健身球检验分类机课程设计方案机械原理.docx
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健身球检验分类机课程设计方案机械原理
目录
第一章功能与设计要求2
1.1功能要求2
1.2工作原理2
1.3功能分解2
1.4功能原理的工艺过程分解3
第二章机械系统的选择与比较5
2.1电动机的选取5
2.2传动机构的选取与比较5
2.3执行机构的选取与比较7
2.4构件的运动形式9
2.5机械系统运动转换功能图9
2.6用形态学矩阵法创建机械系统运动方案10
第三章尺寸设计11
3.1电动机11
3.2减速装置11
3.3皮带传动12
3.4齿轮系传动13
3.5直齿锥齿轮13
3.6检料机构15
3.7送料机构16
3.8凸轮机构18
第四章方案分析与评价20
4.1优点20
4.2缺点20
4.3改进21
附录22
总结28
参考文献...................................................................................................................29
第一章功能与设计要求
1.1功能要求
具体设计要求如下：
健身球检验分类机能够实现进球、送球、检测球、接球的一体化功能。
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。
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三类。
1.ф40mm≤第一类≤ф42mm
2.ф42mm<第二类≤ф44mm
3.ф44mm<第三类≤ф46mm
1.2工作原理
健身球检验分类机是由进料机构、送料机构、接料机构以及电动机组成。
进料机构是持定量的健身球，以直线、间歇的运动过程进球；送料机构是在往复直线运动过程中，运用曲柄滑块或者凸轮推杆使健身球能持续定量的进入工作台相对应的小槽内，根据效率要求，让健身球每6秒钟进入一个，使工作持续稳定进行；检验机构是由上往下直径分别为42mm、44mm、46mm的小槽，根据小球能通过而打球不能通过的原理，使健身球直径为40mm至42mm的可以通过第一个孔，使健身球直径为42mm至44mm的可以通过第二个孔，使健身球直径为44mm至46mm的可以通过第三个孔，从而通过孔的大小实现对健身球的检验以及分类；接料装置是在运用接球通道将掉下来的球通过滚槽进入指定的装置，把球按分类装好。
1.3功能分解
为了实现将健身球自动分类的总功能，可将总功能分解为如下分功能：
1.健身球定量进球功能；
2.健身球定量送球及定位功能；
3.健身球大小检验功能；
4.接球功能。
其功能逻辑图如下：
持定量健身球，以直线、间歇的进球。
定量进球
定量送球
直线往复的运动。
运用曲柄滑块机构使健身球能持续的进入工作台相对应的小槽内，使工作能持续稳定进行。
健身球检验分类机的工作系统
健身球间歇得掉下来，尺寸最的直接掉进第一个孔，稍大得都卡在那里。
精确检验健身球
运用滑块或偏心轮，把健身球推到第2个孔，然后再把最大的推到最大的孔。
运用接球通道将分类掉下来球通过，然后再用接球仪器将球接住。
接球装置
1.4功能原理的工艺过程分解
1.定量进球功能：
用曲柄滑块机构实现有规律的往复运动，控制进球速度，当滑块往回运动到进料口时，健身球自动进球，然后滑块向右运动时进料口停止进球，从而使健身球按规律定量进球。
其原理如图1.4a所示。
图1.4a
2.定量送球功能：
用曲柄滑块机构实现有规律的往复运动，当滑块向右运动时，将球推入推入送料口，使球进入规定的位置，实现定量送球。
其原理图如图1.4a所示。
3.检验健身球大小功能：
通过孔径的大小，控制进球类型，40mm至42mm的球从第一个孔通过，42mm至44mm的球从第二个孔通过从而达到健身球分类的目的。
其原理图如图1.4b所示。
4.接料功能：
健身球通过不同大小的孔分类后，通过规定的通道，将球送入到指定的接料装置内，从而把分类好的健身球按规定装好。
其原理图如图1.4b所示。
图1.4b
第二章机械系统的选择与比较
2.1电动机的选取
发动机是是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、汽油机、液压机、气动马达等。
电机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易。
而健身球检验分类机属于工业批量生产中的应用，考虑实际场景，一般工厂用电220V以上，原动机易选用220v交流电动机，为减少噪音一般不用气动机，从整个设计方案考虑，要达到高产率且减少减速过程机构，宜采用转速较低的电动机。
根据要求，我们这里采用的是转速为720r/min的电机。
2.2传动机构的选择与比较
机械系统中的传动机构是把原动机输出的机械能传递给执行机构并实现能量的分配、转速的改变及运动形式的改变的中间装置。
传动机构最常见的有齿轮传动、带传动、蜗杆传动等。
它们的特点如下表所示：
特点
寿命
应用
齿轮传动
承载能力和速度范围大；传动比恒定，可获得较大传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。
制造和安装精度要求高，精度低时，运转有噪音；无过载保护作用
取决于齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合与抗磨损能力
金属切削机床、汽车、起重运输机械、冶金矿山机械以及仪器等
蜗杆传动
结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比；传动平稳，无噪音；可制成自锁机构；传动比大、滑动速度低时效率低；中、高速传动需用昂贵的减磨材料；制造精度要求高，刀具费用贵。
制造精确，润滑良好，寿命较长；低速传动，磨损显著
金属切削机床（特别是分度机构）、起重机、冶金矿山机械、焊接转胎等
带传动
轴间距范围大，工作平稳，噪音小，能缓和冲击，吸收振动；摩擦型带传动有过载保护作用；结构简单，成本低，安装要求不高；外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不能用于分度链；由于带的摩擦起电，不宜用于易燃易爆的地方；轴和轴承上的作用力很大，带的寿命较短
带轮直径大，带的寿命长。
普通V带3500-5000h
金属切削机床、锻压机床、输送机、通风机、农业机械和纺织机械
链传动
轴间距范围大；传动比恒定；链条组成件间形成油膜能吸振，工作可靠；作用在轴上的荷载小；运转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳；链条工作时，特别是因磨损产生伸长以后，容易引起共振，因而需增设张紧和减振装置
与制造质量有关
5000-15000h
农业机械、石油机械、矿山机械、运输机械和起重机械等
图2.1
由上述几种主要的传动装置相互比较可知，齿轮传动、带传动用于减速，故选用带传动和齿轮传动,齿轮传动效率高，工作可靠、传动精确。
2.3执行机构的选取与比较
1.送料机构
⑴对心凸轮机构
图2.3a
⑵曲柄滑块机构
图2.3b
以上两种传动机构各有特色，两者都同样能完成工作任务，但前者若采用摆线或五次多项式运动规律，则可避免冲击，并且结构简单，便于设计，杆件少，功能损失少，但不便于加工。
后者有急回特性，可实现快进慢退，有利于实现运动的配合，其易于加工，容易设计，综合考虑决定选用后者，即曲柄滑块机构。
2检料机构
⑴方案一：
采用不同孔径大小的通道使球分类
图2.3c
⑵方案二：
采用凸轮的运动控制孔径的大小从而使球分类
图2.3d
上诉两种检验机构都能完成我们要达到的功能任务。
前者设计机构简单，运动形式少，占地面积较小。
后者则设计机构复杂，运动形式多，运动不易配合，接料装置不好设计。
故选用方案一，即采用不同孔径通道大小使球分类。
3.按类接球装置
如下图所示：
图2.3e
2.4构件的运动形式
1；送料夹持器无间歇往复移动，可选用凸轮机构，连杆机构，组合机构（如凸轮机构+连杆机构）等；
2；定位间歇往复移动，同样可选用凸轮机构，连杆机构，组合机构（如凸轮机构+连杆机构）等。
2.5机械系统运动转换功能图
根据执行构件的运动形式，绘制出机械系统的转换功能图
图2.5
2.6用形态学矩阵法创建机械运动的运动方案
根据机械系统运动转换功能图（图2.5）可构成形态学矩阵（表2.6）。
由表2.6所示的形态学矩阵可求出健身球检验分类机系统运动方案数为
N=2×2×2×2×2=32
由给定的条件、各机构的相容性、空间布置、类似产品的借鉴和设计等，我们可以从中选出较为实际可行的方案。
表2.6中用线连的是选择的最优方案。
功能元
1
2
减速1
带传动
齿轮传动
减速2
带传动
齿轮传动
减速3
带传动
齿轮传动
送料机构无间歇往复移动
凸轮机构
连杆机构
推杆的间歇往复移动
凸轮机构
连杆机构
图2.6
第三章尺寸设计
3.1电动机
健身球检验分类机的动力源采用转速为min/720r的交流电动机。
3.2减速装置
本次设计采用的如下图所示的减速器，由传送带和齿轮系构成的减速装置。
其中一对齿轮比是有限的，由于本装置需要较大的传动比，故采用轮系来实现。
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，固采用轮系是来实现。
图3.2
3.3皮带传动
图3.3
如图所示为皮带减速机构，带轮1连接原动件转速为
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）
3.4齿轮系传动
如图3.2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：
（3）
由上式可得：
=
（4）
3.5直齿锥齿轮
如图3.5a所示，直齿轮4与直齿锥齿轮5、凸轮10（后图）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7同轴连接，根据齿轮传动原理有：
=
（5）
=
（6）
由凸轮10与直齿锥齿轮同轴传动有：
=
（7）
根据提供的原动件转速为
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12的转速为：
同时，齿轮4与齿轮7是同轴传动，故
则
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:
图3.5a直齿锥齿轮传动
各齿轮参数如下表：
模数（mm）
压力角（°）
齿数（个）
直径（mm）
分锥角（°）
齿轮1
2
20
20
40
/
齿轮2
2
20
80
160
/
齿轮3
2
20
20
40
/
齿轮4
2
20
120
240
/
直齿锥5、6、7、8
3
20
25
75
90
表3.5b
3.6检料机构
在检料箱体中，滑块1的轨道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往下设置，小球先检测，接着检测中球，大球最后检测，料道尺寸设计稍大于
，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：
根据课题设计要求可设置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：
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