健身球检验分类机课程设计--机械原理教材

1、目录第一章 功能与设计要求 2.1.1功能要求 2.1.2工作原理 2.1.3功能分解 2.1.4 功能原理的工艺过程分解 3.第二章 机械系统的选择与比较 5.2.1 电动机的选取 5.2.2 传动机构的选取与比较 5.2.3 执行机构的选取与比较 7.2.4 构件的运动形式 9.2.5 机械系统运动转换功能图 9.2.6 用形态学矩阵法创建机械系统运动方案 1.0第三章 尺寸设计 1.1.3.1 电动机 1.1.3.2减速装置 1.1.3.3皮带传动 1.2.3.4齿轮系传动 1.3.3.5直齿锥齿轮 1.3.3.6检料机构 1.5.3.7送料机构 1.6.3.8凸轮机构 1.8.第四章

2、方案分析与评价 2.04.1 优点2.0.4.2 缺点2.0.4.3 改进2.1.附录 2.2.总结 2.8.参考文献 29第 2 页第一章 功能与设计要求1.1 功能要求具体设计要求如下： 健身球检验分类机能够实现进球、送球、检测球、接球的一体化 功能。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。 健身球直径范围为 4046mm，要求分类机将健身球按 直径的大小分为三类。1. 40 mm第一类 42 mm2. 42 mm第二类 44 mm3. 44 mm第三类 46 mm1.2 工作原理健身球检验分类机是由进料机构、送料机构、接料机构以及电 动机组成。进料机构是持定量的

3、健身球，以直线、间歇的运动过 程进球；送料机构是在往复直线运动过程中，运用曲柄滑块或者 凸轮推杆使健身球能持续定量的进入工作台相对应的小槽内，根 据效率要求，让健身球每 6 秒钟进入一个，使工作持续稳定进行； 检验机构是由上往下直径分别为 42mm、44mm、46mm的小槽，根据 小球能通过而打球不能通过的原理， 使健身球直径为 40mm至 42mm 的可以通过第一个孔，使健身球直径为 42mm至 44mm的可以通过 第二个孔，使健身球直径为 44mm至 46mm的可以通过第三个孔， 从而通过孔的大小实现对健身球的检验以及分类；接料装置是在 运用接球通道将掉下来的球通过滚槽进入指定的装置，把球

4、按分 类装好。1.3 功能分解 为了实现将健身球自动分类的总功能，可将总功能分解为如下分功能：1. 健身球定量进球功能；2. 健身球定量送球及定位功能；3. 健身球大小检验功能；4. 接球功能。其功能逻辑图如下 ：健身球检验分类机的工作系1.4 功能原理的工艺过程分解1. 定量进球功能： 用曲柄滑块机构实现有规律的往复运动， 控制 进球速度，当滑块往回运动到进料口时，健身球自动进球，然后滑块下分功能：1. 健身球定量进球功能；2. 健身球定量送球及定位功能；3. 健身球大小检验功能；4. 接球功能。其功能逻辑图如下 ：持定量健身球，以直线、间歇定量进球 的进球。直线往复的运动。 运用曲柄滑 定

5、量送球 块机构使健身球能持续的进健身球检验分类机的工作系入工作台相对应的小槽内， 使工作能持续稳定进行。精确检验健身球健身球间歇得掉下来，尺寸最 的直接掉进第一个孔，稍大得 都卡在那里。运用滑块或偏心轮，把健身 球推到第 2 个孔，然后再把 最大的推到最大的孔。运用接球通道将分类掉下 来球通过，然后再用接球仪 器将球接住。1.4 功能原理的工艺过程分解1. 定量进球功能： 用曲柄滑块机构实现有规律的往复运动， 控制 进球速度，当滑块往回运动到进料口时，健身球自动进球，然后滑块图 1.4b第二章 机械系统的选择与比较2.1 电动机的选取 发动机是是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、

6、汽油机、液压机、气动马达等。电机结构简单、 工作可靠、控制方便、 维护容易。 而健身球检验分类机属于工业批量生产中的应用， 考虑实 际场景，一般工厂用电 220V以上，原动机易选用 220v 交流电动机， 为减少噪音一般不用气动机， 从整个设计方案考虑， 要达到高产率且 减少减速过程机构，宜采用转速较低的电动机。根据要求，我们这里 采用的是转速为 720r/min 的电机。2.2 传动机构的选择与比较 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。它们的特点如下 表所示：第

7、 6 页特点寿命应用齿轮传 动承载能力和速度范围大；传动比恒定， 可获得较大传动比， 外廓尺寸小， 工作 可靠，效率高。制造和安装精度要求高， 精度低时， 运转有噪音； 无过载保护作 用取决于齿轮材 料的接触和弯 曲疲劳强度以 及抗胶合与抗 磨损能力金属切削机 床、汽车、起 重运输机械、 冶金矿山机械 以及仪器等蜗杆传 动结构紧凑，单级传动能得到很大的传动 比；传动平稳， 无噪音；可制成自锁机 构；传动比大、滑动速度低时效率低； 中、高速传动需用昂贵的减磨材料； 制 造精度要求高，刀具费用贵。制造精确，润 滑良好，寿命 较长；低速传 动，磨损显著金属切削机床 （特别是分度 机构 ）、起重 机、

8、冶金矿山 机械、焊接转 胎等带传动轴间距范围大， 工作平稳， 噪音小，能 缓和冲击，吸收振动； 摩擦型带传动有 过载保护作用； 结构简单，成本低，安 装要求不高；外廓尺寸较大； 摩擦型带 有滑动，不能用于分度链； 由于带的摩 擦起电，不宜用于易燃易爆的地方； 轴 和轴承上的作用力很大， 带的寿命较短带轮直径大， 带的寿命长。 普 通 V 带 3500-5000h金属切削机 床、锻压机床、 输送机、通风 机、农业机械 和纺织机械链传动轴间距范围大；传动比恒定； 链条组成 件间形成油膜能吸振， 工作可靠； 作用 在轴上的荷载小；运转的瞬时速度不均 匀，高速时不如带传动平稳； 链条工作 时，特别是因

9、磨损产生伸长以后， 容易 引起共振，因而需增设张紧和减振装置与制造质量有 关 5000-15000h农业机械、石 油机械、矿山 机械、运输机 械和起重机械 等图 2.1由上述几种主要的传动装置相互比较可知， 齿轮传动、 带传动用于减 速，故选用带传动和齿轮传动 , 齿轮传动效率高，工作可靠、传动精 确。2.3 执行机构的选取与比较1. 送料机构对心凸轮机构图 2.3a曲柄滑块机构图 2.3b以上两种传动机构各有特色， 两者都同样能完成工作任务， 但 前者若采用摆线或五次多项式运动规律， 则可避免冲击， 并且结构简 单，便于设计，杆件少，功能损失少，但不便于加工。后者有急回特 性，可实现快进慢退

10、，有利于实现运动的配合，其易于加工，容易设 计，综合考虑决定选用后者，即曲柄滑块机构。2 检料机构 方案一：采用不同孔径大小的通道使球分类图 2.3c方案二：采用凸轮的运动控制孔径的大小从而使球分类图 2.3d上诉两种检验机构都能完成我们要达到的功能任务。 前者设计机 构简单，运动形式少，占地面积较小。后者则设计机构复杂，运动形 式多，运动不易配合，接料装置不好设计。故选用方案一，即采用不 同孔径通道大小使球分类。3. 按类接球装置如下图所示：图 2.3e2.4 构件的运动形式1；送料夹持器无间歇往复移动，可选用凸轮机构，连杆机构，组合机构（如凸轮机构 +连杆机构）等；2；定位间歇往复移动，同

11、样可选用凸轮机构，连杆机构，组合机构（如凸轮机构 +连杆机构）等。2.5 机械系统运动转换功能图根据执行构件的运动形式，绘制出机械系统的转换功能图第 10 页图 2.52.6 用形态学矩阵法创建机械运动的运动方案根据机械系统运动转换功能图 （图 2.5）可构成形态学矩阵（表 2.6）由表 2.6 所示的形态学矩阵可求出健身球检验分类机系统运动方案数为N=22222=32由给定的条件、 各机构的相容性、 空间布置、 类似产品的借鉴和设计 等，我们可以从中选出较为实际可行的方案。表 2.6 中用线连的是选 择的最优方案。第 10 页第 11 页3.1 电动机健身球检验分类机的动力源采用转速为 mi

12、n/720r 的交流电动 机。3.2 减速装置本次设计采用的如下图所示的减速器， 由传送带和齿轮系构成的 减速装置。其中一对齿轮比是有限的， 由于本装置需要较大的传动比， 故采用轮系来实现。第 11 页第 12 页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，固采用轮系是来实现。减速机构电动机图 3.23.3 皮带传动如图所示为皮带减速机构， 带轮 1 连接原动件转速为 n0 =720r /min的交流电动机， 皮带 2 连接齿轮系中的齿轮 1，皮带 1 的半径为 r1 50mm ，皮带 2 的半径为 r1 15

13、0mm ，根据皮带传动原理有：nr1=n0(1)第 12 页第 13 页皮带 1 与皮带 2 的转速与半径成反比：nr1nr2=r2(2)r13.4 齿轮系传动如图 3.2 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：nz1nr2nz2z1nz1z2nz3n (3)nz2nz4nz3z3z4由上式可得：nz4=n0r1z1z3 (4)r2 z2z43.5 直齿锥齿轮如图 3.5a 所示，直齿轮 4 与直齿锥齿轮 5、凸轮 10(后图)同 轴传动，直齿锥齿轮 5 与直

14、齿锥齿轮 6 垂直啮合，直齿锥齿轮 6 与 7 同轴连接，根据齿轮传动原理有：nz5 =nz4(5)nz6 =nz5(6)由凸轮 10 与直齿锥齿轮同轴传动有：第 13 页第 14 页n8 =nz6 (7) 根据提供的原动件转速为 n0 720r /min 的交流电动机与课程设计 要求，在n0的前提下，设计机器的生产率为 10 个/min, 设计的凸轮滑 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 12 的转速为：10 n8 n7 10r /minrad / s8 7 30 3同时，齿轮 4 与齿轮 7 是同轴传动，故nz4 n7 rad /s3则720n0 720r /min2

15、4 rad /s0 30根据公式 (4) 可以得出：nz4r1z1z3 n0r2z2z424r1z1z3rad /sr2z2z4因此由上两式可以得出r1z1z3 1r2z2z4 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 3 4 6 72故我们得出 :r2 3r1 , z2 4z1, z4 6z3第 14 页第 15 页图 3.5a 直齿锥齿轮传动各齿轮参数如下表：模数(mm压力角直径(mm)分锥角()()齿数(个)齿轮 12202040/齿轮 222080160/齿轮 32202040/齿轮 4220120240/直齿锥 5、6

16、、3202575907、8表 3.5b3.6 检料机构第 15 页第 16 页在检料箱体中，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：a 15根据课题设计要求可设置相应尺寸大小如下表 :料道 1料道 2料道 3料道直径 （mm）424446设置滑块轨道有关尺寸为：h1 103.172mm h2 50.55mm h 3 52.622mm h4 5mm33.7 送料机构第 16 页第 17 页3.7a1. 曲

17、柄滑块设计 根据平常作图经验，我们设定曲柄滑块机构的行程速比系数 K=1.4， 则极位夹角为 30 度，这将有助于我们计算，再将 A与滑块中心所在 平面的距离定为 120，滑块最大行程定位为 200，运用这些初始数据 我们就可以通过作图法来设计能满足要求的机构。具体作图步聚： 1.在直角坐标系下画水平线 C1C2 ，长度为 200；2.作C1C2中垂线，再过 C2做直线交 C1C2与O2 .且使 O2C2与C1C2成 60 度夹角；3.作 C1C2下方作它的平行线，两者相距 e=120；4.过 O2作圆，使 C1C2两点都在圆上，此时圆与 C1C2的 平行线交与一点 A ，连接 AC1,AC

18、2;5.过A点以A C1为半径画圆，此圆交与,量取B2C2、AC1 的长度， AB =B2C2/2, BC=( AC2 + AC1 )/2，得到长 度 AB=82.37mm， BC=234.05mm；第 17 页第 18 页6.C1、 C2为滑块的两极位， C1C2=200m。m图 3.7b2 曲柄滑块机构的运动分析2.1 位置分析见附录一（附图1.1)2.2 速度分析见附录一（附图1.2)2.3 加速度分析见附录一（附图1.3)3.8 凸轮机构1. 凸轮设计 接料机构用的是凸轮机构，凸轮与推杆通过滚子连接，其基圆半径 R 为 80mm，偏心距为 30mm，滚子半径为 5mm。 数据计算；在设

19、计检料装置中，我们预设第一个料道起始端与滑块平第 18 页第 19 页面的距离、各料道间的间距都为 h 5mm ，料道 1、料道 2、料道 3 的 孔径大小分别为 42mm、44mm、46mm ，料道的倾角为 15 ，电机未动时凸 轮位于基圆部分，当机器运转时凸轮进入上升阶段，凸轮在球进入滑 道1 的 时 候 推 杆 需 要 上 升H 1 44 / COS 15 46 / COS 15103 .17 , 此后凸轮休止， 有运动循环图可知此时的休止角 30 ，若球无进入料道 1、则继续下落 H 2 (- 45 / COS 15 5 ) 50 .55 到达料道 2，此时再让推杆停 止一段时间，使球

20、有足够时间进入料道 2，此时的休止角 30 ，若球无 进入料道 2、则继续下落 H 3 (- 46 / COS 155 )52 .62 到达料道 3，此时再让推杆停止一段时间，使球有足够时间进入料道，此 时的休止角 30 。通过检料机构与推杆的以上相对位置关系， 我们确定此凸轮共分 6 段，各段转角与升程数据如下表：123456转角(度)0-120120-150150-210210-240240-330330-360推杆升程 (mm)103.170-50.550-52.620接料上升休止回程休止回程休止2. 凸轮机构的运动分析 见附录二3.9 各机构的运动循环图第 19 页第 20 页第四章

21、方案分析与评价4.1 优点(1) 结构紧凑，空间利用率高；(2) 设计中大多零件使用标准件，机器互换性好；(3) 筛选过程中使球逐个进入，避免了健身球之间的相互碰撞和 卡球现象；(4) 具有较为确定的传动比；(5) 零件制造加工简单；(6) 传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小。4.2 缺点(1) 机械机构简单，故精确度不高；(2) 机器大量使用齿轮，会产生噪音，且造价造价成本高；(3) 进料装置的流动性差，可能因卡球而间断进料；(4) 由于是逐个进球，以至于生产效率低；第 20 页第 21 页(5) 球对滑块在整个生过程中都有压力，会使滑块与导轨面产生 很大摩擦力，阻碍进球；(6

22、) 滑块在急进行程中会与球发生碰撞，会使整个机器震荡；(7) 不适用于高速场合。4.3 改进(1) 在进料装置中使用振荡器，降低健身球球互卡发生的概率， 但要通过精确的调整解卡振荡器的频率，从而减小噪音；(2) 用铸铁材料做支座，消减机器震荡；(2) 使用摩擦系数较小的导轨，提高筛选精度；(3) 在储球装置处增加以凸轮滚子构件， 使球间歇进入送料导轨， 进而避免球对滑块产生压力；(4) 在滑块左段添加一弹性套头， 进而避免滑块对球的刚性冲击。第 21 页第 22 页附录附图 1.1附图 1.2第 22 页第 23 页附图 1.3第 23 页第 24 页附录二附图 2.1第 24 页第 25 页2.2附图 2.3第 25 页第 26 页