健身球检验分类机课程设计报告--机械原理

1、完美 WORD 格式目录第一章功能与设计要求21.1 功能要求21.2 工作原理21.3 功能分解21.4 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52.1 电动机的选取52.2 传动机构的选取与比较52.3 执行机构的选取与比较72.4 构件的运动形式92.5 机械系统运动转换功能图92.6 用形态学矩阵法创建机械系统运动方案10第三章尺寸设计113.1 电动机113.2 减速装置113.3 皮带传动123.4 齿轮系传动133.5 直齿锥齿轮133.6 检料机构153.7 送料机构163.8 凸轮机构18第四章方案分析与评价204.1 优点204.2 缺点204.3 改进21附录

2、22总结28参考文献.专业知识分享完美 WORD 格式.29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 40 46mm，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

3、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，把球按分类装好。专业知识分享完美 WORD 格式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

4、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 ：定量进球定量送球健身球检验分类机的工精确检验健身球作系统接球装置持定量健身球，以直线、间歇的进球。直线往复的运动。 运用曲柄滑块机构使健身球能持续的进入工作台相对应的小槽内， 使工作能持续稳定进行。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专业知识分享完美 WORD 格式1.3功能分解为

5、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 ：定量进球定量送球健身球检验分类机的工精确检验健身球作系统接球装置持定量健身球，以直线、间歇的进球。直线往复的运动。 运用曲柄滑块机构使健身球能持续的进入工作台相对应的小槽内， 使工作能持续稳定进行。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

6、专业知识分享完美 WORD 格式图 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、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

7、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：专业知识分享完美 WORD 格式特点寿命应用承载能力和速度范围大；传动比恒定，取决于齿轮材金属切削机齿轮传可获得较大传动比， 外廓尺寸小，工作 料的接触和弯床、汽车、起可靠，效率高。制造和安装精度要求高，曲疲劳强度以重运输机械、动精度低时，运转有噪音；无过载保护作及抗胶合与抗冶金矿山机械用磨损能力以及仪器等结构紧凑，单级传动能得到很大的传动制造精确，润金属切削机床比；传动平稳，无噪音；可制成自锁机滑良好，寿命（特别是分度蜗杆传构；传动比大、滑动速度低时效率低；较长；低速传机构

8、）、起重动中、高速传动需用昂贵的减磨材料； 制 动，磨损显著机、冶金矿山造精度要求高，刀具费用贵。机械、焊接转胎等轴间距范围大， 工作平稳，噪音小，能 带轮直径大，金属切削机缓和冲击，吸收振动；摩擦型带传动有带的寿命长。床、锻压机床、过载保护作用； 结构简单，成本低，安普通V带输送机、通风带传动装要求不高；外廓尺寸较大； 摩擦型带3500-5000h机、农业机械有滑动，不能用于分度链； 由于带的摩和纺织机械擦起电，不宜用于易燃易爆的地方； 轴和轴承上的作用力很大， 带的寿命较短轴间距范围大；传动比恒定；链条组成与制造质量有农业机械、石件间形成油膜能吸振， 工作可靠；作用关油机械、矿山链传动在轴

9、上的荷载小；运转的瞬时速度不均5000-15000h机械、运输机匀，高速时不如带传动平稳； 链条工作械和起重机械时，特别是因磨损产生伸长以后， 容易等引起共振，因而需增设张紧和减振装置图 2.1由上述几种主要的传动装置相互比较可知，齿轮传动、带传动用于减专业知识分享完美 WORD 格式速，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， 并且结构简专业知识分享完美 WORD 格式单，

10、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，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专业知识分享完美 WORD 格式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

11、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专业知识分享完美 WORD 格式图 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

12、用线连的是选择的最优方案。专业知识分享完美 WORD 格式功能元12减速 1带传动齿轮传动减速 2带传动齿轮传动减速 3带传动齿轮传动送料机构无凸轮机构连杆机构间歇往复移动推杆的间歇凸轮机构连杆机构往复移动图 2.6第三章尺寸设计3.1电动机健身球检验分类机的动力源采用转速为min/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。专业知识分享完美 WORD 格式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

13、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皮带传动图 3.3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r150mm ，皮带 2 的半径为 r1150mm ，根据皮带传动原理有：nr 1 =n0 (1)专业知识分享完美 WORD 格式皮带 1 与皮带 2 的转速与半径成反比：nr1 = r2 (2)nr 2r13.4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

14、轮 4 与直齿锥同轴连接，根据齿轮系传动原理有：nz1nr 2nz2z1nz1z2(3)nz3nz 2nz4z3nz3z4由上式可得：nz4 = n0 r1z1z3 (4)r2 z2 z43.5 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 =nz 4 (5)nz6 =nz5 (6)由凸轮 10 与直齿锥齿轮同轴传动有：专业知识分享完美 WORD 格式n8 =nz6(7)根据提供的原动件转速为n0720r / min 的交流电动机与课程设计要求，

15、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：n8n71010r / minrad / s303同时，齿轮 4 与齿轮 7 是同轴传动，故nz4n7rad / s3则n0 720r / min72024rad / s30根据公式 (4) 可以得出：nz4r1z1z3 n024 r1z1z3 rad / sr2 z2 z4r2 z2 z4因此由上两式可以得出:r1z1 z31r2 z2 z472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r1z1 z31111r2 z2 z4346

16、72故我们得出 :r23r1 , z24z1 , z46z3专业知识分享完美 WORD 格式654图 3.5a 直齿锥齿轮传动各齿轮参数如下表：模数压力角齿数(个)直径分锥角(mm( )(mm)( )齿轮 12202040/齿轮 222080160/齿轮 32202040/齿轮 4220120240/直齿锥 5、6、3202575907、8表 3.5b3.6检料机构专业知识分享完美 WORD 格式在检料箱体中，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

17、料道尺寸检测， 设计轨道与水平夹角为：a15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：h1103.172mm h250.55mm h 352.622mm h45mm3.7送料机构专业知识分享完美 WORD 格式CBA3.7a1. 曲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

18、线 C1C2 ，长度为 200；2.作 C1C 2 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 C1C 2 下方作它的平行线，两者相距e=120；4.过 O2 作圆，使 C1C 2 两点都在圆上，此时圆与C1C2 的平行线交与一点 A ，连接 AC 1 , AC 2 ;5.过 A 点以 A C1 为半径画圆，此圆交与, 量取 B2C2 、AC1的长度， = B2C2/2,BC （ AC2+AC1 ）/2，得到AB=专业知识分享完美 WORD 格式长度 AB=82.37mm，BC=234.05mm；6.C1、C2为滑块的两极位， C

19、1C2=200mm。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专业知识分享完美 WORD 格式为 80mm，偏心距为 30mm，滚子半径为 5mm。数据计算；在设计检料装置中，我们预设第一个料道起始端与滑块平面的距离、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

20、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 144/ COS1546 / COS15103. 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/ COS155 )50 . 55到达料道 2，此时再让推杆停止一段时间，使球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（/COS155)52 .62到达- 46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

21、（度）0-120120-150150-210210-240240-330330-360推杆升程 103.170-50.550-52.620（ mm）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专业知识分享完美 WORD 格式3.9各机构的运动循环图第四章方案分析与评价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

22、高；(2) 机器大量使用齿轮，会产生噪音，且造价造价成本高；专业知识分享完美 WORD 格式(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；(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) 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。专业知识分享完美 WORD 格式附录一附图 1.1专业知识分享完美 WORD 格式附图 1.2专业知识分享完美 WORD 格式附图 1.3专业知识分享完美 WORD 格式附录二附图 2.1专业知识分享完美