吉林大学机械原理课程设计说明书健身球综述.docx
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吉林大学机械原理课程设计说明书健身球综述
吉林大学
设计计算说明书
设计题目健身球自动检验分类机设计
汽车工程学院车辆工程专业
421201
设计者张思涛
学号42120126
指导教师
、设计过程
1.1工作原理及已知条件
该机的功能是将直径大小不等的健身球（*=40〜46mm）,经过
送球机构间歇地把球送至尺寸检测工位，由检测机构将三种尺寸的
球一个不漏地分别检测出来，最后经分类接球机构将三种尺寸的球
分别装入各自的存放处，完成一个自动检测运动循环。
健身球自动
检验分类机应有以下几个工艺动作：
送料检测接料
健身球自动检验分类机的电动机转速为1400r/min，捡球速度
为每分钟52个，分检健身球的三种尺寸为：
小球
40mm<♦<42mm中球42mmw$兰44mm大球44mm<♦兰46mm
要求送料滑块的行程H>50mm此分检机应为纯机械式的
1.2设计任务
按工艺动作要求拟定总体机械运动方案简图和直线式运动循环
按三种工艺动作要求对送料结构、检测机构、接料机构进行选型、
并排出功能、工艺动作及执行机构框图
按给定的电动机转速和执行机构的运动参数算出总的传动比，然
后拟定机械传动系统方案
④在A2图纸上画出机械运动方案简图和直线运动循环图
⑤对送料机构进行尺寸设计计算
⑥编写设计说明书一份
、机械系统的选择
2.1原动机的选择
健身球自动检验分类机的原动机应使用220V交流电动机，并且
其转速可调节并设定在1400r/min
2.2传动机构的选择
根据要求，该传动机构的减速器装置中第一级减速用皮带，第
二、三级减速用齿轮，通过该装置将电动机转速降下来。
由于该装置需要较大的传动比，故采用轮系来实现减速。
在传递运动中，因检测机构和送料机构的两传动轴互相垂直，又因在检测过程中需要
送料与检测同步，故在此采用一堆传动比为1的直齿圆锥齿轮。
传
动机构简图如下:
2.3执行机构的选择
送料机构：
曲柄滑块机构
少？
...
该送料机构仅米用了曲柄滑块机构，较凸轮机构省去了弹簧，并且具有急回特性，故选用此机构简单方便也可达到推送小球目的。
检测机构:
^////////
机械运动方案简图:
y
5
I4
3
1.5
4
—II
—1—
參WWW
00
N
2
1—电元
4-At
5—放二
同车隹齿轮用的导锐滑块
冬15—皮帯轻
5—曲柄
9—回位弓单箕
3r12s13、
G—滑块t送秫斗〉
1O一滾于以动悴
14—直齿齿轮丁一检狈I滑块
11-口轮
将滑块的上表面制成斜面与检测通道倾斜角度一致，通道入口处倒圆角防止卡球。
用凸轮机构实现休止通道检测并采用放大机构减小升程从而减小压力角。
2.4机械运动方案简图的拟定
健身球自动检验分类机的功能、工艺动作及执行机构框图。
转角
0°40
°100
°140°
200
240
°360°
检测机构
休止
升程
休止
升程
休止
回程
送料机构
回程
推程
机械系统的运动循环图:
、各主要机构的运动、动力分析与设计
3
3.1检测机构一一凸轮机构的设计
为了达到题目要求，凸轮机构的转速为52r/min,斜通道与
水平面夹角为30°,为使滑块每次运动到休止经历的位移相等,
设计三个斜通道壁厚从上至下分别为8mm6mm4mm则滑块每
次位移均为50mm滑块在竖直轨道内的总升程为:
h=（8+42+6+44+4+46）弓cos30°=173.205mm
放大机构的比例为1:
4，故滚子从动件的升程为:
h=h74=43.3mm
取偏心距e=10mm许用压力角[a]=30。
。
从动件运动规律可选用
余弦加速度运动规律，取推程角％=60。
，共两段；回程角
4=120°,共一段；休止角6=40。
，共三段。
hH-
fS=-[1-COS（hO）]
h兀-
s=—[1+cos（lO）]
2乱
d2s兀2h（兀宮、
ds兀h兀
=—<
（0兰5訓）＜d6":
护叫評）（0弐訓）
d2s兀2h.兀真、
S
=E
0
£.0一
Ss
•OH
tarsi•冒；3■余•事
1）对于推程，代入数据得:
竺=32.475sin36dd
s=10.825（1-C0S3）
所以由压力角公式:
丄ds/d6-e
tana=,
S+Jr；-e2
经试验，当「0=50mm时，
32.475sin®-10tana=
59.815-10.825COS3
6=27.593。
C60。
故，当6=27.593。
时,
%ax=20.81。
<[◎=30。
满足题目要求
2）对于回程，带入数据得:
竺=-32.475si
2
s=21.65（1—cos^）
所以由压力角公式:
丄ds/d5-e
tana=.
s+Jr；-e2
经试验，当「0=50mm时，
3
-32.475sin-§-10tana=23—
70.65+21.65COS氏
2
右=51.75「120°
故，当6=27.593°时,
%axl=29°满足题目要求
综上，凸轮基圆半径可以取
r0=50mm
h
e
rr
ro
巴］
a
max
43.3
10
10
50
30°
29°
（2）由速度瞬心法可以得出滑块速度P13Pi4
故只需量取比片込距离即可得出速度大小由Adams仿真得到速度一一转角图像如下
滑块位移S
50
40
30
20
10
（T
90"
180"200"
曲柄转角
-icwo
-two
ISO^
360*
90"
270^
d
270"
360°
V划
WM
3.3减速机构
齿轮传动
（1）总传动比计算
已知健身球检验分类机每分钟检球
52个，电动机转速
1400r/min，
则:
门12=n11=门4=门5=52r/min
m=1400r/min
总传动比:
i1,12
ni
26.92
皮带轮和齿轮设计:
取:
ri5
「2
ni2
=3
则齿轮传动比大于8,
根据要求：
齿轮传动比
则:
i3,14
且:
则实际传动比:
传动比误差=
<2%,
113,12
■
i3,14
■
i1,12
4咅弓！
=26.92
「2Z3Z13
应选用图示两级传动,
i齿兰3~5，i前>i后，
Z1441715
Z3
Zl2
13
—俺2.79
Z1319
=1.1313,12
i实际=啦天垒X生=3x：
41x_53=26.39
1319
「2Z3Z13
■■
1实际—1理论
■
1理论
"00%=
符合设计要求
26.39-26.92
26.92
咒100%=1.97%
皮带轮2
皮带轮15
皮带轮半径
50
150
皮带轮及各齿轮设计结果:
模数（m/mm）
齿数⑵个）
分度圆直径
（d/min）
压力角（a
/°）
齿轮3
3
26
78
20
齿轮14
3
82
246
20
齿轮13
3
38
114
20
齿轮12
3
106
318
20
锥齿轮4、5
3
20
60
20
（2）变位齿轮的设计
取减速器中的一对减速齿轮：
齿轮
3（标号1）和齿轮14（标
号2）
其中：
m=3mm,z1
=26
Z2=82,
a=20
正常齿制：
ha=1
=0.25
对于齿轮3：
最小变位系数
Xmin
ha
（Zmin~Zi）
zmin
36_0.529
17
对于齿轮4：
最小变位系数
Xmin
=ha*（Zmin-zi）_17-82__3824
zmin
17
设计计算说明书
主
要设计计算过程
标准中心距：
a=m（z1+z2）=162mm
2
标准压力角：
a=20。
取实际中心距：
a=165mm
由中心距与啮合角的关系:
acosa=a‘cosa‘
由无侧隙啮合方程：
-2（X1+X2）
invatana
Z1+Z2
（inva=tana_a）
+inva
所以:
%+x2=z-叱（乙+z2）=1.058
2tana
Xi=0.530
41
X2=0.528
由i3,14=41>3，查《选择变位系数界限图》可得:
X>Xmin
13
均满足:
中心距变动系数:
厂心=32=1
m
齿顶高变动系数:
D=咅+X2-y=0.058
则齿顶高:
ha=（ha*+X-CT）m
hq=4.42mm
ha2=4.41mm
hfi=2.16mm
齿根高:
hf=（ha*+c*-x）m
hf2=2.17mm
rn=6.58mm
齿全高:
h=ha+hf
h2=6.58mm
分度圆直径:
d=mz
d2=246mm
齿顶圆直径:
da=d+2ha
da^86.84mm
da2=254.82mm
dfi=73.68mm
齿根圆直径:
df=d-2hf
df2=241.67mm
dbi=73.30mm
基圆直径:
db=dcosQ
db2=231.16mm
3=5.87mm
分度圆齿厚:
兀m
s=——+2xmta
2
分度圆齿槽宽:
兀m
e=2xmta
2
e,=3.55mm
d=3.56mm
p,=9.42mm
齿距:
P2=9.42mm
d；=79.45mm
节圆直径:
db/COSa‘
d^250.55mm
tanaa^0.64
齿顶圆压力角:
J=arccod
ra
taZa2
=0.46
由重合度计算公式:
1
z=—[z1（tanaar-tana）+z2（tanaa2-tana）]
tana‘=0.42
故满足％>1.2的设计要求
备=1.43
4.
设计感想
通过本次机械原理课程设计，我综合运用了机械原理课程所
学知识，在健身球自动检验分类机设计中综合使用了曲柄滑块机
构、凸轮机构、齿轮机构，对这些机构的设计有了更加深刻的印
象，同时也弥补了机械原理课程中知识离散的缺陷，形成了作为
一个设计者应有的设计思路，基本掌握了设计方法。
此外，由于能力有限，未能完全制作出所设计机构Adams仿
真，只做出了凸轮机构、曲柄滑块机构仿真。
这使我更加认识到
虚拟仿真技术在机械设计中的重要地位和作用，以后应该多加学
习。
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