新机械原理设计

机械原理课程设计说明书

题目：垫圈内径检测装置

指导老师：彭晓君

组员：谢克成08机械2班(200824123234)

陈远强08机械2班(200824123235)

陆世杰08机械2班(200824123238)

学院：电子信息与机电工程学院

2010年12月

目录

一、设计题目及其要求....................................3

二、题目分析.............................................4

三、运动方案简介........................................4

3.1垫圈检测装置功能原理方案.......................5

3.2拟定机构的运动形式和运动循环图.................8

3.3执行机构选型.....................................9

3.4机械运动方案的选择...............................14

四、机械传动系统方案的拟定............................16

、—•--3^.方I才句台勺丁［-・・•♦・・・・・・・♦・・・・・・♦・・••・・・・・♦・・•・・・♦・・•・・・・♦♦・・・♦・・・・・・♦・・・•・・・・・♦・♦・・♦16

5.1＞推料机构设计..................................16

5.2压杆运动机构设计...............................17

5.3止动销运动机构设计..............................19

六、总机械运动方案评价...................................20

七、设计小结..............................................21

八、团队小结..............................................21

九、参考书目..............................................24

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

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电动机转每次检

方案

公称尺内径外径厚度速测时间

号

寸mmmmmmmmr/minS

A1010.520214405

B1213242.514406

C202137314408

D30315649608

E363766596010

经小组三人讨论，结合我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.

A1010.520214405

周期T=5s,角速度3=2n/T=1.257rad/s.

3.1垫圈检测装置功能原理方案的确定

序方案原理图评价

号

用杆件机构来作为

传动构件，以实现

检测。

优点：机器的结构

比较简单，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。

噜釐.w时作为挡板

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

2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。

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，

，待测垫一能实现检测要求，

结构比方案2要稍

3微简单些。

缺点：没有解决止

■推销的问题。

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

经特测一圈传动机构、压杆探

|1|1头传动机构都采用

了比较好的方案，

f±D能保证垫圈内径检

4测仪有条不紊的完

料机构

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。

E杆传动机构

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，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。

在一个周期(5s)内，为满足要求，各个机构的运动情况:

垫圈内径检测机构运动循环图

1虎勿签总己工党停止在也，白上

1.已与史庄近休止中可也■更久

2.公松推逶4言5・检度营开热切・

2.及身/止动片电灯笈共度方的止开热，&斑2下

检索尹妁2北厅岭也忆典二人叠灵之

整修E至，WW弁等止，〃力上幻把。共2E匕2里・建利口”

・右，丝*和111的0台立・

3.笈片/士动H小篦2止不w此片2.技片/上初附尹能烫■

，处能作为我笈正委下才.

3.林瞥力下一个23三**

时间曲戏

秒

近然止

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。

表3.3.2止推销传动机构选型

序运动方案及评价

号

评论：

止推销间歇运动方案A

用外槽轮作为止推销间歇运动的传百构件

止推销传动机构方案B

评价:

2运用棘轮作为止推销间歇俵动机

构以酒足止推铭的运动福要。

优点：

堂很好的实现止推销的间歇传动

,并且能往复传动，还能调节曲

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

襟比较大，效率不是很高，时间

比较难确定。

表333压杆升降机构（检测台机构）选型

序

运动方案及评价

号

检测台运动方案C

3

优点：

曲柄滑块机构结构曾单，容易制造，易于理

解接受。

缺点：

无法满足检测台需要的高精度的操作要求,

传动平稳性不修高。

3.4机械运动方案的选择

以上三个机构各有三种方案，本可以组织成为27种机械运动方

案。从这27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1、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,

如表3.4所示。

表3.4垫圈内径检测装置运动方案

推料机构

送料机构方案B

1W

优点：

使用带轮统中心的联系

花动可以实现待测垫网

的连续输入，以实现检

测的枇量化进行，提高

经济效益

缺点:

皮带和皮带轮之间会存

在打滑的问题

止推销传动机构

压杆升降机构

检测台往复运动方案B

特，一―

鱼

竖直固定支架评价：利用了杠杆放大原理

,将凸轮推程降小，破小？

凸轮的制造尺寸。

优点：凸轮尺寸小，便于制

造。

缺点：机构比较复杂，成江

较高

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。

下为推料机构齿轮系简图

推料机构齿轮系简图

1

其中：

z尸Z2'=Z3'=18;Z2=54;Z3=72;Z4=90;Z4'=34;

Z5=68

传动比i]5=Z2Z3Z4Z5/Z】Z2'Z3‘*=54*72*90*68/18*18*18*34=120/1

5.2、压杆升降机构设计

压杆升降（检测台）机构运动方案示意图

控制压感探头的凸轮设计：

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;

基圆半径二50nlm;

推程：44.4mm

推程运动角：50=4n/15;

回程运动角：50=4n/15;

远修止角二n2/3;

近修止角二n4/5;

2345

计算公式：s=C0+Ci8+C38+C48+C58；

234

v=Ciw+2C2W+3C3W5+4C4w5+5C5w5;

222223

a=2C2W+6C3W5+12C4W5+20C5w5；

在始点处：5=0,s=0,v=0,a=0;

在终点处：5=5o,s=h,v=0,a=0;

分别代入方程得到：

345

Co=C1=C2=OC3=10h/6oCF-15h/50C5=6h/50

345

位移：s=1Oh8750-15h8V80+6h8780;

335

速度：v=12nh5750-24nh8/5>12nh5V50；

232425

加速度：a=48nh5/550-144nh57580+96nh57550;

5.3、止推销运动机构设计

如上图所示，发动机带动齿轮传动，再借助带轮传动外槽轮，外

槽轮再经由齿轮传动止推销，最终实现止推销的间歇运动。

止推销运动机构简图：

止推销传动方案

止推销传动比计算如下:

如上图:

ZI=Z2,=Z3,=18;Z2=54;ZS=72;Z4=90;Z5=36;Z6=18

带轮主被动传动比是1:2,外槽轮主被动传动比是1:4

传动比il6=（Z2Z3Z4Z（＞/Z1Z2，Z3,Z5）*2/l*4/1=240/1

止动销机构，由外槽轮控制其运动规律。外槽轮的间歇运动特性

很好的实现了止推销的间歇运动特性，在外槽轮主动件槽轮杆的带动

下，被动槽轮进行间歇运动，再在传动齿轮的作用下，将其运动特性

传递给了止推销。经SOLIDWORKS运动算例分析可得出外槽轮的角

位移——时间曲线图。

六、总机械运动方案评价

经小组的一起努力，机械运动方案最终敲定，并建模、装配、试

运行。过程中不免有疑惑、坎坷，综合评价该检测装置，该装置止动

销、压杆、推料机构精确地配合运动，符合每5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。可能我们想的还不够仔细，或许会有更好的方案，希望老师能斧

正。

七、设计小结

作为大学生以来第一次的课程设计终于完成了，经过了几天的

分析、计算和绘制，经过了团队合作和各自的思考，经过了之前的无

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：

陆