精品毕设垫圈内径检测装置.docx
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精品毕设垫圈内径检测装置
机械原理课程设计
说明书
设计题目垫圈内径检测装置
学院_____汽车与交通学院__
专业班级______车辆_____
姓名____________
学号__________
指导教师____________
青岛理工大学
二零一六年七月二日
一、设计题目及其要求…………………………………….……….3
二、题目分析………………………………………………...……...3
三、运动方案简介………………………………………………..…4
四、总体立体结构图…………………………………………..……6
五、结构设计、尺寸设计及其计算…………………………………6
5.1传动机构设计…………………………………………….……7
5.2压杆运动机构设计……………………………………….……9
5.3止动销运动机构设计……………………………………..….…14
5.4微动开关运动机构设计………………………………..………18
六、系统评价………………………………………………………….19
七、总结………………………………………………………………19
八、参考书目…………………………………………………………19
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4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，微动开关运动机构设计。
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
8
8.4
16
1.6
1440
5
B
12
13
20
2
1440
6
C
20
21
30
3
1440
8
D
20
21
37
3
960
8
E
30
31
56
4
960
8
经小组讨论，为使机构的使用性能符合要求，适合本设计，我们采用方案D
D
20
21
37
3
960
8
周期T=8s，角速度ω=2π/T=0.785rad/s.
在一个周期内，满足要求，各个机构的运动情况：
传动机构
压杆运动机构
止动销运动机构
微动开关运动机构
0~2s
0~1s
传送工件
停在最高点
停在最高点
停在最左边
1~1.5s
下降
1.5~2s
停在最低点
2~3.5s
停
下降
停在最低点
停在最左边
3.5~6.5s
3.5~4.5s
停
检测
停在最低点
右移
4.5~5.5s
检测
5.5~6.5s
左移
6.5~8s
停
上升
上升
停
为使各个机构满足上述要求，传动机构的控制采用间歇机构，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。
微动开关机构的控制采用凸轮机构。
四、立体结构图
五、结构设计
1、传动机构设计
传动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。
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1/16s，而检测周期为8s，因此推料机构的齿轮系的传动比需为128：
1，这要由多级齿轮传动来实现。
如图为推料机构的齿轮系简图。
其中：
z1=z2’=z3’=20,
z2=z3=80,
z4=160
传动比i14=z2z3z4/z1z2’z3’=80*80*160/203=128/1
考虑到推料机构具有送料——停止——送料的运动规律特征，我们决定使用槽轮机构来达到间歇式运动的目的。
电动机
输出齿轮
皮带轮
检测周期
周期
1/16s
8s
32s
8s
由于是检测机构，所以传动齿轮模数不宜过大，初定模数m=2
d1=d2’=d3’=40mm
d2=d3=160mm
d4=320mm
皮带轮直径D=127.4mm，皮带传送速度v=50mm/s
4号齿轮每转动一周，槽轮转动1/4周，皮带在这2s的时间内将待测工件传送到检测位置，然后停留6s，等待检测完毕后将已检测的工件送走，并把新的工件传送过来，如此重复。
2、压杆运动机构设计
控制压感探头的凸轮设计：
方案一：
用齿轮、连杆和弹簧来控制压杆的运动；
方案二：
用凸轮和连杆机构，为了设计加工方便把凸轮设计成3次多项式运动规律；
方案三：
用凸轮和连杆机构，凸轮设计成5次多项式运动规律；
综合分析以上三种方案，方案一中弹簧用久后会变形，影响测量精度，考虑到探头测量时冲击力要小，故不能用三次多项式的凸轮，经综合考虑采用方案三采用5次多项式运动规律的凸轮。
以下是推杆回程的计算过程：
周期：
T=8s；
基圆半径=15mm；
推程：
h=6mm；
推程运动角：
δ0=3π/8；
回程运动角：
δ‘0=3π/8；
远修止角=π/2；
近修止角=3π/4；
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；
分别代入方程得到：
C0=C1=C2=0C3=10h/δ03C4=-15h/δ04C5=6h/δ05
位移：
s=h-10hδ3/δ30+15hδ4/δ40-6hδ5/δ50；
速度：
v=7.5πhδ2/δ30-15πhδ3/δ40+7.5πhδ4/δ50；
加速度：
a=3.75π2hδ/δ30-11.25π2hδ2/δ40+7.5π2hδ3/δ50；
经计算得到以下结果：
δ
0
3π/80
6π/80
9π/80
12π/80
15π/80
18π/80
21π/80
24π/80
27π/80
30π/80
s
6.000
5.949
5.652
5.022
4.095
3.000
1.905
0.978
0.348
0.051
0.000
v
0.000
0.972
3.072
5.292
6.912
7.500
6.912
5.292
3.072
0.972
0.000
δ
0
3π/160
6π/160
9π/160
12π/160
15π/160
18π/160
21π/160
24π/160
27π/160
30π/160
a
0.000
6.840
11.520
14.280
15.360
15.000
13.440
10.920
7.680
3.960
0.000
δ
33π/160
36π/160
39π/160
42π/160
45π/160
48π/160
51π/160
54π/160
57π/160
60π/160
a
-3.960
-7.680
-10.920
-13.440
-15.000
-15.360
-14.280
-11.520
-6.840
0.000
0~8π/3位移和角度的曲线图：
0~8π/3速度和角度关系的曲线图：
0~8π/3加速度和角度关系的曲线图：
0~2π一个周期内推杆运动循环图：
SolidWorks设计的凸轮：
安装凸轮时应注意凸轮开始转动时应先远休2秒，然后再回程来测量垫圈的内径，故应把凸轮应安装如上图所示的位置；
推程时推杆的运动规律和回程时的运动规律完全一致，各种参数均相同。
3、止动销运动机构设计
止动销机构，由凸轮控制其运动规律。
凸轮类型：
对心直动滚子推杆盘形凸轮机构。
凸轮机构在在周期为8s的一个周期内的运动规律为：
（0s时在最高处）
0~1s
1s~1.5s
1.5s~6.5s
6.5s~8s
停
下降
停
上升
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=c0+c1δ+c2δ2
v=ds/dt=c1ω+2c2ωδ
a=dv/dt=2c2ω2
（1）在0~1s，凸轮在远休过程，远休止角σ01=π/4（0~π/4）。
（2）在1s~1.5s，凸轮为回程过程，回程运动角σ‘0=π/8
（π/4~3π/8）
①在等加速回程段：
（π/4~5π/16）
S=h-2hδ2/δ’20=6-2*6δ2/（π/8）2=6-77.89δ2
V=-4hωδ/δ’20=-4*6*0.785δ/（π/8）2=-122.29δ
a=-4hω2/δ’20=-4*6*（0.785）2/（π/8）2=-96
（δ=0~δ’0/2）
②等减速回程：
（5π/16~3π/8）
S=2h（δ’0-δ）2/δ’20=2*6（π/8-δ）2/（π/8）2=77.89（π/8-δ）2
V=-4hω（δ’0-δ）/δ’20=-4*6*0.785（π/8-δ）/（π/8）2
=-122.29（π/8-δ）
a=4hω2/δ’20=4*6*（2π/T）/（π/8）2=96
（σ=σ’/2-σ’）
（3）1.5s~6.5s凸轮为近休过程，近休止角σ02=5π/4
（3π/8~13π/8）
（4）6.5s~8s凸轮为回程过程，回程角σ‘0=3π/8
（13π/8~2π）
①等加速推程：
（13π/8~29π/16）
S=2hδ2/δ20=2*6δ2/（3π/8）2=8.66δ2
V=4hωδ/δ20=4*6*0.785δ/（3π/8）2=13.59δ
a=4hω2/δ20=4*6*（0.785
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