健身球分类机课程设计.doc

江西农业大学江西农业大学 工学院工学院 机械原理课程设计机械原理课程设计 课程题目 课程题目 健身球检测分类机健身球检测分类机 专专 业 业 机械制造及自动化机械制造及自动化 姓姓 名 名 学学 号 号 班班 级 级 指导老师 指导老师 康丽春康丽春 2 目录目录 1 设计要求 3 2 各机构方案比较 选择 3 2 1 进料机构 4 2 2 送料机构 4 方案 1 曲柄滑块机构 4 方案 2 凸轮滑块机构 4 方案 3 四杆机构 5 2 21 送料机构方案分析 比较 5 2 22 送料机构方案确定 5 2 3 检测机构 5 方案 1 凸轮 滑道机构 5 方案 2 槽轮 转盘机构 半圆形环状管道 6 2 31 检测机构方案分析 比较 6 2 32 检测机构方案确定 7 2 4 接料机构 7 方案 1 四分之一圆管 7 方案 2 机械手 7 2 41 接料机构方案分析 比较 8 2 42 检测机构方案确定 8 2 5 最终机构方案的组合 8 3 机构运动循环图 8 4 工作原理 9 5 传动系统的设计计算 10 5 1 减速装置的设计计算 10 5 2 槽轮机构的设计计算 12 5 3 凸轮机构的设计计算 13 5 4 曲柄滑块机构的设计计算 17 6 机构运动简图 18 7 致谢 19 8 参考文献 20 3 1 设计要求 健身球自动检验分类机 将不同直径尺寸的健身球 石料 按直 径分类 检测后送入各自指定位置 整个工作过程 包括进料 送 料 检测 接料 自动完成 健身球直径范围为 40 46mm 要求分类机将健身球按直径 的大小分为三类 1 40 第一类 42 2 42 第二类 44 3 44 第三类 46 方案选择 电动机转速 r min 960 生产率 检球速度 个 min 20 工作情况分析工作情况分析 4 2 各机构方案比较 选择 2 1 进料机构 2 2 送料机构 方案 1 曲柄滑块机构 方案 2 凸轮滑块机构 5 方案 3 四杆机构 2 21 送料机构方案分析 比较 方案 1 机构为低副面接触使得接触面单位面积所受压力较小 接触 面便于润滑 制造方便且精度高 能实现小球的逐个进料 滑块在 运动的过程中 料斗里的球对滑块有正向的压力 故滑块的速度不 宜过快 否则滑块的磨损较严重 方案 2 凸轮机构可使从动件得到精确的预期运动 且结构简单 紧凑 设计方便 能实现小球精确的进料 但凸轮的加工制造困难 成本高 行程不宜过大 而且为高副接触易磨损 方案 3 能满足工作要求 要实现小球的精确进料需要严格的数学计 算 杆件的形状复杂 设计难度大 2 22 送料机构方案确定 综合各方因素考量后 确定为方案 1 6 2 3 检测机构 方案 1 凸轮 滑道机构 方案 2 槽轮 转盘机构 半圆形环状管道 2 31 检测机构方案分析 比较 方案 1 该机构比较简洁 但是并不能满足任务要求 因为健身 球的直径相差不大 机器运转过程中会产生震动 容易使直径稍大 的球容易卡入小直径的滑道 当凸轮在推程工作的时候需要较大的 推力 并且会使得小球和滑道的接触表面严重受损 使得工作不可 靠 最终会丧失分球机构的精度 并且此机构要求凸轮的从动件行 程较大 使得凸轮的外形尺寸变大 笨重 不紧凑 方案 2 用槽轮机构带动拨料转盘 球在拨料转盘停歇的时间里 7 实现找正位置 检测 下落等过程 但是当直径较大的球在直径较 小的空上方时 因为球的直径相差不大 球会卡在孔里 使得拨片 无法推动小球到下一个孔进行检测 则需要推出机构将卡在空中的 小球推出 2 32 检测机构方案确定 综合考虑 选择方案 2 在半圆形环状滑道的下方用凸轮驱动 一顶出机构 以实现任务要求 因为球只可能卡在直径为 42 或 44 的孔 故只需要在 42 和 44 孔下方加入球的顶出机构即可 考虑到凸轮的设计制造比较复杂 同时两顶出机构要求的动作完全 同步 所以将两个顶出机构连在一个机架上 用一个凸轮驱动 顶出装置机构简图 2 4 接料机构 方案 1 四分之一圆管 8 方案 2 机械手 2 41 接料机构方案分析 比较 方案 1 机构简单 能实现将小球的垂直方向的运动转换成水平方 向的运动 减少了小球接料时的冲击 能与分检机构实现较好的衔 接 不需要动力的输入 减少了原动机的负荷 方案 2 虽然能实现任务要求 但是机构复杂 中间实现机械手开 合的凸轮设计制造复杂 2 42 检测机构方案确定 综合各方因素考量后 确定为方案 2 2 5 最终机构方案的组合 9 3 机构运动循环图 4 工作原理 工作初始状态时 送料机构的曲柄滑块位移大小为 0 等待送 料 顶出装置的凸轮在近休程的初始位置 检测机构的槽轮机构的 拨盘置于空行程的开始位置 当启动电源时 送料机构在一秒钟后 将球推出 然后经过 2s 空回程到原初始位置 小球经过大概 0 5s 的 时间 进入拨料转盘 因拨料转盘和槽轮机构是固连的 所以在启 动电源后的 2 25s 时间内都是禁止的 能够保证小球准确进入拨料转 盘 在接通电源 1 25s 后 顶出装置开始动作 并在 1s 钟之内将顶 块推置检测装置的直径为 42 和直径为 44 的检测小孔下 将非对应 检测小孔直径的小球顶出 并保持此位置 0 125s 以保证下一步 拨料转盘能顺利推动小球 小球刚被顶出时 槽轮机构的拨盘经过 2 25s 空行程后开始进入槽轮啮合 带动拨料转盘转动 90 度 并且 经过 0 125s 顺利将小球拨离未成功检测的小孔 此时顶出机构经过 0 625s 空回程回到初始位置 拨料转盘再经 0 625s 将小球送入下一 10 个检测孔进行检测 经过最大孔的转料拨盘回转 90 度后进入接料的 位置 此时拨料转盘共耗时 3s 顶出机构也共耗时 3s 送料机构也 耗时 3s 并且所有机构回到原初始位置 准备进行下一个循环的工 作 5 传动系统的设计计算 5 1 减速装置的设计计算 因电动机转速 r min 960 生产率 检球速度 个 min 20 健身球的分检装置中槽轮机构中拨盘每转一周检测出 1 个球 而生 产率为 20 个每分钟 所以拨盘的转速为 20r min 由运动循环图可知 因要关联到送料机构及顶出机构的同步工作 所以此三机构的转速均为 20r min 故减速器的减速比为 i 960 20 48 因传动比不是很大 选择使用定轴轮系 三级减速 查找相关资料 后 设计出的传动简图为 11 各齿轮的齿数为 Z1 20 Z2 60 Z3 20 Z4 80 Z5 20 Z6 80 各级减速机构的减速比 3 1 2 12 i i i4 3 4 34 i i i 4 5 6 56 i i i 48 56341216 iiii 实现了整个减速装置的减速比为 48 的要求 为了制造的方便以及齿 轮能正确啮合 查找相关国标 该减速装置所用到的齿轮模数均为 m 2 齿轮 1 和齿轮 2 的传动设计计算如下 两轮均设计为标准齿轮 模数 m 2 压力角 齿宽 b 20 0 20 齿轮 1齿轮 2 分度圆直 径 402201 1 mzd1202602 2 mzd 齿顶高 221 mhh aa 齿根高 5 2225 0 1 mchh af 齿顶圆直 径 442 11 aa hdd1242 22 aa hdd 齿根圆直 径352 11 ff dd1352 22 ff dd 12 基圆直径 59 37cos 11 ddb76 112cos 22 ddb 中心距 80 2 1 12 dda 重合度 1 22 11 cos tantantantan m rr bb 2 0 1 1 1 31 3213cos a b r r a 3 0 2 2 2 24 5802cos a b r r a 联立 1 2 3 得出 67 1 5 2 槽轮机构的设计计算 要满足设计动力传动要求 所需的槽轮机构为四槽外槽轮机构 槽轮的四槽均匀分布 拨盘的转速 N1 20r min 所以拨盘的转动周 期 T1 3s 槽轮的转动周期 T 12s 槽轮的分度转位时间 tf 1 4 3 0 75s 停歇的时间 td 3 0 75 2 25 因为槽轮的四槽均匀分布 两槽之间的夹角为 90 取拨盘与槽轮饿中心距 L 100mm 拨杆圆销半径 r1 8mm 槽轮在槽口 处厚度 b 5mm 由几何关系可知 圆销中心的轨迹半径 R L sin45 70 71mm 槽轮的外圆半径 R2 45sin45sin88LL 71 15mm 槽轮槽的深度 h R L R r 49 42mm 13 拨盘的半径 R3 R r b 57 71mm 槽轮机构原理图为 5 3 凸轮机构的设计计算 考虑到工作时顶出机构为轻载 凸轮的工况及装配时的尺寸要 求 决定采用平顶从动件 因凸轮与平底的接触面易于形成油膜 润滑效果较好 在不计摩擦时凸轮对从动件的作用力始终垂直于从 件的平底 故受力平衡传动效率高 且压力角为零 参考运动循环图 及考虑凸轮的工况后得出以下参数 凸轮的推程为 h 25 7 凸轮的推程和回程均采用柔性冲击的余弦运动规律 14 cos1 2 h s 凸轮的基圆半径为 r 70 推程角 o 120 远休程角 0 15 s 回程角 0 75 近休程角 150 s 平顶从动件实际轮廓曲线解析式为 sin cos d ds srX cos sin d ds srY 将以上参数输入计算机 经 CREO1 0 编辑后得出凸轮实际轮廓曲线 如下 a 图所示为凸轮实际轮廓曲线 图 b 为凸轮实际轮廓线 和从动件的初始位置 a b 将其轮廓曲线进行曲率分析后得出 15 最小曲率半径为 4320 21 min 最大曲率半径为 3608 144 max 分析结果下图所示 经 CREO1 0 对凸轮平顶从动件进行运动学分析后得出的 位移曲线 图 速度曲线图 及加速度曲线图 分别如下所示 16 17 5 4 曲柄滑块机构的设计计算 曲柄滑块机构作为进料机构 参考运动循环图可得出 当检测 机构每隔 3S 中检测一个小球后 送料机构也必须每隔 3S 中送进一 个小球 为了减少小球在滑道的运动时间 采用具有急回特性的曲柄滑块机 构 其工进为快行程 其各参数需满足 bea abba Labba 2 cos 2 22 其中极位夹角为 偏心距为 e3 曲柄为 a 连杆为 b 行程为 L 综合考虑后决定工进时间为 1s 慢行程为 2s 为保证小球能准确推 出参考机构运动简图可得 L 68 所以工进时曲柄转角为 120 回程转角为 240 得极位夹角 0 60 故其急回特性2 60180 60180 180 180 00 00 0 0 K 经计算取曲柄 a 30 连杆 b 43 86 偏心距 e 13 能够满足上述机构要 求 18 校核行程的位移曲线图如下 6 机构运动简图 19 20 21 7 致谢 整个课程检验了我们平时学习的效果 同样也融入了学以致用 的原则 开始拿到课程设计题目根本不知道如何下手 周围的同学 朋友给了我不少帮助 自己才逐渐弄清方向 做课程设计的这一段 时间 让我明白合作的重要性 大家集思广益对一个问题总能给出 多种解决的办法 从中进行适当的筛选与整合从而得出最优解 在 这个过程里我们又将所学到的知识强化了 能够完成这份课程设计 我要衷心的感谢我们小组的每一位成 员 还有王一达同学给了我许多很好的设计理念 虽然这份课程设 计还存在这样或那样的问题 但是当我们就一个问题需要解决的时 候 不管问题有多么的繁琐