健身球檢驗分類機

1、大學課程設計任務書課程名稱： 機械原理課程設計 設計題目： 健身球檢驗分類機 專 業(yè)： 機械設計 班級： 1101班 學生姓名: 何青友學 號: 起迄日期: 2013年7月1日 2013 年 7月8日 指導教師: 院教務部 制課程設計任務書1課程設計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）： 1.1設計題目設計健身球自動檢驗分類機，將不同直徑尺寸的健身球按直徑分類。檢測后送入各指定位置，整個工作過程（包括進料、送料、檢測、接料）自動完成。健身球直徑范圍4046mm，要求分類機將健身球按直徑的大小分為三類。直徑分類范圍為4042mm的為一類，直徑范圍為4244mm的為第二類，直徑范圍為

2、4446mm的為第三類。其他技術要求見表1.1方案號電動機轉速rmin生產(chǎn)率（檢球速度）個minC72015 1.2設計任務（1） 健身球檢驗分類機一般至少包括凸輪機構、齒輪機構在內(nèi)的三種機構。（2） 設計傳動系統(tǒng)并確定其轉動比分配。（3） 繪制健身球檢驗分類機的機構運動方案和遠動循環(huán)圖。（4） 繪制凸輪機構設計圖（包括位移曲線、凸輪輪廓曲線和從動件的初始位置）。要求確定遠動規(guī)律，選擇基園半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，確定凸輪輪廓線。盤狀凸輪用解析法設計，圓柱凸輪用圖解法設計。（5） 設計計算其中一對齒輪機構。（6） 編寫設計計算說明書。 1.3 設計提示 健身球自動檢驗分類機是一個創(chuàng)造

3、性較強的題目，可以有多種遠動方案實現(xiàn)。一般思路為：（1)球的尺寸可以靠三個不同的直徑的接料口實現(xiàn)。例如，第一個接口直徑為42mm,中間接料口直徑為44mm，而第三個接料口直徑稍大于46mm，使直徑不大于42mm的球直接落入第一個接口，直徑大于42的球先卡在第一個接料口，然后由送料口機構將其推出滾向中間接料口，以此類推。 （2）球的尺寸控制還可以有凸輪機構實現(xiàn)。 （3）此外，需要設計送料機構、接料機構、間歇機構等，可以曲柄滑塊機構、槽輪機構等實現(xiàn)。課程設計任務書2對課程設計成果的要求包括圖表、實物等硬件要求：（1）功能要求1) 總功能要求將不同直徑的健身球按直徑分類存放。（2）原始數(shù)據(jù)和設計要求

4、健身球直徑范圍為4046mm，要求分類機將健身球按直徑的大小分為三類：第一類： 4042 ； 第二類：4244；第三類：4446。生產(chǎn)率（分類速度）15個/min。3主要參考文獻：主要參考資料 1、孫桓，陳作模，葛文杰編著，機械原理，北京高等教育出版社，2006.5。 2、牛鳴岐，王保民，王振甫編著，機械原理課程設計手冊，重慶大學出版社，2001.11。 3、朱理主編，機械原理，北京高等教育出版社 4、裘建新主編，機械原理課程設計，北京高等教育出版社4課程設計工作進度計劃：序號起 迄 日 期工 作 內(nèi) 容12013年7月1日 查資料22013年7月2日健身球自動檢驗分類機方案設計32013年7

5、月3日機械系統(tǒng)工作運動循環(huán)圖42013年7月5日繪制凸輪機構設計圖52013年7月6、7日編寫設計計算說明書。62013年7月8日 總結以及打印裝訂主指導教師簽名日期： 年 月 日 引 言著眼今后,機械行業(yè)將煥發(fā)生機。經(jīng)過數(shù)年的改革調(diào)整,我國的機械企業(yè)逐步擺脫了計劃經(jīng)濟的束縛,確立了現(xiàn)代企業(yè)制度,機械行業(yè)逐步跟上市場經(jīng)濟和信息時代的步伐;而且,隨著形勢的發(fā)展,中國的制造業(yè)將得到較大的發(fā)展,在這種形勢下,對機械的需求必將有較大的提升。行業(yè)得到發(fā)展,繼而會對用人提出數(shù)量方面和質(zhì)量方面的要求,機械類專業(yè)人才的就業(yè)需求將得到改善,甚至有可能出現(xiàn)“熱銷”局面,高層次的技術人才將成為企業(yè)競相爭奪的對象。所

6、以對機械成品的設計是精益求精。 機械產(chǎn)品的設計是對產(chǎn)品的功能、工作原理、系統(tǒng)運動方案、機構的運動與動力設計、機構的結構尺寸、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方式等進行構思、分析和計算，并將其轉化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工程過程。其中機械產(chǎn)品的功能、工作原理、系統(tǒng)運動方案、機構的運動與動力設計、機構的結構尺寸、力和能量的傳遞方式等設計內(nèi)容是機械原理課程的教學內(nèi)容。機械原理課程設計是機械原理課程的一個重要實踐教學環(huán)節(jié)，同時，又是機械類專業(yè)人才培養(yǎng)計劃中的一個相對獨立的設計實踐，在培養(yǎng)學生的機械綜合設計能力（重點在機械系統(tǒng)運動方案設計）及創(chuàng)新意識與能力方面，起著十分重要的作用。

7、對于機械原理課程設計有“按照一個簡單機械系統(tǒng)的給定功能要求，綜合運用所學知識，擬定機械系統(tǒng)的運動方案并對其中的某些機構進行分析和設計。通過課程設計這一環(huán)節(jié)，使學生更好地掌握和加深理解本課程的基本理論和婦女廣發(fā)，進一步提高學生查閱技術資料、繪制工程圖和應用計算機的能力”，以及提高學生的動手能力，和思考能力、創(chuàng)新能力。 目 錄一、工藝動作分解.1二、健身球自動檢驗分類機方案設計.12.1健身球檢驗分類機整體工作流程.12.2功能分解.12.3功能邏輯圖.12.4方案設想.22.5原動機及傳動機構的選擇.32.5.1原動機的選擇.32.5.2傳動機構的選擇.42.6執(zhí)行機構的選擇與比較.52.6.1

8、進料與送料.52.6.2檢驗分類與按類存放.6三、機械系統(tǒng)運動方案的擬定與比較.83.1根據(jù)工藝過程確定執(zhí)行構件的運動形式 .83.2繪制機械系統(tǒng)運動轉換功能圖 .93.3根據(jù)執(zhí)行構件的運動形式選擇機構.93.4用形態(tài)學矩陣法創(chuàng)建機械系統(tǒng)的運動方案.94、 機械系統(tǒng)工作運動循環(huán)圖.10五、機構的尺寸設計及運動分析.11 5.1凸輪機構的設計.125.2結果分析.125.3曲柄搖桿設計.125.4減速裝置的尺寸設計.14六、機構運動總體方案圖.176.1運動方案簡圖.176.2健身球檢驗分類機工作原理.17 6.3健身球檢測分類機分析與評價.18附錄一： 機構運動簡圖.19附錄二：凸輪設計分段圖

9、、輪廓圖、設計結果圖.207、 總結.22八、主要參考資料.23 一、工藝動作分解健身球自動分類機可以有多種運動方案實現(xiàn)。一般的思路在于：1) 球的尺寸控制可以靠三個不同直徑的接料口實現(xiàn)。例如：第一個接料口直徑為42mm，中間接料口直徑為44mm，而第三個接料口直徑稍大于46mm。使直徑小于（等于）42mm的球直接落入第一個接料口，直徑大于42mm的球先卡在第一個接料口，然后由送料機構將其推出滾向中間接料口。以此類推。2) 送料機構、接料機構、間歇機構可由曲柄滑塊機構、槽輪機構、凸輪機構等實現(xiàn)。二、健身球自動檢驗分類機方案設計2.1健身球檢驗分類機整體工作流程 為了實現(xiàn)任務要求每分鐘檢驗分類1

10、5個球，電動機轉速720r/min，經(jīng)過三級降速（皮帶降速、齒輪減速、齒輪降速）使主軸達到15r/min，再通過曲柄搖桿與凸輪推桿分別實現(xiàn)送料與分類，并分別儲存，最終達到健身球的檢驗分類目的2.2功能分解1.送料功能2.自動分類功能3.按類存放功能2.3功能邏輯圖 圖2.12.4方案設想方案一 自動檢驗分類機的主要用途就是將不同直徑大小的健身球分成三類，我們提出了如下圖的運動裝置: 圖2.2該方案將送料機構與檢料機構中的滑塊運動統(tǒng)一起來，在上滑塊將球推出的同時下滑塊上邊緣也正好抵達料道1的口緣處，向下運動時對球進行檢測分類。但考慮到球在檢料機構通道中向下運動至靠近料道時，有可能球會卡在料道口而

11、不能進行正常分類。以及檢料機構滑塊間歇時間不易控制，所以我們放棄這一方案，選用改進的方案二。方案二 運動方案圖: 圖2.3此方案解決了上述問題，料道一處滑塊軌道直徑為42.料道二處滑塊軌道直徑44，這樣當中球或大球被推倒滑道一處口時不會下落卡在滑道口處，不會出現(xiàn)卡在料道口處，同理大球會卡在滑道二口處，隨滑塊上升，大球被推倒滑道三進行分類，這種方案不僅解決了以上的問題，而且還簡化了分類步驟，所以選擇此方案。2.5原動機及傳動機構的選擇2.5.1原動機的選擇 本健身球檢驗分類機原動件采用轉速為720r/min的交流電動機2.5.2傳動機構的選擇 機械系統(tǒng)中的傳動機構是把原動機輸出的機械能傳遞給執(zhí)行

12、機構并實現(xiàn)能量的分配、轉速的改變及運動形式的改變的中間裝置。傳動機構最常見的有齒輪傳動、帶傳動、蝸桿傳動等。他們的特點如表2：表二：特點壽命應用齒輪傳動承載能力和速度范圍大；傳動比恒定，可獲得較大傳動比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安裝精度要求高，精度低時，運轉有噪音；無過載保護作用取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合與抗磨損能力金屬切削機床、汽車、起重運輸機械、冶金礦山機械以及儀器等蝸桿傳動結構緊湊，單級傳動能得到很大的傳動比；傳動平穩(wěn)，無噪音；可制成自鎖機構；傳動比大、滑動速度低時效率低；中、高速傳動需用昂貴的減磨材料；制造精度要求高，刀具費用貴。制造精確，潤滑良好，壽命較

13、長；低速傳動，磨損顯著金屬切削機床（特別是分度機構）、起重機、冶金礦山機械、焊接轉胎等帶傳動軸間距范圍大，工作平穩(wěn)，噪音小，能緩和沖擊，吸收振動；摩擦型帶傳動有過載保護作用；結構簡單，成本低，安裝要求不高；外廓尺寸較大；摩擦型帶有滑動，不能用于分度鏈；由于帶的摩擦起電，不宜用于易燃易爆的地方；軸和軸承上的作用力很大，帶的壽命較短帶輪直徑大，帶的壽命長。普通V帶 3500-5000h金屬切削機床、鍛壓機床、輸送機、通風機、農(nóng)業(yè)機械和紡織機械鏈傳動軸間距范圍大；傳動比恒定；鏈條組成件間形成油膜能吸振，工作可靠；作用在軸上的荷載小；運轉的瞬時速度不均勻，高速時不如帶傳動平穩(wěn)；鏈條工作時，特別是因磨損

14、產(chǎn)生伸長以后，容易引起共振，因而需增設張緊和減振裝置與制造質(zhì)量有關5000-15000h農(nóng)業(yè)機械、石油機械、礦山機械、運輸機械和起重機械等 由上訴幾種主要的傳動裝置相互比較可知，齒輪傳動、帶傳動用于減速，故選用帶傳動和齒輪傳動, 齒輪傳動效率高，工作可靠、傳動精確。2.6執(zhí)行機構的選擇與比較2.6.1送料方案一、六連桿機構 圖2.4此方案的功能為把曲柄的旋轉運動變?yōu)榛瑝K的往復運動，即是原動曲柄旋轉帶動連桿轉動，連桿轉動轉變?yōu)榛瑝K的往復運動，即可完成送料功能 方案二、圓盤曲柄滑塊機構 主視圖俯視圖圖2.5此方案用圓盤代替曲柄，把曲柄的旋轉運動變?yōu)榛瑝K的往復運動，圓盤旋轉帶動連桿轉動，連桿轉動轉變

15、為滑塊的往復運動，即可完成送料功能以上兩種方案各有特色，兩者都同樣能玩成工作任務，但方案一中六連桿機構有急回特性，有沖擊，而采用方案二中圓盤代替曲柄的曲柄搖桿搖桿無急回，可避免沖擊，并且結構更為簡單，便于設計，桿件少，功能損失更少，能出色地完成認務，所以選用后者，即圓盤曲柄滑塊機構。26.2檢驗分類與按類存放（1） 檢驗分類機構 方案一： 圖2.6方案二： 圖2.7 從理論上來講，以上兩種方案都可以實現(xiàn)健身球自動檢驗分類的功能，但是，前面我們已經(jīng)提到，實際上方案一在料道1處，直徑在42及以上的健身球會卡住，而無法實現(xiàn)分類，故選方案二。在方案二的檢料箱體中，設有待測球出口料道1、料道2、料道3，

16、料道順序為尺寸從小到大依次設置，小球先檢測，接著檢測中球、大球，為了使球能夠快速穩(wěn)定地經(jīng)過料道尺寸檢測，設計軌道與水平夾角為：=15料道相應尺寸大小如表三：料道1料道2料道3料道直徑（mm）424446設置滑塊軌道有關尺寸為：其中，S是滑塊的行程， S1=110mm,S2=S3=75mmS1的大小是考慮到下料口徑（48mm）和球的大小以及球要在軌道上移動(取62mm)得S1=110.因為考慮到健身球的形狀以及其重力作用S2=S3=75.（2） 按類存放裝置 如下圖所示： 圖2.8 三、機械系統(tǒng)運動方案的擬定與比較3.1根據(jù)工藝過程確定執(zhí)行構件的運動形式1. 送料功能的執(zhí)行構件是滑塊1，它作往復

17、直線運動；2. 檢驗分類功能的執(zhí)行構件是滑塊2和滑塊3，它們都作間歇往復直線運動。3.2繪制機械系統(tǒng)運動轉換功能圖 根據(jù)執(zhí)行構件的運動形式，繪制機械系統(tǒng)轉換功能圖： 圖3.13.3根據(jù)執(zhí)行構件的運動形式選擇機構（1） 送料滑塊1的往復移動，可選圓盤曲柄滑塊機構，連桿機構，凸輪+連桿機構等。（2） 分類滑塊2的間歇往復運動，可選凸輪機構，連桿機構，凸輪+連桿機構等。（3）分類滑塊3的間歇往復運動，可選凸輪機構，連桿機構，凸輪+連桿機構等。3.4用形態(tài)學矩陣法創(chuàng)建機械系統(tǒng)的運動方案可由給定的條件，各機構的相容性，各機構的空間布置，類似產(chǎn)品的借鑒和設計者的經(jīng)驗等，從中選出若干個較為實際可行的方案，然

18、后從選出的若干個方案中用評價方法選出最優(yōu)方案。 圖示實線連接的即為設計的最佳方案。4、 機械系統(tǒng)工作運動循環(huán)圖機械系統(tǒng)運動方案有個執(zhí)行構件需要進行運動協(xié)調(diào)設計，它們是送料機構（滑塊），檢驗分類機構（滑塊和滑塊），在運動循環(huán)圖中，分別用滑塊一滑塊二，滑塊三來表示。橫坐標表示分配軸的轉角，滑塊一的縱坐標表示送料滑塊的運動，滑塊二的縱坐標表示滑塊的運動，滑塊三的縱坐標表示滑塊的運動。 如下圖所示： 圖4.1表四：執(zhí)行階段運動階段運動時間(s)分配轉角()滑塊一階段送料回程 2s 2s 180 180滑塊二階段遠休回程近休推程0.67s1.33s 0.67s1.33s60 12060120滑塊三階段近

19、休推程遠休回程0.67s1.33s 0.67s1.33s6012060120五、機構的尺寸設計及運動分析5.1凸輪機構的設計滑塊一、二凸輪的設計：分析結果見附錄二5.2結果分析 根據(jù)實踐經(jīng)驗，在推程時，許用壓力角的值對于移動從動件，=3038。在回程時，對于力封閉的凸輪，由于這時使從動件運動的是封閉力，不存在自鎖的問題，故可采用較大的壓力角，通常取=7080。并且，最大壓力角因此，我們?nèi)?30，=70。從上面的調(diào)試結果可知，升程=30，回程最大壓力角=70，且無運動失真現(xiàn)象，故滿足設計要求。5.3曲柄搖桿設計 主視圖俯視圖圖5.1如圖根據(jù)工件要求可確定滑塊形成為110mm，送料機構采用圓盤對心

20、曲柄滑塊機構，由生產(chǎn)率n=15件/min,可知主軸轉速為15r/min。由于曲柄和滑塊處于同一平面且兩極限處于同一直線，則k=1，取AB=55mm ，BC=200 AC1=AB1+B1C1 AC2= B2C2-AB2 則可確定C點兩極限位置，的曲柄L1=55mm連桿L2=2005.4減速裝置的尺寸設計 圖5.2 本分類裝置采用上圖所示的減速器，由傳送帶和齒輪系構成的減速裝置。其中一對齒輪的傳動比是有限的，由于本裝置需要較大的傳動比，固采用輪系來實現(xiàn)。（）皮帶傳送： 圖5.3如圖所示為皮帶減速機構，帶輪1連接原動件轉速為=720r/min的交流電動機，皮帶2連接齒輪系中的齒輪1，皮帶1的半徑為，

21、皮帶2的半徑為，根據(jù)皮帶傳動原理有：= (1)皮帶1與皮帶2的轉速與半徑成反比：= (2)（）齒輪系傳動：如圖5.5所示，帶輪2與齒輪1同軸傳動，齒輪1與齒輪2嚙合傳動，齒輪2與齒輪3同軸傳動，齒輪3與齒輪4嚙合傳動，根據(jù)齒輪系傳動原理有： (3)由上式可得： (4)（）直齒錐齒輪：圖5.4如圖附件一圖所示，直齒輪4與直齒錐齒輪5凸輪14、15同軸傳動，直齒錐齒輪5與直齒錐齒輪6垂直嚙合，直齒錐齒輪6與圓盤7同軸連接。 (7)根據(jù)提供的原動件轉速為=720r/min的交流電動機與課程設計要求，在的前提下，設計機器的生產(chǎn)率為15個/min,設計的凸輪滑塊結構實現(xiàn)凸輪轉動一圈完成一個健身球的檢測，

22、總傳動比i=48經(jīng)過三級降速：第一級降速：皮帶傳動 i=3第二級降速：齒輪傳動 i=4第三級降速：齒輪傳動 i=4考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經(jīng)過比較設計皮帶傳動結構與齒輪系傳動結構的相應參數(shù)如下： 表五：皮帶輪參數(shù)帶輪1帶輪2皮帶輪半徑（mm）100300表六： 各齒輪參數(shù)模數(shù)(mm)壓力角()齒數(shù)(個)直徑(mm)分錐角()齒輪13203090/齒輪2320120360/齒輪33203090/齒輪4320120360/直齒錐5，63206018090六、機構運動總體方案圖6.1運動方案簡圖：見附一6.2健身球檢驗分類機工作原理6.2.1健身球檢驗分類機工作流程 將待測健身球放入料槽中通過導管將料槽中的小球引入帶凹槽的導軌中電機通過變速器帶動曲柄滑塊1推動健身球健身球在滑塊1推動的作用下由導軌進入檢料裝置口若為小球則跟隨滑塊2緩慢向下移動，進入進入滑道一，若為中球與大球則卡在檢料裝置口處 隨著滑塊2上升至頂點，將中大球推入滑塊三軌道，中球隨滑塊三落下進入軌道，大球卡在入口 滑塊三上升至頂點，將大球推入滑道3不同類型的健身球沿各自的軌道進入不同的收集箱中6.3健身球檢測分類機分析與評價（1）優(yōu)點1)設計結構簡單，能耗低；2)設計制造簡單；3)使用解卡振蕩器，很大程度上減小健身球互卡的幾率；4)傳送帶靠摩擦力工作，傳動平穩(wěn)，噪聲小。（2）缺點1)由于機