機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)——墊圈內(nèi)徑檢測(cè)裝置

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 設(shè)計(jì)題目 墊圈內(nèi)徑檢測(cè)裝置 學(xué) 院_汽車與交通學(xué)院_專業(yè)班級(jí)_車輛_姓 名_學(xué) 號(hào)_指導(dǎo)教師_趙 健 _青島理工大學(xué)二零一六年七月二日 目 錄1、設(shè)計(jì)題目及其要求12、題目分析23、運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)介24、立體結(jié)構(gòu)圖45、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)46、系統(tǒng)評(píng)價(jià)197、設(shè)計(jì)小結(jié)198、總結(jié)20參考書目20221、設(shè)計(jì)題目及其要求設(shè)計(jì)墊圈內(nèi)徑檢測(cè)裝置，檢測(cè)鋼制墊圈內(nèi)徑是否在公差允許范圍內(nèi)。被檢測(cè)的工件由推料機(jī)構(gòu)送入后沿一條傾斜的進(jìn)給滑道連續(xù)進(jìn)給，直到最前邊的工件被止動(dòng)機(jī)構(gòu)控制的止動(dòng)銷擋住而停止。然后，升降機(jī)構(gòu)使裝有微動(dòng)開關(guān)的壓桿探頭下落，檢測(cè)探頭進(jìn)入工件的內(nèi)孔。此時(shí)，止動(dòng)銷離開進(jìn)給滑道，以便讓工

2、件浮動(dòng)。檢測(cè)的工作過(guò)程如圖所示。當(dāng)所測(cè)工件的內(nèi)徑尺寸符合公差要求時(shí)（圖a），微動(dòng)開關(guān)的觸頭進(jìn)入壓桿的環(huán)形槽，微動(dòng)開關(guān)斷開，發(fā)出信號(hào)給控制系統(tǒng)（圖中未給出），在壓桿離開工件后，把工件送入合格品槽。如工件內(nèi)徑尺寸小于合格的最小直徑時(shí)（圖b），壓桿的探頭進(jìn)入內(nèi)孔深度不夠，微動(dòng)開關(guān)閉合，發(fā)出信號(hào)給控制系統(tǒng)，使工件進(jìn)入廢品槽。如工件內(nèi)徑尺寸大于允許的最大直徑時(shí)（圖c），微動(dòng)開關(guān)仍閉合，控制系統(tǒng)將工件送入另一廢品槽。1工件 2帶探頭的壓桿 3微動(dòng)開關(guān)a)內(nèi)徑尺寸合格 b)內(nèi)徑尺寸太小 c)內(nèi)徑尺寸太大 具體設(shè)計(jì)要求見(jiàn)下表：2、題目分析墊圈內(nèi)徑檢測(cè)裝置，主要的運(yùn)動(dòng)過(guò)程為：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間歇的將工件送到檢測(cè)的位置。

3、在傳送的過(guò)程中將被止動(dòng)銷擋住剛好到所需檢測(cè)的內(nèi)徑圓孔到壓桿將要下來(lái)的地方，然后壓桿下來(lái)檢測(cè)內(nèi)徑是否符合要求。在壓桿下來(lái)檢測(cè)的時(shí)間里，微動(dòng)開關(guān)向右移動(dòng)檢測(cè)墊圈內(nèi)徑是否符合要求。微動(dòng)開關(guān)檢測(cè)完后向左移動(dòng)，回到其原來(lái)所在的。接下來(lái)，壓桿和止動(dòng)銷一起上升回到其原來(lái)的地方。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將已檢測(cè)的工件送走，并將下一個(gè)將被檢測(cè)的工件送到檢測(cè)處。3、運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)介 墊圈內(nèi)徑檢測(cè)裝置，用以下4個(gè)機(jī)構(gòu)結(jié)合搭配組成：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，壓桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，止動(dòng)銷運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，微動(dòng)開關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。題目所給的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：表1 內(nèi)徑檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)方案號(hào)被測(cè)鋼制平墊圈尺寸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min每次檢測(cè)時(shí)間s公稱尺寸mm內(nèi)徑mm外徑mm厚

4、度mmA88.4161.614405B121320214406C202130314408D20213739608E30315649608經(jīng)小組討論，為使機(jī)構(gòu)的使用性能符合要求，適合本設(shè)計(jì)，我們采用方案D，如下：D20213739608周期T=8s，角速度=2/T=0.785 rad/s.在一個(gè)周期內(nèi)，滿足要求，各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)壓桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)止動(dòng)銷運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)微動(dòng)開關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)02s01s傳送工件停在最高點(diǎn)停在最高點(diǎn)停在最左邊11.5s下降1.52s停在最低點(diǎn)23.5s停下降停在最低點(diǎn)停在最左邊3.56.5s3.54.5s停檢測(cè)停在最低點(diǎn)右移4.55.5s檢測(cè)5.56.5s左移6.58s停上

5、升上升停為使各個(gè)機(jī)構(gòu)滿足上述要求，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制采用間歇機(jī)構(gòu)，壓桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和止動(dòng)銷的運(yùn)動(dòng)匹配要求嚴(yán)格，則兩者用凸輪軸連接。微動(dòng)開關(guān)機(jī)構(gòu)的控制采用凸輪機(jī)構(gòu)。4、立體結(jié)構(gòu)圖5、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)墊圈內(nèi)徑檢測(cè)裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)壓桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)止動(dòng)銷運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)微動(dòng)開關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)5.1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是整個(gè)裝置中負(fù)責(zé)將待檢測(cè)的工件傳送到檢測(cè)位置的機(jī)構(gòu)。它需要在運(yùn)動(dòng)規(guī)律上和控制止動(dòng)銷的止動(dòng)機(jī)構(gòu)和壓桿升降機(jī)構(gòu)相互配合才能完成此裝置的工作要求。為了使工作周期易于控制，我們決定由皮帶輪傳動(dòng)來(lái)達(dá)到運(yùn)送工件的目的。機(jī)構(gòu)由齒輪來(lái)傳動(dòng)，因?yàn)槠涔β史秶?、傳?dòng)效率高的特點(diǎn)正好符合我們的需要。從所給的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中我們得知：原動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)周期為1

6、/16s，而檢測(cè)周期為8s，因此推料機(jī)構(gòu)的齒輪系的傳動(dòng)比需為128：1，這要由多級(jí)齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖為推料機(jī)構(gòu)的齒輪系簡(jiǎn)圖。其中：z1=z2=z3=20,z2=z3=80,z4=160傳動(dòng)比i14=z2z3z4/z1z2z3=80*80*160/203=128/1考慮到推料機(jī)構(gòu)具有送料停止送料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律特征，我們決定使用槽輪機(jī)構(gòu)來(lái)達(dá)到間歇式運(yùn)動(dòng)的目的。電動(dòng)機(jī)輸出齒輪皮帶輪檢測(cè)周期周期1/16s8s32s8s由于是檢測(cè)機(jī)構(gòu)，所以傳動(dòng)齒輪模數(shù)不宜過(guò)大，初定模數(shù)m=2，d1=d2=d3=40mm，d2=d3=160mm，d4=320mm，皮帶輪直徑D=127.4mm，皮帶傳送速度v=50mm/s。

7、 4號(hào)齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)1/4周，皮帶在這2s的時(shí)間內(nèi)將待測(cè)工件傳送到檢測(cè)位置，然后停留6s，等待檢測(cè)完畢后將已檢測(cè)的工件送走，并把新的工件傳送過(guò)來(lái)，如此重復(fù)。5.2、壓桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)控制壓感探頭的凸輪設(shè)計(jì)：方案一：用齒輪、連桿和彈簧來(lái)控制壓桿的運(yùn)動(dòng)；方案二：用凸輪和連桿機(jī)構(gòu)，為了設(shè)計(jì)加工方便把凸輪設(shè)計(jì)成3次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律；方案三：用凸輪和連桿機(jī)構(gòu)，凸輪設(shè)計(jì)成5次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律；綜合分析以上三種方案，方案一中彈簧用久后會(huì)變形，影響測(cè)量精度，考慮到探頭測(cè)量時(shí)沖擊力要小，故不能用三次多項(xiàng)式的凸輪，經(jīng)綜合考慮采用方案三采用5次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律的凸輪。以下是推桿回程的計(jì)算過(guò)程：周期：T=8s；基圓

8、半徑=15mm；推程：h=6mm；推程運(yùn)動(dòng)角：0=3/8；回程運(yùn)動(dòng)角：0=3/8；遠(yuǎn)修止角=/2；近修止角=3/4；計(jì)算公式：s=C0+ C12+ C33+ C44+ C55； v= C1w+2 C2w+3 C3w2+4 C4w3+5 C5w4； a=2 C2w2+6 C3 w2+12 C4 w22+20 C5 w23；在始點(diǎn)處：=0，s=0,v=0,a=0；在終點(diǎn)處：=0 ,s=h,v=0,a=0；分別代入方程得到：C0=C1=C2=0 C3= 10h/03 C4= -15h/04 C5=6h/05位移：s=h-10h3/30+15h4/40-6h5/50 ；速度：v=7.5h2/30-15

9、h3/40+7.5h4/50；加速度：a=3.752h/30-11.252h2/40+7.52h3/50；用C語(yǔ)言計(jì)算位移，速度，加速度；計(jì)算位移的C語(yǔ)言程序：#include<stdio.h>#include<math.h>void main() float x,s;int a,b;scanf("%d %d",&a,&b);x=(float)a/b;s=6-60*x*x*x+90*x*x*x*x-36*x*x*x*x*x;printf("%fn",s);計(jì)算速度的C語(yǔ)言程序：#include<stdio.h

10、>#include<math.h>void main() float x,v;int a,b;scanf("%d %d",&a,&b);x=(float)a/b;v=120*x*x-240*x*x*x+120*x*x*x*x;printf("%fn",v);計(jì)算加速度的C語(yǔ)言程序：#include<stdio.h>#include<math.h>void main() float x,a;int b,c;scanf("%d %d",&b,&c);x=(float

11、)b/c;a=160*x-480*x*x+320*x*x*x;printf("%fn",a);經(jīng)計(jì)算得到以下結(jié)果：03/806/809/8012/8015/8018/8021/8024/8027/8030/80s6.0005.9495.6525.0224.0953.0001.9050.9780.3480.0510.000v0.0000.9723.0725.2926.9127.5006.9125.2923.0720.9720.00003/1606/1609/16012/16015/16018/16021/16024/16027/16030/160a0.0006.84011.5

12、2014.28015.36015.00013.44010.9207.6803.9600.00033/16036/16039/16042/16045/16048/16051/16054/16057/16060/160a-3.960-7.680-10.920-13.440-15.000-15.360-14.280-11.520-6.8400.00008/3位移和角度的曲線圖：08/3速度和角度關(guān)系的曲線圖：08/3加速度和角度關(guān)系的曲線圖：02一個(gè)周期內(nèi)推桿運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖：SolidWorks設(shè)計(jì)的凸輪：安裝凸輪時(shí)應(yīng)注意凸輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)應(yīng)先遠(yuǎn)休2秒，然后再回程來(lái)測(cè)量墊圈的內(nèi)徑，故應(yīng)把凸輪應(yīng)安裝如上圖所示

13、的位置；推程時(shí)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和回程時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全一致，各種參數(shù)均相同。5.3、止動(dòng)銷運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)止動(dòng)銷機(jī)構(gòu)，由凸輪控制其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。凸輪類型：對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)在在周期為8s的一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：（0s時(shí)在最高處） 01s1s1.5s1.5s6.5s 6.5s8s停下降停上升凸輪機(jī)構(gòu)分析：為保證凸輪機(jī)構(gòu)不受過(guò)大地沖擊力，采用二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律。s=c0+c1+c22 v=ds/dt=c1+2c2a=dv/dt=2c22（1）在01s，凸輪在遠(yuǎn)休過(guò)程，遠(yuǎn)休止角01=/4 （0/4）。（2）在1s1.5s，凸輪為回程過(guò)程，回程運(yùn)動(dòng)角0=/8 （/43/8）在等加速回程段：（

14、/45/16）S=h-2h2/20=6-2*62/(/8)2=6-77.892V=-4h/20=-4*6*0.785/(/8)2=-122.29a=-4h2/20=-4*6*(0.785)2/(/8)2=-96(=00/2)等減速回程：（5/163/8）S=2h(0-)2/20=2*6(/8-)2/(/8)2=77.89 (/8-)2V=-4h(0-)/ 20=-4*6*0.785(/8-)/( /8)2=-122.29 (/8-)a=4h2/20=4*6*(2/T)/( /8)2=96(=/2-)（3）1.5s6.5s凸輪為近休過(guò)程，近休止角02=5/4 （3/813/8）（4）6.5s8s

15、凸輪為回程過(guò)程，回程角0=3/8（13/82）等加速推程：（13/829/16）S=2h2/20=2*62/(3/8)2=8.662V=4h/20=4*6*0.785/( 3/8)2=13.59a=4h2/20=4*6*(0.785)2/(3/8)2=10.67（=00/2）等減速推程：（29/162）S=h-2h（0-）2/20=6-2*6（3/16-）2/(3/16)2=6-8.66（3/16-）V=4h(0-)/ 20=4*6*0.785(3/16-)/( 3/16)2=13.59 (3/16-)a=-4h2/20=-10.67（=0/20）在一個(gè)周期內(nèi)，止動(dòng)銷上升高度與凸輪轉(zhuǎn)過(guò)角速度的

16、關(guān)系：一個(gè)周期內(nèi)，止動(dòng)銷的速度與凸輪轉(zhuǎn)過(guò)角速度的關(guān)系：一個(gè)周期內(nèi)，止動(dòng)銷的加速度與凸輪轉(zhuǎn)過(guò)角速度的關(guān)系：5.4、微動(dòng)開關(guān)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)微動(dòng)開關(guān)機(jī)構(gòu)：由凸輪控制其運(yùn)動(dòng)；凸輪類型：幾何封閉的凸輪機(jī)構(gòu)；該機(jī)構(gòu)在一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：03.5s3.5s4.5s4.5s5.5s 5.5s6.5s 6.5s8s靜止過(guò)來(lái)檢測(cè)回去 靜止結(jié)構(gòu)圖：凸輪機(jī)構(gòu)的分析與計(jì)算;為了保證凸輪機(jī)構(gòu)收到極小的 沖擊，采用二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律其表達(dá)式：s=c0+c1+c22 v=ds/dt=c1+2c2a=dv/dt=2c22有圖可得：推程運(yùn)動(dòng)角0=/4遠(yuǎn)休止角 ：01=/4回程運(yùn)動(dòng)角：0=/4近休止角：02=5/4 推程加速過(guò)程的運(yùn)動(dòng)方

17、程;S=2h2/20=12.9822v=4h/20=20.382a=4h2/20=16推程減速過(guò)程的運(yùn)動(dòng)方程;S=h-2h2/20=4-12.982（/4-）2V=4h/20=20.382（/4-）a=-4h2/20=-16s，v，a分析圖：回程時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律過(guò)程回程加速過(guò)程的運(yùn)動(dòng)方程;S=h-2h2/20=4-12.9822V=-4h/20=-20.382a=-4h2/20=-16回程減速過(guò)程的運(yùn)動(dòng)方程；S=2h(0-)2/20=12.982（/4-）V=-4h(0-)/ 20=-20.382（/4-）a=4h2/20=16s，v，a分析圖： 6、系統(tǒng)評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)該檢測(cè)裝置，該裝置止動(dòng)銷、壓桿

18、、微動(dòng)開關(guān)精確地配合運(yùn)動(dòng)，符合每8秒檢測(cè)一個(gè)墊圈的技術(shù)要求，檢測(cè)的探頭對(duì)工件的沖擊較小，總的來(lái)說(shuō)該設(shè)計(jì)符合技術(shù)要求。7、設(shè)計(jì)小結(jié)這次課程設(shè)計(jì)是我們第一次獨(dú)立地對(duì)一個(gè)完整的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)我們看到課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的第一眼時(shí)，還以為這次的作業(yè)和以往經(jīng)歷過(guò)的無(wú)數(shù)次的考試一樣：老師給你一份寫滿了題目的試卷，而你只需要對(duì)這些題目一一分析，再寫下自己的思考就算完成了。然而，在我們花費(fèi)了一整個(gè)下午對(duì)課題進(jìn)行了一番研究之后，我們才預(yù)感到這不是一件簡(jiǎn)單的事：老師給我們的是一張白紙，連題目都還需要我們自己去寫。我們選擇的課題是對(duì)墊圈內(nèi)徑檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)，這是一個(gè)檢測(cè)儀，它的工作機(jī)理理解起來(lái)并不難，難的是在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)

19、于機(jī)器實(shí)際運(yùn)作時(shí)可能發(fā)生的一系列問(wèn)題的解決。第一個(gè)問(wèn)題，出現(xiàn)在設(shè)計(jì)各部件運(yùn)動(dòng)方式時(shí)。要知道我們以往解題的時(shí)候，機(jī)械的運(yùn)動(dòng)都是一定的，然而在檢測(cè)儀中，因被檢測(cè)工件的外形參數(shù)不同，在每個(gè)檢測(cè)周期中壓桿的垂直位移以及微動(dòng)開關(guān)的水平位移都不一樣，如何保證我們?cè)O(shè)計(jì)的這些機(jī)構(gòu)在檢測(cè)不同的工件時(shí)即能圓滿完成工作要求，又不會(huì)對(duì)機(jī)器本身和工件造成損壞，成了擺在我們面前的第一道坎。首先我們想到的是通過(guò)添加彈簧來(lái)滿足構(gòu)件的位移浮動(dòng)，在構(gòu)件的長(zhǎng)度允許變化的時(shí)候，這看上去是一個(gè)好方法，于是在設(shè)計(jì)微動(dòng)開關(guān)時(shí)，我們就在其中加上卡一個(gè)彈簧。但是彈簧不是在任何情況下都適用，若我們?cè)趲筋^的壓桿中也使用了彈簧，那么機(jī)器在檢測(cè)工件時(shí)就無(wú)法區(qū)別出內(nèi)徑正常的工件與內(nèi)徑過(guò)小的工件了（壓桿的長(zhǎng)度如果變化的話，測(cè)量結(jié)果就不準(zhǔn)）。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們最后決定在凸輪的設(shè)計(jì)中（壓桿由凸輪傳動(dòng)），預(yù)留一段允許凸輪空轉(zhuǎn)的時(shí)間，其實(shí)