墊圈內(nèi)徑檢測裝置設計

1、機械與電子工程學院機械原理課程設計計算說明書設計題目：墊圈內(nèi)徑檢測裝置設計班 級：姓 名：小組成員：指導教師：完成時間：目錄 .2-3.4-55-11. 11-1314.14-15,15.16-26 .27刖百設計墊圈內(nèi)徑檢測裝置，檢測鋼制墊圈內(nèi)徑是否再公差允許范 圍內(nèi)。并且進行被檢測墊圈連續(xù)進給，連續(xù)檢測，達到高效率檢測。 本篇計算說明書主要針對所給的題目要求設計該檢測裝置的推料機 構、控制止動銷的止動機構、壓桿升降機構。包括凸輪機構、平面連 桿機構以及齒輪機構等常用機構。該裝置的微動開關以及控制部分的 設計本計算說明書不作討論。設計任務一、 設計題目設計墊圈內(nèi)徑檢測裝置，檢測鋼制墊圈內(nèi)徑是

2、否在公差允許范圍 內(nèi)。被檢測的工件由推料機構送入后沿一條傾斜的進給滑道連續(xù)進 給，直到最前邊的工件被止動機構控制的止動銷擋住而停止。然后， 升降機構使裝有微動開關的壓桿探頭下落，檢測探頭進入工件的內(nèi) 孔。此時，止動銷離開進給滑道，以便讓工件浮動。檢測的工作過程如圖1所示。當所測工件的內(nèi)徑尺寸符合公差要 求時（圖1a）,微動開關的觸頭進入壓桿的環(huán)形梢，微動開關斷開， 發(fā)出信號給控制系統(tǒng)（圖中未給出），在壓桿離開工件后，把工件送 入合格品梢。如工件內(nèi)徑尺寸小于合格的最小直徑時（圖1b）,壓桿的探頭進入內(nèi)孔深度不夠，微動開關閉合，發(fā)出信號給控制系統(tǒng)，使 工件進入廢品梢。如工件內(nèi)徑尺寸大于允許的最大直

3、徑時（圖1c）,微動開關仍閉合，控制系統(tǒng)將工件送入另一廢品梢。1工件2帶探頭的壓桿3一微動開關a）內(nèi)徑尺寸合格b）內(nèi)徑尺寸太小c）內(nèi)徑尺寸太大圖1墊圈內(nèi)徑檢測過程、設計數(shù)據(jù)與要求表1平墊圈內(nèi)徑檢測裝置設計數(shù)據(jù)被測鋼制平墊圈尺寸電動機轉速 r/min每次檢測時間s公稱尺寸mm內(nèi)徑mm外徑mm厚度mm1020214405要求設計該檢測裝置的推料機構、控制止動銷的止動機構、壓桿升降機構。 一般應包括凸輪機構、平面連桿機構以及齒輪機構等常用機構。 該裝置的微動開 關以及控制部分的設計本題不作要求。三、設計任務1、設計墊圈內(nèi)徑檢測裝置的傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。2、畫出機器的機構運動方案簡圖和運動循環(huán)

4、圖。3、設計平面連桿機構。并對平面連桿機構進行運動分析，繪制運 動線圖。4、設計凸輪機構。確定運動規(guī)律，選擇基圓半徑，計算凸輪廓線 值，校核最大壓力角，繪制凸輪機構設計圖。5、設計計算齒輪機構。6、編寫設計計算說明書、制作 PPT。7、學有余力的可以進行平墊圈內(nèi)徑檢測裝置進行三維造型和動態(tài)仿真。運動方案設計1、墊圈內(nèi)徑檢測裝置的傳動系統(tǒng)并確定其傳動比：齒輪傳動傳動比為240: 1用齒輪連接平面連桿機構和原動機，連桿機構與壓桿升降機構分別通過帶輪機構與止動機構相連，并且?guī)л啺霃较嗤?，進而保持相同的傳 動比。2、機器的機構運動方案簡圖和運動循環(huán)圖：簡圖：運動循環(huán)圖:運幼循環(huán)圖3、傳動系統(tǒng)示意圖4、

5、平面連桿機構及運動分析:平面連桿機構示意圖：珊陽棚說明：滑塊的尺寸（axbxh）初步確定為30x30x50，具體情況依據(jù)實際 裝配過程中相應的尺寸協(xié)調(diào)配合。運動分析（運用計算機輔助設計）F'Y*h尺寸參數(shù)IablCDIdehhlh2503905035023060運動分析方程1）位置分析建立封閉矢量多邊形建立一直角坐標系，并標出各桿矢量及其方位角，其中共有 4個未知量3 （8 2= 3）、4、S3、4。利用兩個封閉圖形 ABDEFA和EDCGE,建立兩個封閉矢 量方程，由此可得：l 4 s 3 h i h 2 l i（式I）14cos4S3*cos 3h211 *cos 114*sin4

6、*sin3h111 *sin 1把（式I）寫成投影方程得：14*cos4L*cos 3S50(式n)14*sin4l*sin 3h由以上各式用型轉化法可求得4、3、2、S5,滑塊2的方位角23解法如下：xb h28s 1yh1 l1*sin 1xd I4 *cos 4Vd l4*Sin 4S3(Xd Xb)2 (VdVb)2xb xd Sin S3xc xd l3*Sinxd13*( xb xd)/S3VcVd I3 *COSVd 13*( ybVd) /Sstan 3dxc xdS5 xcae AE . h12 h22Vd (h Vc)tan 414*cos 4高斯消去法求解2）速度分析對（

7、式n）求一次導數(shù)得：14*sin 4*4S3 '*cos 3S3*sin 3* 311 *sin 1 * 114*cos 4*4S3 '*sin 3S3 *cos 3 * 311 *cos 1 * 114*sin 4*413*sin 3 *3S5'014*cos 4*413*cos 3*30(式 in)矩陣式:cos a一s3*sin 414 *sin 劣0s/11 *sin億sin Ms3*cos 414*cos /0"3.111i *cos0-13*sin Q14 *sin Q-1“,43 10013*cos Q14 *cos 00與"0米用高斯

8、消去法可求解（式IV）可解得角速度3,CD4;（式 IV）3）加速度分析把式IV對時間求導數(shù)得矩陣式:cos &sin傳00-S3*sin Q-l4*sin040S3"S3*cos /I4 *cos403-I3 *sin %Qsin為一14l3*cos 用l4*cos。40s5'一14* .1»4*cos。40s3"一14*-4*sin040叫一14*cos03*%*sin40*'s3'*sin 5 s3* u*cos 為 s3'*cos 4 -s3*、4*sin %13* $*cos %T 3* 曰*sin %-pul11

9、 * 必 *cos qli * q *sin 400采用高斯消去法可求解（式V）可解得角加速度a3, a 4,運動線圖：B、C點線圖：（式V）B,C點位移線圖角度B,C點速度線圖B,C點加速度線圖分析：分析B、C兩點的速度和加速度，在01600范圍內(nèi)， C點加速度和速度較小，速度變化較為平穩(wěn)，之后在160°270° B、 C兩點維持較大的加速度（遠大于在 01600范圍內(nèi)的加速度）。C點速度在270左右達到最大，而其加速度在 210度也達到最大。 對于C點而言，210和340為其速度峰值，對應急回階段，能夠 及時回來，并且為下一次推料做準備；在剩余周期內(nèi)速度反向且平穩(wěn)， 對

10、應慢進階段，反映慢進急回的特點，達到適合的推料的目的。0 3、0 4線圖:角位移線圖角度角速度線圖角度角加速度線圖-0.6角度分析：DE、DC的轉動的角位移、角速度、角加速度分析：從角位移 的圖線形狀來看是比較平穩(wěn)的，變化的范圍比較?。欢鴱慕撬俣染€圖 來看，DE桿的角速度在150° , 220° , 300°時達到最大值，在150° -300范圍內(nèi)變化比較大，能達到推料后快速回程病進行下一步在推 料；DC桿的角速度在90° , 260°時候達到峰值，DC桿的角加速度 變化范圍不大，能夠達到很好的平穩(wěn)程度。5、凸輪機構：推程運動規(guī)律：正

11、弦加速度運動回程運動規(guī)律：五次多項式運動周期:10s1）壓桿升降機構（偏置滾子凸輪機構）：壓桿升降機構示意圖：ABBC=74幫探斗的參數(shù)：確定尺寸:AB=175mmBC=25mmC點到最低點的距離為100mm,具體協(xié)調(diào)配合依據(jù)零件裝配過程的需要進行改變，最終達到壓桿探頭升降的距離達到 5mm。說明：彈簧的作用是保證壓桿能夠進行伸縮，便于檢測墊圈的內(nèi)徑。推程：35mm滾子半徑：14mm凸輪行程近休推程遠休回程角度030306060240240-360凸輪輪廓曲線:凸輪鈴序曲弱&口 FI-II3%0*300-160*100 &J 0 5010016(1200260計算機輔助設計的計

12、算結果：單位：mm此時角度是是：15此時角度是是：273此時角度是:242）止動機構（偏置滾子凸輪機構）參數(shù)乳際輪廓計算機輔助設計的計算結果: 單位：mm確定尺寸：轉速:0.1r/s推程：10mm周期：10s滾子半徑：10mm凸輪輪廓曲線:凸忙給隔業(yè)稅O rt/inrriA:放置止動銷匚：與齒輪連接處凸輪行程近休推程遠休回程角度030306060240240-360此時角度是是：15此時角度是是：276此時角度是：3306、齒輪機構計算：齒輪機構采用的是周轉輪系結構，傳動比為 240: 1,示意圖如下齒輪模數(shù)Z1=32, Z1=21,Z2=28, z2=30,Z3=34, Z4=42計算過程如

13、下i1Hh z2z31 i13 1 1i z1z2'28* 34132* 30120iH 1 120z4 42 ci 1 4= 2 z1'21iH4=120*2=240d1mz148,d1'mz1'31.5,d2mz242,d 2'mz2'45d 3mz351, d 4mz4637、其他需要說明的內(nèi)容本次設計需要傾斜的被檢測墊圈的下滑軌道， 這部分設計設計要求沒有做說明， 我們規(guī)定墊圈下滑的時間固定為 5s， 其中要考慮到下滑軌道的表面摩擦因數(shù)的規(guī)定， 要綜合了解墊圈的質量， 尺寸等等相關參數(shù)，因此沒有做過于細致的考慮。還有，齒輪的綜合設計圖被單

14、列出來， 沒有在機構整體的示意圖中表示出來， 因為如果畫在整體圖中會影響機構整體的視圖效果。 關于電動機的相關的參數(shù)沒有做特殊說明， 直接應用設計題目要求選擇電動機轉速為 1440r/min ， 。 對齒輪機構作說明， 因為壓桿升降機構與止動機構都應用相同的運動規(guī)律， 能完成設計要求，所以規(guī)定其周期都為10s;同時，平面連桿機構也要周期為10s,所以齒輪傳動機構用240: 1.參考資料機械原理第七版西北工業(yè)大學教研室 編 高等教育出版社中國科學技術出版社北京 -科學出版社2006清華大學出版社奚梅成王淑仁主編C程序設計教程譚浩強著附錄凸輪程序以及經(jīng)過改進的平面連桿機構程序凸輪程序：#inclu

15、de<stdio.h>#include<math.h>3double fact1202;/ 存放實際曲線坐標double theory1202;/ 存放理論曲線坐標int ang1=30,ang2=210,ang3=330;/依次是推程遠休回程的終角double h=10;/ 推桿行程double rb=15,b=0.1;/ 初始基圓半徑，增量矯正值double A1=30*PI/180, A2=75*PI/180;/ 推程回程許用壓力角double P=13;/許用最小曲率半徑加滾子半徑double e=10;/偏心距double So;double R=10;/ 滾

16、子半徑double S(int I)/ 計算推桿位移double s;double A;double B;if(I<=ang1)A=I*PI/180;B=ang1*PI/180;s=h*(A/B-sin(2*PI*A/B)/(2*PI);else if(I<=ang2)s=h;else if(I<=ang3)A=(I-ang2)*PI/180;B=(ang3-ang2)*PI/180;s=h*(1-10*pow(A/B,3)+15*pow(A/B,4)-6*pow(A/B,5);else s=0;return(s);double ds(int Q)/ 計算 ds/d doub

17、le A,B,C;if(Q<=ang1)A=Q*PI/180;B=ang1*PI/180;C=(h/B)*(1-cos(2*PI*A/B);else if(Q<=ang2)C=0;else if(Q<=ang3)A=(Q-ang2)*PI/180;B=(ang3-ang2)*PI/180;C=h*(-30*A*A/pow(B,3)+60*pow(A,3)/pow(B,4)-30*pow(A,4)/pow(B,5);else C=0;return C;double dss(int B3)/ 計算 d(ds/d )/d double A,B,C;if(B3<=ang1)A=

18、B3*PI/180;C=ang1*PI/180;B=2*PI*h*sin(2*PI*A/C);else if(B3<=ang2)B=0;else if(B3<=ang3)A=(B3-ang2)*PI/180;C=(ang3-ang2)*PI/180;B=h*(-60*A/pow(C,3)+240*A*A/pow(C,4)-120*A*A*A/pow(C,5);else B=0;return(B);void xy(int ang)/ 計算輪廓坐標值double A,B,C,E,F,dx,dy;A=ang*PI/180;B=S(ang);C=ds(ang);dx=(So+B)*cos(

19、A)+sin(A)*C-e*sin(A);dy=-sin(A)*(So+B)+C*cos(A)-e*cos(A);E=R*dy/sqrt(dx*dx+dy*dy);F=R*dx/sqrt(dx*dx+dy*dy);theoryang/30=(So+B)*sin(A)+e*cos(A);theoryang/31=(So+B)*cos(A)-e*sin(A);factang/30=theoryang/30+E;factang/31=theoryang/31-F;double a(int B1)/ 求解壓力角double A,B;A=sqrt(ds(B1)-e)*(ds(B1)-e);B=S(B1)

20、;return atan(A/(B+So);double p(int B2)/ 求解曲率半徑double dx,dy,dxx,dyy;double A,B,C,D,E;A=B2*PI/180;B=ds(B2);C=S(B2);D=dss(B2);dx=(So+C)*cos(A)+sin(A)*B-e*sin(A);dy=-sin(A)*(So+C)+B*cos(A)-e*cos(A);dxx=-(C+So)*sin(A)+cos(A)*B+D*sin(A)-e*cos(A);dyy=-cos(A)*(So+C)-B*sin(A)+D*cos(A)-sin(A)*B+e*sin(A);E=sqr

21、t(pow(dx*dx+dy*dy,3)/fabs(dx*dyy-dxx*dy);return(E);void main()int i;int k,h,l;double angle1max=0,angle2max=0,pmin=100000;/判斷壓力角和最小曲率半徑for(;i!=360;)rb=rb+b;So=sqrt(rb*rb-e*e);for(i=0;i<=ang1;i=i+3)if(a(i)>A1|p(i)<P) break;if(ang1+3-i)continue;for(i=ang1+3;i<=ang2;i=i+3)if(p(i)<P) break

22、;if(ang2+3-i)continue;for(i=ang2;i<=ang3;i=i+3)if(a(i)>A2|p(i)<P) break;if(ang3+3-i)continue;for(i=ang3+3;i<360;i=i+3)if(p(i)<P) break;/*for(i=0;i<360;i=i+3)xy(i);/求出最大壓力角及其坐標，最小曲率半徑for(i=0;i<=ang1;i=i+3)if(angle1max<a(i)angle1max=a(i);k=i;for(i=ang2;i<=ang3;i=i+3)if(angle

23、2max<a(i)angle2max=a(i);l=i;for(i=0;i<360;i=i+3)if(pmin>p(i)pmin=p(i);h=i;/*printf("理論坐標 (x,y)");printf(" 實際坐標 (x,y)");printf("n");for(i=0;i<120;i+)printf("%f",theoryi0);printf(" ");printf("%f",theoryi1);printf(" ");pr

24、intf("%f ",facti0);printf(" ");printf("%f ",facti1);printf("n");printf(" 基圓半徑是:%fn",rb);printf(" 推程最大壓力角是:%fn",angle1max*180/PI);printf(" 此時角度是是:%dn",k);printf(" 回程最大壓力角是:%fn",angle2max*180/PI);printf(" 此時角度是是:%dn&q

25、uot;,l);printf(" 最小曲率半徑是:%fn",pmin);printf(" 此時角度是:%dn",h);壓桿升降機構程序：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<math.h>#define N 4#define T 1000void Solutionangle(double 12,double ); /* 迭代法求角位移*/void Solutionspeed(double NN,double N,double 12,double ); /* 角速度 求解

26、 */void Solutionacceleration(double NN,double NN,double N,double 12);/* 角加速度求解*/void GaussianE(double NN,double N,double N);/* 高斯消去 */void FoundmatrixA(double 12,double NN);/創(chuàng)建系數(shù)矩陣Avoid FoundmatrixB(double 12,double ,double N);/ 創(chuàng)建系數(shù)矩陣Bvoid FoundmatrixDA(double 12,double NN);/ 創(chuàng)建矩陣 DAvoid Foundmatri

27、xDB(double 12,double ,double N);/ 創(chuàng)建矩陣 DB/定義全局變量double I1=50,l3=390,l4=50,h=350,h1=230,h2=60,as1=1.0;/定義題目中的參 數(shù)，在此修改參數(shù)/主函數(shù)void main()int i,j;FILE *fp;double shuju3612;double psvalue12,aNN,daNN,bN,dbN,ang1;/建立文件，并制表頭if(fp=fopen("shuju","w")=NULL)printf("Cann't open this f

28、ile.n");exit(0);fprintf(fp,"nL1 =%lf",l1);fprintf(fp,"ns3ang3ang4s5 "fprintf(fp,"s3'as3as4s5' ");fprintf(fp,"s3''aas3aas4s5'' n"););/計算數(shù)據(jù)并寫入文件psvalue0=480;psvalue1=65*PI/180;psvalue2=10*PI/180;psvalue3=500;for(i=0;i<36;i+)ang1=i

29、*PI/18;Solutionangle(psvalue,ang1);FoundmatrixB(psvalue,ang1,b);FoundmatrixA(psvalue,a);Solutionspeed(a,b,psvalue,ang1);FoundmatrixDA(psvalue,da);FoundmatrixDB(psvalue,ang1,db);Solutionacceleration(a,da,db,psvalue);for(j=1;j<3;j+)psvaluej=psvaluej*180/PI;for(j=0;j<12;j+)shujuij=psvaluej;fprint

30、f(fp,"n");for(j=0;j<12;j+)fprintf(fp,"% ",shujuij);for(j=1;j<3;j+)psvaluej=psvaluej*PI/180;for(j=0;j<4;j+)psvaluej+=psvaluej+4;fclose(fp);/輸出數(shù)據(jù)for(i=0;i<36;i+)ang1=i*PI/18;printf("n 輸出 ang1=%d 時的求解 n",i*10);printf("angleangspeed angacceleration :n"

31、);for(j=0;j<4;j+)printf("%lft",shujuij);printf("n");for(j=4;j<8;j+)printf("%lft",shujuij);printf("n");for(j=8;j<12;j+)printf("%lft",shujuij);printf("n");/*矢量法求角位移 */void Solutionangle(double value12,double ang1)double ae,s3,ang3,an

32、g4,s5,t=0;s3=value0;ang3=value1;ang4=value2;s5=value3;double xb,yb,xd,yd,xc,yc;while(t<T)xb=h2+l1*cos(ang1); yb=h1+l1*sin(ang1);xd=l4*cos(ang4); yd=l4*sin(ang4);s3=sqrt(xd-xb)*(xd-xb)+(yd-yb)*(yd-yb);xc=xd+l3*(xb-xd)/s3;yc=yd+l3*(yb-yd)/s3;ang3=atan2(yc-yd,xc-xd);s5=xc;ae=sqrt(h1*h1+h2*h2);if(fab

33、s(yc-h)<E)return;elseang4=atan(yd-yc+h)/(l4*cos(ang4);value0=s3;value1=ang3;value2=ang4;value3=s5;while(value1>2*PI)value1-=2*PI;while(value1<0)value1+=2*PI;while(value2>PI)value2-=2*PI;while(value2<-PI)value2+=2*PI;t+=1;if(t>=T)printf("%f 迭代失敗 .n",ang1*180/PI);exit(0); /

34、* 角速度求解*/void Solutionspeed(double a2NN,double b2N,double value12,double ang1)double p2N;GaussianE(a2,b2,p2);value4=p20;value5=p21;value6=p22;value7=p23;/* 角加速度求解*/void Solutionacceleration(double a3NN,double da3NN,double db3N,double value12)int i,j;double bkN=0;double p3N;for(i=0;i<N;i+)for(j=0;

35、j<N;j+)bki+=-da3ij*value4+j;bki+=db3i*as1;GaussianE(a3,bk,p3);value8=p30;value9=p31;value10=p32;value11=p33;/* 高斯消去法解矩陣方程*/void GaussianE(double a4NN,double b4N,double p4N)int i,j,k;double a4gNN,b4gN,t;for(i=0;i<N;i+)for(j=0;j<N;j+)a4gij=a4ij;for(i=0;i<N;i+)b4gi=b4i;/施主對角線上的值盡可能大if(a4g00

36、<a4g10 && a4g01>a4g11) for(j=0;j<N;j+)t=a4g0j;a4g0j=a4g1j;a4g1j=t;t=b4g0;b4g0=b4g1;b4g1=t;if(a4g22<a4g32 && a4g23>a4g33) for(j=0;j<N;j+)t=a4g2j;a4g2j=a4g3j;a4g3j=t; t=b4g2;b4g2=b4g1;b4g3=t;/初等行變換for(j=0;j<N;j+)for(i=0;i<N;i+)if(i!=j)for(k=0;k<N;k+)if(k!=j)a

37、4gik-=a4gij/a4gjj*a4gjk;b4gi-=b4gj*a4gij/a4gjj;a4gij=0;for(i=0;i<N;i+)b4gi/=a4gii;p40=b4g0;p41=b4g1;p42=b4g2;p43=b4g3;/創(chuàng)建系數(shù)矩陣Avoid FoundmatrixA(double value512,double a5NN)double s3,ang3,ang4,s5;s3=value50;ang3=value51;ang4=value52;s5=value53;a500=cos(ang3);a501=-s3*sin(ang3);a502=-l4*sin(ang4);

38、a510=sin(ang3);a511=s3*cos(ang3);a512=l4*cos(ang4); a521=-l3*sin(ang3);a522=-l4*sin(ang4);a523=-1;a531=l3*cos(ang3);a532=l4*cos(ang4);a503=a513=a520=a530=a533=0;/創(chuàng)建系數(shù)矩陣Bvoid FoundmatrixB(double value612,double ang1,double b6N)b60=-l1*sin(ang1)*as1;b61=l1*cos(ang1)*as1;b62=b63=0;/創(chuàng)建矩陣 DAvoid FoundmatrixDA(double value712,double da7NN)double s3,ang3,ang4,s5,s3g,as3,as4,s5g;s3=value70;ang3=value71;ang4=value72;s5=value73;s3g=value74;as3=value75;as4=value76;s5g=value77;da700=-as3*sin(ang3);da701=-s3g*sin(ang3)-s3*cos(ang3)*as3;da702=-l4*cos(ang4)*as4;da710=as3*cos(ang3);da711=s3g*cos(a