垫圈内径检测装置说明书资料文档格式.docx
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5.2压杆运动机构设计……………………………………….…18
5.3止动销运动机构设计………………………………..….……23
六、总机械运动方案评价…………………………………………….26
七、设计小结………………………………………………………….26
八、个人小结………………………………………………………….26
九、参考书目………………………………………………………….27
十、附录.................................................................................................
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，回到其原来所在的位置。
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
厚度
A
8
8.4
16
1.6
1440
5
B
12
13
20
2
6
C
16
21
30
3
D
37
960
E
31
56
4
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.
1.6
周期T=5s，角速度ω=2π/T=1.257rad/s.
3.1垫圈检测装置功能原理方案的确定
方案一：
图1
用杆件机构来作为传动构件，以实现检测。
优点：
机器的结构较简单，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。
图2
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。
能很好的完成检测的相关要求，且能实现批量化的检测，精度也比较高。
机构比较复杂，特别是凸轮，而且同样也存在摩擦。
方案三
图3
利用杠杆放大原理来作为压杆传动机构的传动件。
效率比较高，能实现检测要求，结构比方案2要稍微简单些。
没有解决止推销的问题。
最终方案（方案四）：
图4
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、止推销传动机构、压杆探头传动机构都采用了比较好的方案，能保证垫圈内径检测仪有条不紊的完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。
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：
送料机构
工作行程
间歇停止时间
止动机构
止动销上升
止动销停止
止动销下降
压杆升降机构
压杆停止
压感下降
压杆上升
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。
推料机构选型
方案一
图5
评价：
由四杆机构的连杆曲线来实现送料的间歇运动。
调节曲柄的回转中心的高度可调节步长。
杆件较多，运动时易产生冲击，且需加物料位置固定装置。
方案二：
图6
使用带轮绕中心的联系传动可以实现待测垫圈的连续输入，以实现批量生产。
皮带与皮带轮之间会打滑。
方案三：
图7
用曲柄滑块作为送料机构，已实现传送。
原理简单，制造工艺简单。
运动过程冲击大。
止推销传动机构选型
图8
能很好地实现止推销的间歇传动，并且能往复传动，还能通过调节曲柄的长度来调节运动情况。
棘轮的制造工艺比较复杂，且摩擦较大，效率不高。
图9
用外槽轮作为止推销间歇运动传动构件。
机构简单，制造工艺简单，间歇运动精确，且是往复间歇运动。
摩擦较大。
压杆升降机构（检测台机构）选型
图10
利用凸轮的连续回转来实现检测台的上下往复运动，凸轮近休止时，检测台停留在最低点，远休止时，检测台被推倒最高处。
结构简单。
由于行程较大，很大程度加大了凸轮尺寸，不利于制造，且凸轮磨损较大。
图11
利用了杠杆放大原理，将凸轮行程减小，减小了凸轮尺寸。
凸轮尺寸小，便与制造。
机构比较复杂，成本较高。
图12
曲柄滑块机构制造简单。
传动平稳性不高，精度不高。
3.4机械运动方案的选择
以上三个机构分别有三种，两种，三种方案，本可以组织成为18种机械运动方案。
从这18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2、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。
垫圈内径检测装置运动方案
送料机构方案：
图13
止推销传动机构方案：
图14
槽轮的尺寸设计如下：
其中如图所示
（1）拨动杆转动半径R和槽轮半径S
R=Lsinπ/Z=100sinπ/6=50*1
S=Lsinπ/Z=100sinπ/6=86.602*2
（2）槽轮深度h
槽轮的深度h应满足拨杆处于垂直位置时柱销不能碰槽底，根据拨杆转到垂直位置时的几何关系得到：
h≥（S+R-L）+r+a=L（sinπ/z+cosπ/z-1）+r+a*3
式中：
r——拨动杆圆销半径，一般取r≈R/6;
A——槽轮槽底与拨销所成的间隙，一般取a=3~5;
h=86.602+50-100+50/6+5=49,935≈50*4
（3）所止弧半径A
所止弧半径A的确定，应使得槽轮槽端的最小宽度b=3~5mm左右，即
A=R-r-（3~5），A=50-50/6-5=36.667*5
（4）y一般取槽轮厚度B=10~20mm,在这里取B=20mm.
槽轮机构的运动系数及运动特性
（1）槽轮机构的运动系数k
k=td/t*6
td——槽轮2的运动时间；
t——主动拨盘运动一周的总时间；
k=td/t=2α1/2π=（π-2ψ2）/2π=（π-（2π/z））/2π=1/2-1/6=1/3*7
（2）槽轮机构的运动特性
设拨盘和槽轮的位置分别用α和ψ来表示，并规定α和ψ在进入区为负，在远销离开区为正。
设圆销至槽轮回转中心的距离为rx，如图所示位置时，有：
Rsinα=rxsinψ*8
Rcosα+rxcosψ=L*9
消去rx，并令R/L=λ,去倒数可得到：
ω2/ω1=λ（cosα-λ）/（1-2λcosα+λ^2）*10
α2/ω1=λ（λ^2-1）sinα/（1-2λcosα+λ^2）^2*11
通过MATLAB模拟，由*10、*11知：
当拨盘的角速度ω1一定时，槽轮的角速度和角加速度的变化取决于槽轮的槽数z。
（程序见附录1）
图15
由图10可知，当圆销开始进入和推出径向槽时，由于角加速度有突变，故存在柔性冲击。
当z=4时，角速度突变比较缓和，柔性冲击较小。
所以我们使用四齿的。
检测台往复运动方案：
图15
控制压杆的凸轮设计：
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=50mm；
推程：
44.4mm
推程运动角：
δ0=4π/15；
回程运动角：
δ‘0=4π/15；
远修止角=π2/3；
近修止角=π4/5；
计算公式：
s=C0+C1δ2
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