机械原理课程设计说明书.docx
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机械原理课程设计说明书
机械原理课程设计
说明书
设计题目：
垫圈内径检测装置
指导老师:
广科
2013年7月5日
垫圈内径检测装置
一、设计题目
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9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
图9垫圈内径检测过程
具体设计要求见表10
表10平垫圈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
mm
A
10
10.5
20
2
1440
5
B
12
13
24
2.5
1440
6
C
20
21
37
3
1440
8
D
30
31
56
4
960
8
E
36
37
66
5
960
10
二、设计要求
1.要求设计该检测装置的推料机构、控制止动销的止动机构、压杆升降机构。
一般包括凸轮机构、平面连杆机构以及齿轮机构等常用机构。
该装置的微动开关以及控制部分的设计本题不作要求。
2.设计垫圈内径检测装置的传动系统并确定其传动比分配。
3.在A2图纸上画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。
4.设计平面连杆机构。
并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图。
5.设计凸轮机构。
确定运动规律，选择基圆半径，计算凸轮廓线值，校核最大压力角与最小曲率半径。
在A2图纸上画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图。
6.设计计算齿轮机构。
7.编写设计计算说明书。
三、设计提示
1.由于止动销的动作与压杆升降动作有严格的时间匹配与顺序关系，建议考虑使用凸轮轴解决这个问题。
2.推料动作与上述两个动作的时间匹配不特别严格，可以采用平面连杆机构，也可以采用间歇机构。
四、机构设计
根据学号选择方案A
A
10
10.5
20
2
1440
5
其中周期T=5s,角速度ω=2π/T=1.257rad/s
四.1:
功能分解:
机构要有送料,检测,落料功能.
功能
选用机构
送料
蜗杆蜗轮机构
曲柄滑块机构
检测
压杆升降
工作台升降
压杆工作台同时升降
落料
自动落料
人工落料
曲柄滑块机构工作台升降机构
机构分析：
送料机构要求有往返运动，而曲柄滑块机构比蜗轮蜗杆机构容易实现往返运动，且机构简单，故选用曲柄滑块机构来送料。
检测机构也要求有往返运动，但是工作台质量比较大，往返运动时惯性力大，不利于机构检测，且机构容易损坏，所以检测机构选用压杆升降机构。
由于内径检测是大批量的，所以人工落料不实际，所以选用自动落料。
综上考虑选用以下机构实现工艺动作：
1.送料：
曲柄滑块机构直线往复运动。
2.检测：
压杆升降机构直线往复运动。
3.落料：
采用自动落料。
四.2机构选用
功能要求
选用机构
送料
曲柄滑块机构
压杆驱动
凸轮驱动
曲柄滑块驱动
蜗杆蜗轮驱动
止动装置
摩擦止动
挡板止动
间歇轮止动
落料
电磁线圈弹射机构落料
电磁铁吸式落料
永磁铁吸式落料
四.3方案选择：
方案一：
送料
曲柄滑块机构
压杆驱动
凸轮驱动
止动装置
间歇轮止动
落料
电磁线圈弹射机构落料
方案二：
送料
曲柄滑块机构
压杆驱动
曲柄滑块机构
止动装置
挡板止动
落料
电磁铁吸式落料
方案三：
送料
曲柄滑块机构
压杆驱动
蜗杆蜗轮驱动
止动装置
摩擦止动
落料
永磁铁吸式落料
方案比较：
机构对于压杆驱动有严格的控制要求，而曲柄滑块机构的控制精度低，不宜采用，蜗杆蜗轮机构不宜实现往返运动，且机构复杂，对比而言凸轮驱动控制精度高，能满足要求，且机构简单。
对于止动装置，挡板止动装置无法卡主工件，检测过程中工件会动，影响测量精度，摩擦止动装置控制精度要求高，难以实现，且机构复杂。
对比而言间歇轮止动装置是利用其槽型的形封闭止动，控制精度高，且简单，并且进料，检测，落料不在同一处，便于机构运转。
永磁铁吸式落料装置，由于磁性弱，并且久用会失效，不利于落料，且不耐用，电磁铁吸式落料装置，电磁的强度和电磁的有无可控，便于落料，但由于电磁铁吸式落料受工件质量，摩擦等影响，这就要求电磁控制精度高，且复杂多变，相比而言电磁线圈弹射机构落料装置由于采用电控落料，精度高，控制简单，所以综上分析选用方案一。
挡板止动装置间歇轮
压杆选择;由于凸轮推程一定,当压杆检测小内径时垫圈时,压杆下降受阻,这是如果选用实心压杆的话势必使压杆受到很大的压力,这个压力会损坏机构,所以选用弹簧减压压杆,当检测小内径时垫圈时,压杆下降受阻,这时利用弹簧压缩缓冲,避免压杆压头继续下降,从而避免因压力过大而损坏机构,同时在压杆中加装压力感应装置,用来感应压力并发出信号,压力的不同值即垫圈内径的不同值,这时用一电控单元接收压力信号并控制落料.
槽轮槽型设计:
因为间歇槽轮机构是利用其轮廓来夹住工件的,所以槽型尺寸不能大于工件尺寸,
弹簧减压压杆槽型尺寸设计
四.4机器的机构运动方案简图和传动比分配
本垫圈内径检测装置中采用了三个执行构件：
推料机构、间歇轮止动装置机构，压杆升降机构。
推料机构采用的是曲柄滑块机构，以实现检测的逐个进行；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,推程角度,回程角度以及相应半径；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。
（运动方案简图和传动比分配见附图）
机械运转说明:
滑块送料完毕后,转轮驱动间歇轮,使工件运动到检测位置,压杆下降检测,由于工件内径不同,压杆下降的受阻情况不同,压杆压力感受器检测的压力也不同,感受器将检测到的压力送到电控单元,电控单元再根据接收到的信息来控制落料,当接收到信号1时,表明内径过小,电控单元将在工作转到1线路是给1线路通电,驱动电磁弹射装置控制落料,同理当接收到信号2时或3时,表明内径合格或过大,这样当工件转到2或3线路时,电控单元给2或3线路通电,驱动电磁弹射装置落料,这样就把不同内径的垫圈加以分开了,
四.5凸轮机构的设计
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=60mm；
推程：
20mm
推程运动角：
δ0=180度；
回程运动角：
δ1=72度；
远修止角=108度；
近修止角=0度；
计算公式：
s=C0+C1δ2+C3δ3+C4δ4+C5δ5；
v=C1w+2C2w+3C3wδ2+4C4wδ3+5C5wδ4；
a=2C2w2+6C3w2δ+12C4w2δ2+20C5w2δ3；
在始点处：
δ=0，s=0,v=0,a=0；
在终点处：
δ=δ0,s=h,v=0,a=0；
仿真结果:
最大压力角:
推程=9.764度回程=23.270度
最小曲率半径=48.365mm
凸轮轮廓凸轮运动曲线图
运动参数轮廓曲线参数
推杆推程
凸轮转角（度）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
推杆推程（mm）
0
0.2307
1.5282
4.1975
7.9337
12.0663
15.8025
18.4718
19.7693
20
凸轮转角（度）
200
220
240
260
280
300
320
340
360
推杆推程（mm）
20
20
20
20
20
19.2901
12.0663
2.669
0
四.6平面连杆机构设计,并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图:
曲柄滑块送料机构设计:
曲柄长:
40mm连杆长:
100偏距:
0曲柄角速度:
1.257rad/s
仿真结果:
最小传动角:
66.4218度滑块最大速度:
54.2285mm/s
滑块最大加速度:
88.4827推程:
79.9999mm
示意图运动图线
运动分析参数
滑块位移:
曲柄转角（度）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
滑块位移（mm）
140
136.6475
127.2799
113.8083
98.8603
84.9684
73.8083
65.9963
61.4721
60
曲柄转角（度）
200
220
240
260
280
300
320
340
360
滑块位移（mm）
61.4721
65.9963
73.8083
84.9684
98.8603
113.8083
127.2799
136.6475
140
四.7运动循环图设计:
以曲柄滑块位于最右点为曲柄转角零点,间歇轮驱动转轮滚子位于最下端定为转轮转角零点,以压杆开始下降时刻定为凸轮转角零点.
压杆下降要求分析:
由于间歇轮转动期间,要求压杆不能下降到间歇轮槽型一下,送料机构应送料完毕,所以选用以下配时定位循环图.
运动循环图
曲柄转角（度）
0-180:
滑块回程180-360:
送料
0
10
30
130
140
180
210
318
360
10
30
转轮转角（度）
60-180转轮驱动:
180-60转轮空转
50
60
80
180
190
230
260
8
50
60
80
凸轮转角（度）
0-180推程:
180-288远修点:
288-360回程
-30
-20
0
100
110
140
180
288
330
340
360
五、个人小结
课程设计完成了，经过了这几天的分析、计算和绘制，课程设计总算完成了。
这么多天的努力，终于接近了尾声。
可以说，数天来，我们要面对期末考试的压力，也要用心去完成课程设计。
期间遇到过难题，最终还是坚持了下来完美的完成了课程设计。
在我看来课程设计是促进学习的一个好方法。
其实我们已经学过了机械原理，可是由于学的都是理论知识，没有实践，所以缺乏理解，而课程设计就是让我们自己来造出一个具有一定功能的机器来，这对我们来说是一个机遇、挑战，更是一个温故知新的途径。
经过这次课程设计，加深了我对机械原理的理解，提升了自我能力，为接下来几天完成机械设计的课程设计打下了坚实的基础。
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