健身球自动检验分类机

1、目 录一、设计题目及任务1 .1设计题目及原始数据1.2设计方案提示1.3设计任务二、设计要求42.1功能要求42.2工作原理42.3工艺流程图4三、机械系统的选择及比较 53.1电动机的选择及比较53.2传动机构的选择及比较53.3执行机构的选择及比较 7四、健身球检验分类工作原理及工艺动作流程图 124.1健身球检验分类机工作流程 124.2机械系统运动方案简图 134.3健身球检验分类机的基本组成 13五、机器基本组成应用及尺寸设计135.1电动机135.2减速器135.3传动装置145.4凸轮推杆滑块175.5检验装置与接料装置 195.6进料机构设计 205.7各机构的运动循环图21

2、六、偏置曲柄滑块的运动分析 226.1构件的基本尺寸226.2连杆机构的运动分析流程图 236.3编写程序24七、方案分析与评价 297.1优点297.2缺点297.3改进29八、总结30九、参考文献31附录一32附录二33附录三36附录四37一、设计题目及任务1.1设计题目及原始数据设计健身球白动检验分类机，将不同直径尺寸的健身球（石料） 按直径分类。检测后送入各白指定位置，整个工作过程（包括进料、 送料、检测、接料）白动完成。健身球直径范围为 巾404）46mm要求分类机将健身球按直径的 大小分为三类：第一类： 40 V4）v 42 ; 第二类：42<4）< 44;第三 类：4

3、4<4）< 46。技术要求见下表:表1技术要求参数方案号每分钟检球个数 m/ （个）电动机转速 n/ （r/min）2-74614001.2设计方案提示健身球白动检验分类机是创造性较强的一个题目，可以有多种运 动方案实现。一般的思路在于：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勺球直接落入第一个接料 口，直径大于42mm勺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

4、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， 齿轮机构在内的三 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。盘状凸轮用电算法设计，圆柱凸轮 用图解法设计；5. 设计计算其中一对齿轮机构；6. 编写设计计算说明书；7. 可进一步完成：凸轮的数控加工，健身球检验分类机的计算机

5、演示验证等。、设计要求2.1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 范围为巾40巾46mm,要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。1. 巾 40 mmv第一类v 巾42 mm2. 巾 42 mm 第二类v 巾 44 mm3. 巾44 mm 第三类v巾46 mm2.2工作原理健身球检验分类机的工作原理是由进料机构、送料机构、检验机构、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是

6、健身球能持续定量的进入工 作台相对应的小槽内，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、47mm小槽，根据小球能通过而大 球不能通过的原理，健身球先通过直径为40-42mm的第一个孔，如果不能滚入， 则通过直径为42-44mm的第二个孔和直径为44 46mm的第三个孔，依次类推， 直至用检验机构来完成对所有球的检验和分离；接料机构是在运用接球通道将分 类掉下来球通过滚槽进入指定的装置，然后再用接球仪器将球接住。2.3工艺流程图,，进料机构持定量健身球，以直线、间歇的进球V*运用曲柄滑块或者凸轮推杆是健身送料机构球能持续正重的进入工作台相对

7、应k.的小槽内，让健身球每6秒钟进入 一个，使工作持续稳定进行»健身球间歇得掉下来，尺寸不同球将通蚀勺垃7!%怕过不同的小槽精确检验，直至完成检验"接料机构>运用接球通道将分类掉下来球通过 滚槽进入指定的装置*健身球检验分类机的工作系统三、机械系统的选择机械系统通常由一般由原动机、传动装置和工作机（有时乂称执行机构） 三部分组成如图2 1 :图211 减速器2一联轴器3 电动机3.1电动机的选择本健身球检验分类机原动件采用转速为 1400r/min的交流电动机。3.2传动机构的选择及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

8、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。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用丁传动距离过大的场合。蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高 速级，以获得较小的结构尺寸；同时，摩擦力大，发热大。同时蜗杆传动在啮合 处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与 磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化，因而摩擦损失较大，效率低。根据以上的分析比较，考虑减小噪声、振动等方面的要求的工作条件可以得 到，在此采用带传动。3.3执行机构的选择及比较3.3.1送料机构偏置曲柄滑块机构所采用的进料机构如图3

9、-1所示。当小球不断的从进料槽中进入时，运用 偏置曲柄滑块机构，用滑块间歇的让球进入，以不至丁无法控制球的进入，最终 球顺着右边的壁做自由落体运动，落在指定位置。，设计优点：有急回特性，球的正下方有一个微小的凹槽，使球下落在槽内不 会自行滑动，且滑块将球推出后，滑块的后半部分能够堵住进料口， 不会使球往下落。特点：机构比较简单，比较容易设计制造。并且其具有急回特性，回程时 间较少，更能提高健身球检验装置的效率。1进料槽2对心滑块机构图3-1运动简图3.3.2检料和接料机构在上滑块将球抵出的同时下滑块上边缘也正好抵达料道1的口缘处，向下运动时对球进行检测分类。特点：衔接紧凑。滑块 1和滑块2之间

10、实现统致。效率高。通过滑块2将健身球拖住，进行较正确，较精确地分类。控制性好。同 时也能够将送料机构里的滑块与检测机构里的滑块统一起来运动。图3-2运动简图1检料机构2接料机构综上考虑，在设计健身球检验装置的同时， 我们还需要进行46个/min效率和整个装置的自然衔接的实现。因而，检料机构需要较强的灵活性和很好的 间歇循环。同时，还需要进行送料机构和检料机构的衔接。所以，我们选择了 如图作为检料和接料机构。四、健身球检验分类机工作原理及工艺动作流程图4.1健身球检验分类机工作流程图4-1检验分类机工作流程图4.2机械系统运动方案简图（大图见附录四）电动机图42健身球检验分类机运动方案简图1,2

11、皮带轮 3,4,5,6直齿轮7 , 11凸轮8,9,10 锥齿轮12连杆 13 推杆 14 滑轮 15 料槽五、机器基本组成应用与尺寸设计5.1电动机本健身球检验分类机原动件采用转速为1400r/min的交流电动机5.2 减速器图5-1减速装置本分类装置采用图5-1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，由丁本装置需要较大的传动比，固采用轮系来 实现。5.3传动装置Y带轮之iUi带轮1皮带传送:-图5-2皮带减速机构如图5-2所示为皮带减速机构，根据传动比的需要，本机构采用平带传动， 够使机械的效率保持在在0.98-0.98之间，且寿命比V带长。其基本原理是

12、带 轮1连接原动件转速为n°=960r/min的交流电动机，皮带2连接齿轮系中的齿轮3,皮带1的半径为ri ,皮带2的半径为&，根据皮带传动原理有：ni = n°皮带1与皮带2的转速与半径成反比:ni &一n21齿轮系传动：如图5-3所示，4与齿轮5同轴传动,据齿轮系传动原理有:由上式可得:2与齿轮3同轴传动，齿轮:5与齿轮6啮合传动，齿4n =山J Z3n4 = n5n±6 Z5noiZ3Z5传=宗4%3与齿轮4啮合传动，齿轮；6与直齿锥同轴连接，根直齿锥齿轮:如图5-4所示，直齿轮 直齿锥齿轮8与直齿锥齿轮 附图），根据齿轮传动原理有图5-4锥

13、齿轮啮合简图6与直齿锥齿轮8、凸轮79垂直啮合，直齿锥齿轮1（见图3-9）同轴传动，与凸轮11同轴连接（见n6 = rfe(5)庇=4(6)由凸轮7与直齿锥齿轮同轴传动有:(8)根据提供的原动件转速为n°=960r/min的交流电动机与课程设计要求，在n°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（3.3.3 ），可以得到凸轮7的转速为：10:.,% = 10r / min = = rad / s303同时，齿轮4与齿轮7是同轴传动，故冗n6 = n7 = rad /s3则.960二“.，n° = 960r

14、/ min = = 32 rad / s30根据公式（4）可以得出：n6 =也5 n0 =32 鱼至二rad /s& 瓦 2Z4Z6因此由上两式可以得出：riZsZs _ 1“Z4Z696根据1比96的比例关系，我们选取适当的皮带轮半径和齿轮齿数rZ3Zs1111=卜=2乙4 2 8 6 96故我们得出：2 = 2弓，Z4 = 8Z3, Z6 = 6Z5考虑到齿轮大小与传动的合理性，经过比较设计皮带传动结构与齿轮系传动结构的相应参数如表2、表3:表2皮带轮参数带轮1带轮2皮带轮直径（mm100200表3各齿轮参数模数(mm)压力角(° )齿数()直径(mm)分锥角(°

15、; )齿轮32202040/齿轮4220160320/齿轮52202040/齿轮6220120240/直齿锥22080160908,9,10,11一对齿轮与一对直齿锥齿轮啮合如图5-5所示:图5-5直齿轮、锥齿轮啮合简图5.4 凸轮机构5.4.1 凸轮机构如图5-6所示，齿轮6与凸轮7同轴传动，凸轮7与杆13、滑块2形成凸 轮滑块传动机构。凸轮尺寸的设计基丁该机构从动件的运动规律，由丁凸轮7与凸轮11的转速相同，设计滑块1将待测球推入检测装置的同时，滑块2在.的hi高度接入待测球进入相应尺寸料道， 建立滑块1与滑块2的同步运动机制，检料 装置的尺寸设计(见表4)04=接料装置13147图5-6

16、检料装置运动图检料装置I Vi q表4检料装置料道尺寸料道1料道2料道3料道直径（mm424447凸轮运动带动滑块2向上升，经过大孔（47mm中孔（44mm及两层隔板（2mm, 最终到达小孔（42mm端口处时进行休止，总升程 h1=96.4mm滑块接住球后进行回程，经过中孔（44mm及一层隔板（2mm到达中孔底端口 处再次进行休止，此时滑块的运动位移为 h2=49.7mm h3为隔板厚度，取2mm预留量为0.7mm杆长自定义为120mm大丁通道长。根据凸轮运动规律，可以得到以下数据:设置滑块轨道有关尺寸为:h1 = 96.4mmh2 = 49.7mmh3 = 2mm杆长为120mm5.4.2凸

17、轮的设计凸轮基圆半径r° ,角速度3 ,设计该凸轮轮廓曲线。由齿轮4与凸轮7同轴传动有：3 = rad /s3设计该凸轮的基圆半径r0,偏距e：S = 80mm e=30mm滚子半径 R t=10mm凸轮的各参数如图5-7所示（见附表一）其动画演示如图5-9所示（见附录二）根据凸轮的各参数以及运动循环和推程、回程规律，可得凸轮的运动分段如图5-10 （见附表二）5.5检验装置与接料装置检料装置接料装置料道1在检料箱体中，滑块2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46 mm,为了使球

18、能够快速稳定地经过料道尺寸检测，设计 轨道与水平火角为：:-=105.6进料机构设计5.6.1偏置曲柄滑块图5-12进料机构简图如图5-12所示，曲柄与直齿锥齿轮11同轴传动，直齿11与凸轮7具有相 同的转速。A到C的垂直距离为150mm滑块的行程为GC2=240mm A点皎链固定 后，AC=188mm,A2=384,根据公式得AB=(AC2-AC1)/2=97.86mm BC=(AC 2+AC)/2=286.2mm行程速比系数为K=1.4,根据公式得极位火角为9 =180度x (K-1) /(K+1)=30度。5.6.2料槽装置料槽图5-13料槽装置简图如图513所示为料槽结构，其中槽体的高

19、度可根据待测球数量适度调整。其中槽壁的倾斜角度a对槽体和健身球的受力情况有较大的影响。如果a角度过 大，则健身球整体向下的压力不足，影响了传递的连续性；如果 a角度过小，则 球之间互相压力增大，健身球流动性下降。所以， 30 Pa <4o5.7各机构的运动循环图凸抡转肖0-130*12T -1ST2"240* -330*送料'急进慢回接料上升休止回程休止回程330* -360r休止图5-14运动循环图当滑块1将健身球刚好推入检料机构时，凸轮经过一个推程将滑块2推至料道1位置，接住健身球。然后，在这个位置进行 0.5s的休止，使合适的健身球能够 进入料道1.不符合的健身球

20、跟随滑块向下进行 1s的回程运动，在料道再进行一个0.5s的休止，使合适的小球进入下一个料道。凸轮继续回程1.5s,使最大的小球进入最后一个料道。在完成 0.5s的休止后，小球滚入料道，然后完成整个 过程后，凸轮将送滑块进入下一个循环。六、偏置曲柄滑块的运动分析6.1构件的基本尺寸图6-1运动分析小例曲线图如图6-4 （见附表三）七、方案分析与评价7.1优点(1) 设计结构简单，能耗低；(2) 设计制造简单；(3) 减小了健身球之间的相互碰撞；(4) 传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小。7.2 缺点(1) 由于机械机构简单，故精确度不高；(2) 不适合用于高速分类。(3) 进料装

21、置上可能产生互卡。7.3 改进(1) 可使用振荡器，减小进料装置的互卡，但要通过精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。八、总结经过一个周的课程设计是我深刻地体会到首次设计的艰辛。课程设计的每一 天，我从实践的过程中学到了一些理论无法学到的技能，领略到了处理专业技能问题的技巧，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的重要性，最重要 的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。认识到在以后的工作学习中， 动手能力是尤其的重要，只有那样才能会有更大的收获。作为一名机械专业的学 生，掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的， 在本次课程设计中，我学

22、会了 使用AutoCAD、PRO-眸三维制图软件。用CAE®图方便简洁，易修改，速度快， 我们的设计，平面图都是用 CAD做出来的。另外我们还用了凸轮设计软件和VB编程，这些对我们来说都是陌生的，我们在这过程中一边学习，一边应用。这也 是我作本次课程设计的第二大收获。机械学作为一门传统的基础学科，内容丰富，涉及面广。在新的历史条件下， 机械学与电子电气、液压等多种学科，联系更为紧密，它的综合性更强。所以我 们要学的还有很多，在日后要多关注这些方面的知识。 通过这次的设计，使我欲 望最强的就是要先学好画图。最后真诚得感谢戴老师在寒冷的气候中过来真诚地指导我们，让我们学到一 些操作知识，

23、培养我们自己的动手能力！九、参考文献【1】孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理【M】.7版，高等教育 出版社，2009.【2】牛吟岐，王保民，王振甫.机械原理课程设计手册，重庆 大学出版社2006.【3】吴建蓉.工程力学与机械设计设计基础.北京：电子工业出 版社，2007.【4】裘建新.机械原理课程设计指导书.5版.北京：高等教育 出版社，2008.【5】陆凤仪.机械原理课程设计.北京：机械工业出版社，2002.【6】哈尔滨工业大学理论力学教研组编.理论力学（第五版）.北京：高等教育出版社.1993【7】陈秀宁.机械设计课程设计.浙江：浙江大学出版社.1995【8】王知行，刘延荣 主编的机械原理.北

24、京：高等教育出版社,2000附录凸轮类型凸轮的参数附录二凸轮动画演示凸轮运动分段图距(mm e=30.00最小曲率半Elmm 口 =68.85基半 ft(mmi)Ro=80.00升程最大压力ft（* h =22.0210.0044.33结果计算回凸轮每部态1 x |凸轮角位移）0.000外包廓线X坐标（问从岛1律位粉响）0-000界包廓线Y坐标（mm）6<892I从动件速度时0.000内包廓线X坐标所-33.7501从动件加速度网构0108内包廓线Y坐标（颇）83 4321理论廓线X坐标（mm）-30 000曲率半径血间311.6501理论廓线丫坐标（蛔74.1E2压力角"徵£41凸轮角位移）10 000外包廓线X坐标（时39 W1从动件位拗血n）1即外包廓线Y坐标（河599581从动件速度血/