垫圈内径检测装置课程设计

机械原理课程设计说明书设计题目 垫圈内经检测设计学 院_____汽车与交通学院 __专业班级______车辆142班_____姓 名________郭彭辉_______学 号______2____指导教师________赵 健______青岛理工大学二零一六年七月二日目录一、设计题目及其要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3二、功能分解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3三、运动方案简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4四、机构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5传动机构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5压杆运动机构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 8止动销运动机构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 11五、机构组合立体图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 15六、运动过程解析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 16七、方案评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 17八、方案评定及选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 18九、系统评价及总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 19十、参考书目⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 19一、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。1—工件 2 —带探头的压杆 3 —微动开关内径尺寸合格b)内径尺寸太小c)内径尺寸太大二、功能分解1）传送零件传动机构间歇的将工件送到检测的位置。2）使零件停止运动在传送零件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。（3）检测内径压杆下来检测内径是否符合要求。 在内径检测结束之后，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， 如此一直反复进行。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 电动机转 每次检方案号公称尺内径外径厚度速测时间寸mmmmmmmmr/minsA81614405B121320214406C202130314408D20213739608E303156496010决定采用方案CC202137314408周期T=8s，角速度ω=2π/T=rad/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 止动销运 微动开关机构动机构运动机构0~2s0~1s传送工件停在最高停在最高停在最左点点边1~下降~2s停在最低点2~停下降停在最低停在最左点边~~停检测停在最低右移~点检测~左移~8s停上升上升停四结构设计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。在设计传动机构的时候我们考虑了两种方法，一种是平面连杆机构，一种是带轮传动，但是平面连杆机构连续性不好，加料位置必须固定，而且用的杆件较多，容易产生冲击。而带轮传动具有功率范围大、传动效率高而且可以实现连续话的批量生产，有利于提高经济效益。所以传动机构我们选用带轮传动。即为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

8s，因此推料机构的齿轮系的传动比需为

192：1，这要由多级齿轮传动来实现上图为推料机构的齿轮系简图。为使达到传动比 i14=192/1。应有：z1=z2’=z3’=10,z2=z3=40,z4=120；传动比i14=z2z3z4/z1z2’z3’=40*40*120/103=192/1考虑到推料机构具有的运动规律特征是送料——停止——送料，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

1/24s

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=3d1=d2’=d3’=30mmd2=d3=120mmd4=360mm右边的齿轮每转动一周，槽轮转动 1/4周，皮带在这 2秒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。压杆运动机构设计在设计压杆机构的时候，通过对压杆运动机构的运动规律进行观察，发现用凸轮连杆机构比较简洁。在凸轮用什么运动机构的问题上，考虑到此装置是进行检测的装置，所以对零件的冲击要尽量小，所以决定采用5次多项式运动规律的凸轮。推杆运动规律的计算过程：周期：T=8s；基圆半径=15mm；推程：h=6mm；推程运动角：δ 0=3π/8；‘回程运动角：δ 0=3π/8；近修止角=3π/4；计算公式：s=C0+C1δ2+C3δ3+C4δ4+C5δ5；v=C 1w+2C2w+3C3wδ2+4C4wδ3+5C5wδ4；2232422523a=2Cw+6Cwδ+12Cwδ+20Cwδ；在始点处：δ=0，s=0,v=0,a=0；在终点处：δ=δ0,s=h,v=0,a=0 ；分别代入方程得到：C0=C1=C2=0，C3=10h/δ03，C4=-15h/45δ0，C5=6h/δ033445/δ5；位移：s=h-10hδ/δ+15hδ/δ-6hδ00023-15344/δ5；速度：v=πhδ/δπhδ/δ+πhδ000222423/δ5加速度：a=πhδ/δπhδ/δ0+πhδ0；通过计算得到下表结果：δ03π6π/809π/8012π/8015π/8018π/8021π/8024π/8027π/8030π/80/80svδ03π/1606π/1609π/16012π15π18π21π24π27π30π/160/160/160/160/160/160/160aδ33π36π39π42π45π48π51π54π57π60π/160/160/160/160/160/160/160/160/160/160a0~2π位移和角度的曲线图：0~3π/8速度和角度关系的曲线图： 0~3π/8加速度和角度关系图：凸轮简图：止动销运动机构设计在止动销运动机构的设计上，我们也有两种方法，第一种是通过杠杆和凸轮的集合，来实现其运动规律，还有一种是和上面压杆机构的设计思路一样，采用对心直动滚子推杆盘形凸轮机构。考虑到机构设计的简洁性和经济性，决定采用方案二，即对心直动滚子推杆盘形凸轮机构。凸轮在周期为8秒的一个周期内的运动规律为0~1s 1s~ ~ ~8s停 下降 停 上升在凸轮选择什么样的运动规律上，止动销对机构的冲击力不用像压杆机构那样高的要求，但是也要避免承受过大的冲击路，所以我们决定采用二项式运动规律；s=c0+c1δ+c2δ2v=ds/dt=c1ω+2c2ωδa=dv/dt=2c2ω2（1）在0~1s，凸轮在远休过程，远休止角σ01=π/4 （0~π/4）。（2）在1s~，凸轮为回程过程，回程运动角σ‘0=π/8（π/4~3π/8）①在等加速回程段：（π/4~5π/16）S=h-2hδ2/δ’20=6-2*6δ2/(π/8)2=δ2’2 2V=-4hωδ/δ 0=-4*6* δ/(π/8)=δ(δ=0~δ’0/2)②等减速回程：（5π/16~3π/8）S=2h(δ’-2/δ’2=2*6(π/8-δ)2/(π/8)22δ)=(π/8-δ)00V=-4hω(δ’0-δ)/δ’20=-4*6*(π/8-δ)/(π/8)2=(π/8-δ)2’2=4*6*(2π/T)/(π/8)2a=4hω/δ=960(σ=σ’/2-σ’)3）~凸轮为近休过程，近休止角σ 02=5π/43π/8~13π/8）（4）~8s凸轮为推程过程，推程角σ ‘0=3π/813π/8~2π）①等加速推程：（13π/8~29π/16）22=2*62/(3π/8)22S=2hδ/δ0δ=δ22V=4hωδ/δ0=4*6*δ/(3π/8)=δ222/(3π/8)2a=4hω/δ0=4*6*=（δ=0~δ0/2）②等减速推程：（29π/16~2π）222/(3π/16)2S=h-2h（δ0-δ）/δ0=6-2*6（3π/16-δ）=（3π/16-δ）2π/16-δ)/(3π/16)2V=4hω(δ0-δ)/δ0=4*6*(3=(3π/16-δ)2 2a=-4hω/δ0=（δ=δ0/2~δ0）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：凸轮简图五 立体结构图六、运动过程解析首先被检测垫圈由皮带组成的送料机构送入轨道 1，然后在送到轨道末端的时候，沿倾斜轨道下滑，当达到位置 3时，由于挡板的阻挡作用，使垫圈停止运动，在 3处，其在正中间沿轨道方向有一部分是空的，在其正下方有一个“十字架”的机构，因为“十字架”机构的轴与槽轮机构的轴连接在了一起，所以运动周期也是 8秒，因此可以使零件在一个周期 8秒中的前2秒被“十字架”拨到斜道4然后下滑，然后落到传送带 5上面，当垫圈滑到传送带 5时候，被止动销装置 6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），控制系统控制Ⅰ杆向左Ⅱ杆向右，然后工件便进入“合格品”轨道，然后落到相应的槽内；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，控制系统控制Ⅰ杆向右Ⅱ杆向右，然后工件进入“内径小”的轨道，然后落到相应的槽内。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，控制系统将控制Ⅰ杆向左Ⅱ杆向左，然后工件进入“内径大”轨道，最后落入了相应的槽内。1—工件 2 —带探头的压杆 3 —微动开关内径尺寸合格b)内径尺寸太小c)内径尺寸太大七、方案评价经过方案的修改及完善，使系统更好的实现了其功能。现在简述方案中的机构选用。首先从电动机出来以后，连接俩个减速箱子，右侧的先经过送料机构的主动轮子，为送料机构提供动力。然后为把动力传送到与其垂直的轴上 （即与凸轮相连的轴），利用了俩组圆锥齿轮传动，然后俩个凸轮便开始连续运转，通过其轮廓线的不同从而实现了止动销和压杆机构的精准的配合，而且此处作为本机构的核心，压杆检测机构在检测垫圈的时候是放进去的，而不是从下面压进去的，这样就可以提高检测精度。从电动机出来以后，左侧的减速箱与槽轮机构连接在了一起，然后通过槽轮机构的另一端轴输出，后经过一个“十字架”机构之后与一个皮带传动的主动轮连接在一起，以此实现间歇传动，然后传送带把已测零件送到斜滑道8。在位置 3处有一个十字架的机构，此装置起的主要作用是为了精准的为每个周期提供一个零件，在一个周期槽轮机构转过的前2秒钟内，按照一般设定垫圈应该被放在间歇传动装置上，由其实现运送，但是通过“十字架”机构可以使在位置 3处的垫片被拨到 4位置的滑道上面，然后滑下（可以预先设定其滑下的位置跟止动销下来的地方相差不是太大），从本机构中可以知道，“十字架”机构转动 90度就是2秒钟的时间，因此必须在 2秒的时间内保证垫圈内够到达间歇传动带上 5上，在十字架拨的过程中，其转动小于90度的时候垫圈已经与“十字架”脱离了接触，即将沿倾斜滑道下落，设此过程的时间是t1，要使在2秒的时候待测垫圈已经到达间歇传送带上，所以在倾斜滑道上的时间要稍微小于（2-t1）秒，在倾斜滑道上的时间控制可以通过调节滑道的摩擦系数，倾斜角度等来调节。而且在设计过程中我们尽量本着节约空间，减少机构数量，经济等原则，使一轴多用，通过设计倾斜滑道来减少能耗，使用“十字架”机构来减少机构的使用量，通过一个星期的修改，终于使机构更加完善。八、方案评定及选择方案一（参见 15页）方案二方案三最终方案评定及选择（详见七）九、系统评价及总结综合评价该检测装置，该装置主