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健康球分类
机械原理课程设计说明书
设计题目：
健身球检验分类机
2009年6月25日
目录
第一章总论及设计要求
1.1设计要求………………………………………………
（1）
1.2功能分解…………………………………………………
（1）
1.3工作原理…………………………………………………
（1）
1.4工艺动作流程图………………………………………
（2）
第二章传动方案
2、1机构的选用……………………………………………
（2）
第三章主要执行机构方案设计
3、1进料机构………………………………………………（3）
3、2检验机构………………………………………………（3）
3、3分离机构…………………………………………………（4）
3、4传动方案的拟定………………………………………（5）
第四章机构运动方案简图
4、1机构运动方案简图……………………………………（6）
4.2同组方案简图……………………………………………（8）
第五章方案的评价
5、1方案的讨论……………………………………………（10）
5、2心得体会………………………………………………（11）
5、3最终确定方案…………………………………………（11）
第六章参考资料
6、1参考资料……………………………………………（14）
第1章总论及设计要求
1、1设计要求
（1）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ф40≤第一类≤ф42、ф42<第二类≤ф44、ф44<第三类≤ф46三类。
其他技术要求见表1：
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
表1健身球分类机设计数据
（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.编写设计计算说明书。
表2为设计任务分配表。
表2设计任务分配表
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
（3）设计提示
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：
1.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。
2.球的尺寸控制还可由凸轮机构实现。
3.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。
1、2功能分解
为完成健身球分类过程，需实现下列运动功能要求
（1）进料是一个往复运动过程，因此需要设计相应的进料机构。
（2）要将球据直径大小分类，就必须抓住直径不同这一特点设计一个检验机构。
（3）检验之后还得将球分离开来，因此又必须设计一个分离机构
1、3工作原理
进料机构在往复运动过程中，当进料机构在回行程中末端通过漏斗左边，漏斗中的球将落下一颗占据进料机构在漏斗下的位置，在去行程中机构将球推入检验斜槽中，检验斜槽由上往下直径分别为46、44、42，根据小球能通过而大球不能通过的原理，直径为44~46的将停留在第一个接口处，而直径为42~44的将停留在第二个接口处，直径为40~42的顺利通过。
停留的球将通过分离机构钩入侧边的槽中，以此来完成对所有球的检验和分离。
1、4工艺动作流程图
第二章传动方
2、1机构的选用
功能
工艺动作
执行机构
进料
直线往复运动
凸轮滑块机构
检验
允许直径小于孔直径的球通过
圆弧形平级轨道
接球
球掉入指定的接球装置中
无
第三章主要机构方案设计
3、1进料机构
1）图形如下：
方案：
采用如图的装置，主要有进料槽、凸轮机构组成。
让球不断的下落，滑块把球送入指定的位置。
3、2检验机构
检验机构除了能够识别球的大小之外没有任何要求，对此我们可以设计一个首段直径为46，中间段直径为44，末段直径为42的圆形平级
3
递减的半圆形轨道，然而为了不让前面所检验的球阻挡后面球的路径，于是我们又在首、中段相交略偏上和中、末段相交略偏上的地方分别开一个槽，为分离机构能够顺利将球分开做好准备，这个机构有着结构简单、且易于加工制造的优点。
因此它成为我的检验机构的首选。
图形如下：
3、3分离机构
1）偏心轮与抓钩连接的组合机构。
这种机构可以完成分离球这一动作，但它一般只用端点处，而在此设计的分离机构中，需要一个在中间的分离机构。
2）几字形与抓钩连接的组合机构。
不仅能够完成分离的动作，还能够满足在中间工作这一点。
而且该机构便于加工，成本较低。
因此，我选择几字形与抓钩连接的组合机构。
4
3、4传动方案的拟定
进料机构、检验机构、分离机构的分析及拟定如上，机构中其它连接
1）电动机的传动工作机要求与原动机并不严格要求同步，因此皮带和齿轮传动我选择皮带传动，它比起齿轮传动相比具有成本低、噪声小、传动平稳、且易于更换的特点。
更有一点是齿轮加工非常困难，因此我选择皮带传动。
2）电动机带动圆柱凸轮机构我选择三个齿轮而两个齿轮的原因在于若选择两个齿轮，要达到要求则主动轮齿数较少，从动轮齿数较多，时间一长，主动轮的磨损就会很大，从动轮的磨损虽然小，但还是得一对齿轮的进行更换，这样从动轮就得不到充分的利用。
而选择三个齿轮虽说在加工成本上要比两个齿轮的高，但三个齿轮都可以得到充分的利用，且三个齿轮工作的时间相对两个齿轮工作时间要长，从长远来看，选择三个齿轮传
5
动要远比两个齿轮传动划算。
因此总的方案见第四章。
第四章机构运动方案简图
4.1机构运动方案简图
方案一：
电机经一个减速器之后通过皮带带动连有齿轮和分离机构的轴一起转动。
齿轮1将转动传递给同一水平面的齿轮2，再由齿轮2传递给同一水平面的齿轮3，而齿轮3则带动圆柱凸轮机构转动，使滑块左右做往复运动，从而将漏斗中的健身球间断性地一个一个地推入检验轨道中。
而分离机构将在检验导轨中做去行程抓钩抬高，而回行程顺轨道返回以完成将球抓回这一动作，若轨道中有球被拦住，则将被抓钩在回程中抓回到侧边的轨道中。
整个机构综合完成对健身球的检验和分离。
机构的简图如下所示：
6
7
4.2同组方案简图
方案二：
电动机经减速器通过皮带传动带动蜗杆运动，蜗杆带动皮带轮和凸轮的组合机构运动，带轮带动凸轮转动，从而使得滑块送料斗左右运动，并将球送入检验轨道中。
凸轮在转动过程中将曲柄滑块机构顶起和放下，在顶起时，若球的直径大于孔的直径，则在曲柄滑块机构向上运动时两边的拐点将球顶入下一级轨道。
从而达到将球分离的目的。
8
方案三：
机构简图
图中个数字代表的名称如下：
1.上筛盘出料阀门；2.下筛盘出料阀门；3.上出料槽；4.下出料槽；
6.凸轮；7.电动机；8.进料机构；9.进料槽；11.上筛盘；12.下筛盘；13.滚珠
解释图中机构运动情况：
由电动机带动通过齿轮传动使两个凸轮运动.随后筛盘11，12机构上下运动保证球在筛盘内能起到筛的作用。
同时在筛盘启动时，左边进料机构，右边进料机构也同时启动。
进料阀9开启，落入一个球（通过惯性落入），则处于最高点的筛盘11.12准备往下落.而出料阀门1.2准备开启.当筛盘机构落入最低点并在此达到最高点时，此时进料阀门1.2开启，而进料阀门9关闭.保证筛盘在最高点有一顶间歇.（通过设计凸轮保证）。
9
第五章方案的评价
5、1方案的讨论
方案一：
该方案由于分离机构在分离球的过程中，球的运动有一段是水平的，因此整个设计中分离机构、三个齿轮的轴心线都必须在同一水平面上，这样整个机构所占的空间较大。
10
方案二：
该方案在送球时球可能会连续落入检验轨道中，而且轨道在斜度的设计上要求较高，若设计不当则有可能会使球冲到下一级轨道中，使得部分球没分开。
方案三：
该方案在设计筛子时要求较高，首先得保证筛孔是圆形，更困难的是筛孔的直径的保证。
在筛子上的球也很难送出，并且这样进行分离筛子的使用寿命较短，增加了成本。
5、2心得体会
此次课程设计让我有着很深的体会，设计的大体方案在大脑中想着是不怎么难，但一到实际绘图中，许多的问题就一个一个的出来了，好多的细小因素都没考虑到，导致先想的许多能实现的机构都因为某一因素而不得不选择其他的，CAD绘图也是一大问题，好多图线怎么样表达也还是不太懂，导致第一次打印出来的方案线条表达不清楚这样的情况发生，同组人的团结也很重要，大家的相互讨论帮了我不小的忙，在很多的细节上给了我提示。
此次设计还让我知道了学以致用的这一道理，课本上的好多知识点都应用到了实践当中。
查资料、CAD绘图、实际动手能力都相应的得到了加强。
5、3最终确定方案
该方案与方案1相比，分离机构进行了适当的调整，改为用凸轮和推杆组合的机构来进行分离，工作原理是：
凸轮转动使得推杆上下运动，在此过程中，回程是一个急回运动，图形如下：
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总方案简图
电机经一个减速器之后通过皮带带动连有齿轮和分离机构的轴一起转动，凸轮在转动过程中推动推杆做上下运动，在推杆往上运动过程中，若轨道交接处有球停留，则它将随推杆向上的运动而逐渐往侧边轨道运动，最终落入侧边轨道，达到将健身球进行检验并分离出来的结果。
而齿轮1则将转动传递给同一水平面的齿轮2，再由齿轮2传递给同一水平面的齿轮3，而齿轮3则带动圆柱凸轮机构转动，使滑块左右做往复运动，从而将漏斗中的健身球间断性地一个一个地推入检验轨道中。
完成整个健身球的检验和分离。
12
此方案比起方案1来说，它减小了所占的空间，因为该方案的凸轮、齿轮和轨道在同一竖直平面内，比起方案2来说它避免了因轨道的倾斜度设计不理想而冲到下一级轨道的可能。
再者，凸轮要求的尺寸也并不严格，制造相对就简单了许多。
综上所述的种种特点，我们选择该方案为我们的最终方案。
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第六章参考资料
机械原理课程设计主编王淑仁科学出版社
机械设计基础课程设计主编毛友新安徽科学技术出版社
机械原理主编孙恒陈作模葛文杰高等教育出版社
机械原理课程设计指导书主编裘建新高等教育出版社
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