機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)健身球檢驗(yàn)分類機(jī)

1、 jiangxi agricultural university機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)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(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級： 指導(dǎo)教師： 二0一二 年 六 月目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)書- 2 -1.1設(shè)計(jì)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(jì)任務(wù)- 2 -1.4 設(shè)計(jì)提示- 3 -2 主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)與選擇- 3 -2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)- 3 -2.1.1 原動(dòng)機(jī)的選擇- 3 -2.1.2 一級傳動(dòng)的選擇- 3 -2.1.3 減速器的設(shè)計(jì)- 4 -2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)- 5 -2.2.1 進(jìn)料機(jī)

2、構(gòu)的設(shè)計(jì)- 5 -2.2.2 送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)- 7 -2.2.3 檢測機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)- 10 -2.2.4 接料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)- 13 -2.3 總體方案的綜合擬定- 13 -3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)算- 15 -3.2.1 凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)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(jì)算- 18 -4 最終系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案- 19 -5 參考文獻(xiàn)- 20 -6 心得體會(huì)- 20 -1 設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)題目：健身球檢驗(yàn)分類機(jī)所設(shè)計(jì)健身球自動(dòng)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

3、入各自指定位置，整個(gè)工作過程（包括進(jìn)料、送料、檢測、接料）自動(dòng)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(jì)數(shù)據(jù)方案號電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min生產(chǎn)率（檢球速度）個(gè)/mina144020b96010c720151.3 設(shè)計(jì)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(jì)出三種能 現(xiàn)該分類機(jī)運(yùn)動(dòng)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(gè)自己認(rèn)為最合適的機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合設(shè)

4、計(jì)，繪制出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。（2） 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)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(dòng)方案簡圖。（4） 圖紙上畫凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖（包括位移曲線、凸輪廓線和從動(dòng)件的初始位置）；要求確定運(yùn)動(dòng)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(jì)計(jì)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(jì)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(jì)計(jì)算說明書（3頁以上）。1.4 設(shè)計(jì)提示健身球自動(dòng)檢驗(yàn)分類機(jī)是創(chuàng)造性比較強(qiáng)的一個(gè)題目，可以有多種運(yùn)動(dòng)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(gè)不同直徑的

5、接料口實(shí)現(xiàn)。例如：第一個(gè)接料口直徑為42mm，中間接料口直徑為44mm，第三個(gè)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(gè)接料口，直接大于42mm的球先卡在第一個(gè)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(jì)送料機(jī)構(gòu)、接料機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)等。可由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、草輪機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)。2 主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)與選擇2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2.1.1 原動(dòng)機(jī)的選擇設(shè)計(jì)一臺機(jī)器首先要根據(jù)機(jī)器的工作要求設(shè)計(jì)出合理的傳動(dòng)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(dòng)機(jī)比較

6、適合，對于本題提供的電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)我選擇了c組電機(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(gè)/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(gè)，即其轉(zhuǎn)速為15r/min,進(jìn)而傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（減速器）的傳動(dòng)比為i=720/15=48。2.1.2 一級傳動(dòng)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(dòng)構(gòu)件的性能及特點(diǎn)如下。齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離過大的場合。 蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比大，承載能力較齒輪低，常布置在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級，以獲得較小的結(jié)構(gòu)尺寸；同時(shí)，摩擦力大，發(fā)熱大。同時(shí)蝸桿傳動(dòng)在嚙合處有相對滑動(dòng)。

7、當(dāng)滑動(dòng)速度很大， 工作條件不夠良好時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦與磨損，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(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)距離遠(yuǎn)，選價(jià)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪時(shí)，由于帶與帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動(dòng)從動(dòng)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)， 并傳遞一定動(dòng)力，考慮到傳動(dòng)比偏大,考慮減小噪聲、振動(dòng)等方面的要求時(shí)，最好選用帶傳動(dòng)。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(dòng)。帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖如下：圖 2-1 帶傳動(dòng)查閱資料得知v 帶傳動(dòng)比推薦值取,這里取v 帶輪傳動(dòng)比為3。2.1.3 減速器的設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部分

8、即為減速器。由于帶傳動(dòng)幾經(jīng)具有i=3的傳動(dòng)比，而減速器的輸出連接的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主軸，此主軸的后續(xù)傳動(dòng)部分仍可安置一定傳動(dòng)比，因此設(shè)計(jì)減速器的傳動(dòng)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(dòng)比的分配公式：i111.5i2 設(shè)i1=1.2i2，推出i 1=3.10,i2=2.58,這里取z1=18,z2=56,z3=19,z4=49。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)2.2.1 進(jìn)料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(gè)進(jìn)料機(jī)構(gòu)。依據(jù)健身球的形體特征

9、我首先設(shè)計(jì)兩種進(jìn)料機(jī)構(gòu)。方案a1 如下圖所示：圖 2-3 振動(dòng)式管狀進(jìn)料機(jī)構(gòu) 由于從外部送來的健身球有時(shí)會(huì)比較多，所以設(shè)計(jì)漏斗式接料斗以便在球較多時(shí)暫時(shí)存儲(chǔ)。另一方面的球在進(jìn)料的過程中還很可能會(huì)出現(xiàn)卡在接料斗下端的情況，因此設(shè)計(jì)振動(dòng)式的進(jìn)球管，它可以有效的撥動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)動(dòng)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)，可以有效得間隔每個(gè)球，并控制球

10、下落的速度為15個(gè)/min。同時(shí)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(huì)比較大，且斜面對每個(gè)球下落的時(shí)間并不能精確控制，會(huì)對選擇機(jī)構(gòu)的配合造成不好的影響。2.2.2 送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)健身球由進(jìn)料機(jī)構(gòu)送入后，需要一個(gè)往復(fù)移動(dòng)的送料機(jī)構(gòu)推動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)規(guī)律相對難以掌握。方案b3 如下圖所示：

11、圖 2-7 送料 b3利用帶有弧形推板的帶傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)規(guī)律的控制。方案 b4 如下圖所示:圖2-8 送料b3利用兩個(gè)不完全齒輪來推動(dòng)齒條作往復(fù)移動(dòng)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(dòng)作規(guī)律。2.2.3 檢測機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案c1 如圖所示：圖 2-9 檢測 c1設(shè)計(jì)一個(gè)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(shí)，由于直徑的不同它們會(huì)分布在不同的高度上并自動(dòng)在不同的出球口滑落進(jìn)入接球機(jī)構(gòu)。例如，直徑43mm

12、的球由于直徑大于寬度42會(huì)順利滾過第一層球口，進(jìn)入第二層球口時(shí)由于重力作用會(huì)自動(dòng)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)行控制便能自動(dòng)分類。缺點(diǎn)是小球有可能會(huì)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(jì)一個(gè)圓盤式檢測機(jī)構(gòu)，將一個(gè)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(gè)通達(dá)都有一個(gè)推球板，共四個(gè)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(dòng)。當(dāng)小球進(jìn)入后推板在棘輪的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，將小球推進(jìn)第一個(gè)檢測通道，若小球的直徑小于檢測通道的寬度則小球?qū)?/p>

13、從通道掉進(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(dòng)小球進(jìn)入下一個(gè)通道。此機(jī)構(gòu)與方案c1有相似之處，但由于有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，可以防止球卡在通道的情況。推板的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)棘輪如下圖所示。圖 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(jì)（年月 華中科技大學(xué)）第三章機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)功能的啟示，設(shè)計(jì)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

14、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)也沒有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，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(jì)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(jì)方案如下。方案d1 如圖所示：圖 2-13 接料d1設(shè)計(jì)如上圖的接料機(jī)構(gòu)，讓小球從一個(gè)傾斜的滑道上平穩(wěn)滑下，以防止小球下落時(shí)因沖擊

15、而受到損傷。然后進(jìn)入一個(gè)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(shí)，由于重量增加彈簧收縮量增大箱底自然下沉，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(dòng)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(jì)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(jià)最后綜合出一個(gè)最優(yōu)的系統(tǒng)總方案。針對每個(gè)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(dòng)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

16、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(dòng)比i=2齒輪傳動(dòng)。從減速器到連接棘輪的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的距離較遠(yuǎn)且轉(zhuǎn)動(dòng)平面互相垂直，因此先用帶傳動(dòng)，而后采用軸角為90°圓錐齒輪嚙合傳動(dòng)，傳動(dòng)比為1。在接料機(jī)構(gòu)中由于三個(gè)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(gè)。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)機(jī)器系統(tǒng)四個(gè)動(dòng)作的自動(dòng)完成所需的協(xié)調(diào)配合關(guān)系如下：表 2 動(dòng)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&

17、#176;）停轉(zhuǎn)（90°） 3.2 重要機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算3.2.1 凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算系統(tǒng)中凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要目的是推動(dòng)進(jìn)球口上下運(yùn)動(dòng)，防止小球卡在料斗里。因此凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律需要有一定的柔性沖擊比較好，同時(shí)考慮到要與對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)配合，因此選擇推程和回程皆為簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律且無近休程。綜合考慮運(yùn)動(dòng)關(guān)系與配合關(guān)系確定凸輪從動(dòng)件位移曲線圖如下：如上圖所示，設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)性能考慮，擬定凸輪基圓半徑為60mm。由從動(dòng)件位移曲線圖及基圓半徑

18、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(dòng)件。通過查閱資料了解到尖底從動(dòng)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(jì)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形以后用圖解法校核。有上面的公式及凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律的 (h2-s)2(h2)2+(dsd)2(h2)2=1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(jì)算圖 3-2 滑塊位移圖像設(shè)計(jì)滑塊的位移量為150mm，所以曲柄的長度為75mm。3.2.3 齒輪的計(jì)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(dòng)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(jì)算,并計(jì)算z3和z4的嚙合尺寸，其他齒輪不一一計(jì)算。齒數(shù)z3=19由 d=mz得分度圓直徑d=47.5mm由 ha=ha*m得齒頂高h(yuǎn)a=2.5mm由 hf=(ha+c*)m得齒根高h(yuǎn)f=3.125mm齒頂圓直徑da=52.5mm齒根圓直徑df=41.25mm齒距p=m7.854mmz3和z4嚙合的尺寸計(jì)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