18、,a8分析图：4回程时的运动规律过程回程加速过程的运动方程；S=h-2h82/820=4-12.98262,2V=-4hcoS/S0=-20.3826a=-4hJ/S20=-16回程减速过程的运动方程；S=2h(So-S)2/20=12.982(兀/4-8)V=-4h3(80-8)/820=-20.382(兀/4-8)a=4hco2/620=16s8,v8,a8分析图：CMon6、系统评价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.7、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

19、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测试一样：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况下都适用,假设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