机械原理课程设计-垫圈内径检测装置机设计.docx

目录目录11 .设计题目、要求21.1 设计题目21.2 设计要求22 .功能分解33 .机构选用33.1 连杆机构选用33.2 与曲柄相连减速机构的选用53.3 与凸轮轴相连的减速机构的选用63.4 凸轮的选用74 .机构组合75 .功能的实现86 .机构的设计及计匏96.1 传动机构的设计IO6.2 曲柄滑块机构的设计I1.6.3 压杆运动机构设计126.4 止动销运动机构设计14小结17致谢19垫圈内径检测装置设计1.设计题目、要求1.1 设计题目设计垫圈检测装置，检测制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颈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径.此时，止动销离开进给滑道，以便让工件浮动。环形检测的工作过程如卜图所示。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J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，控制系统招工件送入另一废品槽。a>b)1一工件2一带探头的压杆3一微动开关a）内径尺寸合格b）内径尺寸太小c）内径尺寸太大垫网内径检测过程表1-1平整圈内径检测装置设计数据公称尺寸内径外彳仝厚度电动机转速每次检测时间方案号ranmmnunnunr/minsB1213242.5H4061.2 设计要求（I）要求设计该检测装置的推料机构、控制止动倘的止动机构、压杆升降机构。一般应包括凸轮机构、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）画出机蹲的机构运动方案简图和运动循环图。（4）设计平面连杆机构。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，计算凸轮廊线值，校核最大压力角与最小曲率半径。绘制凸轮机构设计图。（6）设计计算齿轮机构.（7）编写设计计算说明书。2.功能分解为实现垫圈内径的检测工艺过程，其运动过程可分解为三种工艺动作：（1）推料垫圈经绞烧四杆机构推动,送往检测处,为此，需要设计传动机构。（2）止动垫圈被止动机构挡住，待检测，为此，需要设计控制止动销的止动机构。（3）检测垫圈被止动销挡住后，止动销离开轨道，压杆升降机构探头下落，开始检测内径。（4）机构选用驱动方式采用电动机驱动。根据技术、经济等要求，为完成型圈检测过程，据上述功能分解，确定三个工艺过程的执行构件一一推杆、止动销、压杆，分别选用相应的机构以实现各项运动功能，见下表。表2T功能分解功能执行构件工艺动作执行机构改变方向惟齿轮周向运动徒齿轮机构执行升降止动销上下运动凸轮机构左右移动连杆左右往复运动曲柄摇杆机构上下升降压杆上下运动凸轮机构3.机构选用3.1 连杆机构选用方案一：偏心曲柄滑块机构该方案有急回作用，易出现死点，由于推料与压杆及止动销无严格时间要求，故舍弃。图3TT偏心曲柄滑块机构卜-轨迹2-连杆3一滑块4一凸轮方案二：对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构受力好，结构合理；安装方便。承受教荷大，故采用该方案.图3-1-2对心曲柄滑块机构1一轨迹2一连杆3一滑块方案三：采用凸轮滑块机构此机构通过A杆往复左右运动，虽然能够满足运动的要求，但由于该机构有凸轮机构，导致在机构的运动路线的计算时非常匏杂，而且凸轮机构易磨损，机构的平衡性不好，导致在机构运动时，产生很大的噪声，而旦构件会损坏的非常快，所以舍弃这个方案.>O图3-1-3采用凸轮滑块机构1一连杆2-凸轮3.2 与曲柄相连减速机构的选用方案一：见图3-2-1蜗杆减速机构图3-2-1蜗杆减速机构1一电动机2涡轮期杆减速装身由于做杆纲轮啮合齿轮间的相对滑动速度较大，摩擦磨损大，传动效率较低，易出现发热现彖，常需要用较货的减磨耐磨材料来制造蜗轮，制造精度要求高，刀具费用昂贵，成本高。推齿轮可以用来传递两相交的运动,相比蜗杆蜗轮成本较低。所以在此我们选用锥齿轮减速。方案二：见卜图322与凸轮轴相连的减速机构锥齿轮传动比准确，外廊尺寸小，功率高，寿命长，功率及速度范围广，适宜于短距离。3-2-2与凸轮轴相连的减速机构1一电动机2底座3锥齿轮减速装置3.3 与凸轮轴相连的减速机构的选用方案：选用行星轮系（如下图所示）行星轮系为周转轮系的分支，引起自由度为1,故，其输出运动具有确定性，且传动效率高，结构简单，紧凑，精度高，便于装配。图3-37选用行星轮系I一小齿轮2与1曜介齿轮2,3齿轮电合3,4齿轮岫合方案二：选用带传动与火轮传动该方案优点是皮带轮制造简堆，成木低，安装方便，但在此使用有严重的缺点，例如，传动比小，不能为整套设备提供优良的减速方案，若采用皮带轮传动，那么在调速方面，比例悬殊，制造成本高，有打滑现象，轴上受力较大。故舍去此方案。3.4 凸轮的选用凸轮机构的最大优点是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简雎紧凑。正因如此，凸轮机构不可能被数控、电控等装置完全代替。现代机械日益向高速发展，凸轮机构的运动速度也越来越高，因此，高速凸轮的设计，及其动力学问题的研尢已引起普遍重视，并以提出了许多适于在高速条件卜.采用的推杆运动规律以及一些新型的凸轮机构“另一方面随着计算机的发展，凸轮机构的计算机辅助技术和制造已普遍的被应用，从而调高了设计和加工的速度及质量，这也为凸轮机构的更广泛应用创造了条件。图3-4凸轮运动轨迹由以上三种方案的综合考虑选择第二种方案。4机构组合由于检测装置止动销的动作与乐杆升降动作由严格的时间匹配与顺序关系，所以采用一个电机带分支并列两套机构的集中驱动方式。如图所示()为k个机器并联组成的机组,设各机器的效率分别为n】、112k,输入功率分别为P1.,P2Pk则各机器的输出功率分别为P1.nKP2112Pk11k.这种并联机组的特点是机组的输入功率为各机组的输入功率之和，而其输出功率为各机组的输出功率之和，于是，并联机组的机械效率应为n=EPriZPdi=(P1.1+P22+Pkk)/(P1+P2+Pk)并联机组的总效率n不仅与各机器的效率有关，而且也与各机器所传递的功率大小有关。设在各机器中效率显高者及效率最低者的效率分别为T1.maX及Qmin,则min<>max并且机组的总效率主要取决于传递功率最大的机器的效率。由此可得出结论：要提高并联机组的效率并用凸轮、齿轮机构封闭，组合成一个机构系统,图4T各机器并联具体构思如下:该方案的特点是结构简单，采用对心式曲柄滑块机构驱动，受力好，机构合理,有较高的机械效率，磨损小，成本较低。图4-2选用整体检测装置I一滑块2导轨3一顶针4一探头5凸轮6止动销7一连杆运动轨迹8一连杆5 .功能的实现垫圈内径检测装置由电机、齿轮机构,曲柄滑块机构、凸轮机构组成.具体分为:(1)推料机构：曲柄滑块的左右移动推动工件往更滑入检测处。(2)止动机构:将电机输出的转动经过带传动,齿轮机构、凸轮机构的减速，带动凸轮轴转动，从而使止动销上升下降，使其往更上下运动。(3)检测机构：当止动销将工件挡住时，凸轮带动压杆，使检测探头卜.落，对垫圈内径检测，带检测完毕后，下一工件进入，该工件输出。其运动过程表示如下图5T工作循环图在垫圈检测完毕吼由微动开关控制将上图中导轨的挡片拨开，并准确控制各个导轨中进入检测完毕的蛰Ifik6 .机构的设计及计算在一个周期内，满足要求，各个机构的运动情况:表6-1机构运动情况时间段传动机构压杆运动机构止动销运动机构0"0.5s传送工件停在最高点停在最高点0.5'1.5s传送工件停在最高点下降1.5'2s传送工件停在最高点停在最低点23s返回下降停在最低点34.5s返回检测停在最低点4.56s返回上升上升为使各个机构满足上述要求，传动机构的控制采用曲柄滑块机构机构，压杆运动机构和止动销的运动匹配要求严格，则两者用凸轮轴连接。其运动结构简图如图6-1所不。图6-1运动结构简图6.1 传动机构的设计（1）按照设计要求，垫圈的检测节拍为每分钟检测10个，即凸轮轴的转速为1.rmin,电动机的转速为1440rmin,所以总的传动比为i=144012=120.（2）传动比分配，选用行星轮系传动，根据传动比的分配原则，为使传动构件获得较小的尺寸，结构紧凑，采用传动比先小后大原则，因此确定齿轮齿数分别如下：rn=2.=20oz1.=z2,=z3,=1.5z2=z3=54.z4=1.38传动比i1.4=z2z3z4z1.z2,z3,=54*54*138/153=I2O我们选取其中一对啮合齿轮z1.=15,z2=54,画出啮合轮廓线.如图OJ在始点处：=O.s=O.v=O.a=O;在终点处：=.s=h.v=<).a=()o分别代入方程得即得推程运动线图:图6-4凸轮推程运动线图凸轮理论轮廊线可用如下方程式解得X=<s(>+s)sin+ccony=<so+s)con-esin-j（八）式中，e为偏距：so=V-c',可令式中的e=0,so=nj.求得X=(11r÷s)sin.y=(r<)+s)con式中.位移S应分段计算。推程阶段o.=2.511,7s=h(<)-sin(211<>)/(211)=h(72.511)-sin(14112.511)/(2JO=<O-2.511f7)远休止阶段2=11142=<0-1114)s>=6网程阶段SO=2.5117SJ=IOh3V1.5h4'4o+6hs'5o=22OhS11,-922h4114+103251153=(O-2.5117)近休止阶段(>2=3114m=0=(0-31114)推程段的压力角和回程端的压力角dsd3arttan-r(1.+s取计算间隔为5°.将以上各相应值代入式（八）中,计算理论轮廓线上各点的坐标值，得出凸轮理论轮廓线如图6-5图6-5凸轮理论轮廓线6.4止动销运动机构设计止动销机构，由凸轮控制其运动规律。其机构运动简图如图6-6止动机构简图凸轮类型：对心直动滚子推杆楸形凸轮机构。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s=Co+C1.+C22v=dsdt=CI+2C2a=dvdt=2C22(1)在O-0.5s,凸轮在远休过程,远休止角M=2111.(0-3111.4)o(2)0.5-1.5s,凸轮为回程过程,回程运动角&o三31114(3142119)等加速回程段：(加143日14)S=h-1.4h,<>17=6-2*62(t19)2=6.5-75.892V=-3.4h1,o17=-4*6*0.8832(m'9)2=122.6a=-3,4h2,017=-4*6*(0.785)2/(»19)2=-94等减速回程：(5必134JtnI)S=1.4h(,o-)2,7=26(111.4-)2(119)2=75.X9(117-)2V=-3.4h(,<>-)/,7=-46*0.785(2117-)(3111.4)2=120.29(119-)a=3.4h2,7=4*6(211T)(11)2=77("'/2-3')(3)1.53s凸轮为近休过程，近休止角01=56(3111413,14)(4)35s凸轮为回程过程，回程角6'o=41114(13rc4211)等加速推程：(13加1426x门4)S=1.4h267=2*62(311'9)2=7.42V=3.4h,7=3.4*6*0.885(3119)2=11.31.a=3.4h27三4*6(0.885)2(39)2=10.67(=0-02)等减速推程：(2911'16<11)S=h-2h(o-)27=6-2*6(31116-)2(31116)2=6-8.26(314-)V=3.4h<o(-y20=46*0.785(316-)(3t'17)2=H.57(31.4-)a=-3.5h27=-8.31(=02-o)在一个周期内，止动销上升高度与凸轮转过角速度的关系:图6-7止动销上升高度与凸轮转过角速度关系一个周期内，止动销的速度与凸轮转过角速度的关系图6-8止动销速度与凸轮转过角度关系一个周期内，止动销的加速度与凸轮转过角速度的关系：96-10.610.67-9(小结这次课程设计是我们第一次独立地对一个完整的机械进行设计。当我们看到课程设计任务拈的第一眼时，还以为这次的作业和以往经历过的无数次的考试一样：老师给你份写满了题目的试卷，而你只需要对这些题目-分析，再写下自己的思芍就算完成r.然而，在我们花费一-整个下午对课巡进行r一番研究之后，我们才预感到这不是一件简雎的事：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彳仝检测装芭的设计，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耦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，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，若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，我们圾后决定在凸轮的设计中（压杆由凸轮传动），预留一段允许凸轮空转的时间，其实际结果就是，在传动过程中，我们把压杆“放”入了待测件的内，而非聘其“压”进去，这样就达到了在不改变压杆长度的前提下测量不同工件内径的目的。另一个问题是机器各部件的协调性问题。什么时候止动销升起，什么时候下压杆，最后这些部件又怎么回到初始位置，这些问题困扰了我们很久，为此我们修改了方案数次。虽然这个问题花交了我们不少时间,但是在解决问题的过程中我们确实对设计过程中的细节有了更全面的了解，从细节到整体，这次课程设计是我们第一次独立地对一个完整的机械进行设计。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考试一样：老册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，在我们花费了整个下午对课题进行了番研究之后，我们才预感到这不是一件简单的事：老和给我们的是一张白纸，连题目都还需要我们臼己去写。我们选择的课题是对垫圈内彳仝检测装置的设计，这是个检测仪，它的工作机理理解起来并不难，难的是在设计过程中对r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“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黄来满足构件的位移浮动，在构件的长度允许变化的时候，这看上去是个好方法，于是在设计微动开关时，我们就在其中加上卡个弹簧.但是弹簧不是在任何情况下都适用，若我们在带探头的压杆中也使用r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（压杆由凸轮传动），预留一段允许凸轮空转的时间，其实际结果就是，在传动过程中，我们把压杆“放”入了待测件的内，而非将其“压”进去，这样就达到了在不改变压杆长度的前提下测st不同工件内径的目的。从细H到整体，本设计方案最大的特点是它采用一对锥齿轮机构实现运动的改变和诚速作用。采用行星轮系传动可使传动结构紧凑，仃确定的传动比等优点。其次，曲柄滑块结构比较简单，使用方便，便于制造，经济又实惠。缺点是精度不是很高，有待于改进。致谢本设计在进行过程中得到老加的悉心指导.设计参考指导过程中，老师多次帮助我分析思路，指点迷津，开拓视角。老师严谭求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神,将使我终生受益。我要向老师这样的精神学习。在此,我向老师致以诚挚的意和崇高的敬意，并向在设计过程中热心帮助过我的同学表示感谢！叁考文献1 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