健身球檢驗分類機(jī)課程設(shè)計機(jī)械原理

1、目錄第一章 功能與設(shè)計要求21.1功能要求21.2工作原理21.3功能分解21.4功能原理的工藝過程分解3第二章 機(jī)械系統(tǒng)的選擇與比較52.1電動機(jī)的選取52.2傳動機(jī)構(gòu)的選取與比較52.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選取與比較72.4構(gòu)件的運動形式92.5機(jī)械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖92.6用形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建機(jī)械系統(tǒng)運動方案10第三章 尺寸設(shè)計113.1電動機(jī)113.2減速裝置113.3皮帶傳動123.4齒輪系傳動133.5直齒錐齒輪133.6檢料機(jī)構(gòu)153.7送料機(jī)構(gòu)163.8凸輪機(jī)構(gòu)18第四章 方案分析與評價204.1優(yōu)點204.2缺點204.3改進(jìn)21附錄22總結(jié)28參考文獻(xiàn).29第一章 功能與設(shè)計要求 1.

2、1功能要求具體設(shè)計要求如下：健身球檢驗分類機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)球、送球、檢測球、接球的一體化功能。健身球自動檢驗分類機(jī)，將不同直徑尺寸的健身球（石料）按直徑分類。健身球直徑范圍為4046mm，要求分類機(jī)將健身球按直徑的大小分為三類。1.40 mm第一類42 mm2.42 mm第二類44 mm3.44 mm第三類46 mm 1.2工作原理健身球檢驗分類機(jī)是由進(jìn)料機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、接料機(jī)構(gòu)以及電動機(jī)組成。進(jìn)料機(jī)構(gòu)是持定量的健身球，以直線、間歇的運動過程進(jìn)球；送料機(jī)構(gòu)是在往復(fù)直線運動過程中，運用曲柄滑塊或者凸輪推桿使健身球能持續(xù)定量的進(jìn)入工作臺相對應(yīng)的小槽內(nèi)，根據(jù)效率要求，讓健身球每6秒鐘進(jìn)入一個，使工作持續(xù)

3、穩(wěn)定進(jìn)行；檢驗機(jī)構(gòu)是由上往下直徑分別為42mm、44mm、46mm的小槽，根據(jù)小球能通過而打球不能通過的原理，使健身球直徑為40mm至42mm的可以通過第一個孔，使健身球直徑為42mm至44mm的可以通過第二個孔，使健身球直徑為44mm至46mm的可以通過第三個孔，從而通過孔的大小實現(xiàn)對健身球的檢驗以及分類；接料裝置是在運用接球通道將掉下來的球通過滾槽進(jìn)入指定的裝置，把球按分類裝好。 1.3功能分解為了實現(xiàn)將健身球自動分類的總功能，可將總功能分解為如下分功能：1. 健身球定量進(jìn)球功能；2. 健身球定量送球及定位功能；3. 健身球大小檢驗功能；4. 接球功能。其功能邏輯圖如下：持定量健身球，以直

4、線、間歇的進(jìn)球。定量進(jìn)球定量送球直線往復(fù)的運動。運用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)使健身球能持續(xù)的進(jìn)入工作臺相對應(yīng)的小槽內(nèi)，使工作能持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行。健身球檢驗分類機(jī)的工作系統(tǒng)健身球間歇得掉下來，尺寸最的直接掉進(jìn)第一個孔，稍大得都卡在那里。精確檢驗健身球運用滑塊或偏心輪，把健身球推到第2個孔，然后再把最大的推到最大的孔。運用接球通道將分類掉下來球通過，然后再用接球儀器將球接住。接球裝置 1.4功能原理的工藝過程分解1.定量進(jìn)球功能：用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)有規(guī)律的往復(fù)運動，控制進(jìn)球速度，當(dāng)滑塊往回運動到進(jìn)料口時，健身球自動進(jìn)球，然后滑塊向右運動時進(jìn)料口停止進(jìn)球，從而使健身球按規(guī)律定量進(jìn)球。其原理如圖1.4a所示。圖1.4

5、a2.定量送球功能：用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)有規(guī)律的往復(fù)運動，當(dāng)滑塊向右運動時，將球推入推入送料口，使球進(jìn)入規(guī)定的位置，實現(xiàn)定量送球。其原理圖如圖1.4a所示。3.檢驗健身球大小功能：通過孔徑的大小，控制進(jìn)球類型，40mm至42mm的球從第一個孔通過，42mm至44mm的球從第二個孔通過從而達(dá)到健身球分類的目的。其原理圖如圖1.4b所示。4.接料功能：健身球通過不同大小的孔分類后，通過規(guī)定的通道，將球送入到指定的接料裝置內(nèi)，從而把分類好的健身球按規(guī)定裝好。其原理圖如圖1.4b所示。圖1.4b第二章 機(jī)械系統(tǒng)的選擇與比較 2.1電動機(jī)的選取發(fā)動機(jī)是是機(jī)器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機(jī)、汽油機(jī)

6、、液壓機(jī)、氣動馬達(dá)等。電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、控制方便、維護(hù)容易。而健身球檢驗分類機(jī)屬于工業(yè)批量生產(chǎn)中的應(yīng)用，考慮實際場景，一般工廠用電220V以上，原動機(jī)易選用220v交流電動機(jī)，為減少噪音一般不用氣動機(jī)，從整個設(shè)計方案考慮，要達(dá)到高產(chǎn)率且減少減速過程機(jī)構(gòu)，宜采用轉(zhuǎn)速較低的電動機(jī)。根據(jù)要求，我們這里采用的是轉(zhuǎn)速為720r/min的電機(jī)。2.2傳動機(jī)構(gòu)的選擇與比較機(jī)械系統(tǒng)中的傳動機(jī)構(gòu)是把原動機(jī)輸出的機(jī)械能傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)并實現(xiàn)能量的分配、轉(zhuǎn)速的改變及運動形式的改變的中間裝置。傳動機(jī)構(gòu)最常見的有齒輪傳動、帶傳動、蝸桿傳動等。它們的特點如下表所示：特點壽命應(yīng)用齒輪傳動承載能力和速度范圍大；傳動比恒定

7、，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(zhuǎn)有噪音；無過載保護(hù)作用取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度以及抗膠合與抗磨損能力金屬切削機(jī)床、汽車、起重運輸機(jī)械、冶金礦山機(jī)械以及儀器等蝸桿傳動結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)；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，壽命較長；低速傳動，磨損顯著金屬切削機(jī)床（特別是分度機(jī)構(gòu)）、起重機(jī)、冶金礦山機(jī)械、焊接轉(zhuǎn)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(hù)作用；結(jié)構(gòu)簡單，

8、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(jī)床、鍛壓機(jī)床、輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和紡織機(jī)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??；運轉(zhuǎn)的瞬時速度不均勻，高速時不如帶傳動平穩(wěn)；鏈條工作時，特別是因磨損產(chǎn)生伸長以后，容易引起共振，因而需增設(shè)張緊和減振裝置與制造質(zhì)量有關(guān)5000-15000h農(nóng)業(yè)機(jī)械、石油機(jī)械、礦山機(jī)械、運輸機(jī)械和起重機(jī)械等圖2.1由上述幾種主要的傳動裝置相互比較可知，齒

9、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。2.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選取與比較1.送料機(jī)構(gòu)對心凸輪機(jī)構(gòu)圖2.3a曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖2.3b以上兩種傳動機(jī)構(gòu)各有特色，兩者都同樣能完成工作任務(wù)，但前者若采用擺線或五次多項式運動規(guī)律，則可避免沖擊，并且結(jié)構(gòu)簡單，便于設(shè)計，桿件少，功能損失少，但不便于加工。后者有急回特性，可實現(xiàn)快進(jìn)慢退，有利于實現(xiàn)運動的配合，其易于加工，容易設(shè)計，綜合考慮決定選用后者，即曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。2檢料機(jī)構(gòu)方案一：采用不同孔徑大小的通道使球分類圖2.3c方案二：采用凸輪的運動控制孔徑的大小從而使球分類圖2.3d上訴兩種檢驗機(jī)構(gòu)都能完成我們要達(dá)到的功能任

10、務(wù)。前者設(shè)計機(jī)構(gòu)簡單，運動形式少，占地面積較小。后者則設(shè)計機(jī)構(gòu)復(fù)雜，運動形式多，運動不易配合，接料裝置不好設(shè)計。故選用方案一，即采用不同孔徑通道大小使球分類。3.按類接球裝置如下圖所示：圖2.3e 2.4構(gòu)件的運動形式1；送料夾持器無間歇往復(fù)移動，可選用凸輪機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)，組合機(jī)構(gòu)（如凸輪機(jī)構(gòu)+連桿機(jī)構(gòu)）等；2；定位間歇往復(fù)移動，同樣可選用凸輪機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)，組合機(jī)構(gòu)（如凸輪機(jī)構(gòu)+連桿機(jī)構(gòu)）等。 2.5機(jī)械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運動形式，繪制出機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換功能圖圖2.5 2.6用形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建機(jī)械運動的運動方案根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖（圖2.5）可構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣（表2.6）。由

11、表2.6所示的形態(tài)學(xué)矩陣可求出健身球檢驗分類機(jī)系統(tǒng)運動方案數(shù)為N=22222=32由給定的條件、各機(jī)構(gòu)的相容性、空間布置、類似產(chǎn)品的借鑒和設(shè)計等，我們可以從中選出較為實際可行的方案。表2.6中用線連的是選擇的最優(yōu)方案。功能元12減速1帶傳動齒輪傳動減速2帶傳動齒輪傳動減速3帶傳動齒輪傳動送料機(jī)構(gòu)無間歇往復(fù)移動凸輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)推桿的間歇往復(fù)移動凸輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)圖2.6第三章 尺寸設(shè)計 3.1電動機(jī)健身球檢驗分類機(jī)的動力源采用轉(zhuǎn)速為min/720r的交流電動機(jī)。3.2減速裝置本次設(shè)計采用的如下圖所示的減速器，由傳送帶和齒輪系構(gòu)成的減速裝置。其中一對齒輪比是有限的，由于本裝置需要較大的傳動比，故采用

12、輪系來實現(xiàn)。此分類機(jī)采用如圖所示的減速器，由傳送帶和齒輪系構(gòu)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，固采用輪系是來實現(xiàn)。圖3.2 3.3皮帶傳動圖3.3如圖所示為皮帶減速機(jī)構(gòu)，帶輪1連接原動件轉(zhuǎn)速為的交流電動機(jī)，皮帶2連接齒輪系中的齒輪1，皮帶1的半徑為，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(zhuǎn)速與半徑成反比：=(2) 3.4齒輪系傳動如圖3.2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，齒輪4與直齒錐同軸連接，根據(jù)齒輪系傳動原理有：(3)由上式可得：=(4)3.5直齒錐齒輪如圖3.

13、5a所示，直齒輪4與直齒錐齒輪5、凸輪10（后圖）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7同軸連接，根據(jù)齒輪傳動原理有：=(5)=(6)由凸輪10與直齒錐齒輪同軸傳動有：=(7)根據(jù)提供的原動件轉(zhuǎn)速為的交流電動機(jī)與課程設(shè)計要求，在的前提下，設(shè)計機(jī)器的生產(chǎn)率為10個/min,設(shè)計的凸輪滑塊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)凸輪轉(zhuǎn)動一圈完成一個健身球的檢測，可以得到凸輪12的轉(zhuǎn)速為：同時，齒輪4與齒輪7是同軸傳動，故則根據(jù)公式(4)可以得出：因此由上兩式可以得出:根據(jù)1比72的比例關(guān)系，我們選取適當(dāng)?shù)钠л啺霃胶妄X輪齒數(shù)故我們得出:,圖3.5a直齒錐齒輪傳動各齒輪參數(shù)如下表：模數(shù)(mm)壓力角()齒數(shù)

14、(個)直徑(mm)分錐角()齒輪12202040/齒輪222080160/齒輪32202040/齒輪4220120240/直齒錐5、6、7、8320257590表3.5b 3.6檢料機(jī)構(gòu)在檢料箱體中，滑塊1的軌道中設(shè)有待測球出口料道1、料道2、料道3，料道順序為尺寸從小到大往下設(shè)置，小球先檢測，接著檢測中球，大球最后檢測，料道尺寸設(shè)計稍大于，為了使球能夠快速穩(wěn)定地經(jīng)過料道尺寸檢測，設(shè)計軌道與水平夾角為：根據(jù)課題設(shè)計要求可設(shè)置相應(yīng)尺寸大小如下表:料道1料道2料道3料道直徑（mm）424446設(shè)置滑塊軌道有關(guān)尺寸為： 3.7送料機(jī)構(gòu)3.7a1.曲柄滑塊設(shè)計根據(jù)平常作圖經(jīng)驗，我們設(shè)定曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的行

15、程速比系數(shù)K=1.4，則極位夾角為30度，這將有助于我們計算，再將A與滑塊中心所在平面的距離定為120，滑塊最大行程定位為200，運用這些初始數(shù)據(jù)我們就可以通過作圖法來設(shè)計能滿足要求的機(jī)構(gòu)。具體作圖步聚：1.在直角坐標(biāo)系下畫水平線，長度為200； 2.作中垂線，再過做直線交與.且使 與成60度夾角； 3.作下方作它的平行線，兩者相距e=120； 4.過作圓，使兩點都在圓上，此時圓與的 平行線交與一點，連接,; 5.過點以為半徑畫圓，此圓交與,量取、 的長度，=/2, =（+）/2，得到長 度AB=82.37mm，BC=234.05mm； 6.C1、C2為滑塊的兩極位，C1C2=200mm。圖3

16、.7b2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運動分析2.1位置分析 見附錄一（附圖1.1）2.2速度分析 見附錄一（附圖1.2）2.3加速度分析 見附錄一（附圖1.3）3.8凸輪機(jī)構(gòu)1.凸輪設(shè)計接料機(jī)構(gòu)用的是凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪與推桿通過滾子連接，其基圓半徑R為80mm，偏心距為30mm，滾子半徑為5mm。數(shù)據(jù)計算；在設(shè)計檢料裝置中，我們預(yù)設(shè)第一個料道起始端與滑塊平面的距離、各料道間的間距都為，料道1、料道2、料道3的孔徑大小分別為，料道的傾角為，電機(jī)未動時凸輪位于基圓部分，當(dāng)機(jī)器運轉(zhuǎn)時凸輪進(jìn)入上升階段，凸輪在球進(jìn)入滑道1的時候推桿需要上升,此后凸輪休止，有運動循環(huán)圖可知此時的休止角，若球無進(jìn)入料道1、則繼續(xù)下落到達(dá)料道

17、2，此時再讓推桿停止一段時間，使球有足夠時間進(jìn)入料道2，此時的休止角，若球無進(jìn)入料道2、則繼續(xù)下落到達(dá)料道3，此時再讓推桿停止一段時間，使球有足夠時間進(jìn)入料道，此時的休止角。通過檢料機(jī)構(gòu)與推桿的以上相對位置關(guān)系，我們確定此凸輪共分6段，各段轉(zhuǎn)角與升程數(shù)據(jù)如下表：轉(zhuǎn)角（度）0-120120-150150-210210-240240-330330-360推桿升程（mm）103.170-50.550-52.620接料上升休止回程休止回程休止2.凸輪機(jī)構(gòu)的運動分析 見附錄二 3.9各機(jī)構(gòu)的運動循環(huán)圖第四章 方案分析與評價 4.1優(yōu)點(1) 結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高；(2)設(shè)計中大多零件使用標(biāo)準(zhǔn)件，機(jī)器互

18、換性好；(3)篩選過程中使球逐個進(jìn)入，避免了健身球之間的相互碰撞和卡球現(xiàn)象；(4)具有較為確定的傳動比；(5)零件制造加工簡單；(6)傳送帶靠摩擦力工作，傳動平穩(wěn)，能緩沖吸震，噪聲小。 4.2缺點(1) 機(jī)械機(jī)構(gòu)簡單，故精確度不高；(2) 機(jī)器大量使用齒輪，會產(chǎn)生噪音，且造價造價成本高；(3) 進(jìn)料裝置的流動性差，可能因卡球而間斷進(jìn)料；(4) 由于是逐個進(jìn)球，以至于生產(chǎn)效率低；(5) 球?qū)瑝K在整個生過程中都有壓力，會使滑塊與導(dǎo)軌面產(chǎn)生很大摩擦力，阻礙進(jìn)球；(6) 滑塊在急進(jìn)行程中會與球發(fā)生碰撞，會使整個機(jī)器震蕩；(7) 不適用于高速場合。 4.3改進(jìn)(1) 在進(jìn)料裝置中使用振蕩器，降低健身球球互卡發(fā)生的概率，但要通過精確的調(diào)整解卡振蕩器的頻率，從而減小噪音；(2) 用鑄鐵材料做支座，消減機(jī)器震蕩；(2) 使用摩擦系數(shù)較小的導(dǎo)軌，提高篩選精度；(3) 在儲球裝置處增加以凸輪滾子構(gòu)件，使球間歇進(jìn)入送料導(dǎo)軌，進(jìn)而避免球?qū)瑝K產(chǎn)生壓力；(4) 在滑塊左段添加一彈性套頭，進(jìn)而避免滑塊對球的剛性沖擊。附錄一附圖1.1附圖1.2附圖1.3附錄二附圖2.1附圖2.2附圖2.3附錄四圖附4機(jī)械系統(tǒng)運動方案簡圖附錄五圖附5健身球分類機(jī)三維圖總結(jié) 從