健身球分类机副本.docx
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健身球分类机副本
目录
第一章：
设计任务····························2
1.1设计题目·························2
1.2设计要求·························2
第二章：
机械运动方案的设计与分析决策········3
2.1方案设计与选择···················3
（1）进料机构和送料机构··························3
（2）筛选机构···································4
（3）接料机构···································5
2.2机构工作原理·····················6
2.3整体工作流程设计·················7
第三章：
机构尺寸设计及计算··················8
3.1机构减速装置设计·················8
3.2槽轮机构及检测装置···············11
3.3凸轮机构等机构设计···············11
3.4齿轮设计·························14
3.5整体运动协调设计·················15
第四章：
设计小结···························15
第1章设计任务
1.1设计题目
（1）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。
（2）健身球直径范围为φ40~46mm，要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。
（3）直径范围在φ40~42mm的为第一类，直径范围在φ42~44mm的为第二类，直径范围在φ44~46mm的为第三类。
技术要求：
方案号
电动机转速（r/min）
生产率/（个/min）
A
1440
20
B
960
10
C
720
15
1.2设计要求
（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）绘制健身球检验分类机的机构运动方案简图和运动循环图。
（4）绘制凸轮机构设计图（包括位移曲线、凸轮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。
盘状凸轮用解析法设计，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。
设计任务
数据
电动机转速（r/min）
960
生产率（个/min）
10
第2章机械运动方案的设计与分析决策
2.1方案设计
我们认为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。
我们将整个机构进行功能分解，分为进料和送料机构、筛选机构、接料机构
1、进料和送料机构:
方案A
方案A中健身球受到的冲击力较小；缺点是在漏斗出口出可能出现健身球相互卡死的情况，而且健身球还有可能提前到达筛选机构位置，影响整个流程。
同时制造和安装比较麻烦。
方案B
方案B中采用凸轮滑块机构，组装较简便，且在漏斗出口下方有小凹洞，在轨道两侧有护栏，确保了小球的运动轨迹和时间的准确，同时，曲柄摇杆机构的存在有效的降低了漏斗中健身球相互卡死的几率。
综上所述，选择方案B作为进料和送料机构
2、筛选机构:
方案
（1）：
方案1中是通过健身球的直径限制来实现分类，但是在该机构中，直径最小的健身球将会直接从高处落至接收装置中，可能会造成健身球的损坏。
方案
（2）：
方案2中采用的是凸轮滑块机构推动杆1进行检测，经计算后发现其对凸轮的推程设计要求高，使得凸轮基圆半径和整体机构体积变得较大，而且易磨损。
同时还有可能出现较大直径健身球卡死在小孔入口的情况，且精确还不高。
方案（3）：
方案3则是利用槽轮机构与不同宽度的槽形的配合实现分类，健身球进入进料口后，随着推板进入第一个选择区，若小球直径小于42mm则掉入该区下的通道，反之则停留在I区上，之后在推板的作用下进入下一个区域，以此类推即可。
由于有槽轮机构带动的推板作用，避免了槽型方案中会出现的健身球被卡死的问题，而且精确度较高。
缺点就是对于推板的转向有要求，需要先进行小球的筛选，再到大球的筛选。
综合以上考虑，选择方案（3）作为筛选机构
3、接料机构：
弹簧的安装有效的减小了健身球落入时的冲击力，降低了小球损坏的几率，同时这个对于装置的容积影响也很小。
2.2工作原理
健身球检验分类机工作原理：
1、优点：
（1）设计结构简单，能耗低；
（2）设计制造简单；
（3）使用曲柄摇杆机构，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：
需要控制电动机的转向以控制槽轮机构的转向
2.3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
第3章机构尺度设计
3.1机构减速装置设计
（1）电动机：
健身球检验分类机原动件采用转速为960r/min的交流电动机。
（2）减速器：
图2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3皮带轮减速机构
如图所示为皮带减速机构，带轮1连接原动件转速为N=960r/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，皮带2的半径为R2，根据皮带传动原理有：
皮带1与皮带2的转速与半径成反比：
（2.2）齿轮系传动：
如图1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：
由上式可得：
（2.3）直齿锥齿轮：
直齿轮4与直齿锥齿轮5、直齿锥齿轮7（见图1）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与凸轮轴蜗杆连接（见图1），直齿锥齿轮7和直齿锥齿轮8垂直啮合，直齿锥齿轮8与槽轮机构中的曲柄同轴连接（见图1）根据齿轮传动原理有：
由凸轮与直齿锥齿轮轴蜗杆传动有：
由槽轮曲柄与直齿锥齿轮同轴传动有：
根据提供的原动件转速为N=960r/min的交流电动机与课程设计要求，在
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，可以得到凸轮的转速为：
设计的槽轮推板结构实现槽轮曲柄转动一圈完成一个健身球的检测，可以得到槽轮曲柄的转速为：
则
同时，齿轮4、齿轮5与齿轮7是同轴传动，故可以只选其中一个进行计算
则
根据公式可以得出：
因此由上两式可以得出:
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
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
80
400
齿轮3
5
20
20
100
齿轮4
5
20
60
300
直齿轮5,6,7,8
5
20
40
200
90
3.2槽轮机构及检测装置
图4槽轮机构简图
图5推板图6检测机构简图
3.3凸轮机构、进料机构及曲柄摇杆机构设计：
1、凸轮机构
如图所示，齿轮4与凸轮9同轴传动，凸轮9与杆、滑块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，根据进料装置的尺寸设计（见图10），可建立滑块的运动规律图。
滑块的运动规律如图7所示：
图7滑块运动规律图
基圆半径
，角速度ω，从动件的运动规律如图，设计该凸轮轮廓曲线。
由齿轮4与凸轮9的传动规律有：
ω=
=
设计该凸轮的基圆半径
与
到
：
则凸轮进程运动图如图8所示：
图8凸轮进程运动图
按对心平板直动从动件盘形凸轮作出廓线—理论廓线。
图9凸轮廓线设计图
凸轮9与杆、滑块构成凸轮滑块传动机构，在凸轮9的带动下，滑块由于杆的约束做图7所示的运动，设计滑块为长型滑块，在远休止时，也能保证料槽中的小球不会落下。
2、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，并且在进料机构一侧加装了曲柄摇杆机构，使小球能顺利落下。
图10进料装置
图11进料装置送料凸轮
（2）料槽装置
图12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。
3、曲柄摇杆设计
图13曲柄摇杆机构
为了防止料槽中，健身球堵塞，本装置使用了如图13所示的曲柄摇杆机构。
其利用凸轮的转动，使得料槽一侧的挡板左右摇动，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。
3.4齿轮机构设计：
3.4整体运动协调设计：
图14进料推杆滑块与检料槽轮机构协调进程示意图
即当凸轮滑块机构到达远休止位置时，槽轮机构转动位置如图所示，转动方向为顺时针方向，推板方向就为逆时针方向。
另外，在滑块的前端，我们认为可以留有在0—5mm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。
第四章设计小结
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。
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。
刚开始，我们根本无从下手，好在有老师的耐心讲解和指导，我们才结合自己平时的理论基础，一步一步地完成了这次课程设计。
同时，这次设计更好地锻炼了我们在处理问题时的团队协调合作能力，培养了我们的团队精神，对具体任务的分工协作精神。
总之，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]裘建新主编《机械原理课程设计》北京·高等教育出版社，2010.7
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