机械原理课程设计-健身球自动检验分类机

机械原理机械原理 课程设计课程设计 计算说明书计算说明书 设计题目 健身球检验分类机 院院 系系 工学院工学院 专专 业 业 机制机制 班班 级 级 13011301 班班 设设 计计 者 者 揭宗浩揭宗浩 学学 号 号 指导老师 指导老师 林金龙林金龙 日日 期 期 20152015 年年 6 6 月月 1616 日日 目录目录 第第 1 1 章章 设计任务设计任务 1 1 1 设计题目 1 1 2 设计任务 1 第第 2 2 章章 机械运动方案的设计及分析决策机械运动方案的设计及分析决策 2 2 1 方案设计及分析 2 2 2 工作原理 3 2 3 工作流程 4 第第 3 3 章章 机构尺度综合机构尺度综合 5 3 1 机构尺寸设计 5 3 2 进料机构设计 11 设计小结设计小结 14 参考书目参考书目 15 第 1 章 设计任务 1 1 设计题目 设计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 其他技术要求见表 1 表 1 健身球分类机设计数据 方案号 电动机转速 r min 生产率 检球速度 个 min A144020 B96010 C72015 1 2 设计任务 1 健身球检验分类机一般至少包括凸轮机构 齿轮机构在内的三种机构 2 设计传动系统并确定其传动比分配 3 图纸上画出健身球检验分类机的机构运动方案简图和运动循环图 4 图纸上画凸轮机构设计图 包括位移曲线 凸轮廓线和从动件的初始位置 要求确 定运动规律 选择基圆半径 校核最大压力角与最小曲率半径 确定凸轮廓线 盘状凸轮 用电算法设计 圆柱凸轮用图解法设计 5 设计计算其中一对齿轮机构 6 编写设计计算说明书 7 学生可进一步完成 凸轮的数控加工 健身球检验分类机的计算机演示验证等 表 2 为设计任务分配表 表 2 学生编号 123456789 电动机转速 ABCABCABC 生产率 ABCBCACAB 第 2 章 机械运动方案的设计与分析决策 2 1 方案设计 方案一 此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 同时我 们还得考虑到健身球是石料所做 故我们在检验分类的同时应注意到避免健身 球损坏 我们提出了如下图的装置运动 图 1 运 动简图 经分析 认为此方案接料装置的速度不易于控制 故放弃此方案 寻找便 于控制的检料装置 方案二 图 2 运动简图 经分析 认为此方案接料装置过于繁琐 故放弃此方案 寻找结构简单的 检料装置 方案三 图 3 运动简图 该方案的正好弥补了方案一 二的不足 在上滑块将球抵出的同时下滑块 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 2 1工作原理 健身球检验分类机工作原理 图 4 运动方案简图 1 2 3 4 直齿轮 5 6 锥齿轮 7 8 凸轮 9 弹簧 10 震荡器 11 料槽 12 13 带轮 14 15 推杆 1 优点 1 设计结构简单 能耗低 2 设计制造简单 3 使用解卡振荡器 很大程度上减小健身球互卡的几率 4 传送带靠摩擦力工作 传动平稳 能缓冲吸震 噪声小 2 缺点 1 由于机械机构简单 故精确度不高 2 振荡器的时候加剧了健身球之间的相互碰撞 同时使机械运转的噪音加 大 3 改进 1 可通过精确的调整振荡器的频率 从而减小噪音 2 使用摩擦系数较小的导轨 提高选择精度 2 2 工作流程 不同类型的健身球沿各自的轨道进入不同 的收集箱中 将待测健身球放入料槽中 通过导管将料槽中的小球在震荡器的作用下 引入带凹槽的导轨中 电机通过变速器带动凸轮滑块 2 推动健身球 健身球在滑块 2 推动的作用下 由导轨进入检料装置口 健身球由滑块 1 引入检料装置 并跟随滑块 1 缓慢 向下移动 进入各自的合适的轨道中 不同类型的健身球沿各自的轨道进入不同的 收集箱中 第 3 章 机构尺度综合 3 1 机构尺寸设计 1 电动机 健身球检验分类机原动件采用转速为的电动机 min 1440r 2 减速器 减速机构 电动机 图 5 减速机构 此分类机采用如图所示的减速器 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 2 1 皮带传送 图 6 皮带加速机构 如图所示为皮带减速机构 带轮 1 连接原动件转速为 的电动机 皮带 2 连接齿轮系中的齿轮 1 皮带 1 的半径min 1440 0 rn 为 皮带 2 的半径为 根据皮带传动原理有 1 r 2 r 1 1r n 0 n 皮带 1 与皮带 2 的转速与半径成反比 2 2 1 r r n n 1 2 r r 2 2 齿轮系传动 如图 5 所示 带轮 2 与齿轮 1 同轴传动 齿轮 1 与齿轮 2 啮合传动 齿轮 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 3 4 3 3 4 23 2 1 1 2 21 z z n n nn z z n n nn z z zz z z rz 由上式可得 4 4nz 422 3110 zzr zzrn 2 3 直齿锥齿轮 6 5 4 图 7 直尺锥齿轮传动 如图 7 所示 直齿轮 4 与直齿锥齿轮 5 凸轮 7 见图 4 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 8 同轴连接 见图 4 根据齿轮传动原理有 5 5z n 4z n 6 6z n 5z n 由凸轮 8 与直齿锥齿轮同轴传动有 7 8 n 6z n 根据提供的原动件转速为的电动机与课程设计要求 在min 1440 0 rn 的前提下 设计机器的生产率为 20 个 min 设计的凸轮滑块结构实现凸轮转 0 n 动一圈完成一个健身球的检测 可以得到凸轮 8 的转速为 sradrnn 3 2 30 20 min 20 78 同时 齿轮 4 与齿轮 7 是同轴传动 故 sradnnz 3 2 74 则 sradrn 48 30 1440 min 1440 0 根据公式 4 可以得出 srad zzr zzr n zzr zzr nz 48 422 311 0 422 311 4 因此由上两式可以得出 72 1 422 311 zzr zzr 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 72 1 3 1 3 1 8 1 422 311 zzr zzr 故我们得出 12 8rr 12 3zz 34 3zz 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表 1 表 2 表 1 皮带轮参数 带轮 1带轮 2 皮带轮半径 mm 100800 表 2 各齿轮参数 模数 mm 压力角 齿数 个 直径 mm 分锥角 齿轮 1 5 20 20 100 齿轮 2 5 20 60 300 齿轮 3 5 20 20 100 齿轮 4 5 20 60 300 锥齿轮 5 6 5 20 40 200 90 齿轮 1 2 的几何尺寸计算 基本参数Z1 20 Z2 60 m 5 a 20 名称符号计算公式 分度圆直径dd1 100 d2 300 齿顶高ha5 齿根高hf6 25 齿顶高直径dada1 110 da2 310 齿根高直径dfdf1 87 5 df2 287 5 基圆半径dbdb1 93 9 db2 281 7 齿距p15 7 齿厚s7 85 中心距a200 基圆齿距pb1 25 3 凸轮推杆滑块与料槽 检料装置 凸轮推杆滑块 图 8 检料装置运动图 如图 8 所示 齿轮 4 与凸轮 7 同轴传动 凸轮 7 与杆 1 滑块 1 形成凸轮滑块 传动机构 凸轮尺寸的设计基于该机构从动件的运动规律 由于凸轮 7 与凸轮 8 的转速相同 设计滑块 2 将待测球推入检测装置的同时 滑块 1 在的高度 1 h 接入待测球进入相应尺寸料道 建立滑块 1 与滑块 2 的同步运动机制 为了使 符合尺寸的球更好地进入料道 2 滑块 1 在料道 2 下端作短暂停歇 根据检料 装置的尺寸设计 见表 3 可建立滑块 1 与滑块 2 的运动规律图 滑块 1 2 的运动规律如图 9 所示 h mm h3 h2 t st4t3t2t10 图 9 滑块 1 运动规律图 h mm h3 h2 t st4t3t2t10 滑块 2 运动规律图 基圆半径 角速度 从动件的运动规律如图 11 设计该凸轮轮廓曲线 0 r 由齿轮 4 与凸轮 7 同轴传动有 30 4z n 3 2 srad 设计该凸轮的基圆半径与到 0 r 1 t 4 t mmr100 0 st0 375 1 st0 75 2 st1 125 3 st1 5 4 st2 625 5 st3 6 则凸轮 1 和凸轮 2 进程运动图如图 10 所示 87654 3 2 1 s mm s3 s2 36031590450 图 10 凸轮 1 进程运动图 87654 3 2 1 s mm s3 s2 36031590450 凸轮 2 进程运动图 按对心平板直动从动件盘形凸轮作出廓线 理论廓线 按对心平板直动从动件盘形凸轮作出廓线 理论廓线 8 7 6 5 4 3 2 1 图 11 凸轮 1 廓线设计图 8 7 6 5 4 3 2 1 凸轮 2 廓线设计图 凸轮 7 与杆 1 滑块 1 构成凸轮滑块传动机构 在凸轮 7 的带动下 滑块 1 由于杆 1 的约束做图 9 所示的运动 设计滑块 1 为金属滑块 在重力的作用 下 保证凸轮回程的同时滑块与杆一同下降 回到起点 4 检料装置与收集箱 图 12 检料装置图 在检料箱体中 滑块 1 的轨道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往下设置 小球先检测 接着检测中球 大球最后检 测 料道尺寸设计稍大于 为了使球能够快速稳定地经过料道尺寸检测 mm46 设计轨道与水平夹角为 30 根据课题设计要求可设置相应尺寸大小如表 4 表 3 检料装置料道尺寸 料道 1料道 2料道 3 料道直径 mm 424447 设置滑块轨道有关尺寸为 mmh125 1 mmh 3 64 2 mmh10 3 mmh20 4 3 2 进料机构设计 1 进料机构 为使送料机构能够顺利而方便的送料 进料口每次只能下一个原料球 并 且在进料机构外壁加装了振荡装置 使小球能顺利落下 震荡器 图 13 进料装置 图 14 进料装置送料凸轮 2 料槽装置 图 15 料槽装置简图 如图 15 所示为料槽结构 其中槽体的高度可根据待测球数量适度调整 h 其中槽壁的倾斜角度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 30 45 对于导管直径 为了保证良好的流动性应该大于最大球的直径 并保dd 证的盈余空间 但也不宜过大 过大尺寸的直径容易造成球体之间的mm2 1d 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 设置了如图 16 的振荡器装置 图 16 振荡器简图 为了防止料槽中 健身球堵塞 本装置使用了如图 16 所示的振荡器 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 把振荡器安装于料槽壁上带动料槽振动 使料槽中健身球的 流动性得到加强 很大程度的减小了健身球被卡住的几率 4 进料推杆滑块与检料推杆滑块的协调 为了能够保证进料机构在将健身球送出的同时 检料正好接住健身球 我 们就将进料推杆滑块与检料推杆滑块的进程协调统一起来 如下示意图所示 图 17 进料推杆滑块与检料推杆滑块协调进程示意图 如图中所示意 进程与进程要求相等 即 1 s 2 s 21 ss 另外 在滑块 2 的前端 我们认为可以留有在范围内的距离差距 因mm10 0 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 为了避免因运动而逐渐产生更大的误差 我们预先设计两各凸轮滑块的初 始位置分别在料道 1 下口缘和右平面最左端 即 A B 两处 设计小结 机械原理课程设计马上就要结束了 虽然只有两个星期的时间 但是在这 次课程设计过程中我们学到了不少东西 得到了很好的锻炼 它不仅使我们平 时所学的一些理论知识运用到了实际 培养了我们运用所学的基本理论和方法 去发现 分析和解决工程实际问题的能力