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
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