机械原理课程设计

说明书。

题目垫圈内径检测装置机

专业机械设计制造及其自动化07级

班级。学号。

姓名。指导老师。

一、设计题目及设计要求3

二、传动系统传动比计算及分配5

三、检测装置检测机构设计6

四、推料机构的设计7

五、平面连杆机构的运动分析8

六、齿轮机构的计算以及设计10

七、凸轮机构设计11

八、机器的机构运动简图和运动循环图………14

九、参考文献16

一、设计题目及设计要求。

1.设计要求及设计参数。

设计题目：垫圈内径检测装置机系统方案设计。

1）设计任务。

1.要求设计该检测装置的推料机构、控制止动销的止动机构、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，并在图纸上画出传动系统图；

3.画出机器的机构运动方案简图和运动循环图；

4.设计平面连杆机构。并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，计算凸轮廓线值，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）设计要求：

有关平垫圈内径检测装置数据具体设计要求见下表

平垫圈内径检测装置设计数据表。

2、设计原理。

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1 所示。当所测工件的内径尺寸符合公差要求时（图1a），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1b），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1c），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。

图1 垫圈内径检测过程。

3、设计方案提示。

a.由于止动销的动作与压杆升降动作有严格的时间匹配与顺序关系，建议考虑使用凸轮轴解决这个问题。

b.推料动作与上述两个动作的时间匹配不特别严格，可以采用平面连杆机构，也可以采用间歇机构。

二、传动系统传动比计算及分配：

对于a方案由设计数据表可知：电动机的转速为n=1440r/min，则电动机的周期为1/24s；每次检测时间为5s，即凸轮轴周期为5s。因此，必须采用减速机构，其减速比为：

可采用两级带减速传动，两级蜗杆传动，它们的分配传动比分别为：

a）带传动：传动比均为i=2；

b）蜗杆传动：传动比均为i=60，蜗杆齿数为蜗轮齿数为。

传动系统图如图2所示：

电动机通过左端的带传动将动力传递给推料机构的d轴，通过右端带传动将动力传递给蜗杆，再通过蜗轮传递给凸轮轴a。

图2 传动系统图。

三、检测装置检测机构设计：

检测装置检测机构设计控制止动销的止动机构及压杆升降机构的设计。

止动机构及压杆升降机构的设计：

如图3所示，垫圈沿一条倾斜的进给滑道（图中未画出）连续进给，直到最前边的垫圈被止动臂上的止动销挡住而停止。凸轮轴上装有两个盘形凸轮，分别控制压杆的升降和止动臂的摆动。当检测探头进入垫圈的内控时止动臂连同止动销在凸轮的推动下离开进给滑道，以便让垫圈浮动。

图3 止动机构及压杆升降机构简图。

四、推料机构的设计：

运输机构一般是单向的移动物料，但却能使被运输的物料间歇前行。这类移动的主要特点是大部分移动件上的所有点都沿着相似或相同的轨迹移动。运输完成后，运输构件按照与其前完全不同的轨迹返回，而物料则被留下不动直到下一个循环开始。

推料机构所要达到的目的是不间断的向进给滑到不断地输送垫圈，如图4所示，采用平面连杆机构。两个d轴一起旋转，并支撑主要的移动件，轨道m-m被固定安装在机器上，压力或者摩擦能够使轨道表面上的垫圈保持不动，以防止其在运动间歇产生任何移动。

另外，连杆之所以设计成这样，是要靠增大质量来增加连杆的惯性，这是由于主动轴oa转动一周，从动杆bc将会出现两次与连杆ab共线位置，张扬就会造成从动曲柄bc转向不确定的现象。

图4 推料机构。

五、平面连杆机构及运动分析：

1.平面连杆机构即推料机构机构运动简图如图5所示(图中的字母为方便运动分析而标，与简图不符)：

图5 平面连杆机构机构运动简图。

设曲柄的长度。

已知曲柄的角速度。

则a点的速度，方向如图所示。

加速度为，方向沿oa指向o

用**法作速度与加速度分析如下：

2、其运动线图分析：

曲柄饶其旋转中心即d轴做圆周运动，其运动线图如图6中曲柄臂中心轨迹。运输构件在曲柄的带动下，也是做圆周运动，轨迹如图6中的运动构件轨迹。若将其转换成直角坐标系则应该是正弦或余弦曲线，如图9上图所示。

图6 平面连杆机构即推料机构。

六、齿轮机构的计算以及设计。

由传动比分配可知：蜗杆齿数为蜗轮齿数为，按钢制齿轮进行强度计算，取其模数。

1.计算蜗杆的相关尺寸以角度：

由《机械原理》（第七版）表10-9蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列表可知：蜗杆的分度圆直径取50mm。

再由蜗杆分度圆直径公式（其中是蜗杆的导程角）可得： =故蜗杆导程角。

根据gb/t10087-1988规定，在动力传动中，允许增大压力角，推荐用，则压力角取=。

2.下面计算蜗轮的相关尺寸以角度：

蜗杆蜗轮正确啮合的的条件：蜗杆的轴面模数和压力角分别等于蜗轮的端面模数和压力角，且都取标准值。

当蜗杆和蜗轮的轴线交错角为时，还需保证蜗杆的导程角等于蜗轮的螺旋角，即。

蜗轮的分度圆直径。

其螺旋角其端面压力角=

其法面压力角。

七、凸轮机构的设计。

1.设初步确定凸轮的基圆半径，其次要选定推杆的运动规律，因其工作条件为中速轻载，应选用和较小的运动规律，以保证运动的平稳性和工作精度，可选用正弦加速度运动规律。

2.求凸轮的凸轮廓线，设摆杆的推程为h=10mm

1）推程阶段

………a）其中

2）回程阶段

………b）

其中。3）近休阶段

其中 4）推程阶段或者回程阶段的压力角及其校核。

无论推程还是回程，摆杆与凸轮的接触点处的速度方向始终与接触点处凸轮廓线的法线方向夹角为0，故其压力角始终为0，必然小于许用压力角。

5）凸轮廓线值如表2所示。

表2 凸轮廓线值表。

近休阶段，

6）凸轮机构的绘制如图7所示：

取为计算间隔，将以上各相应值带入（a）式和（b）式，得到推程阶段和回程阶段摆杆的位移，见表2。根据各值绘制凸轮廓线如图7所示。图中摆杆未画出。

图7 凸轮机构的绘制图。

7）校核最小曲率半径：

接触点坐标为：

………c）式中，推杆的初始位置角，其值为。

由高等数学知：曲率半径公式为。

d）当所给的方程是参数方程时，将ds代入（d）式有：

然后将（c）式分别对求导，再代入上式，即可计算出曲率半径k的表达式，对求导，令，则可求的曲率半径最小的值，以及最小曲率半径，并校核。

八、机器的机构运动简图和运动循环图。

1、机器的机构运动方案简图如图8所示：

图8 机器的机构运动方案简图。

说明：1）、图的顺序为（由外向里）：传动系统---推料机构--凸轮2---凸轮3；

2）、推料机构为里外运动，画出会重叠，故没有将d轴与传动系统连接起来。

2.运动循环图如下：

为了保证各执行机构在运动时间上的同步性，将各执行机构的主动件安装在同一根分配轴上，即各机构的动力源于同一根轴，亦即凸轮轴。

运输构件的动力并不是源于凸轮轴，但推料动作应考虑到压杆升降机构检测探头的工作连续性，应当合理的安排进料时间。其运动循环图大致如图9上图所示；

升降压杆和止动臂上的止动销在凸轮轴的带动下运动循环图大致如图9下图所示。

图9 运动循环图。

三机构的运动循环图如图9所示，这样，就可以保证凸轮轴转一周，各执行机构均完成一个运动循环，达到时间上的同步。

九、参考文献：

1]、《机械原理课程设计指导》张晓玲北京航天航空大学出版社 2024年12月第1次印刷。

2]、《机构系统设计与应用分析》邹慧君机械工业出版社 2024年9月第1次印刷。

3]、《机械原理》（第七版）孙桓、陈作模、葛文杰高等教育出版社 2024年4月第7次印刷。

4]、《机械设计使用机构与装置图册》邹平译机械工业出版社 2024年4月第1版第1次印刷。

5]、《高等数学及其应用（上册）》同济大学应用数学系高等教育出版社 2024年8月第6版。

6]、实用机构图册》黄继昌、徐巧鱼、张海贵机械工业出版社 2024年1月第1版第1次印刷。

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