机械原理课程设计健身球自动检验分类机-毕业论文.doc

《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：
设 计 者：
学 号：
指导老师：
日 期： 2015年6月16日

目录

第1章 设计任务 1
1.1设计题目 1
1.2设计任务 1
第2章 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3章 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 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。
1. ф40≤第一类≤ф42
2. ф42<第二类≤ф44
3. ф44<第三类≤ф46
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
A
1440
20
B
960
10
C
720
15

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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
电动机转速
A
B
C
A
B
C
A
B
C
生产率
A
B
C
B
C
A
C
A
B

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。
（2） 减速器：

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的半径为，皮带2的半径为，根据皮带传动原理有：
= (1)
皮带1与皮带2的转速与半径成反比：
= (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：

(3)
由上式可得：
= (4)
（2.3） 直齿锥齿轮：
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)
= (6)
由凸轮8与直齿锥齿轮同轴传动有：
= (7)
根据提供的原动件转速为的电动机与课程设计要求，在的前提下，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一圈完成一个健身球的检测，可以得到凸轮8的转速为：

同时，齿轮4与齿轮7是同轴传动，故

则

根据公式(4)可以得出：

因此由上两式可以得出:

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

故我们得出:
,,

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）
100
800
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
d
d1=100，d2=300
齿顶高
ha
5
齿根高
hf
6.25
齿顶高直径
da
da1=110，da2=310
齿根高直径
df
df1=87.5，df2=287.5
基圆半径
db
db1=93.9，db2=281.7
齿距
p
15.7
齿厚
s
7.85
中心距
a
200
基圆齿距
pb
1.25

（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运动规律图
基圆半径，角速度ω，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：
ω==
设计该凸轮的基圆半径与到：

则凸轮1和凸轮2进程运动图如图10所示：

图10 凸轮1进程运动图

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，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）
42
44
47
设置滑块轨道有关尺寸为：

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。

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。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：

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，学会了利用程序分析设计各类凸轮机构，真正做到了学以致用，并且提高了我们对CAD画图，Word文档排版编辑的能力以及诸多方面的能力，这次设计是个综合性设计。在这次课程设计的过程中，我们真正体会到了设计工作的严谨性和自己很多方面知识的不足。在这次课程设计过程中，我们受益匪浅。我们相信通过越来越多的实践体验，我们一定能更好地掌握机械专业各方面的知识。

参考书目

[1]孙桓，陈作模，葛文杰编著，《机械原理》，北京高等教育出版社，2006.5。
[2]裘建新编著，《机械原理课程设计》，北京高等教育出版社，2010.7。