机械原理课程设计

1、、设计任务书 .31.1功能要求及工艺动作分解提示 .31.2 设计方案提示 .3二、 健身球自动检验分类机方案设计 .：.32.1功能分解 42.2功能逻辑图42.3方案设想 .42.4原动机及传动机构的选择 .6原动机的选择 .:6传动机构的选择 :62.5执行机构的选择和比较7进料和送料8检验分类和按类存放 10三、机械系统运动方案的拟定和比较 :123.1根据工艺过程确定执行构件的运动形式 . .123.2绘制机械系统运动转换功能图 .123.3根据执行构件的运动形式选择机构 . 123.4用形态学矩阵法创建机械系统的运动方案 13四、 机械系统工作运动循环图:;.144.1根据工艺动

2、作顺序和协调要求拟定运动循环图 14五、机构的尺寸设计及运动分析 .155.1凸轮机构的设计155.2结果分析205.3减速装置的尺寸设计20六、机构运动总体方案图 . 246.1运动方案简图246.2健身球检验分类机工作原理25健身球检验分类机工作流程 .256.3健身球检测分类机分析和评价26七、总结26八、主要参考资料27一、设计题目1.1功能要求及工艺动作分解提示1）总功能要求将不同直径的健身球按直径分类存放。2）工作原理及工艺动作分解提示健身球自动分类机的功能是将不同直径的健身球（石料）按直径分类，并送到各指定位置。整个工作过程（包括进料、送料、分类、按类存放）自动完成。1.2设计支

3、求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：第一类： 40W巾w 42 ; 第二类：42巾w 44;第三类：44巾w 46。 生产率（分类速度）20个/min;r/电机转速：1440 1 1 -二. 设计任务（1）健身球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。（4）绘制凸轮机构设计图（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，校核最大压力角和最小曲率半径， 确定凸轮廓线。盘状凸轮用分析法设计，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。三. 设

4、计方案构思提示健身球自动分类机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）送料机构、接料机构、间歇机构可由曲柄滑块机构、槽轮机构、凸轮机 构等实现。3）球的尺寸控制还可由凸轮机构实现。四、健身球自动检验分类机方案设计4.1功能分解1. 进料功能2. 送料功能3. 自动分类功能4. 按类存放功能4.2方案设想自

5、动检验分类机的主要用途就是将不同直径大小的健身球分成三类，我们提 出了如下图的运动装置：图4.1该方案将送料机构和检料机构中的滑块运动统一起来， 在上滑块将球推出的 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。 但考虑到球在检料机构通道中向下运动至靠近料道时， 有可能球会卡在料道口而 不能进行正常分类，而且此机构在滑块运动的三个料道口处分别有一处间歇，其间歇位置和时间不易控制，对凸轮的精度要求很高。所以我们放弃这一方案，选 用改进的方案二。万案二运动方案图：图4.2该方案对方案一中球会卡死的缺点作了进一步的改善：料道中两个滑块的运 动有效地将卡在料道口中的球推出。而

6、且避免的精确地间歇。4.3原动机及传动机构的选择原动机的选择表一：型号电流转速效率功率因数电压Y112-M48.81440r/mi n84.5%0.82380v传动机构的选择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。他们的特点如表二:表二：特点寿命使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 合和抗磨损能力金属切削机床

7、、 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

8、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，咼速时不 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 张紧和减振装置和制造质量有关5000-15000h农业机械、石油 机械、矿山机械、 运输机械和起重 机械等据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 选用齿轮传动和带传动，齿轮传动效率高，工作可靠、传动精确；带轮传动安装 要求低，结构简单，成

9、本低。4.4执行机构的选择和比较441进料和送料(1)进料机构图4.3如上图所示为漏斗状进料机构，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 a其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，贝U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，3Q45。我们取a=5°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 12mm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。(2)送料机构方案一、曲柄滑块机构图4.4如图所示曲柄滑块机构

10、的运动分析：B14极位夹角为oFFtB2C13C2图4.5据上图分析可知：此机构在传动过程中有传动压力角a,而且不等于零；而且对于滑块C来说，其受力方向斜向下，故滑块在传动过程中有摩擦，传动效率受 影响。方案二、对心凸轮滑块机构图4.6据图可得：此为对心凸轮滑块机构，此机构传动效率高，若采用摆线（正弦 加速度）或五次多项式运动规律，则可避免冲击，并且结构更为简单，便于设计, 杆件少，功能损失更少，能出色地完成认务。检验分类和按类存放（1）检验分类机构万案一:检测机构图4.7图4.8从理论上来讲，以上两种方案都可以实现健身球自动检验分类的功能， 但是, 前面我们已经提到，实际上方案一在料道 1处

11、，直径在© 44及以上的健身球会 卡住，而无法实现分类，故选方案二。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，设计轨道和水平夹角为：B =10°料道相应尺寸大小如表三：料道1料道2料道3料道直径444648考虑到健身球的形状以及其重力作用，在滑块2的前端，留有在5mm的距离, 其能够按照预想的路程进行检料。（2）按类存放装置如下图所示：五. 机械系统工作运动循环图5.1根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图机械系统运动方案有3个执行构件需要进

12、行运动协调设计，它们是送料机构（滑块1）,检验分类机构（滑块2和滑块3），在运动循环图中，分别用滑块1、 滑块2、滑块3来表示。横坐标表示分配轴的转角，纵坐标表示送料滑块的运动（由右向左为正）滑块2和 3的运动方向：由下向上为正。如下图所示：执行机构运动阶段运动时间(s)分配转角(° )滑块1送料0.75sr 90°:远休0.5s60°回程0.75s90°近休1 s120。滑块2近休1 s120。升程0.75s90°远休0.5s60°回程0.75s90°滑块3送料0.75s90°远休0.5s60°回程0.

13、75s90°近休1 s120。图5.1表四：六、机构的尺寸设计及运动分析5.1凸轮机构的设计（1）送料凸轮和分类U （和滑块 3相连的凸轮）凸轮的设计1）廓线坐标及曲率半径：将上述参数输入计算机仿真软件中，得出以下部分参数：如表五所示: 表五凸轮转角（度）理论廓线X坐标理论廓线Y 坐标实际廓线X坐标实际廓线Y坐标曲率半径0060050603036.296362.86737.677252.962886.76464563.639663. 639662.509653.703765.71976093.017553.703787.686245.243457.522190120011001201

14、20103.9231-6095.2628-5512015060-103.92355-95.26281201800-107.40744.6613-98.560242.9038210-36.2963-62.867-27.0285-59.1109 :80.4071270-600-50060300-51.961530-43.30132560330-3051.9615-2543.301260360-0.000160050602）运动参数压力角:将上述参数输入计算机仿真软件中，得出以下部分参数：如表六所示: 表六凸轮转角（度）从动杆位移（1）从动杆速度（/宓）从动杆加速度（/胆炖）压力角（度）000003

15、012.592656.5884108.07637.9377453071.6197038.51196047.407456.5884-108.07627,782990600001206000015060000180亍47.4074-56.5884-108.07627.782921012.5926-56.5884108.07637.937727000003000000330000036000003）运动规律、图像:位移图:图5.4组图:图5.54）图轮廓线：5）凸轮仿真:图5.6图5.7（2）分类I （滑块2相连的凸轮）凸轮的设计1）廓线坐标及曲率半径：将上述参数输入计算机仿真软件中，得出以下部分参

16、数：如表七所示: 表七：凸轮转角（度）理论廓线X 坐标理论廓线Y 坐标实际廓线X 坐标实际廓线丫 坐标曲率半径0060050603036.296362.86737.677252.962886.764645；63.6396 :63. 639662.509653.703765.71976093.017553.703787.686245.243457.52219012001100120120M03.9231-6095.2628-5512015060-103.92355-95.26281201800-107.40744.6613-98.560242.9038210-36.2963 :-62.867-2

17、7.0285-59.110980.4071270-600-50060300-51.961530-43.30132560330-3051.9615-2543.301260360-0.000160050602运动参数压力角:将上述参数输入计算机仿真软件中，得出以下部分参数：如表八所示: 表八凸轮转角（度）从动杆位移（1）从动杆速度（/ sec）从动杆加速度1/（宓2）压力角（度）000003012.592656.5884108.07637.9377453071.6197038.51196047.407456.5884-108.07627,782990600001206000015060000180

18、47.4074-56.5884-108.07627.782921012.5926-56.5884108.07637.937727000003000000330000036000003）运动规律及图像:eH就绪ACDEF'|12用抚i dwork s绘制凸轮轮廊34基圜半径偏心距诫子半桎最小曲率半径升程最大压力甬回程最大压力甬511002037.4644440229.0478255129. 04782551图5.4文件旧隆改参毅教学儘示(D 动画癘示窗口 查看(V)导出帮助出工R 19a ?5.2结果分析根据实践经验，在推程时，许用压力角】的值对于移动从动件，丨=30°38&#

19、176;在回程时，对于力封闭的凸轮，由于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 L 1=70°80°并且，最大压力角a max £ E因此，我们取！0( =30°,直/ =70°。从上面的调试结果可知，升程a max ft 29X L =30°回程最大压力角a 'max】"=70°且无运动失真现象，故满足设计要求。皮带轮2皮带轮I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

20、现。(1) 皮带传送:图5.6如图所示为皮带减速机构，带轮1连接原动件转速为no=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ri ,皮带2的半径为D , 根据皮带传动原理有:(1)nri =no皮带1和皮带2的转速和半径成反比:nr 2 A(2) 齿轮系传动:如图5.5所示，带轮2和齿轮1同轴传动，齿轮1和齿轮2啮合传动，齿轮2和齿轮3同轴传动，齿轮3和齿轮4啮合传动，齿轮4和直齿锥同轴连接，根据齿轮系传动原理有:nz1 = nr2nz2 _ Z1nz1Z2 nz3 二 nz2由上式可得:DZ2Z4(3) 直齿锥齿轮:图5.7如图5.5所示，直齿轮4和直齿锥齿轮

21、5、凸轮7、凸轮8同轴传动，直齿 锥齿轮5和直齿锥齿轮6垂直啮合，直齿锥齿轮6和凸轮9同轴连接，根据齿轮 传动原理有：nz5 = nz4nz6 =z5由凸轮9和直齿锥齿轮同轴传动有：n9 二(7)根据提供的原动件转速为n0=1440r/min的交流电动机和课程设计要求，在no的前提下，设计机器的生产率为20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9的转速为：20兀2n7 = n8 = n9 = 20r / minrad / s303同时，齿轮4和凸轮7和凸轮8是同轴传动，故2 二nz4 二 n7 = n8rad /s31440兀n0 =1440r/mi

22、n4& r a/ct30根据公式(4)可以得出：”ZiZ3nz4n0DZ2Z4口乙z3=48 rad / sDZ2Z4因此由上两式可以得出rg72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辱J 1 J丄r2z2z483372故我们得出：r2 = 8r1 , z2 = 3z1 , Z4 = 3z3考虑到齿轮大小和传动的合理性，经过比较设计皮带传动结构和齿轮系传动结构的相应参数如下：表五：皮带轮参数带轮1带轮2皮带轮半径(mm30240表六：各齿轮参数模数(mm)压力角(° )齿数(个)直径(mm)分锥角(° )齿轮13202060/齿轮232060180/齿轮33202060/齿轮432060180/直齿锥5，63204012090六、机构运动总体方案图6.1运动方案简图：2946凶31OnX110 1 E9m2注：123,4直齿轮 5, 6 锥齿轮 7,12振荡器13进料槽14料槽15,8，9凸轮10弹簧 11推杆16推杆 17，18，19收集箱6.2健身球检验分类机工作原理健身球检验分类机工作流程电机通过变速器带动凸轮滑块9推动健身球6.3