健身球分类机课程设计.docx

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健身球分类机课程设计

江西农业大学

工学院

《机械原理课程设计》

课程题目：

健身球检测分类机

专业：

机械制造及自动化

姓名：

学号：

班级：

指导老师：

康丽春

1.设计要求

健身球自动检验分类机，将不同直径尺寸健身球（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大小分为三类。

1.ф40≤第一类≤ф42

2.ф42<第二类≤ф44

3.ф44<第三类≤ф46

方案选择：

电动机转速（r/min）：

960生产率/检球速度（个/min）:

20

工作情况分析

2:

各机构方案比较、选择

2.1进料机构

2.2:

送料机构

方案1：

曲柄滑块机构

方案2：

凸轮滑块机构

方案3：

四杆机构

2.21:

送料机构方案分析、比较

方案1:

机构为低副面接触使得接触面单位面积所受压力较小，接触面便于润滑，制造方便且精度高。

能实现小球逐个进料，滑块在运动过程中，料斗里球对滑块有正向压力，故滑块速度不宜过快，否则滑块磨损较严重。

方案2：

凸轮机构可使从动件得到精确预期运动，且结构简单、紧凑、设计方便，能实现小球精确进料，但凸轮加工制造困难，成本高，行程不宜过大，而且为高副接触易磨损。

方案3:

能满足工作要求，要实现小球精确进料需要严格数学计算，杆件形状复杂，设计难度大。

.

2.22：

送料机构方案确定

综合各方因素考量后，确定为方案1

2.3检测机构：

方案1：

凸轮+滑道机构

方案2：

槽轮+转盘机构+半圆形环状管道

2.31：

检测机构方案分析、比较

方案1：

该机构比较简洁，但是并不能满足任务要求，因为健身球直径相差不大，机器运转过程中会产生震动，容易使直径稍大球容易卡入小直径滑道，当凸轮在推程工作时候需要较大推力，并且会使得小球和滑道接触表面严重受损，使得工作不可靠，最终会丧失分球机构精度。

并且此机构要求凸轮从动件行程较大，使得凸轮外形尺寸变大，笨重，不紧凑。

方案2：

用槽轮机构带动拨料转盘，球在拨料转盘停歇时间里实现找正位置、检测、下落等过程，但是当直径较大球在直径较小空上方时，因为球直径相差不大，球会卡在孔里，使得拨片无法推动小球到下一个孔进行检测，则需要推出机构将卡在空中小球推出。

2.32：

检测机构方案确定

综合考虑，选择方案2，在半圆形环状滑道下方用凸轮驱动一顶出机构，以实现任务要求。

因为球只可能卡在直径为Φ42或Φ44孔，故只需要在Φ42和Φ44孔下方加入球顶出机构即可，考虑到凸轮设计制造比较复杂，同时两顶出机构要求动作完全同步，所以将两个顶出机构连在一个机架上，用一个凸轮驱动。

顶出装置机构简图

2.4：

接料机构：

方案1：

四分之一圆管

方案2：

机械手

2.41：

接料机构方案分析、比较

方案1：

机构简单，能实现将小球垂直方向运动转换成水平方向运动，减少了小球接料时冲击，能及分检机构实现较好衔接，不需要动力输入，减少了原动机负荷。

方案2：

虽然能实现任务要求，但是机构复杂，中间实现机械手开合凸轮设计制造复杂。

2.42：

检测机构方案确定

综合各方因素考量后，确定为方案2

2.5：

最终机构方案组合：

3.机构运动循环图

4.工作原理

工作初始状态时，送料机构曲柄滑块位移大小为0，等待送料，顶出装置凸轮在近休程初始位置，检测机构槽轮机构拨盘置于空行程开始位置。

当启动电源时，送料机构在一秒钟后将球推出，然后经过2s空回程到原初始位置，小球经过大概0.5s时间，进入拨料转盘，因拨料转盘和槽轮机构是固连，所以在启动电源后2.25s时间内都是禁止，能够保证小球准确进入拨料转盘，在接通电源1.25s后，顶出装置开始动作，并在1s钟之内将顶块推置检测装置直径为42，和直径为44检测小孔下，将非对应检测小孔直径小球顶出，并保持此位置0.125s，以保证下一步，拨料转盘能顺利推动小球。

小球刚被顶出时，槽轮机构拨盘经过2.25s空行程后开始进入槽轮啮合，带动拨料转盘转动90度，并且经过0.125s顺利将小球拨离未成功检测小孔，此时顶出机构经过0.625s空回程回到初始位置，拨料转盘再经0.625s将小球送入下一个检测孔进行检测，经过最大孔转料拨盘回转90度后进入接料位置，此时拨料转盘共耗时3s，顶出机构也共耗时3s，送料机构也耗时3s，并且所有机构回到原初始位置，准备进行下一个循环工作。

5.传动系统设计计算

5.1减速装置设计计算：

因电动机转速（r/min）：

960生产率/检球速度（个/min）:

20

健身球分检装置中槽轮机构中拨盘每转一周检测出1个球，而生产率为20个每分钟，所以拨盘转速为20r/min。

由运动循环图可知，因要关联到送料机构及顶出机构同步工作，所以此三机构转速均为20r/min

故减速器减速比为i=960/20=48

因传动比不是很大，选择使用定轴轮系，三级减速。

查找相关资料后，设计出传动简图为：

各齿轮齿数为：

Z1=20；Z2=60；Z3=20；Z4=80；Z5=20；Z6=80

各级减速机构减速比：

实现了整个减速装置减速比为48要求，为了制造方便以及齿轮能正确啮合，查找相关国标，该减速装置所用到齿轮模数均为m=2

齿轮1和齿轮2传动设计计算如下：

两轮均设计为标准齿轮：

模数m=2；压力角

；齿宽b=20

齿轮1

齿轮2

分度圆直径

齿顶高

齿根高

齿顶圆直径

齿根圆直径

基圆直径

中心距

重合度

............

（1）

..........................................

（2）

..........................................................（3）

联立

（1）

（2）（3）得出

5.2槽轮机构设计计算：

要满足设计动力传动要求，所需槽轮机构为四槽外槽轮机构，槽轮四槽均匀分布，拨盘转速N1=20r/min，所以拨盘转动周期T1=3s,槽轮转动周期T=12s

槽轮分度转位时间tf=1/4×3=0.75s,停歇时间td=3-0.75=2.25

因为槽轮四槽均匀分布，两槽之间夹角为90°，

取拨盘及槽轮饿中心距L=100mm,拨杆圆销半径r1=8mm,槽轮在槽口处厚度b=5mm

由几何关系可知：

圆销中心轨迹半径R=L×sin45°=70.71mm

槽轮外圆半径R2=

=71.15mm

槽轮槽深度h=R-（L-R）+r=49.42mm

拨盘半径R3=R-r-b=57.71mm

槽轮机构原理图为：

5.3凸轮机构设计计算：

考虑到工作时顶出机构为轻载，凸轮工况及装配时尺寸要求。

决定采用平顶从动件，因凸轮及平底接触面易于形成油膜，润滑效果较好。

在不计摩擦时凸轮对从动件作用力始终垂直于从件平底，故受力平衡传动效率高，且压力角为零。

参考运动循环图，及考虑凸轮工况后得出以下参数：

凸轮推程为h=25.7

凸轮推程和回程均采用柔性冲击余弦运动规律：

凸轮基圆半径为：

r=70

推程角

远休程角

回程角

近休程角

平顶从动件实际轮廓曲线解析式为：

将以上参数输入计算机，经CREO1.0编辑后得出凸轮实际轮廓曲线。

如下：

（a）图所示为凸轮实际轮廓曲线,图（b）为凸轮实际轮廓线和从动件初始位置。

（a）（b）

将其轮廓曲线进行曲率分析后得出：

最小曲率半径为：

最大曲率半径为：

分析结果下图所示：

经CREO1.0对凸轮平顶从动件进行运动学分析后得出，位移曲线图、速度曲线图、及加速度曲线图、分别如下所示：

5.4：

曲柄滑块机构设计计算

曲柄滑块机构作为进料机构，参考运动循环图可得出，当检测机构每隔3S中检测一个小球后，送料机构也必须每隔3S中送进一个小球。

为了减少小球在滑道运动时间，采用具有急回特性曲柄滑块机构，其工进为快行程。

其各参数需满足：

其中极位夹角为

，偏心距为e3，曲柄为a，连杆为b，行程为L

综合考虑后决定工进时间为1s，慢行程为2s。

为保证小球能准确推出参考机构运动简图可得L=68

所以工进时曲柄转角为120，回程转角为240，得极位夹角

故其急回特性

经计算取曲柄a=30,连杆b=43.86，偏心距e=13能够满足上述机构要求。

校核行程位移曲线图如下

6.机构运动简图

7.致谢：

整个课程检验了我们平时学习效果，同样也融入了学以致用原则，开始拿到课程设计题目根本不知道如何下手，周围同学、朋友给了我不少帮助，自己才逐渐弄清方向！

做课程设计这一段时间，让我明白合作重要性，大家集思广益对一个问题总能给出多种解决办法，从中进行适当筛选及整合从而得出最优解，在这个过程里我们又将所学到知识强化了！

能够完成这份课程设计，我要衷心感谢我们小组每一位成员，还有王一达同学给了我许多很好设计理念，虽然这份课程设计还存在这样或那样问题，但是当我们就一个问题需要解决时候，不管问题有多么繁琐，我们小组每一位成员都想尽办法取解决它，都从各个方面提出自己解决问题办法，常常为了一个问题数据计算而熬夜，当对设计方案进行优化时，我们都尽可能考虑到每一个工作细节，让设计和方案尽可能完美！

8.参考文献：

[1]吕庸厚、沈爱红.组合机构设计及应用创新.机械工业出版社，2008

[2]邹慧君、殷鸿梁.间歇运动机构设计及应用创新.机械工业出版社，2008

[3]华大年、华志宏.连杆机构设计及应用创新.机械工业出版社，2008

[4]邹慧君.机构系统设计及应用创新.机械工业出版社，2008