垫圈内径检测装置机械原理课程设计报告书

1、. . . . 机械原理课程设计报告题目：垫圈径检测装置 目录一、 设计题目与其要求.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、尺寸设计与其计算65.1传动机构设计.75.2压杆运动机构设计.95.3止动销运动机构设计.145.4微动开关运动机构设计.18六、系统评价.22七、设计小结22八、总结24九、参考书目24一、 设计题目与其要求设计垫圈径检测装置，检测钢制垫圈径是否在公差允许围。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

2、的孔。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。如工件径尺寸小于合格的最小直径时（图b），压杆的探头进入孔深度不够，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)径尺寸合格 b)径尺寸太小 c)径尺寸太大二、 题目分析垫圈径检测装置，主要的运动过程为：传动机构间歇的将工件送到检测的位

3、置。在传送的过程中将被止动销挡住刚好到所需检测的径圆孔到压杆将要下来的地方，然后压杆下来检测径是否符合要求。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径mm外径mm厚度m

4、mA88.4161.614405B121320214406C202130314408D20213739608E30315649608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DD20213739608周期T=8s，角速度=2/T=0.785 rad/s.在一个周期，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02s01s传送工件停在最高点停在最高点停在最左边11.5s下降1.52s停在最低点23.5s停下降停在最低点停在最左边3.56.5s3.54.5s停检测停在最低点右移4.55.5s检测5.56.5s左移6.58s停上升上升停为使各

5、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、 结构设计垫圈内径检测装置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

6、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/z1z2z3=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1/16s8s32s8s由于是检测机构，所以传动齿轮模数不宜过大，初定模数m=2d1=d2=d3=40mmd2=d3=160mmd4=320mm皮带轮直径D=127.4mm，皮带传送速度v=50mm/s4号齿轮每转动一周，槽轮转

7、动1/4周，皮带在这2s的时间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；

8、推程运动角：0=3/8；回程运动角：0=3/8；远修止角=/2；近修止角=3/4；计算公式：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；在始点处：=0，s=0,v=0,a=0；在终点处：=0 ,s=h,v=0,a=0；分别代入方程得到：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=7.5h2/30-15h3/40+7.5h4/50；加速度

9、：a=3.752h/30-11.252h2/40+7.52h3/50；用C语言计算位移，速度，加速度；计算位移的C语言程序：#include#includevoid 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);计算速度的C语言程序：#include#includevoid main() float x,v;int a,b;scanf(%d %d,&a,&b);x=(float)a/b;v=120*x*x-240*x*x*x+

10、120*x*x*x*x;printf(%fn,v);计算加速度的C语言程序：#include#includevoid main() float x,a;int b,c;scanf(%d %d,&b,&c);x=(float)b/c;a=160*x-480*x*x+320*x*x*x;printf(%fn,a);经计算得到以下结果：03/806/809/8012/8015/8018/8021/8024/8027/8030/80s6.0005.9495.6525.0224.0953.0001.9050.9780.3480.0510.000v0.0000.9723.0725.2926.9127.50

11、06.9125.2923.0720.9720.00003/1606/1609/16012/16015/16018/16021/16024/16027/16030/160a0.0006.84011.52014.28015.36015.00013.44010.9207.6803.9600.00033/16036/16039/16042/16045/16048/16051/16054/16057/16060/160a-3.960-7.680-10.920-13.440-15.000-15.360-14.280-11.520-6.8400.00008/3位移和角度的曲线图：08/3速度和角度关系的曲线

12、图：08/3加速度和角度关系的曲线图：02一个周期推杆运动循环图：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，各种参数均一样。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的一个周期的运动规律为：（0s时在最高处） 01s1s1.5s1.5s6.5s 6.5s8s停下降停上升凸轮机构分析：为保证凸轮机构不受过冲击力，采用二次多项式运动规律。s=c0+c1+c22v=ds/dt=c1+2

13、c2a=dv/dt=2c22（1）在01s，凸轮在远休过程，远休止角01=/4 （0/4）。（2）在1s1.5s，凸轮为回程过程，回程运动角0=/8 （/43/8）在等加速回程段：（/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)等减速回程：（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.

14、29 (/8-)a=4h2/20=4*6*(2/T)/(/8)2=96(=/2-)（3）1.5s6.5s凸轮为近休过程，近休止角02=5/4 （3/813/8）（4）6.5s8s凸轮为回程过程，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）等减速推程：（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-)/

15、 20=4*6*0.785(3/16-)/( 3/16)2=13.59 (3/16-)a=-4h2/20=-10.67（=0/20）在一个周期，止动销上升高度与凸轮转过角速度的关系：一个周期，止动销的速度与凸轮转过角速度的关系：一个周期，止动销的加速度与凸轮转过角速度的关系：4、微动开关机构设计微动开关机构：由凸轮控制其运动；凸轮类型：几何封闭的凸轮机构；该机构在一个周期的运动规律：03.5s3.5s4.5s4.5s5.5s 5.5s6.5s 6.5s8s静止过来检测回去 静止结构图：凸轮机构的分析与计算;为了保证凸轮机构收到极小的 冲击，采用二次多项式运动规律其表达式：s=c0+c1+c22

16、v=ds/dt=c1+2c2a=dv/dt=2c22有图可得：推程运动角0=/4远休止角 ：01=/4回程运动角：0=/4近休止角：02=5/4 推程加速过程的运动方程;S=2h2/20=12.9822v=4h/20=20.382a=4h2/20=16推程减速过程的运动方程;S=h-2h2/20=4-12.982（/4-）2V=4h/20=20.382（/4-）a=-4h2/20=-16s，v，a分析图：回程时的运动规律过程回程加速过程的运动方程;S=h-2h2/20=4-12.9822V=-4h/20=-20.382a=-4h2/20=-16回程减速过程的运动方程；S=2h(0-)2/20=

17、12.982（/4-）V=-4h(0-)/ 20=-20.382（/4-）a=4h2/20=16s，v，a分析图：六、系统评价综合评价该检测装置，该装置止动销、压杆、微动开关精确地配合运动，符合每8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。七、设计小结这次课程设计是我们第一次独立地对一个完整的机械进行设计。当我们看到课程设计任务书的第一眼时，还以为这次的作业和以往经历过的无数次的考试一样：老师给你一份写满了题目的试卷，而你只需要对这些题目一一分析，再写下自己的思考就算完成了。然而，在我们花费了一整个下午对课题进行了一番研究之后，我们才预感到这不是一件简单

18、的事：老师给我们的是一白纸，连题目都还需要我们自己去写。我们选择的课题是对垫圈径检测装置的设计，这是一个检测仪，它的工作机理理解起来并不难，难的是在设计过程中对于机器实际运作时可能发生的一系列问题的解决。第一个问题，出现在设计各部件运动方式时。要知道我们以往解题的时候，机械的运动都是一定的，然而在检测仪中，因被检测工件的外形参数不同，在每个检测周期中压杆的垂直位移以与微动开关的水平位移都不一样，如何保证我们设计的这些机构在检测不同的工件时即能圆满完成工作要求，又不会对机器本身和工件造成损坏，成了摆在我们面前的第一道坎。首先我们想到的是通过添加弹簧来满足构件的位移浮动，在构件的长度允许变化的时候

19、，这看上去是一个好方法，于是在设计微动开关时，我们就在其中加上卡一个弹簧。但是弹簧不是在任何情况下都适用，若我们在带探头的压杆中也使用了弹簧，那么机器在检测工件时就无法区别出径正常的工件与径过小的工件了（压杆的长度如果变化的话，测量结果就不准）。为了解决这个问题，我们最后决定在凸轮的设计中（压杆由凸轮传动），预留一段允许凸轮空转的时间，其实际结果就是，在传动过程中，我们把压杆“放”入了待测件的，而非将其“压”进去，这样就达到了在不改变压杆长度的前提下测量不同工件径的目的。另一个问题是机器各部件的协调性问题。什么时候止动销升起，什么时候下压杆，什么时候微动开关工作，最后这些部件又怎么回到初始位置

20、，这些问题困扰了我们很久，为此我们修改了方案数次。虽然这个问题花费了我们不少时间，但是在解决问题的过程中我们确实对设计过程中的细节有了更全面的了解。从细节到整体，随着设计进度的推进，我们仿佛亲眼见证了一个个细小的零件在我们眼前组合成了一个完整的机器，如今它就在那边轰隆隆地转动着。八、总结这次的课程设计完成了，经过了十几天的分析、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：威负责止动销运动机构设计；任杰负责传动机构设计；海锋负责微动开关运动机构设计；王雷负责压杆运动机构设计。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，交

21、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，成为了我们走向外门世界的路上的鹅卵石，使原本崎岖不平的道路变得饶有兴致。在未来的学习当中，我们仍需要保持住现在这份热情，将困难熔进身体，使之成为自己与外界抗衡的资本。九、参考书目1.机械原理（第六版） 桓 作模 主编 高等教育2.机械原理（第七版） 桓 作模 文杰主编 高等教育3.机械原理课程设计总体概要与任务书 曾小惠 王玉丹 编 4.机械设计基础课程设计 德志 伟华 邓子龙 编 科学机械设计课程设计报告“无线遥控智能爬行机器人”设计目录 第一篇 机械课程设计摘要 -2 第二篇 机械课程设计机构（硬件）设计2.1 项目背景与意义

22、-32.2 肢体的机构设计-3-72.3 躯体的机构设计-7-8 第三篇 机械课程设计步态分析与其实现- -8-9 第四篇 机械课程设计通信电路设计-10 第五篇 机械课程设计技术应用软件-11 第六篇 机械课程设计参考书目-11 第七篇 机械课程设计附录-11-12 第八篇 机械课程设计心得，体会&意见，建议-12-13第一篇 机械课程设计摘要机器人是机构学、运动学、控制理论等学科发展水平的综合体现，是当前国外研究的热点问题之一。在各高校机器人设计活动也已经很广的开展起来，我想这种氛围对我国机器人的研制开发特别以与专业方面人才的培养是具有积极意义的。我们是制作机器人的爱好者，“无线遥控爬行机

23、器人”是我们设计的第一个机器人，从仿生学的角度，昆虫的生理构造与行为是比较容易模仿的，我们的机器人正是在模仿四足行走的动物，该机器人是一个仿生4足行走的机器人，通过对伺服马达的精确控制模拟四足动物的行走步态，实现行走、急跑、转弯等各种步态行为，并能在各种地面环境下进行步态的智能调整，自适应光滑地面、粗糙地面、沙石地面、湿泥地面等恶劣的路面环境。该系统通过AT89S51、USB100模块、NT-TR01无线传输模块与相应的辅助电路实现智能控制与无线遥控。NT-TR01采用DDS+PLL频率合成技术，频率稳定性极好，且功耗小, 工作频率为国际通用的数传频段433MHz。PC端通过USB接口与NT-

24、TR01模块连接，远程控制端单片机与NT-TR01模块连接，实现数据的双向传输。PC向终端发送控制指令并处理反馈来的状态信息，终端执行指令并反馈状态信号。 最后进行了系统联合调试，结果表明：系统的软、硬件设计合理可行，为后续的研究工作奠定了基础。 关键词：仿生学，AT89S51，USB100，NT-TR01，无线传输，PC，终端，反馈，DDS+PLL第二篇 机械课程设计机构（硬件）设计2.1 项目背景与意义仿生机器人（Humanoid Robot）是先进机器人技术的高级发展阶段，它综合体现了高级机器人的机构学、运动与动力学、现代设计理论、信息检测和感知、微电子学、控制理论等诸多方面的研究和发展

25、水平，是一个复杂的综合系统。图2-1是我们研制的机器人三维模拟图。图2-1 “无线遥控爬行机器人”三维模拟图 大学生科研训练计划（Student Research Training Program-SRTP）是我校大力开展本科教育改革，实施理论教学、实践教学、科学研究三位一体教学模式的重要组成部分，其目的是组织学生在教师的指导下，通过自主进行课题研究和探索。了解和掌握基本的科学研究方法和手段，培养大学生严谨的科学态度、创新创业意识和团队合作精神，提高大学生的研究创新能力和综合实践能力。“无线遥控爬行机器人”正是东南大学 SRTP项目之一，机器人的开发是来源于学生的兴趣爱好，在指导老师的制导下完

26、成机器人的开发。2.2 肢体的机构设计2.2-1 微型伺服马达的机构我们的机器人是由8个微型伺服马达驱动，整个机器人的机构设计也是以微型伺服马达为基础的，所以在介绍机器人的机构设计前我想把微型伺服马达的机构与工作特性作一下介绍。微型的伺服马达在无线电业余爱好者的航模活动中使用已有很长一段历史，而且应用最为广泛，国亦称之为“舵机”，含义为：“掌舵人操纵的机器”。可见，微型伺服马达主要用作运动方向的控制部件。伺服马达本质上是可定位的马达。当伺服马达接受到一个位置指令，它就会运动到指定的位置。因此，个人机器人模型中也常用到它作为可控的运动关节，这些活动关节我们也常称它为自由度一个微型伺服马达部包括了

27、一个小型直流马达；一组变速齿轮组；一个反馈可调电位器；与一块电子控制板。其中，高速转动的直流马达提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服马达的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低。我们正是依靠伺服马达的两个输出转矩作为驱动的来源。图2-2是我们所用微型伺服马达的三维模拟图图2-2微型伺服马达的三维模拟图2.2-2 爬行机器人的的肢体机构设计流程 我们的设计是从4足机器人的一个肢体开始的，因为4个肢体的设计是非常相似的。 为了能够充分利用伺服马达的输出转矩，我把马达输出的转臂就作为机器人的肢体的组成部分，这样就大大提高了输出

28、功率的利用率。想到四足动物的步行状态，即做上下摆动和前后摇动，我开始把一个肢体的机构设计如下：图2-3肢体的单电机机构我们通过下面电机的转动带动上面齿轮臂的转动，进而带动圆住凸轮的转动并把它的圆周运动转化为上连杆的摆动，再带动其它关节的转动。其结构间图如下：图2-4肢体的单电机运动间图由于此机构的运动比较单一，而且在运动的协调性上不易控制我们最后选取了双电机机构。通过上下两个电机的独立转动带动肢体关节转动，这样在机器人行走的过程中就可以比较协调，而且我们的机器人的自由度也将增加，具体的协调性分析与其行走的步态分析将在下面作详细介绍。图2-5肢体的双电机机构与其机构运动间图 这样通过两个 PWM

29、 信号分别控制上下两个电机就可以比较轻松的实现一个肢体的“抬高”和“迈进”。通过4个肢体的协调工作我们就可以控制机器人的行走（前进，后退，转身等）。另外，在我们的考虑到我们的机器人实际工作环境时，想到了如果它在行走的过程中翻身了怎么办？所以在原有双电机的机构基础上我们加以了改进，那就是在原来肢体上再加镜向关节。（如图2-6）这样在机器人翻转180度后依然可以利用上面的镜向图2-6肢体的双电机含镜向关节机构 关节行走。最后通过我们小组的讨论，图2-6的机构在可行性上有一定限制（机器人在翻身后未必翻到180度，这样上关节就起不到），即无法充分可靠的利用镜向关节最后我们放弃了这个方案。希望在以后的设

30、计中能够想到更好的方案。所以最后我们采用的还是图 2-5的双电机无镜向关节的机构。2.3 躯体的机构设计流程 躯体是连接四个肢体的关键部分，躯体的结构设计也显得十分重要，我们从电机的结构出发，结合实际四足动物的形体特征，我们的躯体设计经过以下几个阶段：图2-7躯体机构的实际流程图图2-7躯体机构的三维图 通过最后的躯体机构我们就可以把四个双电机肢体很好的连接在一起了，并且通过最后改进的躯体梁结构，我们可以让机器人有充分的灵活性，这主要是“中间轴”和两个“铰链”的作用。图2-7整体机构图（主视） 最后把躯体和四个肢体通过螺钉紧固在一起，这样机器人的整体机构就组合好了，过控制8个伺伏电机就可以让它

31、“行动自如”了。第三篇 机械课程设计步态分析与其实现3.1引言：根据节肢昆虫的步行原理，建立起步行运动的模型，将昆虫的运动进行简化，抽象出四足运动的基本原理，并制作出了一个理论验证模型，可以实现前进、后退、左转、右转、避障等动作。3.2步行原理：3.2-1 单足行为 每一条腿有两种状态：向前走和向后走，对于每一个动作状态来讲，分为两步：迈腿和收腿。这两步连续不断的循环，设其周期 为 T，迈腿的时间为收腿时间的1/3，为整个周期的1/4，这个动作对于每条腿都是一样的：每相邻的两个抬腿动作之间的相位差为1/4周期，由此可得出机器人在行走式的四条腿之间的时序关系，如图3-1所示：图3-1四条腿之间的

32、时序关系3.2-1四足协调机器人要实现稳定的行走，必须保证每时刻都有三条腿着地，而另外一条腿用来行走。全部行走的奥秘在于当一条腿抬起来时，其它三条腿是同时着地并且向后退的，这样，机器人把抬起的腿向前迈一步再放下，就走完了一步，之后轮流迈其它的腿，机器人就可以连续向前走了。各种动作顺序如下（四条腿分别记为右后、右前、左后、左前，每条腿向前迈记为“”，向后迈腿记为“”）：前进：右后 右前 左后 左前；后退：右后 右前 左后 左前；左转：右后 右前 左前 左后；右转：右前 右后 左后 左前。各条腿动作的时序关系如图3-1所示。选择不同的动作顺序则可以实现不同的行走方式。 图3-2四条腿的空间三维模拟

33、图第四篇 机械课程设计通信电路设计4.1 USB 模块通信电路设计4.2普通COM通信电路设计第五篇 机械课程设计技术应用软件在本次设计中我们利用了以下技术应用软件： SUPERICES （G3000爱思仿真开发系统）：初期程序调试。 CAD、SOLIDWORKS： 零件图，装配图，三维图的绘制。 VC+ 、KEIL C51：程序的编写。 PROTEL：电路图的设计绘制。 SUPERPRO/280、EASY 51PRO：程序的烧制。第六篇 机械课程设计参考书目AT89S51系列单片机原理与接口技术单片机原理与应用机械设计手册 USB接口设计 串口技术 8051单片机C语言控制与应用 单片机应用

34、技术选编第七篇 机械课程设计附录 7.1 USB 模块电气特性 7.2 NT-TR01 电气特性第八篇 机械课程设计心得，体会&意见，建议在实践中提高自己 -谈作本次机械设计课程设计的心得体会作为一名机械系，机械设计制造与自动化大三的学生，我觉得能做类似的课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。在已度过的大三的时间里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去锻炼我们的实践面？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次大作业的过程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。为了让自己的设计更加完善

35、，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计手册是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是在作设计，但我们不是艺术家。他们可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是工程师，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的，由于本次大作业要求用Solid works 制图、PROTEL绘制电路图、VC+编程等，所以我们还要好好掌握这几门软件。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率好高，记得大一学CAD时觉得好难就是因为我们没有把自己放在使用者的角度，单单是为了学而学，这样效率当然不会高。边学

36、边用这样才会提高效率，这是我作本次课程设计的第二大收获。但是由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。谈谈我的意见和建议： 首先，我觉得老师给我们作类似的课程设计是十分必要的，这不仅可以提起我们对这门课的学习兴趣，同时还可以在专业上用实践锻炼一下我们，使我们不但不在对所学专业感到陌生，而且还可以培养大家的积极性。 其次，我觉得应该培养我们的团队合作精神，让几个人一起作这样的课程设计我想会更好的发挥我们的特长。机械设计课程设计报告荧光灯灯丝装架机上料机械手与芯柱传送机构设计02001112 袁满目录一设计任务 2二设计任务初步分析 3三芯柱传送链轮驱动机构设计 3四机械手臂驱动机构设计 9五

37、机构运动学分析 14六机构传动分析 17附录心得体会机械设计课程设计报告一设计任务： 选择设计任务B。图1-1 执行机构相对关系如图1-1所示，已知轴芯柱传送轴O2，上料机械手臂在轴I、II的驱动下配合运动，以达到生产目的。图1-2 各执行机构运动循环图上料机械手和芯柱传送轴的运动关系如图1-2所示。现要求以下设计容：1. 选择驱使芯柱传送链轮作单向间歇转动的机构，要求机构原动件与分配轴I或轴II回定作匀速转动，确定机构运动尺寸。2. 计算确定图1-1中O5点位置与摆角。选择使上料机械手作间歇上下移动和间歇往复运动的机构，要求机构原动件与分配轴I或II固定作匀速转动，确定机构运动尺寸。3. 编

38、程计算所设计上述机构中执行构作的位移与分配轴I转角的对应关系，绘制位移规律图，并与图1-2所给位移规律作比较。4. 选择电动机型号，确定电机到分配轴间的减速传运方案，并进行传动比分配和传动工作能力设计计算。5. 对驱动链轮和上料机械手间歇运动的机构进行结构设计。二设计任务初步分析1. 芯柱传送链轮机构选择从图1-2可以看出，芯柱传送链轮处于低速轻载的运动链末端，且其转停时间比为1:2，槽轮机构在时间上可以准确的实现这样的运动要求。因此拟用槽轮机构作为链轮单向间歇转动的核心机构。2. 机械手间歇往复运动机构的选择从图1-2可以看出，机械手的上下往复运动与摆动较为复杂，凸轮机构可以很好的实现复杂的

39、间歇往复运动，因此拟选凸轮机构作为驱动机械手的核心机构。三芯柱传送链轮驱动机构设计1. 槽轮机构的方案设计a) 运动系数计算由图1-2不难看出，槽轮运动系数的值为： （3.1）b) 槽轮槽数确定为避免槽轮在启停时冲受到冲击，应使圆销在开始进入径向槽或从径向槽脱出的瞬间，圆销中心的线速度方向均沿着径向槽的中心线方向，由此，对与单梢的情况，不难得出槽轮的槽数z与系数的关系： （3.2） 将运动系数代入式2可得，适合的槽轮槽数为z=6。c) 槽轮与曲柄中心距从图1-1可以看出，轴II到O2的距离为150mm，因此，从结构紧凑的方面考虑，槽轮机构的中心距设为100mm。d) 槽轮驱动机构传动链设置为了

40、使槽轮运动周期和轴II的转动周期一致，且实现空间上的动力传送，整个槽轮机构需要用一对齿数比为1的锥齿轮将II轴的角速度正交的传进机构。由于槽轮运动系数为定值，应此选用z=6的槽轮后，在槽轮的一个运动周期中，槽轮转过的角度为的整数倍，而任务要求链轮每个运动周期转过，在只有一个圆销的情况下，需要一对传动比为5:3的齿轮部置在整个驱动机构的最末端。e) 槽轮驱动构示意图绘制图3-1和3-2分别为主视和俯视示意图。2. 槽轮曲柄机构的力学设计a) 减小冲击的进一步措施由于圆销有半径，因此槽轮的实际半径Ra应比名义半径R大一些，根据勾股定理，图3-1槽轮驱动机构示意图主视图图3-2槽轮驱动机构示意图俯视

41、图槽轮的实际半径应为： （3.3）其中式（3.3）中为圆销半径，名义半径。b) 槽轮的驱动力矩计算对于本机构，诂计克服摩阻力和生产阻力所需的承载力矩不大于100Nm，则经过末端的传动比为5：3的齿轮后，作用于槽轮轴的承载力矩Mz诂计约为： （3.4）由链轮的直径为200mm，诂计折算到槽轮轴上的最大转动贯量Jn不会超过一个直径250mm，厚50mm的钢制圆盘（密度7.85g/mm3），即：（3.5）参考文献1，六槽槽轮最大类角加速度，槽轮的驱动力矩值为： （3.6）c) 圆销的半径计算由文献1得，一般取： （3.7）式（3.7）中r为曲柄的半径，由几何关系可得，r=50mm,则圆销半径取r=8

42、mm。d) 槽轮的强度设计参考文献1，六槽槽轮机构圆梢所受最大作用力的计算公式如下： （3.8）式（3.7）中a为中心距，参数c、d的取值查文献1为2.000、2.337，代入式（3.8）得，由以上较小结果得选择接触疲劳强度为设计准则，选择槽轮材料为45钢，感应淬火热处理，热处理等级MQ，表面硬度45HRC，圆销采用ZCuSn10P1锡青铜。由文献3得，45钢的弹性模量，泊松比，ZCuSn10P1锡青铜的弹性模量，泊松比，根据H.Hertz公式，槽轮与圆销的最短接触长度为： （3.9）由于圆销较易更换，且为耐磨材料，因此接触强度以槽轮为准，查文献3，设，代入式（3.9）得，由此得选用10mm厚

43、的槽轮是非常安全的。e) 各轴的直径诂算参考文献2，按扭转强度计算轴径的最小值d为： （3.10）对于45钢的轴，因为存在一定的冲击，A取较大值120，将各轴所承受扭矩代入式（3.10）得槽轮和曲轴所在轴的最小直径应大于23mm，圆整为25mm，链轮轴由（3.10）式所计算结果略大于25mm，从设计方便的角度，也取25mm。限于工作台板和轴II的空间位置，本机构所用轴不可能太长，因此在这里不进行弯扭强度校核。f) 键连接的强度计算根据国家标准，直径25mm的轴的键高为7mm，按平键连接的挤压压强计算，最小工作键长l按以下式计算，取： （3.10）将各轴所受扭矩代入式（3.10），槽轮与曲柄所在

44、轴的工作键长的最小值为不到13mm，键轮轴的为不到21mm。3. 链轮驱动机构的齿轮设计计算a) 传动比5:3的齿轮副设计计算由于传递扭矩不大，采用直齿渐开线齿轮方案，由图3-1中所示几何关系可得，此对齿轮中心矩为50mm，采用开式齿轮，一般按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，并将模数增大15%，以考虑磨损的影响。我的实际作法为，试选择齿数为15，25，模数为2.5的齿轮，小齿轮为避免根切，变位系数计算如下：利用机械设计手册软件版R2.0渐开线圆柱齿轮传动设计程序V2.00进行校核计算，设置如下：传递转矩60N.m齿轮1转速5r/m，非对称布置（轴刚性较大），硬齿面，材料为45钢表面淬火，硬度（4

45、5-50）HRC，热处理质量要求MQ，精度等级三组偕6级，齿厚上下偏差F、L，齿宽20，变位系数0.12齿轮2转速3r/m，非对称布置（轴刚性较大），硬齿面，材料为45钢表面淬火，硬度（45-50）HRC，热处理质量要求MQ，精度等级三组偕6级，齿厚上下偏差F、L，齿宽20，变位系数-0.12两齿轮模数2，原动机轻微振动，工作机均匀平稳，开式传动，齿轮工作寿命10000小时，齿形作适当修形程序校验结果表明这对齿轮在模数减小20%后弯曲疲劳强度依然足够大。（具体结果见附录1）b) 传动比1：1锥齿齿轮副设计计算依然采用开式传动，为减小齿轮直径并不产生根切，选用一对齿数为17的直齿锥齿齿轮，大端模数选试选5.5，齿宽系数选1/3，利用机械设计手册软件版R2.0，锥齿轮传动设计程序 版本 1.50 进行模数减少18%弯曲疲劳强度较验程序参数设置如下：传递转矩70N.m，齿轮1、2转速20r/min载荷特性：原动机均匀平稳，工作机轻微振动预定寿命10000小时工作齿面硬度：硬齿面齿轮1、2的材料匀为45钢，表面淬火4550（HRC），热处理质量要求MQ，齿数17，大端模数4