健身球检验分类机课程设计.docx
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健身球检验分类机课程设计
?
机械原理?
课程设计说明书
健身球检验分类机
院部:
机电工程学院
班级:
12机械卓越班
******
学号:
********
一、设计任务书··························3
1.1设计题目及数据
1.2设计方案
1.3设计任务
1.4工作原理以及工艺动作流程图(a)与功能逻辑图(b)
二、执行构件及其运动设计·················5
2.1进料与送料机构
2.2检验分类与按类存放机构
2.3执行构件的运动循环图〔运动协调性〕设计
2.4机构选型及组合
2.4.1根据工艺过程确定执行构件的运动形式
2.4.2根据执行构件的运动形式选择机构
2.5方案评价及优选
2.6方案结果分析
2.7减速装置的尺寸设计
2.7.1齿轮系传动
2.7.2皮带传送
2.7.3直齿锥齿轮
三、机械系统的运动简图及相关性能分析和方案评价··················16
3.1运动方案简图
3.2健身球分类机优、缺点
3.3健身球分类机的改良
3.4方案整体评价
四、参考文献··························18
一、设计任务书
1.1设计题目及数据
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。
其他技术要求见下表:
健身球分类机设计数据表
方案号
电动机转速〔r/min〕
生产率〔检球速度〕〔个/min〕
A
1440
20
1.2设计方案
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。
1.3设计任务
1.健身球检验分类机一般至少包括凸轮机构,齿轮机构在的三种机构;
2.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;
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。
5.设计计算其中一对齿轮机构;
6.编写设计计算说明书;
1.4工作原理以及工艺动作流程图(a)与功能逻辑图(b)
(a)
(b)
二、执行构件及其运动设计
2.1进料与送料机构
〔1〕进料机构
如上图所示为漏斗形状的进料机构,槽体上安装有一个振荡器,槽体高度h,可根据待测球数量适度调整。
槽壁的倾斜角度为α,其对槽体和健身球的受力情况有较大的影响。
如果α角度过大,那么健身球整体向下的压力缺乏,影响了传递的连续性;如果α角度过小,那么球之间互相压力增大,健身球流动性下降。
所以,
。
我们取α=35°
对于导管直径d,为了保证良好的流动性d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d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,设置了如下列图所示的振荡器装置:
为了防止料槽中,健身球堵塞,本装置使用了如上图所示的解卡振荡器。
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。
把解卡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。
〔2〕送料机构
方案一、四连杆机构
方案二、对心凸轮滑块机构
以上两种方案都同样能完成工作任务,但前者有急回特性,有冲击,而后者假设采用摆线或五次多项式运动规律,那么可防止冲击,并且构造更为简单,便于设计,杆件少,功能损失更少。
所以我们选用后者,即对心凸轮滑块机构。
2.2检验分类与按类存放机构
〔1〕检验分类机构
方案一:
方案二:
理论上,两种方案都可以实现健身球自动检验分类的功能,但实际上方案一在料道1处,直径在φ42及以上的健身球会卡住,而无法实现分类,应选方案二。
在方案二的检料箱体中,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依次设置,小球先检测,接着检测中球,大球直接滚出,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:
β=10°
料道相应尺寸大小如下表:
料道1
料道2
料道3
料道直径〔mm〕
42
44
46
设置滑块轨道有关尺寸为:
其中,
是滑块1的行程,
mm
mm
另外,在滑块2的前端,留有在
的距离,考虑到健身球的形状以及其重力作用的因素,其能够按照预想的路程进展检料。
〔2〕按类存放装置
如下列图所示:
2.3执行构件的运动循环图〔运动协调性〕设计
电机
减速1
减速2
减速3
运动分支
2.4机构选型及组合
电动机转速〔r/min〕
生产率〔检球速度〕〔个/min〕
1440
20
2.4.1根据工艺过程确定执行构件的运动形式
送料功能的执行构件是滑块1,它作间歇往复直线运动;
检验分类功能的执行构件是滑块2和滑块3,它们都作间歇往复直线运动。
2.4.2根据执行构件的运动形式选择机构
〔1〕送料滑块1的间歇往复移动,可选凸轮机构,连杆机构,凸轮+连杆机构等。
〔2〕分类滑块2的间歇往复运动,可选凸轮机构,连杆机构,凸轮+连杆机构等。
〔3〕分类滑块3的间歇往复运动,可选凸轮机构,连杆机构,凸轮+连杆机构等。
2.5方案评价及优选
功能元
功能分解〔匹配的机构〕
1
2
3
减速1
带传动
齿轮传动
蜗杆传动
减速2
带传动
齿轮传动
蜗杆传动
减速3
带传动
齿轮传动
蜗杆传动
送料滑块1的间隙往复运动
凸轮机构
连杆机构
凸轮+连杆机构
分类滑块2的间隙往复运动
凸轮机构
连杆机构
凸轮+连杆机构
分类滑块2的间隙往复运动
凸轮机构
连杆机构
凸轮+连杆机构
如上表格所示的粗黑体的功能综合,即为设计的最正确方案。
2.6方案结果分析
根据实践经历,在推程时,许用压力角
的值对于移动从动件,
=30°~38°。
在回程时,对于力封闭的凸轮,这时使从动件运动的是封闭力,不存在自锁的问题,故可采用较大的压力角,通常取
=70°~80°。
并
且,最大压力角
,因此,我们可以取
=30°,
'=70°。
从上面的调试结果可知,升程
<
=30°,回程最大压力角
=70°,且没有运动失真的现象,故满足设计的要求。
2.7减速装置的尺寸设计
本分类装置采用上图所示的减速器,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。
2.7.1齿轮系传动
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)
2.7.2皮带传送
如下图为皮带减速机构,带轮1连接原动件转速为
=1440r/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
,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)
2.7.3直齿锥齿轮
直齿轮4与直齿锥齿轮5、凸轮7、凸轮8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9同轴连接,根据齿轮传动原理有:
=
(5)
=
(6)
由凸轮9与直齿锥齿轮同轴传动有:
(7)
根据提供的原动件转速为
=1440r/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20个/min,设计的凸轮滑块构造实现凸轮转动一圈完成一个健身球的检测,可以得到凸轮9的转速为:
同时,齿轮4与凸轮7和凸轮8是同轴传动,故
那么
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,经过比拟设计皮带传动构造与齿轮系传动构造的相应参数如下:
表:
皮带轮参数
带轮1
带轮2
皮带轮半径〔mm〕
30
240
表:
各齿轮参数
模数(mm)
压力角(°)
齿数(个)
直径(mm)
分锥角(°)
齿轮1
3
20
20
60
/
齿轮2
3
20
60
180
/
齿轮3
3
20
20
60
/
齿轮4
3
20
60
180
/
直齿锥5,6
3
20
40
120
90
三、机械系统的运动简图及相关性能分析和方案评价
3.1运动方案简图
注:
1,2,3,4—直齿轮5,6—锥齿轮7,8,9—凸轮10—弹簧11—推杆
12—振荡器 13—进料槽14—料槽15,16—推杆 17,18,19—收集箱
3.2健身球分类机优、缺点
〔1〕设计构造简单,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相卡住的机率;
〔4〕传送带靠摩擦力工作,传动平稳,噪声小。
〔1〕由于机构简单,故准确度不高;
〔2〕振荡器的使用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〕不适用于高速分类。
3.3健身球分类机的改良
〔1〕可通过准确的调整解卡振荡器的频率,从而减小噪音;
〔2〕使用摩擦系数较小的导轨,提高选择精度。
3.4方案整体评价
运动准确性:
由于齿轮设计和凸轮设计都是按照检球速度20个/分来设计,因此凸轮和锥齿轮的转动速度都是20转/分。
运动平稳性:
由于从电机到减速器采用带传动,齿轮的尺寸适中且工作速度适中,因此传动比拟平稳。
构造紧凑性:
通过一个电动机实现送料机构、变速机构、分料机构的工艺动作,且外形尺寸比拟合理,构造较紧凑。
但健身球也可能发生被卡而不能滚下斜坡。
四、参考文献
1.?
机械原理课程设计手册?
主编:
牛鸣岐王保民王振甫大学2001
2.?
机械原理?
主编:
王知行延荣高等教育2000
3.?
机械设计课程设计?
主编:
秀宁大学1995
4.?
机械原理?
第七版主编:
恒作模高等教育2006
5.?
机械原理课程设计指导书?
主编:
裘建新高等教育2005
6.?
机械设计?
主编:
徐锦康机械工业
7.?
机械原理与设计课程设计?
主编:
王三民机械工业2004
8.?
机械原理课程设计手册?
主编:
邹慧君高等教育1998