机械原理课程设计健身球自动检验分类机讲解

1、机械原理课程设计计算说明书设计题目：健身球检验分类机院系:工学院专业：机制班级：1301 班设计者：揭宗浩学号：20131168指导老师：林金龙日期：2015 年 6 月 16 日目录第 1 章 设计任务 11.1 设计题目 11.2 设计任务 1第 2 章 机械运动方案的设计及分析决策 22.1 方案设计及分析 22.2 工作原理 32.3 工作流程 4第 3 章 机构尺度综合 53.1 机构尺寸设计 53.2 进料机构设计 11设计小结 14参考书目 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

2、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 422. 42第二类 443. 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/minA144020B96010C720151.2 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

3、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

4、动。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

5、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

6、 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 1440r /min 的电动机。（ 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：如图所示为皮带减速机构， 带轮 1 连接原动件转速为 n0 1440r /min的电动机，皮带 2 连接齿轮系中的齿轮 1，皮带 1的半径

7、为 r1，皮带 2 的半径为r2 ，根据皮带传动原理有：nr1=n0(1)皮带 1 与皮带 2 的转速与半径成反比：nr1 =r2nr2 r1(2)（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：nz1 nr2nz2 z1 nz1 z2 nz3 nz2 nz4 z3 nz3 z4(3)由上式可得：nz4=n0r1z1z3r2z2z4(4)2.3） 直齿锥齿轮：56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

8、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：nz5=nz4(5)nz6=nz5(6)由凸轮 8 与直齿锥齿轮同轴传动有：n8 =nz6(7)根据提供的原动件转速为 n0 1440r /min 的电动机与课程设计要求，在n0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动圈完成一个健身球的检测，可以得到凸轮 8 的转速为：20 2n8 n7 20r / min rad /s8 7 30 3同时，齿轮 4 与齿轮 7 是同轴传动，故nz4 n7 2rad / s31440n0 1

9、440r /min48rad /s0 30根据公式 （4） 可以得出：r1z1z3r1z1z3nz41 1 3 n0 48 1 1 3 rad /sr2z2z4r2z2z4因此由上两式可以得出 :r1z1z3 1 r2z2z4 72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r1z1z3 1 1 1 1r2z2z4 8 3 3 72故我们得出 :r2 8r1, z2 3z1 , z4 3z3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

10、数 （ mm）压力角（）齿数（个）直径 （ mm）分锥角（）齿轮 152020100/齿轮 252060300/齿轮 352020100/齿轮 452060300/锥齿轮 5,65204020090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

11、、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 h1的高度接入 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：图 9 滑块 1 运动规律图滑块 2

12、 运动规律图基圆半径 r0 ，角速度，从动件的运动规律如图 11，设计该凸轮轮廓曲线。由齿轮 4 与凸轮 7 同轴传动有：= nz4= 2rad /s=30 3设计该凸轮的基圆半径r0 与t1 到t4：r0 100mm t1 0.375st2 0.75s t3 1.125st4 1.5st5 2.625st6 3s则凸轮 1 和凸轮 2 进程运动图如图 10 所示：4 5678321s/ mms/ mm0 45 90 315 360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图 11凸轮 1 廓线设计图凸轮 2 廓线设计图凸轮7与

13、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 46mm ，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：= 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（

14、mm）424447设置滑块轨道有关尺寸为：h1 125mm h2 64.3mm h3 10mm h4 20mm3.2 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。图 14 进料装置 送料凸轮2) 料槽装置如图 15 所示为料槽结构，其中槽体的高度 h 可根据待测球数量适度调整。 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

15、 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 1 2mm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

16、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 s1与进程 s2 要求相等，即：s1 s2另外，在滑块 2 的前端，我们认为可以留有在 0 10mm 范围内的距离差距，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。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， 而且，还使我们加深了对各类机械机构的 认识，学会了利用