机械原理课程设计-健身球自动检验分类机

1、PAGE 机械原理课程设计计算说明书 设计题目：健身球检验分类机 院 系: 工学院专 业： 机制班 级： 1301班设 计 者： 揭宗浩 学 号： 20131168指导老师： 林金龙日 期： 2015年6月16日目录 HYPERLINK l _Toc108517677 第1章 设计任务1 TOC o 1-2 h z HYPERLINK l _Toc108517678 1.1设计题目11. HYPERLINK l _Toc108517679 2设计任务1 HYPERLINK l _Toc108517680 第2章 机械运动方案的设计及分析决策22. HYPERLINK l _Toc1085176

2、81 1方案设计及分析22. HYPERLINK l _Toc108517682 2工作原理32. HYPERLINK l _Toc108517683 3工作流程4 HYPERLINK l _Toc108517685 第3章 机构尺度综合53. HYPERLINK l _Toc108517686 1机构尺寸设计53. HYPERLINK l _Toc108517687 2进料机构设计11 HYPERLINK l _Toc108517688 设计小结14 HYPERLINK l _Toc108517689 参考书目15第1章 设计任务1.1 设计题目设计健身球自动检验分类机，将不同直径尺寸的健身

3、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其他技术要求见表1：表1 健身球分类机设计数据方案号电动机转速r/min生产率（检球速度）个/minA144020B96010C720151.2 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。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

4、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.学生可进一步完成：凸轮的数控加工，健身球检验分类机的计算机演示验证等。表2为设计任务分配表。 表2 学生编号123456789电动机转速ABCABCABC生产率ABCBCACAB第2章 机械运动方案的设计与分析决策2.1方案设计方案一:此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，同时我们还得考虑到健身球是石料所做，故我们在检验分类的同时应注意到避免健身球损坏。我们提出了如下图的装置

5、运动。 图1运动简图经分析，认为此方案接料装置的速度不易于控制，故放弃此方案，寻找便于控制的检料装置。方案二: 图2 运动简图 经分析，认为此方案接料装置过于繁琐，故放弃此方案，寻找结构简单的检料装置。方案三图3 运动简图该方案的正好弥补了方案一、二的不足，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。工作原理 健身球检验分类机工作原理：图4 运动方案简图 1,2,3,4直齿轮 5，6锥齿轮 7，8凸轮 9弹簧 10震荡器 11料槽 12，13带轮 14，15推杆1 、优点：(1)设计结构简单，能耗低；(2)设计制造简单；(3)使用解卡振荡器，很大程度

6、上减小健身球互卡的几率；(4)传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小。2 、缺点：(1)由于机械机构简单，故精确度不高；(2)振荡器的时候加剧了健身球之间的相互碰撞，同时使机械运转的噪音加大；3 、改进(1)可通过精确的调整振荡器的频率，从而减小噪音； (2)使用摩擦系数较小的导轨，提高选择精度。2.2工作流程 不同类型的健身球沿各自的轨道进入不同的收集箱中 不同类型的健身球沿各自的轨道进入不同的收集箱中将待测健身球放入料槽中 将待测健身球放入料槽中通过导管将料槽中的小球在震荡器的作用下引入带凹槽的导轨中通过导管将料槽中的小球在震荡器的作用下引入带凹槽的导轨中 电机通过变速器带动凸轮

7、滑块2推动健身球 电机通过变速器带动凸轮滑块2推动健身球健身球在滑块2推动的作用下健身球在滑块2推动的作用下由导轨进入检料装置口健身球由滑块1引入检料装置，并跟随滑块1缓慢向下移动，进入各自的合适的轨道中健身球由滑块1引入检料装置，并跟随滑块1缓慢向下移动，进入各自的合适的轨道中不同类型的健身球沿各自的轨道进入不同的收集箱中不同类型的健身球沿各自的轨道进入不同的收集箱中第3章 机构尺度综合3.1机构尺寸设计电动机：健身球检验分类机原动件采用转速为的电动机。减速器： 图5 减速机构此分类机采用如图所示的减速器，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

8、比，固采用轮系来实现。（2.1）皮带传送： 图6皮带加速机构 如图所示为皮带减速机构，带轮1连接原动件转速为的电动机，皮带2连接齿轮系中的齿轮1，皮带1的半径为，皮带2的半径为，根据皮带传动原理有： = (1)皮带1与皮带2的转速与半径成反比：= (2)齿轮系传动：如图5所示，带轮2与齿轮1同轴传动，齿轮1与齿轮2啮合传动，齿轮2与齿轮3同轴传动，齿轮3与齿轮4啮合传动，齿轮4与直齿锥同轴连接，根据齿轮系传动原理有： (3)由上式可得：= (4)直齿锥齿轮： 图7 直尺锥齿轮传动 如图7所示，直齿轮4与直齿锥齿轮5、凸轮7（见图4）同轴传动，直齿锥齿轮5与直齿锥齿轮6垂直啮合，直齿锥齿轮6与凸

9、轮8同轴连接（见图4），根据齿轮传动原理有：= (5)= (6)由凸轮8与直齿锥齿轮同轴传动有：= (7) 根据提供的原动件转速为的电动机与课程设计要求，在的前提下，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8的转速为：同时，齿轮4与齿轮7是同轴传动，故则根据公式(4)可以得出：因此由上两式可以得出: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故我们得出:,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1、表2：表1 皮带轮参数带轮1带轮2皮带轮半径（mm） 100800表2 各齿轮

10、参数 模数 （mm） 压力角（） 齿数（个） 直径 （mm） 分锥角 （） 齿轮1 5 20 20 100 / 齿轮2 5 20 60 300 / 齿轮3 5 20 20 100 / 齿轮4 5 20 60 300 /锥齿轮5,6 5 20 40 200 90 齿轮1，2的几何尺寸计算基本参数Z1=20，Z2=60,m=5，a=20，名称符号计算公式分度圆直径dd1=100，d2=300齿顶高ha5齿根高hf6.25齿顶高直径dada1=110，da2=310齿根高直径dfdf1=87.5，df2=287.5基圆半径dbdb1=93.9，db2=281.7齿距p15.7齿厚s7.85中心距a2

11、00基圆齿距pb1.25凸轮推杆滑块与料槽、检料装置凸轮推杆滑块 图8检料装置运动图 如图8所示，齿轮4与凸轮7同轴传动，凸轮7与杆1、滑块1形成凸轮滑块传动机构。凸轮尺寸的设计基于该机构从动件的运动规律，由于凸轮7与凸轮8的转速相同，设计滑块2将待测球推入检测装置的同时，滑块1在的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，为了使符合尺寸的球更好地进入料道2，滑块1在料道2下端作短暂停歇。根据检料装置的尺寸设计（见表3），可建立滑块1与滑块2的运动规律图：滑块1、2的运动规律如图9所示： 图9 滑块1运动规律图滑块2运动规律图基圆半径，角速度，从动件的运动规律如图11，

12、设计该凸轮轮廓曲线。由齿轮4与凸轮7同轴传动有：=设计该凸轮的基圆半径与到： 则凸轮1和凸轮2进程运动图如图10所示： 图10 凸轮1进程运动图 凸轮2进程运动图按对心平板直动从动件盘形凸轮作出廓线理论廓线。按对心平板直动从动件盘形凸轮作出廓线理论廓线。 图11 凸轮1廓线设计图 凸轮2廓线设计图凸轮7与杆1、滑块1构成凸轮滑块传动机构，在凸轮7的带动下，滑块1由于杆1的约束做图9所示的运动，设计滑块1为金属滑块，在重力的作用下，保证凸轮回程的同时滑块与杆一同下降，回到起点。（4）检料装置与收集箱 图12 检料装置图在检料箱体中，滑块1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

13、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，为了使球能够快速稳定地经过料道尺寸检测，设计轨道与水平夹角为：=30根据课题设计要求可设置相应尺寸大小如表4： 表3 检料装置料道尺寸料道1料道2料道3料道直径（mm）424447 设置滑块轨道有关尺寸为： 3.2 进料机构设计：(1)进料机构为使送料机构能够顺利而方便的送料，进料口每次只能下一个原料球，并且在进料机构外壁加装了振荡装置，使小球能顺利落下。 图13 进料装置图14 进料装置送料凸轮（2)料槽装置图15 料槽装置简图如图15所示为料槽结构，其中槽体的高度可根据待测球数量适度调整。其中槽壁的倾斜角度对槽

14、体和健身球的受力情况有较大的影响。如果角度过大，则健身球整体向下的压力不足，影响了传递的连续性；如果角度过小，则球之间互相压力增大，健身球流动性下降。所以，3045。对于导管直径，为了保证良好的流动性应该大于最大球的直径，并保证的盈余空间；但也不宜过大，过大尺寸的直径容易造成球体之间的相互摩擦力增加，造成导管的堵塞。考虑到待测球在漏口堵塞情况，设置了如图16的振荡器装置图16 振荡器简图为了防止料槽中，健身球堵塞，本装置使用了如图16所示的振荡器。本振荡器使用电动机2来带动偏心轮1转动，由于偏心轮质心偏离转动中心，因此产生振动的效果。把振荡器安装于料槽壁上带动料槽振动，使料槽中健身球的流动性得

15、到加强，很大程度的减小了健身球被卡住的几率。（4）进料推杆滑块与检料推杆滑块的协调为了能够保证进料机构在将健身球送出的同时，检料正好接住健身球，我们就将进料推杆滑块与检料推杆滑块的进程协调统一起来，如下示意图所示：图17 进料推杆滑块与检料推杆滑块协调进程示意图如图中所示意，进程与进程要求相等，即：另外，在滑块2的前端，我们认为可以留有在范围内的距离差距，因为考虑到健身球的形状以及其重力作用，其能够按照预想的路程进行检料。为了避免因运动而逐渐产生更大的误差，我们预先设计两各凸轮滑块的初始位置分别在料道1下口缘和右平面最左端，即A、B两处。 设计小结机械原理课程设计马上就要结束了，虽然只有两个星

16、期的时间，但是在这次课程设计过程中我们学到了不少东西，得到了很好的锻炼。它不仅使我们平时所学的一些理论知识运用到了实际，培养了我们运用所学的基本理论和方法去发现、分析和解决工程实际问题的能力，而且，还使我们加深了对各类机械机构的认识，学会了利用程序分析设计各类凸轮机构，真正做到了学以致用，并且提高了我们对CAD画图，Word文档排版编辑的能力以及诸多方面的能力，这次设计是个综合性设计。在这次课程设计的过程中，我们真正体会到了设计工作的严谨性和自己很多方面知识的不足。在这次课程设计过程中，我们受益匪浅。我们相信通过越来越多的实践体验，我们一定能更好地掌握机械专业各方面的知识。 参考书目1孙桓，陈

17、作模，葛文杰编著，机械原理，北京高等教育出版社，2006.5。2裘建新编著，机械原理课程设计，北京高等教育出版社，2010.7。附录资料：不需要的可以自行删除常用电工与电子学图形符号序号符号名称与说明1直流 注：电压可标注在符号右边，系统类型可标注在左边2直流 注：若上述符号可能引起混乱，也可采用本符号3交流 频率或频率范围以及电压的数值应标注在符号的右边，系统类型应标注在符号的左边50Hz示例1： 交流 50Hz100600Hz示例2：交流 频率范围100600Hz380/220V 3N 50Hz示例3：交流，三相带中性线， 50Hz， 380V（中性线与相线之间为220V）。3N可用3+

18、N代替3N 50Hz/TN-S示例4：交流，三相，50Hz，具有一个直接接地点且中性线与保护导线全部分开的系统4低频（工频或亚音频）5中频（音频）6高频（超音频，载频或射频）7交直流8具有交流分量的整流电流注：当需要与稳定直流相区别时使用9N中性（中性线）10M中间线11+正极12-负极13热效应14电磁效应过电流保护的电磁操作15电磁执行器操作16热执行器操作（如热继电器、热过电流保护）17电动机操作18正脉冲19负脉冲20交流脉冲21正阶跃函数22负阶跃函数23锯齿波24接地一般符号25无噪声接地（抗干扰接地）26保护接地27接机壳或接底板28等电位29理想电流源30理想电压源31理想回转

19、器32故障（用以表示假定故障位置）33闪绕、击穿34永久磁铁35动触点注：如滑动触点36测试点指示示例点，导线上的测试37交换器一般符号/转换器一般符号注：若变换方向不明显，可用箭头表示在符号轮廓上38电机一般符号，符号内的星号必须用下述字母代替C同步交流机 G 发电机G8同步发电机 M电动机MG拟作为发电机或电动机使用的电机MS同步电动机 注：可以加上符号或SM伺服电机 TG测速发电机TM力矩电动机 IS感应同步器39三相笼式异步电动机40三相线绕转子异步电动机41并励三相同步变速机42直流力矩电动机步进电机一般符号43电机示例：短分路复励直流发电机示出接线端子和电刷44串励直流电动机45并

20、励直流电动机46单相笼式有分相扇子的异步电动机47单相交流串励电动机48单向同步电动机49单向磁滞同步电动机自整角机一般符号符号内的星号必须用下列字母代替：CX 控制式自整角发送机 CT控制式自整角变压器TX 力矩式自整角发送机 TR 力矩式自整角接收机50手动开关一般符号51按钮开关（不闭锁）52拉拔开关（不闭锁）53旋钮开关、旋转开关（闭锁）54位置开关 动合触点限制开关 动合触点55位置开关 动断触点限制开关 动断触点56热敏自动开关 动断触点57热继电器 动断触点58接触器触点（在非动作位置断开）59接触器触点（在非动作位置闭合）60操作器件一般符号 注：具有几个绕组的操作器件，可由适

21、当数值的斜线或重复本符号来表示61缓慢释放（缓放）继电器的线圈62缓慢吸合（缓吸）继电器的线圈63缓吸和缓放继电器的线圈64快速继电器（快吸和快放）的线圈65对交流不敏感继电器的线圈66交流继电器的线圈67热继电器的驱动器件68熔断器一般符号69熔断器式开关70熔断器式隔离开关71熔断器式负荷开关72火花间隙73双火花间隙74 动合（常开）触点 注：本符号也可以用作开关一般符号75动断（常闭）触点76先断后合的转换触点77中间断开的双向触点78先合后断的转换触点（桥接）79当操作器件被吸合时延时闭合的动合触点80有弹性返回的动合触点81无弹性返回的动合触点82有弹性返回的动断触点83左边弹性返

22、回，右边无弹性返回的中间断开的双向触点84指示仪表的一般符号 星号须用有关符号替代，如A代表电流表等85记录仪表一般符号 星号须用有关符号替代，如W代表功率表等86指示仪表示例：电压表87电流表88无功电流表89无功功率表90功率因数表91相位表92频率表93检流计94示波器95转速表96记录仪表示例：记录式功率表97组合式记录功率表和无功功率表98记录式示波器99电度表（瓦特小时计）100无功电度表101灯一般符号 信号灯一般符号注：如果要求指示颜色则在靠近符号处标出下列字母：RD 红、YE 黄、GN 绿、BU蓝、WH白如要指出灯的类型，则在靠近符号处标出下列字母：Ne氖、Xe氦、 Na钠

23、、Hg汞、 I碘、 IN白炽、EL电发光、ARC弧光、FL荧光、IR红外线、UV紫外线、LED发光二极管102闪光型信号灯103电警笛 报警器104优选型其它型峰鸣器105电动器箱106电喇叭107优选型其它型电铃108 可调压的单向自耦变压器109 绕组间有屏蔽的双绕组单向变压器110 在一个绕组上有中心点抽头的变压器111 耦合可变的变压器112 三相变压器星形三角形联结113 三相自耦变压器 星形连接114 单向自耦变压器115 双绕组变压器注：瞬时电压的极性可以在形式Z中表示示例：示出瞬时电压极性标记的双绕组变压器流入绕组标记端的瞬时电流产生辅助磁通116 三绕组变压器117 自耦变压

24、器118电抗器 扼流圈119优选型其它型电阻器一般符号120可变电阻器 可调电阻器121压敏电阻器、变阻器 注：U可以用V代替122滑线式变阻器123带滑动触点和断开位置的电阻器124滑动触点电位器125优选型 其它型 电容器一般符号 注：如果必须分辨同一电容器的电极时，弧形的极板表示：在圈定的纸介质和陶瓷介质电容器中表示外电极在可调和可变的电容器中表示动片电极在穿心电容器中表示纸电位电极126优选型 其它型 极性电容器127优选型 其它型 可变电容器可调电容器128优选型 其它型 微调电容器129电感器 线圈 绕组 扼流圈130半导体二极度管一般符号131发光二极管一般符号132利用室温效应

25、的二极管 Q可用t代替133用作电容性器件的二极管（变容二极管）134隧道二极管135单向击穿二极管电压调整二极管江崎二极管136双向击穿二极管137反向二极管（单隧道二极管）138双向二极管交流开关二极管139三极晶体闸流管 注：当没有必要规定控制极的类型时，这个符号用于表示反向阻断三极晶体闸流管140反向阻断三极晶体闸流管N型控制极（阳极侧受控）141反向阻断三极晶体闸流管P型控制极（阴极侧受控）142可关断三极晶体闸流管，末规定控制极143可关断三极晶体闸流管 N型控制极 （阳极侧受控）144可关断三极晶体闸流管 P型控制极 （阴极侧受控）145反向阻断四极晶体闸流管146双向三极晶体闸

26、流管三端双向晶体闸流管147反向导通三极晶体闸流管，末规定控制极148反向导通三极晶体闸流管，N型控制极（阳极侧受控）149反向导通三极晶体闸流管，P型控制极（阴极侧受控）150光控晶体闸流管151PNP型半导体管152NPN型半导体管，集电极接管壳153NPN型雪崩半导体管154具P型基极单结型半导体管155具有N型基极单结型半导体管156N型沟道结型场效应半导体管注：栅极与源极引线应绘在一直线上157P型沟道结型场效应半导体管158增强型、单栅、P沟道和衬底无引出线绝缘相场效应半导体管159增强型、单栅、N沟道和衬底无引出线绝缘相场效应半导体管160增强型、单栅、P沟道和衬底有引出线绝缘相

27、场效应半导体管161增强型、单栅、N沟道和衬底与源极在内部连接绝缘相场效应半导体管162耗尽型、单栅、N沟道和衬底无引出线的栅场效应半导体管163耗尽型、单栅、P沟道和衬底无引出线的栅场效应半导体管164耗尽型、单栅、N沟道和衬底有引出线的栅场效注：在多栅的情况下，主栅极与源极的引线应在一条直线上165光敏电阻具有对称导电性的光电器件166光电二极管具有非对称导电性的光电器件167光电池168光电半导体管（示出PNP型）169原电池或蓄电池170 原电池组或蓄电池组171“或”单元，通用符号只有一个或一个以上的输入呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态注：如果不会引起意义混淆，“1”可以用“1”

28、代替172“与”单元，通用符号只有所有输入呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态173逻辑门槛单元，通用符号只有呈现“1”状态输入的数目等于或大于限定符号中用m表示的数值，输出才呈现“1”状态注：m总是小于输出端的数目具有 m1的单元就是上述“或”单元174等于m单元，通用符号只有呈现“1”状态输入的数目等于限定符号中以m表示的数值，输出才呈现“1”状态注：m总是小于输出端的数目 m1的2输入单元就是通常所说的“异或”单元175多数单元，通用符号只有多数输入呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态176逻辑恒等单元，通用符号只有所有输入呈现相同的状态，输出才呈现“1”状态177奇数单元（奇数校验单元

29、）模z加单元，通用符号只有呈现“1”状态的输入数目为（1、3、5等），输出才呈现“1”状态178偶数单元，（偶数校验单元）通用符号只有呈现“1”状态的输入数目为偶数（0、2、4等），输出就呈现“1”状态179异或单元，只有两个输入之一呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态180输出无专门放大的缓冲单元只有输入呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态181非门反相器（在用逻辑非符号表示器件的情况下）只有输入呈现外部“1”状态，输出才呈现外部“0”状态182反相器（在用逻辑极性符号表示器件的情况下），只有输入呈现H电平，输出才呈现L电平1833输入与非门例如：CTCT1010（国外对应号 SN7410）的一部分1843输入与非门例如：CTCT1027（国外对应号 SN7427）的一部分1852输入与非门（具有斯