重庆理工大学课程设计.docx
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重庆理工大学课程设计
重庆理工大学
机械原理课程设计说明
题目：
垫圈内径检测装置机
指导老师：
XX
学院：
重庆汽车学院
专业：
热能与动力工程
班级：
编者：
XX
组员：
XX、
XX、
XX、
XX、
XX
一、设计题目及其要求…………………………………….………...3
二、题目分析………………………………………………...…….....3
三、运动方案简介……………………………………………………3
四、机构的组成………………………………………………………4
五、检测机构的筛选………………………………………………....4
六、进料机构的选择…………………………………………………5
七、传动机构的选择………………………………………………..6
八、间歇运动机构的选择…………………………………………..6
九、垫圈检测装置功能原理方案的确定…………………………..7
十、机构传动比的计算……………………………………………..9
十一、检测机构凸轮设计…………………………………………..12
十二、检测机构与送料机构运动形式和运动循环图………………13
十三、送料机构皮带轮的设计制作及要求………………………..15
十四、立体结构图…………………………………………………..16
十五、总机械运动方案评价………………………………………..17
十六、设计小结………………………………………………………17
十七、个人小结………………………………………………………18
十八、参考书目………………………………………………………19
2011年6月28日制
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：
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
经小组五人讨论，结合我们设计的理念与特色创新，为使机构的使用性能符合要求，适合本设计，我们采用方案B.
B
12
13
24
2.5
1440
6
周期T=6s，角速度ω=2π/T=1.0467rad/s.
四、机构的组成
传动机构
检测机构
送料机构
垫圈内径检
测装置机
五、检测机构的筛选
图
（1）
本机构采用凸轮的虚约束，减少凸轮与推杆的摩擦力。
还有该方案中的凸轮是特殊制作的有特殊的运动曲线。
图
（2）
本方案采用的是杠杆原理用普通凸轮作为动力源来推动检测台的上下移动。
机构单元体较多。
图（3）
本方案采用曲柄滑块机构代替以上的凸轮机构进行升降。
该机构不能很好的分配各阶段检测时间。
六、进料机构的选择
（1）
本方案采用了轮带式传动把止推销和送料机构有效地结合在一起，使机构简单化。
（2）
本方案同样采用轮式传送，送料机构与止推销分离。
不能保证每个周期能检测到工件。
（3）
本方案采用四杆摇摆机构，运用摇杆的摆动曲线来进行送料卸料。
七、传动机构的选择
A
本方案采用齿轮间的啮合，达到降速。
B
本方案采用涡轮蜗杆来控制其传动比。
对蜗式的制作工艺要求较高、磨损厉害。
八、间歇运动机构的选择
图一
对于不完全齿轮的间歇传动，制造难度大。
啮合之间的各参数要求较高。
图二
对于槽轮机构就不存在这些问题了，它的尺寸大小可以随意确定，整体合理就行，运动较好。
以上是三个机构的不同方案，由不同的排列组合可供选择的方案有36种机械运动方案。
从这36种方案中筛选出符合设计条件，各机构之间的相容性以及机构尽可能简单的原则和思路创新特色。
我们组择优选用了检测机构方案1、进料与卸料机构方案1、传动机构方案A、间歇运动机构二组成垫圈内径检测装置的机械运动方案，如（垫圈检测装置功能原理方案的确定：
方案三）
九、垫圈检测装置功能原理方案的确定
方案
（1）
本方案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，能实现检测要求，结构较简单。
缺点：
没有解决止推销的传动问题问题。
方案
（2）
本方案利用凸轮与推杆的直接传动，减少了构件的繁琐。
优点：
很好的解决了止推销的问题，并对止推销做了特色改造。
在凸轮机构运用滚动推杆减少了摩擦力。
缺点：
止推销与箱体的摩擦较大，制造要求较高。
方案
（3）
本方案综合了以上各种方案的优点和通过组员的思维创新对机构进行了改进。
优点：
我们将以往的进料机构和止推销机构进行了有机组合成了一个构件，这样进一步简化了机构的复杂程度。
缺点：
对皮带轮的特殊制作有要求（特别是尺寸要求）。
方案（4）
本方案同样利用了止推销和铰链四杆机构的连杆曲线来完成送料和推料。
优点：
机构较优化、简洁。
缺点：
四杆机构对杆长的计算要求和各杆的位置要求都很高，要达到图示所示曲线（虚线）。
十、机构传动比的计算
电动机1
1440r/min
22’
3’3
传动机构:
44’
5
凸轮A皮带滑轮6
传动机构各齿轮齿数及参数：
Z1=25m=2ɑ=200
Z2=36
Z’2=Z’3=Z’4=20
Z3=80
Z4=Z5=100D6=200mm
传动机构的传动比：
i15=Z2Z3Z4Z5/Z1Z’2Z’3Z’4
=36*80*100*100/25*20*20*20=144/1
滑轮6
电机
12’344’5
23’
图一凸轮
凸轮
图二
进料机构:
B与A由皮带传动
87
9
1110
C为进料皮带轮
进料机构各齿轮及参数：
D=m*zm=2ɑ=200
D7=200mmD9=100mm
D10=100mmD11=64mm
11
10
9
7
注：
6轮6s转一圈，则7轮转一圈，9轮转1/4圈，10轮转1/4圈。
十一、检测机构凸轮设计
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=6s；
基圆半径=35mm；
推程：
22mm
推程运动角：
δ0=π/3；
回程运动角：
δ‘0=π/3；
远修止角=π/3；
近修止角=π；
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；
分别代入方程得即得图：
δ
∏∏/3∏/3∏/3
凸轮运动图
十二、检测机构与送料机构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：
送料机构（间歇机构）、主传动机构、检测机构。
送料机构采用的是带轮间歇传动，以实现检测的批量化进行，提高效益；检测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；送料机构采用的外槽轮结合齿轮，这样能很好的实现送料的间歇运动以及和送料机构和压杆升降机构的精确配合，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（6s）内，为满足要求，各个机构的运动情况：
图一检测台的运动
AB
图二送料机构的运动
注：
AB点为送料机构的一个垫圈的检测全过程
例：
当第一个垫圈被送料机构运走的前一刻，检测台的高度与小钉叉架在同一高度（此时凸轮在近休上，我们设置的近休时间为3s），当时间走过1.5s时第一个垫圈被小钉带走在下个1.5s内下一个垫圈又被送到检测台上，这样凸轮刚好走完近休开始进入推程-远休-回程在这三个过程中送料皮带轮由槽轮机构控制不动。
与此同时，该过程称作检测时间。
总上，卸料送料时间和检测时间各3s，总共6s。
十三、送料机构皮带轮的设计制作及要求：
图1
B
A
图2
注：
上图所示为送料机构皮带轮的实体。
该皮带为特殊制造，A为在皮带上装载的小钉（如图所示），为了画图简化我们只在实例图上只标出一个小钉（实际上在皮带上我们设计了12个同类型的小钉）。
小钉高度20mm，其上的两个叉架单个长度15mm，其固定在小钉朝上10mm处。
检测台B处缝隙为15mm，上面的圆孔为D=20mm。
十四、立体结构图
垫圈内径检测装置装配图
正面图
侧视图
十五、总机械运动方案评价
经小组五天来的努力，机械运动方案最终敲定，并建模、装配。
在此过程中不免有疑惑、坎坷，综合评价该检测装置，该装置传动机构、送料、检测机构精确地配合运动，符合每6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。
对于上图实体可能我们设计的还不够好，或许会还可以在改进，希望老师提出宝贵的意见。
十六、设计小结
本次课程设计完成了，经过了一周的分析、计算和绘制，经过了团队合作和各自的思考，经过了无从下手到有所领悟再到大胆创新，课程设计总体符合设计要求。
这是分工协作的的成果：
xxx负责传动机构的配合，XXX负责零件的建模，XXX负责说明书的制作。
然而我们并不是等到各个部分的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，将成为我们以后走向工作岗位方向标，使原本交叉纵横的道路变得清晰有志。
在未来的学习工作当中，我们仍需要保持住现在这份探索创新的热情，去挑战困难。
十七、个人小结
经过一周的努力，我们组的机械原理课程设计-垫圈内径检测装置机-终于完成了。
从周一确定课程设计题目到周二确定设计方案再到周三周四对方案进行实体制图及周五的说明书印刷。
可以说，一路走来，我们经历了艰难险阻，原定采用现有的课程方案，可是其又没有达到设计的总体要求：
创新特色。
在此期间我们遇到过难题，有过分歧，可最终我们坚持了下来，使方案获得成功，从中体会到很多：
1.团队合作的重要性。
白天、晚上都在课程设计，原本应该呆在家里避暑的我们却还在学校里面埋头做设计。
如果对于一个人来说完成这项设计几乎是不可能的-思想与时间-的限制。
在合理的分工下，我们的方案设计有序的进行下去了，不懂得问题大家一起商量，对于新方法的制定和论证大家都是百倍的信心去完成它。
2.实践与理论的结合。
在此之前我们已经学过了机械原理课程，由于学的都是理论知识，没有实践，所以理解起来困难很大，而课程设计就让我们自己选题、想方案再制造出一个具有一定功能的机器，这对我们来说是一个加深学习和参与实践的机会，更是一个积累实践经验的过程。
经过这次课程设计，加深了我对机械原理课程学习的重要性，巩固了制图软件的操作能力，为以后的课程设计打下了坚实的基础。
相信一句话人多力量大，实践要用理论去武装，理论要用实践去证明。
十八、参考书目
1.《机械制造工程训练教程》闫忠琳主编兵器工业出版社
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.《机械原理课程设计指导书》孙志宏主编兵器工业出版社
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