球类分类机方案设计说明书

- 1 - 球类分类机方案设计说明书 一、 设计任务书 编号 称 球类分类机 设计单位 湖南农业大学 起止时间 要设计人员 许 洋 设计费用 300 元 设计要求 1 功能 将不同直径的健身球按直径分类存放 2 适应性 适用对象：健身球直径范围为 40 46源：交流电源 50160境：远离热源、振源 3 性能 动力：额定输入功率 400W 左右 工作误差：不超过 2% 外形尺寸、整机重要：无特别限制 4 工作能力 生产率（分类速度） 20 个 / 可靠度 日维护期间不发生故障，月检修期间不发生失效 6 使用寿命 主要零部件使用寿命要求达到 5 年 7 经济成本 1200 元左右（含材料、设计、制造加工、管理费用） 8 人机工程 使用方便（遥控、自动控制等），维护、检修方便 造型美观 9 安全性 电器接地，机械部位有过载保险，保证人身安全 误操作可发紧报 设自检程序，分类错误可鸣警 二、 系统功能描述 （一） 功能分解 - 2 - （二） 功能逻辑图 三、 机械系统运动方案的拟定与比较 （一） 根据工艺过程确定执行构件的运动形式 ，它作间歇往复直线运动； 和滑块 3，它们都作间歇往复直线运动。 （二） 绘制机械系统运动转换功能图 根据执行构件的运动形式，绘制机械系统转换功能图： - 3 - （三） 根据执行构件的运动形式选择机构 1、 送料滑块 1 的间歇往复移动，可选凸轮机构，连杆机构，凸轮 +连杆机构等。 2、 分类滑块 2 的间歇往复运动，可选凸轮机构，连杆 机构，凸轮 +连杆机构等。 3、 分类滑块 3 的间歇往复运动，可选凸轮机构，连杆机构，凸轮 +连杆机构等。 （四） 用形态学矩阵法创建机械系统的运动方案 根据机械系统运动转换功能图可构成形态学矩阵， 可由给定的条件，各机构的相容性，各机构的空间布置，类似产品的借鉴和设计者的经验等，从中选出若干个较为实际可行的方案，然后从选出的若干个方案中用评价方法选出最优方案。 - 4 - 球类分类机的形态学矩阵 分功能 功能解 1 2 3 4 5 A 减速 1 带传动 齿轮传动 蜗杆传动 B 减速 2 带 传动 齿轮传动 蜗杆传动 C 减速 3 带传动 齿轮传动 蜗杆传动 D 送料滑块1 运动 凸轮机构 连杆机构 凸轮 + 连杆机构 E 送料滑块2 运动 凸轮机构 连杆机构 凸轮 + 连杆机构 F 送料滑块3 运动 凸轮机构 连杆机构 凸轮 + 连杆机构 G 驱动 双速电动机齿轮传动滚筒 双速电动机带传动滚筒 双速电动机内装电滚筒 直流电动机齿轮滚筒 H 调控 电测仪表调控 微机处理机调控 微型计算机调控 模拟指针式调控 I 稳压 交流稳压电源 直流稳压电源 集成二端稳压电源 根 据经验和问卷调查可知 为设计的最佳方案。 四、 机械系统运动系统设计 （ 一） 方案设想 方案一 自动检验分类机的主要用途就是将不同直径大小的健身球分成三类，我们提出了如下图的运动装置 : - 5 - 图 方案将送料机构与检料机构中的滑块运动统一起来，在上滑块将球推出的同时下滑块上边缘也正好抵达料道 1的口缘处，向下运动时对球进行检测分类。但考虑到球在检料机构通道中向下运动至靠近料道时，有可能球会卡在料道口 而不能进行正常分类。以及检料机构滑块间歇时间不易控制，所以我们放弃这一方案，选用改进的方案二。 方案二 运动方案图 : - 6 - 图 二 ）原动机及传动机构的选择 1、原动机的选择 表一： 型号 电流 转速 效率 功率因数 电压 440r/80v 2、传动机构的选择 机械系统中的传动机构是把原动 机输出的机械能传递给执行机构并实现能量的分配、转速的改变及运动形式的改变的中间装置。传动机构最常见的有齿轮传动、带传动、蜗杆传动等。 3、执行机构的选择与比较 A、进料机构 - 7 - 图 上图所示为漏斗状进料机构，槽体上安装有一个振荡器 ,槽体高度 h，可根据待测球数量适度调整。槽壁的倾斜角度为 ，其对槽体和健身球的受力情况有较大的影响。如果 角度过大，则健身球整体向下的压力不足，影响了传递的连续性 ；如果 角度过小，则球之间互相压力增大，健身球流动性下降。所以， 4530 。我们取 =35 对于导管直径 d，为了保证良好的流动性 d 应该大于最大球的直径，并保证 的盈余空间；但也不宜过大，过大尺寸的直径 d 容易造成球体之间的相互摩擦力增加，造成导管的堵塞。 考虑到待测球在漏口堵塞情况，设置了如下图所示的振荡器装置： 为了防止料槽中，健身球堵塞，本装置使用了如上图所示的解卡振荡器。本振荡器使用电动机 2 来带动偏心轮 1转动，由于偏心轮质心偏离转动中心，因此产生振动的效果。把解卡振荡器安装于料槽壁上带动料槽振动，使料槽中健身球 - 8 - 的流动性得到加强，很大程度的减小了健身球被卡住的几率。 B、送料机构 方案一、四连杆机构 图 案二、对心凸轮滑块机构 以上两种方案各有特色，两者都同样能玩成工作任务，但前者有急回特性，有冲击，而后者若采用摆线或五次多项式运动规律，则 可避免冲击，并且结构更为简单，便于设计，杆件少，功能损失更少，能出色地完成认务，所以选用后者，即 - 9 - 对心凸轮滑块机构。 4、检验分类与按类存放 A、检验分类机构 方案一： 图 案二： - 10 - 图 理论上来讲，以上两种方案都可以实现健身球自动检验分类的功能，但是，前面我们已经提到， 实际上方案一在料道 1 处，直径在 44 及以上的健身球会卡住，而无法实现分类，故选方案二。 在方案二的检料箱体中，设有待测球出口料道 1、料道 2、料道 3，料道顺序为尺寸从小到大依次设置，小球先检测，接着检测中球，大球直接滚出，为了使球能够快速稳定地经过料道尺寸检测，设计轨道与水平夹角为： =10 料道相应尺寸大小如表三： 料道 1 料道 2 料道 3 料道直径（ 44 46 48 设置滑块轨道有关尺寸为： 其中， 1h 是滑块的行程， 0321 444 h 25 h 外，在滑块 2 的前端，留有在 距离，因为考虑到健身球的形状以及其重力作用，其能够按照预想的路程进行检料。 B、 按类存放装置 如下图所示： - 11 - 图 三 ）机械系统工作运动循环图 1、 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 机械系统运动方案有个执行构件需要进行运动协调设计，它们是送料机构（滑块），检验分类机构（滑块和滑块），在运动循环图中，分别用送料，分类，分类来表示。横坐标表示分配轴的转角，送料的纵坐标表示送料滑块的运动（由右向左为正），分类的纵坐标表示滑块的运动（由下向上为正），分类的纵坐标表示滑块的运动（由下向上为正）。 如下图所示： - 12 - 图 四： 执行阶段 运动阶段 运动时间 (s) 分配转角 ( ) 送 料阶段 送料 远休 回程 近休 s 90 60 90 120 分类阶段 近休 升程 远休 回程 s 20 90 60 90 分类阶段 送料 远休 回程 近休 s 90 60 90 120 （ 四 ） 机构的尺寸设计及运动分析 1、 送料凸轮和 分类凸轮的设计 - 13 - 图 - 14 - 图 试结果： - 15 - 2、 分类凸轮的设计 图 - 16 - 图 - 17 - 3、 结果分析 根据实践经验，在推程时 ，许用压力角 的值对于 移动从动件， =3038。在回程时，对于力封闭的凸轮，由于这时使从动件运动的是封闭力，不存在自锁的问题，故可采用较大的压力角，通常取 =70 80。并且，最大压力角 此，我们取 =30， =70。从上面的调试结果可知，升程 29 =30，回程最大压力角 =70，且无运动失真现象，故满足设计要求。 4、 减速装置的尺寸设计 图 - 18 - 本分类装置采用上图所示的减速器，由传送带和齿轮系构成的减速装置。其中一对齿轮的传动比是有限的，由于本装置需要较大的传动比，固采用轮系来实现。 A、 皮带传送： 图 图所示为皮带减速机构，带轮 1 连接原动件转速为0n=1440r/交流电动机，皮带 2连 接齿轮系中的齿轮 1，皮带 1 的半径为 1r ，皮带 2的半径为 2r ，根据皮带传动原理有： 10n (1) 皮带 1与皮带 2 的转速与半径成反比： 2112) B、 齿轮系传动： 如图 示，带轮 2与齿轮 1同轴传动，齿轮 1与齿轮 2啮合传动，齿轮 - 19 - 2与齿轮 3同轴传动，齿轮 3与齿轮 4啮合传动，齿轮 4与直齿锥同轴连接，根据齿轮系传动原理有： 433423211221) 由上式可得： 42231104 (4) C、 直齿锥齿轮： 图 图 示，直齿轮 4 与直齿锥齿轮 5、凸轮 7、凸 轮 8 同轴传动，直齿锥齿轮 5与直齿锥齿轮 6垂直啮合，直齿锥齿轮 6与凸轮 9同轴连接，根据齿轮传动原理有： 5 4 (5) 6 5 (6) 由凸轮 9与直齿锥齿轮同轴传动有： 69 (7) 根据提供的原动件转速为0n=1440r/交流电动机与课程设计要求，在 - 20 - 0计机器的生产率为 20个 /计的凸轮滑块结构实现凸轮转动一圈完成一个健身球的检测，可以得到凸轮 9 的转速为： sr a 323020m i n/20987 同时，齿轮 4与凸轮 7和凸轮 8是同轴传动，故 z /32874 则 sr a 48301 4 40m 4 400 根据公式 (4)可以得出： sr a z /4842231104223114 因此由上两式可以得出 : 721422311 根据 1比 72的比例关系，我们选取适当的皮带轮半径和齿轮齿数 721313181422 311 12 8 , 12 3 , 34 3 考虑到齿轮大小与传动的合理性，经过比较设计皮带传动结构与齿轮系传动结构的相应参数如下： 表五：皮带轮参数 带轮 1 带轮 2 皮带轮半径（ 30 240 - 21 - 表六： 各齿轮参数 模数 (压力角 ( ) 齿数 (个 ) 直径 (分锥角 ( ) 齿轮 1 3 20 2