大学垫圈内径检测装置课程设计讲诉

机械原理课程设计说明书

设计题目：垫圈内径检测装置

机电建工学院 机械设计制造及其自动化 091班

设计者： 同组者：

指导老师：

2011年6月3日

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目录

一、 设计题目及其要求…………………………………….……….3 二、 题目分析………………………………………………...……...4 三、 运动方案简介………………………………………………..…4 3.1垫圈检测装置功能原理方案 ………………………………..5 3.2拟定机构的运动形式和运动循环图…………………………7 3.3执行机构的具体说明…………………………………………8 四、 机械传动系统方案的拟定 …………………………………. 9 4.1、推料机构设计 ……………………………………….……9 4.2压杆运动机构设计 …………………………………………11 4.3止动销运动机构设计 ………………………………..….……13 4.4重要零件图和三视图………………………………..….……14 五、机械运动方案自评……………………………………………….17 六、设计小结………………………………………………………….17 七、个人小结………………………………………………………….18 八、参考书目………………………………………………………….19

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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。 321a)b)c) 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

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二、 题目分析

垫圈内径检测装置，主要的运动步骤为：推料机构将工件送到检测台。到达检测台后，通过控制止动销的止动机构使工件被止动销挡在压杆的检测位置处，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，止动销运动机构设计，压杆运动机构设计。题目所给的设计数据：

平垫圈内径检测装置设计数据：

被测钢制平垫圈尺寸 方案公称尺内径 外径 厚度 号 寸mm mm A B C 10 12 20 10.5 13 21 mm 20 24 37 mm 2 2.5 3 电动机转速 r/min 1440 1440 1440 每次检测时间 s 5 6 8 第4页共20页

D E

30 36 31 37 56 66 4 5 960 960 8 10 经过小组讨论，我们决定采用方案A来进行课程设计. A 10 10.5 20 2 1440 5 周期T=5s，角速度ω=2π/T=1.2566 rad/s.

3.1垫圈检测装置功能原理方案的确定

方案原理图①

用传送带来作为传动构件，将工件传送到检测台，到达检测台后，通过外槽

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轮机构，使止动销立起挡住工件，凸轮机构作为升降机构，通过连杆使其下降和上升，以实现检测。

优点：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，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，以实现检测的批量化进行提高经济效益。用外槽轮作为止推销间歇运动的传动机构，机构简单，间歇运动精确且是往复间歇运动，压杆探头传动机构运用杠杆放大原理，将凸轮推程减小，减小了凸轮的制造尺寸。便于制造。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：皮带和皮带轮之间会存在打滑问题，外槽轮机构摩擦较大，制造起来比较复杂，机构比较复杂，制造成本较高。 方案原理图②

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用四杆机构的连杆曲线来实现运料的间歇运动，凸轮机构实现止动销的止动控制，曲柄滑块机构实现压杆探头升降功能。

优点：送料机构调节曲柄的回转中心的高度可以调节步长。利用凸轮的连续回转来实现止动销的往复运动，凸轮近休止时止动销停在最低点，远休止时止动销被推至最高点。压杆探头的升降使用曲柄滑块机构，机构简单容易制造易于理解接受。

缺点：杆件过多，运动时易产生冲击，且需加物料位置固定装置。凸轮机构由于行程较大，很大程度上加大了凸轮尺寸，不利于制造，切凸轮磨损较大。升降机构的弹簧的选取比较困难。无法满足压杆探头需要的高精度的操作要求，传动平稳性不够高。

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，我们采用了方案原理图①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：

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送料机构 止动机构 压杆升降机构 工作行程 止动销上升 压杆停止 止动销停止 压杆下降 压杆上升 间歇停止时间 止动销下降 压杆停止 上图为表格式运动循环图

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执行机构的具体说明

表3.3.1推料机构

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3.3.2止推销传动机构选型

四、 机械传动系统方案的拟定

4.1、推料机构设计

压杆升降机构 推料机构 垫圈内径检测装置 止推销传动机构 推料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

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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，且其可以循环往复无间断的来进给垫圈。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1/24s，而检测周期为5s，因此推料机构的齿轮系的传动比需为120：1，这要由多级齿轮传动来实现。 下为推料机构齿轮系简图

其中： z1=z2’=z3’=18 z2=54

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z3=72 z4=90 z4’=34 z5=68

传动比i15=z2z3z4 z5/z1z2’z3’ z4’=54*72*90*68/18*18*18*34=120/1

4.2、压杆升降机构设计

压杆升降机构运动方案示意图

控制压感探头的凸轮设计：

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；

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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+ C3δ3+ C4δ4+ C5δ5；

v= C1w+2 C2w+3 C3wδ2+4 C4wδ3+5 C5wδ4； a=2 C2w2+6 C3 w2δ+12 C4 w2δ2+20 C5 w2δ3； 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=0 C3= 10h/δ03 C4= -15h/δ04 C5=6h/δ05 位移：s=10hδ3/δ30-15hδ4/δ40+6hδ5/δ50 ； 速度：v=12πhδ2/δ30-24πhδ3/δ40+12πhδ4/δ50； 加速度：a=48π2hδ/5δ30-144π2hδ2/5δ40+96π2hδ3/5δ50； SolidWorks设计的凸轮：

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4.3、止推销运动机构设计

发动机带动齿轮传动，再借助带轮传动外槽轮，外槽轮再经由齿轮传动止推销，最终实现止推销的间歇运动。

止推销传动比计算如下：

如上图：

z1=z2’=z3’=18 z2=54

z3=72 z4=90 z5=36

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z6=18

带轮主被动传动比是1:2，外槽轮主被动传动比是1:4 传动比i16=(z2z3z4 z6/z1z2’z3’ z5)*2/1*4/1=240/1

止动销机构，由外槽轮控制其运动规律。外槽轮的间歇运动特性很好的实现了止推销的间歇运动特性，在外槽轮主动件槽轮杆的带动下，被动槽轮进行间歇运动，再在传动齿轮的作用下，将其运动特性传递给了止推销。通过这三个机构的组合，最终完成了垫圈内径的检测。

4.4、重要零件图和三视图

上图：外槽轮机构

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上图：槽轮三视图

上图：缺口圆盘三视图·

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上图：凸轮三视图

上图：齿轮三视图

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五、机械运动方案自评

经过小组的一起努力，向老师请教疑难解答，我们从一开始提出的各种想法，再一步步完善，构思，最终确定了机械运动方案，并计算参数、建模、装配。每一步过程中不免有疑惑、坎坷，我们也参考了很多书目，综合评价该检测装置，该装置止动销、压杆、推料机构精确地配合运动，符合每5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。但我们知道我们做的还远远不够，许多运动方式，还拘泥于自己的想象中，希望老师能提出批评建议。

六、设计小结

这次的课程设计完成了，经过了一个星期的分析、计算和绘制，经过了团队合作和各自的思考，经过了无从下手和有所领悟，课程设计总算完成了。这是分工协作的的成果：钱奔腾负责传动机构运动和配合，韩海静负责零件的建模，周汉强负责说明书的制作。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，而是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，使我们认识到，课本只是获取知识的途径，但不是全部，我们要通过自己的思考与生活才能更好的将知识为我所用。这次的课程设计，对我们今后的学习，有很大的帮助。

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七、 个人总结

经过这么多天的努力，我们终于完成了机械原理课程设计的垫圈内径检测装置。不知不觉已经6月3日，到了完善说明书，提交方案的时候。

可以说，这一个星期真的是煎熬，时时有就这样放弃的想法，可我们都知道，这是不行的，不经历失败，不知道成功来之不易。即使困难再大，我们风雨兼程。我们遇到问题时，即使有过分歧，我们也会提出自己的观点，并且细心聆听队员的观点，发现自己的不足，已经大家观点的可取出。最终我们坚持了下来，并完成了课程设计。体会有很多

1.我明白了团队合作的重要性。如果没有大家的互相合作，互相鼓励，根本不可能很好的完成课程设计，时间很紧迫，当一个方案出来后，分析了半天，才发现它的不合理性，时间就是这么一分一秒的过去的。直到最后的方案的确定下来，在合理的分工后，我们还有很多协作，遇到问题大家一起商量，当想出一个解决方法时，心情真的很喜悦。

2.实践才是检验真理的唯一标准。虽然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，许多东西都还只停留在想象的层面上。而通过课程设计，我们才能将概念付诸实践，明白很多理念性的东西在现在的科技发展水平上还是行不通的。如何运用现在的技术，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和挑战，更是一个温故知新，运用知

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识的途径。经过这次课程设计，加深了我对机械原理的理解，熟练了上学期的CAD制图软件的运用。为我之后的机械设计的课程设计打下了坚实的基础。

我知道，这次的课程设计是为以后的毕业设计做准备的，只有好好去做，才能从中学得更多，才能不枉费学校特意为我们大二就安排的这次见习，这次的课程设计，无论是对以后的学习，还对对将来的走出校园，走向社会，对我们来说，都是受益匪浅的。还要感谢我们的指导老师，在您的帮助下，才让我们更好的完成了课程设计。

八、参考书目

1.《机械原理》（第六版） 孙桓 陈作模 主编 高等教育出版社 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 4．《机械设计课程设计》 韩莉 主编 重庆大学出版社 5. 《机械设计》 王连明 荣涵锐 主编 哈尔滨工业大学出版社

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