健身球分类机课程设计

1、江西农业大学江西农业大学工学院工学院机械原理课程设计机械原理课程设计 课程题目：课程题目： 健身球检测分类机健身球检测分类机 专专 业：业： 机械制造及自动化机械制造及自动化 姓姓 名：名： 学学 号：号： 班班 级：级： 指导老师：指导老师： 康丽春康丽春 2目录目录1.设计要求.32:各机构方案比较、选择 .32.1 进料机构.42.2:送料机构 .4方案 1：曲柄滑块机构.4方案 2：凸轮滑块机构.4方案 3：四杆机构.52.21:送料机构方案分析、比较 .52.22：送料机构方案确定.52.3 检测机构：.5方案 1：凸轮+滑道机构.5方案 2：槽轮+转盘机构+半圆形环状管道 .62.

2、31：检测机构方案分析、比较.62.32：检测机构方案确定.72.4：接料机构：.7方案 1：四分之一圆管.7方案 2： 机械手.72.41：接料机构方案分析、比较.82.42：检测机构方案确定.82.5：最终机构方案的组合：.83.机构运动循环图.84.工作原理.95.传动系统的设计计算.105.1 减速装置的设计计算：.105.2 槽轮机构的设计计算：.125.3 凸轮机构的设计计算：.135.4：曲柄滑块机构的设计计算.176.机构运动简图.187.致谢：.198.参考文献：.203 1.设计要求 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。检测后送入各自指定位置，整

3、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 4046mm，要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。1. 40第一类422. 42第二类443. 44第三类46方案选择：电动机转速（r/min）：960 生产率/检球速度（个/min）:20 工作情况分析工作情况分析4 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5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。能实现小球的逐个进料，滑块在运动的过程中，料斗里的球对滑块有

4、正向的压力，故滑块的速度不宜过快，否则滑块的磨损较严重。方案 2：凸轮机构可使从动件得到精确的预期运动，且结构简单、紧凑、设计方便，能实现小球精确的进料，但凸轮的加工制造困难，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，要实现小球的精确进料需要严格的数学计算，杆件的形状复杂，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 162.3 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，因为健身球的直径相差不大，机器运转过程中会产生震动，

5、容易使直径稍大的球容易卡入小直径的滑道，当凸轮在推程工作的时候需要较大的推力，并且会使得小球和滑道的接触表面严重受损，使得工作不可靠，最终会丧失分球机构的精度。并且此机构要求凸轮的从动件行程较大，使得凸轮的外形尺寸变大，笨重，不紧凑。方案 2： 用槽轮机构带动拨料转盘，球在拨料转盘停歇的时间里7实现找正位置、检测、下落等过程，但是当直径较大的球在直径较小的空上方时，因为球的直径相差不大，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的小球推出。2.32：检测机构方案确定 综合考虑，选择方案 2，在半圆形环状滑道的下方用凸轮驱动一顶出机构，以实现任务要求。因为球只

6、可能卡在直径为 42 或44 的孔，故只需要在 42 和 44 孔下方加入球的顶出机构即可，考虑到凸轮的设计制造比较复杂，同时两顶出机构要求的动作完全同步，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8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，能实现将小球的垂直方向的运动转换成水平方向的运动，减少了小球接料时的冲击，能与分检机构实现较好的衔接，不需要动力的输入，减少了原动机的负荷。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的凸轮设计制造复杂。2.42：检测机构方案确定 综合各方因素考量

7、后，确定为方案 22.5：最终机构方案的组合：93.机构运动循环图4.工作原理 工作初始状态时，送料机构的曲柄滑块位移大小为 0，等待送料，顶出装置的凸轮在近休程的初始位置，检测机构的槽轮机构的拨盘置于空行程的开始位置。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 的时间，进入拨料转盘，因拨料转盘和槽轮机构是固连的，所以在启动电源后的 2.25s 时间内都是禁止的，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的直径为 42，和直径为 44 的检测小孔下，将非对应检测小孔直

8、径的小球顶出，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，槽轮机构的拨盘经过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的小孔，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 将小球送入下一10个检测孔进行检测，经过最大孔的转料拨盘回转 90 度后进入接料的位置，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的工作。5.传动系统的设计计算5.1 减速装置的设计计算： 因电动机转速（r/m

9、in）：960 生产率/检球速度（个/min）:20健身球的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，所以拨盘的转速为 20r/min。由运动循环图可知，因要关联到送料机构及顶出机构的同步工作，所以此三机构的转速均为 20r/min故减速器的减速比为 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，设计出的传动简图为：11各齿轮的齿数为：Z1=20； Z2=60 ；Z3=20 ；Z4=80 ；Z5=20；Z6=80各级减速机构的减速比：31212iii43434iii45656iii4856341216iiii 实现了整

10、个减速装置的减速比为 48 的要求，为了制造的方便以及齿轮能正确啮合，查找相关国标，该减速装置所用到的齿轮模数均为m=2齿轮 1 和齿轮 2 的传动设计计算如下：两轮均设计为标准齿轮：模数 m=2；压力角；齿宽 b=20020齿轮 1齿轮 2分度圆直径4022011 mzd12026022 mzd齿顶高221mhhaa齿根高5 . 2225. 01mchhaf齿顶圆直径44211aahdd124222aahdd齿根圆直径35211ffdd135222ffdd12基圆直径59.37cos11ddb76.112cos22ddb中心距802112dda重合度.(1)2211costantantant

11、anmrrbb .(2) 011131.3213cosabrra.(3) 022224.5802cosabrra联立（1） （2） （3）得出67. 15.2 槽轮机构的设计计算： 要满足设计动力传动要求，所需的槽轮机构为四槽外槽轮机构，槽轮的四槽均匀分布，拨盘的转速 N1=20r/min，所以拨盘的转动周期 T1=3s,槽轮的转动周期 T=12s槽轮的分度转位时间 tf=1/43=0.75s,停歇的时间 td=3-0.75=2.25因为槽轮的四槽均匀分布，两槽之间的夹角为 90，取拨盘与槽轮饿中心距 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

12、销中心的轨迹半径 R=Lsin45=70.71mm槽轮的外圆半径 R2=45sin45sin88LL=71.15mm槽轮槽的深度 h=R-(L-R)+r=49.42mm13拨盘的半径 R3=R-r-b=57.71mm槽轮机构原理图为：5.3 凸轮机构的设计计算： 考虑到工作时顶出机构为轻载，凸轮的工况及装配时的尺寸要求。决定采用平顶从动件 ，因凸轮与平底的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的作用力始终垂直于从件的平底，故受力平衡传动效率高，且压力角为零。参考运动循环图，及考虑凸轮的工况后得出以下参数：凸轮的推程为 h=25.7 凸轮的推程和回程均采用柔性冲击的余弦运动规

13、律： 14cos12hs凸轮的基圆半径为：r=70推程角o120远休程角015s回程角075近休程角150s平顶从动件实际轮廓曲线解析式为：)sin()cos(ddssrX)cos()sin(ddssrY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的初始位置。 （a） （b）将其轮廓曲线进行曲率分析后得出：15最小曲率半径为：4320.21min最大曲率半径为：3608.144max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的，位移曲线图、速度曲线图、及加速度曲线图、

14、分别如下所示：16175.4：曲柄滑块机构的设计计算 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的运动时间，采用具有急回特性的曲柄滑块机构，其工进为快行程。其各参数需满足：beaabbaLabba2cos222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060故其急回特性26018060180180180000

15、000K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。18校核行程的位移曲线图如下6.机构运动简图1920217.致谢： 整个课程检验了我们平时学习的效果，同样也融入了学以致用的原则，开始拿到课程设计题目根本不知道如何下手，周围的同学、朋友给了我不少帮助，自己才逐渐弄清方向！做课程设计的这一段时间，让我明白合作的重要性，大家集思广益对一个问题总能给出多种解决的办法，从中进行适当的筛选与整合从而得出最优解，在这个过程里我们又将所学到的知识强化了！ 能够完成这份课程设计，我要衷心的感谢我们小组的每一位成员，还有王一达同学给了我许多很好的设计理念，虽然这份课程设计还存在这样或那样的问题，但是当我们就一个问题需要解决的时候，不管问题有多么的繁琐，我们小组的每一位成员都