機(jī)械原理課程設(shè)計健身球檢驗(yàn)分類機(jī)

1、JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY機(jī)械原理課程設(shè)計題目：健身球檢驗(yàn)分類機(jī)學(xué)院： 工學(xué)院 姓 名：學(xué) 號： 20101132 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 年 級：指導(dǎo)教師：二0一二 年 六 月目錄1 設(shè)計任務(wù)書- 2 -1.1設(shè)計題目：健身球檢驗(yàn)分類機(jī)- 2 -1.2 初始條件- 2 -1.3 設(shè)計任務(wù)- 2 -1.4 設(shè)計提示- 3 -2 主運(yùn)動機(jī)構(gòu)的初步設(shè)計與選擇- 3 -2.1 傳動機(jī)構(gòu)- 3 -2.1.1 原動機(jī)的選擇- 3 -2.1.2 一級傳動的選擇- 3 -2.1.3 減速器的設(shè)計- 4 -2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)- 5 -2.2.1 進(jìn)料機(jī)構(gòu)的設(shè)計- 5

2、-2.2.2 送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計- 7 -2.2.3 檢測機(jī)構(gòu)的設(shè)計- 10 -2.2.4 接料機(jī)構(gòu)的設(shè)計- 13 -2.3 總體方案的綜合擬定- 13 -3 系統(tǒng)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理- 15 -3.1 各機(jī)構(gòu)配合關(guān)系- 15 -3.2 重要機(jī)構(gòu)參數(shù)計算- 15 -3.2.1 凸輪機(jī)構(gòu)的計算- 15 -3.2.2 凸輪壓力角的校核- 16 -3.2.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的計算- 18 -4 最終系統(tǒng)運(yùn)動方案- 19 -5 參考文獻(xiàn)- 20 -6 心得體會- 20 -1 設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計題目：健身球檢驗(yàn)分類機(jī)所設(shè)計健身球自動檢驗(yàn)分類機(jī)，是將不同直徑尺寸的健身球（石料）按直徑分類。檢測后送入各自指定位置，

3、整個工作過程（包括進(jìn)料、送料、檢測、接料）自動完成。1.2初始條件健身球直徑范圍為4046mm，要求分類機(jī)將健身球按直徑的大小分為三類。1.40第一類422.42第二類443.44第三類46其他技術(shù)要求見表1：表1 健身球分類機(jī)設(shè)計數(shù)據(jù)方案號電動機(jī)轉(zhuǎn)速r/min生產(chǎn)率（檢球速度）個/minA144020B96010C720151.3設(shè)計任務(wù)（1） 健身球檢驗(yàn)分類機(jī)一般至少包括凸輪機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)。至少設(shè)計出三種能 現(xiàn)該分類機(jī)運(yùn)動形式要求的機(jī)構(gòu)，繪制所選機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)示意圖（繪制在說明書上），比較其優(yōu)缺點(diǎn)并最終選出一個自己認(rèn)為最合適的機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計，繪制出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。

4、（2） 設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。（3） 圖紙上畫出健身球檢驗(yàn)分類機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案簡圖。（4） 圖紙上畫凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計圖（包括位移曲線、凸輪廓線和從動件的初始位置）；要求確定運(yùn)動規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，確定凸輪廓線。（5） 設(shè)計計算其中一對齒輪機(jī)構(gòu)。（6） 同一小組內(nèi)，每人至少有一種與別人不一樣的機(jī)構(gòu)設(shè)計方案。（7） 以上所要求繪制的圖形均繪制在一張一號圖紙上。（8） 編寫設(shè)計計算說明書（3頁以上）。1.4設(shè)計提示健身球自動檢驗(yàn)分類機(jī)是創(chuàng)造性比較強(qiáng)的一個題目，可以有多種運(yùn)動方案實(shí)現(xiàn)。一般的思路在于：（1）球的尺寸控制可以靠三個不同直徑的接料口實(shí)現(xiàn)。例如：第一個接料

5、口直徑為42mm，中間接料口直徑為44mm，第三個接料口直徑稍大于46mm。使直徑小于等于42mm的求直接落入第一個接料口，直接大于42mm的球先卡在第一個接料口，然后由送料機(jī)構(gòu)將其推出滾向中間接料口。以此類推。（2）球的尺寸控制還可由凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。（3）此外，需要設(shè)計送料機(jī)構(gòu)、接料機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)等?？捎汕瑝K機(jī)構(gòu)、草輪機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)。2主運(yùn)動機(jī)構(gòu)的初步設(shè)計與選擇2.1傳動機(jī)構(gòu) 原動機(jī)的選擇設(shè)計一臺機(jī)器首先要根據(jù)機(jī)器的工作要求設(shè)計出合理的傳動機(jī)構(gòu)。依據(jù)本題的要求對健身球進(jìn)行檢驗(yàn)分類，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)大多是工作在輕載低速場合，所以選擇功率適中轉(zhuǎn)速較低的電動機(jī)比較適合，對于本題提供的電動機(jī)數(shù)據(jù)我選擇了C組

6、電機(jī)，其轉(zhuǎn)速較低生產(chǎn)率適中，由上表可知，其轉(zhuǎn)速為720r/min ，生產(chǎn)率為15個/min。由此可以確定機(jī)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的周期為T=60/15=4s/個，即其轉(zhuǎn)速為15r/min,進(jìn)而傳動機(jī)構(gòu)（減速器）的傳動比為i=720/15=48。 一級傳動的選擇根據(jù)機(jī)械原理所學(xué)內(nèi)容及查閱資料，我了解到三種適合作為一級傳動構(gòu)件的性能及特點(diǎn)如下。齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。蝸桿傳動的傳動比大，承載能力較齒輪低，常布置在傳動系統(tǒng)的高速級，以獲得較小的結(jié)構(gòu)尺寸；同時，摩擦力大，發(fā)熱大。同時蝸桿傳動在嚙合處有相對滑動。當(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦

7、與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化，因而摩擦損失較大，效率低。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、傳動距離遠(yuǎn)，選價低廉以及緩沖吸振等特點(diǎn)，在近代機(jī)械中被廣泛應(yīng)用，當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動主動輪時，由于帶與帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定動力，考慮到傳動比偏大,考慮減小噪聲、振動等方面的要求時，最好選用帶傳動。根據(jù)以上的分析比較，再結(jié)合本機(jī)器的工作條件可以得到，在此宜采用帶傳動。帶傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖如下：圖 2-1 帶傳動查閱資料得知V 帶傳動比推薦值取,這里取V 帶輪傳動比為3。減速器的設(shè)計傳動機(jī)構(gòu)的主要部分即為減速器。由于帶傳動幾經(jīng)具有i=3的傳動比，而減速器的輸出連接的是執(zhí)行機(jī)

8、構(gòu)的主軸，此主軸的后續(xù)傳動部分仍可安置一定傳動比，因此設(shè)計減速器的傳動比為8。如是減速器的輸出軸的轉(zhuǎn)速為n=720/(3*8)=30r/min。而根據(jù)資料說明一般減速箱中傳動比的分配公式：設(shè)，推出,這里取,。根據(jù)以上齒數(shù)驗(yàn)算i=8.018，符合。減速器齒輪連接簡圖如下：圖 2-2 齒輪連接2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 進(jìn)料機(jī)構(gòu)的設(shè)計要對健身球進(jìn)行檢驗(yàn)首先要接收送來的健身球，這就需要一個進(jìn)料機(jī)構(gòu)。依據(jù)健身球的形體特征我首先設(shè)計兩種進(jìn)料機(jī)構(gòu)。方案A1 如下圖所示：圖 2-3 振動式管狀進(jìn)料機(jī)構(gòu) 由于從外部送來的健身球有時會比較多，所以設(shè)計漏斗式接料斗以便在球較多時暫時存儲。另一方面的球在進(jìn)料的過程中還很可能會

9、出現(xiàn)卡在接料斗下端的情況，因此設(shè)計振動式的進(jìn)球管，它可以有效的撥動料斗里的小球以便不間斷的進(jìn)球。由于進(jìn)球管的作用還防止了小球在出球口處自動滾走的情況。除此之外此種機(jī)構(gòu)還具有對球的磨損小，方便與其他機(jī)構(gòu)配合等優(yōu)點(diǎn)。對于此機(jī)構(gòu)的震動規(guī)律的控制機(jī)構(gòu)，除圖中所示的凸輪機(jī)構(gòu)外，還可以選擇曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。方案A2 如下圖所示：圖 2-4 槽式斜面進(jìn)球機(jī)構(gòu)由槽輪控制推槽時動時停的間歇運(yùn)動，可以有效得間隔每個球，并控制球下落的速度為15個/min。同時由于下段為斜面，即可省略送料機(jī)構(gòu)。但是此機(jī)構(gòu)沒有防止球卡在管口的功能，推槽對球的磨損也會比較大，且斜面對每個球下落的時間并不能精確控制，會對選擇機(jī)構(gòu)的配合造成不好

10、的影響。2.2.2 送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計健身球由進(jìn)料機(jī)構(gòu)送入后，需要一個往復(fù)移動的送料機(jī)構(gòu)推動健身球落入將健身球分類的機(jī)構(gòu)之中。方案B1 如下圖所示：圖 2-5 送料B1利用幾何鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)推動推桿規(guī)律性的送球。凸輪機(jī)構(gòu)可以準(zhǔn)確控制推桿的運(yùn)動規(guī)律，但凸輪機(jī)構(gòu)的制造難度大。方案B2 如下圖所示：圖 2-6 送料 B2利用對心曲柄滑塊推球送料，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，但運(yùn)動規(guī)律相對難以掌握。方案B3 如下圖所示：圖 2-7 送料 B3利用帶有弧形推板的帶傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)推球進(jìn)料，該結(jié)構(gòu)簡單，制造安裝都很簡單，但運(yùn)動規(guī)律單一，無法通過機(jī)構(gòu)的構(gòu)形來實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動規(guī)律的控制。方案 B4 如下圖所示:圖2-8 送料B3

11、利用兩個不完全齒輪來推動齒條作往復(fù)移動實(shí)現(xiàn)推球送料，該機(jī)構(gòu)同方案B3有類之處，無法根據(jù)需要靈活控制齒條的推球的動作規(guī)律。2.2.3 檢測機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案C1 如圖所示：圖 2-9 檢測 C1設(shè)計一個斷面為梯形的傾斜軌道，在軌道的底部從上往下連續(xù)的開出寬度為42mm、44mm、46mm的出球口，當(dāng)球從軌道上滑下時，由于直徑的不同它們會分布在不同的高度上并自動在不同的出球口滑落進(jìn)入接球機(jī)構(gòu)。例如，直徑43mm的球由于直徑大于寬度42會順利滾過第一層球口，進(jìn)入第二層球口時由于重力作用會自動從出球口落下進(jìn)入接球機(jī)構(gòu)，如此便進(jìn)行了分類。此機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是利用了球的重力作用合理選用斜軌道無需對小球進(jìn)行控制便能自

12、動分類。缺點(diǎn)是小球有可能會卡在軌道里。方案C2 如圖所示：圖 2-10檢測機(jī)構(gòu)C2 俯視圖設(shè)計一個圓盤式檢測機(jī)構(gòu)，將一個圓盤分為四部分，分別作為進(jìn)球機(jī)構(gòu)，42mm檢測通道，44mm檢測通道，46mm檢測通道，且每個通達(dá)都有一個推球板，共四個推球板，一起固結(jié)在中心軸上，中心軸有由圓盤下面安裝的棘輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動。當(dāng)小球進(jìn)入后推板在棘輪的帶動下轉(zhuǎn)動，將小球推進(jìn)第一個檢測通道，若小球的直徑小于檢測通道的寬度則小球?qū)耐ǖ赖暨M(jìn)接球機(jī)構(gòu)，進(jìn)行完分類，若小球直徑大于通道寬度則推板將再次推動小球進(jìn)入下一個通道。此機(jī)構(gòu)與方案C1有相似之處，但由于有動力驅(qū)動，可以防止球卡在通道的情況。推板的驅(qū)動機(jī)構(gòu)棘輪如下圖所示。圖

13、 2-11 檢測機(jī)構(gòu)C2 棘輪方案 C3 圖 2-12 檢測機(jī)構(gòu)C3通過圖書館資料的搜集和查閱，特別是受到機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計（年月華中科技大學(xué)）第三章機(jī)構(gòu)運(yùn)動功能的啟示，設(shè)計出一種碰撞式的檢測機(jī)構(gòu)如上圖所示。小球通過料斗的過渡以一定速度進(jìn)入通道，若小球的直徑比滾道口的口高小，則該小球?qū)㈨樌ㄟ^滾道口，進(jìn)入右側(cè)的接料筒。若小球的直徑比滾道的口高大，在該速度下小球撞擊滾道口碰撞裝置。碰撞裝置的偏移使得隔檔片彈開，讓小球由下方的通道滾入接料筒。為了表示方便，這里的裝置圖只畫出了分兩類健身球的情況。將健身球分為三類的情況，也可相似得出，只需將左側(cè)的接料筒得到的健身再滑出經(jīng)過一次類似的裝置即可。此機(jī)構(gòu)也沒

14、有動力驅(qū)動，所以要求從一定的高度滑下，因此機(jī)構(gòu)占用空間較大，且隨機(jī)性較大，無法保證裝置能夠持續(xù)穩(wěn)定準(zhǔn)確的完成健身球的分類工作。另外機(jī)構(gòu)需要較高的精密度，制造安裝相對麻煩。2.2.4 接料機(jī)構(gòu)的設(shè)計對于接料機(jī)構(gòu)，主要是要平穩(wěn)的接住小球，減小對小球的損傷。根據(jù)這方面的要求，設(shè)計方案如下。方案D1 如圖所示：圖 2-13 接料D1設(shè)計如上圖的接料機(jī)構(gòu)，讓小球從一個傾斜的滑道上平穩(wěn)滑下，以防止小球下落時因沖擊而受到損傷。然后進(jìn)入一個底部裝有減震彈簧的接料箱，由于彈簧的作用將箱底托起，可以減小小球的下落高度并且有緩沖作用，也是為避免撞擊對小球的損傷，當(dāng)小球數(shù)量增多時，由于重量增加彈簧收縮量增大箱底自然下

15、沉，又可以增大箱子的容量。2.3 總體方案的綜合擬定在以上傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所提出的各種方案中，它們有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，要設(shè)計出一臺性能優(yōu)良的機(jī)器，需要對以上各種方案進(jìn)行評價最后綜合出一個最優(yōu)的系統(tǒng)總方案。針對每個方案在：功能目標(biāo)完成情況，系統(tǒng)方案的可靠性，系統(tǒng)方案的實(shí)用性，系統(tǒng)的工作效率，系統(tǒng)機(jī)械傳動的精度，系統(tǒng)方案的經(jīng)濟(jì)成本，系統(tǒng)的復(fù)雜程度，工作原理的先進(jìn)性等方面的綜合考慮。最終提出系統(tǒng)總方案如下：表 1 系統(tǒng)方案的選擇流程所選機(jī)構(gòu)進(jìn)料方案A1送料方案B 2檢測方案C2接料方案D1綜合之后的系統(tǒng)總圖如下：圖 2-14 系統(tǒng)總圖圖中從減速器到進(jìn)球和送球機(jī)構(gòu)都采用傳動比i=2齒輪傳動。從減速器到連

16、接棘輪的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的距離較遠(yuǎn)且轉(zhuǎn)動平面互相垂直，因此先用帶傳動，而后采用軸角為90圓錐齒輪嚙合傳動，傳動比為1。在接料機(jī)構(gòu)中由于三個接球機(jī)構(gòu)分布較集中全部畫出比較混亂，因此圖中只畫出了其中一個。3 系統(tǒng)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理3.1 各機(jī)構(gòu)配合關(guān)系根據(jù)體統(tǒng)總圖整個機(jī)器系統(tǒng)四個動作的自動完成所需的協(xié)調(diào)配合關(guān)系如下：表 2 動作關(guān)系 進(jìn)料機(jī)構(gòu)上升遠(yuǎn)休下降 送料機(jī)構(gòu)前進(jìn)后退 檢測機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)（90）停轉(zhuǎn)（90）3.2 重要機(jī)構(gòu)參數(shù)計算3.2.1 凸輪機(jī)構(gòu)的計算系統(tǒng)中凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計的一個重要目的是推動進(jìn)球口上下運(yùn)動，防止小球卡在料斗里。因此凸輪的運(yùn)動規(guī)律需要有一定的柔性沖擊比較好，同時考慮到要與對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)配合，

17、因此選擇推程和回程皆為簡諧運(yùn)動規(guī)律且無近休程。綜合考慮運(yùn)動關(guān)系與配合關(guān)系確定凸輪從動件位移曲線圖如下：如上圖所示，設(shè)計出凸輪的行程為50mm，推程角和回程角均為100，遠(yuǎn)休止角為160，無近休程。推程和回程均為簡諧運(yùn)動規(guī)律。結(jié)合與凸輪相連接的其它構(gòu)件尺寸并從凸輪傳動性能考慮，擬定凸輪基圓半徑為60mm。由從動件位移曲線圖及基圓半徑做出凸輪輪廓圖如下：圖 3-1 凸輪輪廓3.2.2凸輪壓力角的校核根據(jù)以上凸輪的輪廓曲線，及載重場合。確定凸輪宜采用尖底從動件。通過查閱資料了解到尖底從動件凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角許用值=30.如下圖所示。由以上公式可以計算出凸輪的最小壓力角，但過程復(fù)雜，在通過對以上公式的變

18、形以后用圖解法校核。有上面的公式及凸輪運(yùn)動規(guī)律的由此作出圖形如下：由圖可知，基圓恰好已經(jīng)包圍L1,L2,L3三條直線所夾得陰影部分，說明最大壓力角符合要求。且基圓半徑接近最小的基圓半徑。3.2.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的計算圖 3-2 滑塊位移圖像設(shè)計滑塊的位移量為150mm，所以曲柄的長度為75mm。3.2.3 齒輪的計算在系統(tǒng)中所有齒輪包括圓錐齒輪的模數(shù)取為2.5。由于每對嚙合此輪的傳動比及齒數(shù)在上文中均以確定出來了，此處我選擇系統(tǒng)總圖中Z3齒輪的尺寸計算,并計算Z3和Z4的嚙合尺寸，其他齒輪不一一計算。齒數(shù)Z3=19由 d=mz得分度圓直徑d=47.5mm由 =m得齒頂高=2.5mm由 =(+)m得齒根高=3.125mm齒頂圓直徑=52.5mm齒根圓直徑=41.25mm齒距p=m7.854mmZ3和Z4嚙合的尺寸計算，設(shè)兩齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪并為標(biāo)準(zhǔn)安裝，嚙合角等于壓力角為20