健身球自动检验分类机

目 录一、设计题目及任务.1设计题目及原始数据1.2设计方案提示1.3设计任务二、设计要求 42.1功能要求 42.2工作原理 42.3工艺流程图 4三、机械系统的选择及比较 53.1电动机的选择及比较 53.2传动机构的选择及比较 53.3执行机构的选择及比较 7四、健身球检验分类工作原理及工艺动作流程图 124.1健身球检验分类机工作流程 124.2机械系统运动方案简图 134.3健身球检验分类机的基本组成 13五、机器基本组成应用及尺寸设计 135.1电动机 135.2减速器 135.3传动装置 145.4凸轮推杆滑块 175.5检验装置与接料装置 195.6进料机构设计 205.7各机构的运动循环图 21六、偏置曲柄滑块的运动分析 226.1构件的基本尺寸 226.2连杆机构的运动分析流程图 236.3编写程序 24七、方案分析与评价 297.1优点 297.2缺点 297.3改进 29八、总结 30九、参考文献 31附录一 32附录二 33附录三 36附录四 37精选文档一、设计题目及任务1.1设计题目及原始数据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ф40～ф46mm，要求分类机将健身球按直径的大小分为三类：第一类：40≤ф≤42；第二类：42<ф≤44；第三类：44<ф≤46。技术要求见下表：表1技术要求参数每分钟检球个数 m/（个） 电动机转速 n/（r/min）方案号2-7 46 14001.2设计方案提示健身球自动检验分类机是创造性较强的一个题目，可以有多种运动方案实现。一般的思路在于：球的尺寸控制可以靠三个不同直径的接料口实现。例如：第一个接料口直径为42mm，中间接料口直径为44mm，而第三个接料口直径稍大于46mm。使直径小于（等于）42mm的球直接落入第一个接料口，直径大于42mm的球先卡在第一个接料口，然后由送料机构将其推出滚向中间接料口。以此类推。球的尺寸控制还可由凸轮机构实现。此外，需要设计送料机构、接料机构、间歇机构等。可由曲柄滑块机构、槽轮机构等实现。— 2精选文档1.3设计任务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；设计传动系统并确定其传动比分配，并在图纸上画出传动系统图；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；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；设计计算其中一对齿轮机构；编写设计计算说明书；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。二、设计要求— 3精选文档2.1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ф40～ф46mm，要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。ф40mm≤第一类≤ф42mmф42mm<第二类≤ф44mmф44mm<第三类≤ф46mm2.2工作原理健身球检验分类机的工作原理是由进料机构、送料机构、检验机构、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杆是健身球能持续定量的进入工作台相对应的小槽内，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、47mm小槽，根据小球能通过而大球不能通过的原理，健身球先通过直径为 40-42mm的第一个孔，如果不能滚入，则通过直径为42-44mm的第二个孔和直径为 44—46mm的第三个孔，依次类推，直至用检验机构来完成对所有球的检验和分离； 接料机构是在运用接球通道将分类掉下来球通过滚槽进入指定的装置，然后再用接球仪器将球接住。2.3工艺流程图进料机构持定量健身球，以直线、间歇的进球健运用曲柄滑块或者凸轮推杆是健身身球送料机构球能持续定量的进入工作台相对应检的小槽内，让健身球每6秒钟进入验一个，使工作持续稳定进行分类机健身球间歇得掉下来，尺寸不同球将通的检验机构工过不同的小槽精确检验，直至完成检验作系统接料机构运用接球通道将分类掉下来球通过滚槽进入指定的装置三、机械系统的选择— 4精选文档机械系统通常由一般由原动机、传动装置和工作机（有时又称执行机构）三部分组成如图２－１：图2—11—减速器 2—联轴器 3—电动机3.1 电动机的选择本健身球检验分类机原动件采用转速为 1400r/min的交流电动机。3.2传动机构的选择及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。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高速级，以获得较小的结构尺寸；同时，摩擦力大，发热大。同时蜗杆传动在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化，因而摩擦损失较大，效率低。根据以上的分析比较，考虑减小噪声、振动等方面的要求的工作条件可以得到，在此采用带传动。3.3执行机构的选择及比较3.3.1送料机构偏置曲柄滑块机构所采用的进料机构如图 3—1所示。当小球不断的从进料槽中进入时，运用偏置曲柄滑块机构，用滑块间歇的让球进入，以不至于无法控制球的进入， 最终球顺着右边的壁做自由落体运动 ,落在指定位置。，设计优点：有急回特性，球的正下方有一个微小的凹槽， 使球下落在槽内不会自行滑动，且滑块将球推出后，滑块的后半部分能够堵住进料口， 不会使球往— 5精选文档下落。特点：机构比较简单，比较容易设计制造。并且其具有急回特性，回程时间较少，更能提高健身球检验装置的效率。1——进料槽 2——对心滑块机构图3-1运动简图3.3.2 检料和接料机构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。特点：衔接紧凑。滑块 1和滑块2之间实现统一一致。效率高。通过滑块2将健身球拖住，进行较正确，较精确地分类。控制性好。同时也能够将送料机构里的滑块与检测机构里的滑块统一起来运动。图3-2运动简图1——检料机构 2——接料机构综上考虑，在设计健身球检验装置的同时， 我们还需要进行 46个/min效— 6精选文档率和整个装置的自然衔接的实现。因而，检料机构需要较强的灵活性和很好的间歇循环。同时，还需要进行送料机构和检料机构的衔接。所以，我们选择了如图作为检料和接料机构。四、健身球检验分类机工作原理及工艺动作流程图4.1 健身球检验分类机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引入带凹槽的导轨中电机通过变速器带动滑块 1推动健身球健身球在滑块 1推动的作用下由导轨进入检料装置口健身球由滑块 2引入检料装置，并跟随滑块 2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图4-1检验分类机工作流程图4.2机械系统运动方案简图（大图见附录四）— 7精选文档图4—2健身球检验分类机运动方案简图1,2——皮带轮 3,4,5,6 ——直齿轮 7，11——凸轮 8,9,10 ——锥齿轮12——连杆 13——推杆 14——滑轮 15——料槽五、机器基本组成应用与尺寸设计5.1电动机本健身球检验分类机原动件采用转速为 1400r/min的交流电动机。5.2 减速器— 8精选文档图5-1减速装置本分类装置采用图5-1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。5.3传动装置皮带传送图5-2皮带减速机构如图5-2所示为皮带减速机构，根据传动比的需要，本机构采用平带传动，够使机械的效率保持在在0.98--0.98之间，且寿命比V带长。其基本原理是带轮1连接原动件转速为n0 960r/min的交流电动机，皮带 2连接齿轮系中的齿轮3，皮带1的半径为r1，皮带2的半径为r2，根据皮带传动原理有：n1=n0 (1)皮带1与皮带2的转速与半径成反比：— 9精选文档n1=r2(2)n2r1齿轮系传动：如图5-3所示，带轮2与齿轮3同轴传动，齿轮3与齿轮4啮合传动，齿轮4与齿轮5同轴传动，齿轮5与齿轮6啮合传动，齿轮6与直齿锥同轴连接，根据齿轮系传动原理有：n2 n3n3 z4n4 z3n4 n5n5 z6n6 z5由上式可得：

(3)n6=n0r1z3z5(4)r2z4z6直齿锥齿轮：图5-4锥齿轮啮合简图如图5-4所示，直齿轮6与直齿锥齿轮8、凸轮7（见图3-9）同轴传动，直齿锥齿轮8与直齿锥齿轮9垂直啮合，直齿锥齿轮10与凸轮11同轴连接（见附图），根据齿轮传动原理有：n6=n8(5)n8=n9(6)n9=n10=n11（7）— 10精选文档由凸轮7与直齿锥齿轮同轴传动有：n7=n6 (8)根据提供的原动件转速为 n0 960r/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（ 3.3.3），可以得到凸轮 7的转速为：n710rad/s10r/min303同时，齿轮4与齿轮7是同轴传动，故n6n7rad/s3则n096032rad/s960r/min30根据公式(4)可以得出：n6r1z3z5n032r1z3z5rad/sr2z4z6r2z4z6因此由上两式可以得出:r1z3z51r2z4z696根据1比96的比例关系，我们选取适当的皮带轮半径和齿轮齿数r1z3z5 1 1 1 1r2z4z6 2 8 6 96故我们得出:r2 2r1,z4 8z3,z6 6z5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2、表3：表2皮带轮参数带轮1带轮2皮带轮直径（mm）100200表3各齿轮参数— 11精选文档模数(mm)压力角(°)齿数(个)直径(mm)分锥角(°)齿轮32202040/齿轮4220160320/齿轮52202040/齿轮6220120240/直齿锥22080160908,9,10,11一对齿轮与一对直齿锥齿轮啮合如图5-5所示：图5-5直齿轮、锥齿轮啮合简图5.4 凸轮机构5.4.1 凸轮机构如图5-6所示，齿轮6与凸轮7同轴传动，凸轮 7与杆13、滑块2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11的转速相同，设计滑块1将待测球推入检测装置的同时，滑块2在 的h1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，检料装置的尺寸设计（见表4）。— 12精选文档图5-6检料装置运动图表4检料装置料道尺寸料道1料道2料道3料道直径（mm）424447凸轮运动带动滑块2向上升，经过大孔（47mm）中孔（44mm）及两层隔板（2mm），最终到达小孔（42mm）端口处时进行休止，总升程h1=96.4mm；滑块接住球后进行回程，经过中孔（44mm）及一层隔板（2mm）到达中孔底端口处再次进行休止，此时滑块的运动位移为h2=49.7mm；h3为隔板厚度，取2mm，预留量为0.7mm；杆长自定义为120mm，大于通道长。根据凸轮运动规律，可以得到以下数据：设置滑块轨道有关尺寸为：h196.4mmh2 49.7mmh3 2mm杆长为120mm— 13精选文档5.4.2 凸轮的设计凸轮基圆半径r0，角速度ω，设计该凸轮轮廓曲线。由齿轮 4与凸轮7同轴传动有： ω= rad/s3设计该凸轮的基圆半径 r0，偏距e：r0 80mme=30mm滚子半径 R t=10mm凸轮的各参数如图 5-7所示(见附表一)其动画演示如图 5-9所示（见附录二）根据凸轮的各参数以及运动循环和推程、回程规律，可得凸轮的运动分段如图5-10（见附表二）5.5 检验装置与接料装置图5-11检料装置图— 14精选文档在检料箱体中，滑块 2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：=105.6 进料机构设计5.6.1偏置曲柄滑块图5-12进料机构简图如图5-12所示，曲柄与直齿锥齿轮11同轴传动，直齿11与凸轮7具有相同的转速。A到C的垂直距离为150mm，滑块的行程为C1C2=240mm，A点铰链固定后，AC1=188mm,AC2=384,根据公式得AB=(AC 2-AC1)/2=97.86mm BC=(AC2+AC1)/2=286.2mm行程速比系数为 K=1.4，根据公式得极位夹角为θ=180度x（K-1）/(K+1)=30度。5.6.2 料槽装置— 15精选文档图5-13料槽装置简图如图5—13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。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，3045。5.7各机构的运动循环图图5-14运动循环图当滑块1将健身球刚好推入检料机构时， 凸轮经过一个推程将滑块 2推至料道1位置，接住健身球。然后，在这个位置进行 0.5s的休止，使合适的健身球能够进入料道1.不符合的健身球跟随滑块向下进行 1s的回程运动，在料道再进行一— 16精选文档个0.5s的休止，使合适的小球进入下一个料道。凸轮继续回程1.5s，使最大的小球进入最后一个料道。在完成0.5s的休止后，小球滚入料道，然后完成整个过程后，凸轮将送滑块进入下一个循环。六、偏置曲柄滑块的运动分析6.1构件的基本尺寸图6-1运动分析示例曲线图如图 6-4（见附表三）— 17精选文档七、 方案分析与评价7.1 优点设计结构简单，能耗低；设计制造简单；减小了健身球之间的相互碰撞；传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小。7.2 缺点由于机械机构简单，故精确度不高；不适合用于高速分类。3）进料装置上可能产生互卡。7.3 改进可使用振荡器，减小进料装置的互卡，但要通过精确的调整解卡振荡器的频率，从而减小噪音；使用摩擦系数较小的导轨，提高选择精度。— 18精选文档八、总结经过一个周的课程设计是我深刻地体会到首次设计的艰辛。课程设计的每一天，我从实践的过程中学到了一些理论无法学到的技能,领略到了处理专业技能问题的技巧,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的重要性，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。认识到在以后的工作学习中，动手能力是尤其的重要，只有那样才能会有更大的收获。作为一名机械专业的学生，掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的，在本次课程设计中，我学会了使用AutoCAD、PRO-E等三维制图