機(jī)械原理課程設(shè)計

1、、設(shè)計任務(wù)書 .31.1功能要求及工藝動作分解提示 .31.2 設(shè)計方案提示 .3二、 健身球自動檢驗(yàn)分類機(jī)方案設(shè)計 .：.32.1功能分解 42.2功能邏輯圖42.3方案設(shè)想 .42.4原動機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)的選擇 .6原動機(jī)的選擇 .:6傳動機(jī)構(gòu)的選擇 :62.5執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇和比較7進(jìn)料和送料8檢驗(yàn)分類和按類存放 10三、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的擬定和比較 :123.1根據(jù)工藝過程確定執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式 . .123.2繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動轉(zhuǎn)換功能圖 .123.3根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式選擇機(jī)構(gòu) . 123.4用形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動方案 13四、 機(jī)械系統(tǒng)工作運(yùn)動循環(huán)圖:;.144.1根據(jù)工藝動

2、作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖 14五、機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計及運(yùn)動分析 .155.1凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計155.2結(jié)果分析205.3減速裝置的尺寸設(shè)計20六、機(jī)構(gòu)運(yùn)動總體方案圖 . 246.1運(yùn)動方案簡圖246.2健身球檢驗(yàn)分類機(jī)工作原理25健身球檢驗(yàn)分類機(jī)工作流程 .256.3健身球檢測分類機(jī)分析和評價26七、總結(jié)26八、主要參考資料27一、設(shè)計題目1.1功能要求及工藝動作分解提示1）總功能要求將不同直徑的健身球按直徑分類存放。2）工作原理及工藝動作分解提示健身球自動分類機(jī)的功能是將不同直徑的健身球（石料）按直徑分類，并送到各指定位置。整個工作過程（包括進(jìn)料、送料、分類、按類存放）自動完成。1.2設(shè)計支

3、求健身球直徑范圍為巾40巾46mm,要求分類機(jī)將健身球按直徑的大小分為三類：第一類： 40W巾w 42 ; 第二類：42巾w 44;第三類：44巾w 46。 生產(chǎn)率（分類速度）20個/min;r/電機(jī)轉(zhuǎn)速：1440 1 1 -二. 設(shè)計任務(wù)（1）健身球分類機(jī)一般至少包括凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)。（2）設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。（4）繪制凸輪機(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，校核最大壓力角和最小曲率半徑， 確定凸輪廓線。盤狀凸輪用分析法設(shè)計，圓柱凸輪用圖解法設(shè)計（5）設(shè)計計算其中一對齒輪機(jī)構(gòu)。（6）編寫設(shè)計計算說明書。三. 設(shè)

4、計方案構(gòu)思提示健身球自動分類機(jī)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：第一個接料口直徑為42mm,中間接料口直徑為44mm,而第三個接料口直徑稍大于 46mm。 使直徑小于（等于）42mm的球直接落入第一個接料口，直徑大于 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）送料機(jī)構(gòu)、接料機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)可由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī) 構(gòu)等實(shí)現(xiàn)。3）球的尺寸控制還可由凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。四、健身球自動檢驗(yàn)分類機(jī)方案設(shè)計4.1功能分解1. 進(jìn)料功能2. 送料功能3. 自動分類功能4. 按類存放功能4.2方案設(shè)想自

5、動檢驗(yàn)分類機(jī)的主要用途就是將不同直徑大小的健身球分成三類，我們提 出了如下圖的運(yùn)動裝置：圖4.1該方案將送料機(jī)構(gòu)和檢料機(jī)構(gòu)中的滑塊運(yùn)動統(tǒng)一起來， 在上滑塊將球推出的 同時下滑塊上邊緣也正好抵達(dá)料道 1的口緣處，向下運(yùn)動時對球進(jìn)行檢測分類。 但考慮到球在檢料機(jī)構(gòu)通道中向下運(yùn)動至靠近料道時， 有可能球會卡在料道口而 不能進(jìn)行正常分類，而且此機(jī)構(gòu)在滑塊運(yùn)動的三個料道口處分別有一處間歇，其間歇位置和時間不易控制，對凸輪的精度要求很高。所以我們放棄這一方案，選 用改進(jìn)的方案二。萬案二運(yùn)動方案圖：圖4.2該方案對方案一中球會卡死的缺點(diǎn)作了進(jìn)一步的改善：料道中兩個滑塊的運(yùn) 動有效地將卡在料道口中的球推出。而

6、且避免的精確地間歇。4.3原動機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)的選擇原動機(jī)的選擇表一：型號電流轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)電壓Y112-M48.81440r/mi n84.5%0.82380v傳動機(jī)構(gòu)的選擇機(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(shí)現(xiàn)能量的分配、轉(zhuǎn)速的改變及運(yùn)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。他們的特點(diǎn)如表二:表二：特點(diǎn)壽命使用齒輪傳動承載能力和速度范圍大；傳動比恒定，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(yùn)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 合和抗磨損能力金屬切削機(jī)床

7、、 汽車、起重運(yùn)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(fèi)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，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

8、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(yùn)轉(zhuǎn)的瞬時速度不均勻，咼速時不 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) 張緊和減振裝置和制造質(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(yùn)輸機(jī)械和起重 機(jī)械等據(jù)上述幾種主要的傳動裝置相互比較可知，齒輪傳動、帶傳動用于減速，故 選用齒輪傳動和帶傳動，齒輪傳動效率高，工作可靠、傳動精確；帶輪傳動安裝 要求低，結(jié)構(gòu)簡單，成

9、本低。4.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇和比較441進(jìn)料和送料(1)進(jìn)料機(jī)構(gòu)圖4.3如上圖所示為漏斗狀進(jìn)料機(jī)構(gòu)，槽體高度h,可根據(jù)待測球數(shù)量適度調(diào)整。槽壁的傾斜角度為 a其對槽體和健身球的受力情況有較大的影響。 如果a角度 過大，貝U健身球整體向下的壓力不足，影響了傳遞的連續(xù)性；如果 a角度過小， 則球之間互相壓力增大，健身球流動性下降。所以，3Q45。我們?nèi)=5°對于導(dǎo)管直徑d,為了保證良好的流動性d應(yīng)該大于最大球的直徑，并保證 12mm的盈余空間；但也不宜過大，過大尺寸的直徑 d容易造成球體之間的相 互摩擦力增加，造成導(dǎo)管的堵塞。(2)送料機(jī)構(gòu)方案一、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖4.4如圖所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

10、的運(yùn)動分析：B14極位夾角為oFFtB2C13C2圖4.5據(jù)上圖分析可知：此機(jī)構(gòu)在傳動過程中有傳動壓力角a,而且不等于零；而且對于滑塊C來說，其受力方向斜向下，故滑塊在傳動過程中有摩擦，傳動效率受 影響。方案二、對心凸輪滑塊機(jī)構(gòu)圖4.6據(jù)圖可得：此為對心凸輪滑塊機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)傳動效率高，若采用擺線（正弦 加速度）或五次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律，則可避免沖擊，并且結(jié)構(gòu)更為簡單，便于設(shè)計, 桿件少，功能損失更少，能出色地完成認(rèn)務(wù)。檢驗(yàn)分類和按類存放（1）檢驗(yàn)分類機(jī)構(gòu)萬案一:檢測機(jī)構(gòu)圖4.7圖4.8從理論上來講，以上兩種方案都可以實(shí)現(xiàn)健身球自動檢驗(yàn)分類的功能， 但是, 前面我們已經(jīng)提到，實(shí)際上方案一在料道 1處

11、，直徑在© 44及以上的健身球會 卡住，而無法實(shí)現(xiàn)分類，故選方案二。在方案二的檢料箱體中，設(shè)有待測球出口料道1、料道2、料道3,料道順序?yàn)槌叽鐝男〉酱笠来卧O(shè)置，小球先檢測，接著檢測中球，大球直接滾出，為了 使球能夠快速穩(wěn)定地經(jīng)過料道尺寸檢測，設(shè)計軌道和水平夾角為：B =10°料道相應(yīng)尺寸大小如表三：料道1料道2料道3料道直徑444648考慮到健身球的形狀以及其重力作用，在滑塊2的前端，留有在5mm的距離, 其能夠按照預(yù)想的路程進(jìn)行檢料。（2）按類存放裝置如下圖所示：五. 機(jī)械系統(tǒng)工作運(yùn)動循環(huán)圖5.1根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案有3個執(zhí)行構(gòu)件需要進(jìn)

12、行運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計，它們是送料機(jī)構(gòu)（滑塊1）,檢驗(yàn)分類機(jī)構(gòu)（滑塊2和滑塊3），在運(yùn)動循環(huán)圖中，分別用滑塊1、 滑塊2、滑塊3來表示。橫坐標(biāo)表示分配軸的轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)表示送料滑塊的運(yùn)動（由右向左為正）滑塊2和 3的運(yùn)動方向：由下向上為正。如下圖所示：執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動階段運(yùn)動時間(s)分配轉(zhuǎn)角(° )滑塊1送料0.75sr 90°:遠(yuǎn)休0.5s60°回程0.75s90°近休1 s120?；瑝K2近休1 s120。升程0.75s90°遠(yuǎn)休0.5s60°回程0.75s90°滑塊3送料0.75s90°遠(yuǎn)休0.5s60°回程0.

13、75s90°近休1 s120。圖5.1表四：六、機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計及運(yùn)動分析5.1凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計（1）送料凸輪和分類U （和滑塊 3相連的凸輪）凸輪的設(shè)計1）廓線坐標(biāo)及曲率半徑：將上述參數(shù)輸入計算機(jī)仿真軟件中，得出以下部分參數(shù)：如表五所示: 表五凸輪轉(zhuǎn)角（度）理論廓線X坐標(biāo)理論廓線Y 坐標(biāo)實(shí)際廓線X坐標(biāo)實(shí)際廓線Y坐標(biāo)曲率半徑0060050603036.296362.86737.677252.962886.76464563.639663. 639662.509653.703765.71976093.017553.703787.686245.243457.522190120011001201

14、20103.9231-6095.2628-5512015060-103.92355-95.26281201800-107.40744.6613-98.560242.9038210-36.2963-62.867-27.0285-59.1109 :80.4071270-600-50060300-51.961530-43.30132560330-3051.9615-2543.301260360-0.000160050602）運(yùn)動參數(shù)壓力角:將上述參數(shù)輸入計算機(jī)仿真軟件中，得出以下部分參數(shù)：如表六所示: 表六凸輪轉(zhuǎn)角（度）從動桿位移（1）從動桿速度（/宓）從動桿加速度（/膽燉）壓力角（度）000003

15、012.592656.5884108.07637.9377453071.6197038.51196047.407456.5884-108.07627,782990600001206000015060000180亍47.4074-56.5884-108.07627.782921012.5926-56.5884108.07637.937727000003000000330000036000003）運(yùn)動規(guī)律、圖像:位移圖:圖5.4組圖:圖5.54）圖輪廓線：5）凸輪仿真:圖5.6圖5.7（2）分類I （滑塊2相連的凸輪）凸輪的設(shè)計1）廓線坐標(biāo)及曲率半徑：將上述參數(shù)輸入計算機(jī)仿真軟件中，得出以下部分參

16、數(shù)：如表七所示: 表七：凸輪轉(zhuǎn)角（度）理論廓線X 坐標(biāo)理論廓線Y 坐標(biāo)實(shí)際廓線X 坐標(biāo)實(shí)際廓線丫 坐標(biāo)曲率半徑0060050603036.296362.86737.677252.962886.764645；63.6396 :63. 639662.509653.703765.71976093.017553.703787.686245.243457.52219012001100120120M03.9231-6095.2628-5512015060-103.92355-95.26281201800-107.40744.6613-98.560242.9038210-36.2963 :-62.867-2

17、7.0285-59.110980.4071270-600-50060300-51.961530-43.30132560330-3051.9615-2543.301260360-0.000160050602運(yùn)動參數(shù)壓力角:將上述參數(shù)輸入計算機(jī)仿真軟件中，得出以下部分參數(shù)：如表八所示: 表八凸輪轉(zhuǎn)角（度）從動桿位移（1）從動桿速度（/ sec）從動桿加速度1/（宓2）壓力角（度）000003012.592656.5884108.07637.9377453071.6197038.51196047.407456.5884-108.07627,782990600001206000015060000180

18、47.4074-56.5884-108.07627.782921012.5926-56.5884108.07637.937727000003000000330000036000003）運(yùn)動規(guī)律及圖像:eH就緒ACDEF'|12用撫i dwork s繪制凸輪輪廊34基圜半徑偏心距誡子半桎最小曲率半徑升程最大壓力甬回程最大壓力甬511002037.4644440229.0478255129. 04782551圖5.4文件舊隆改參毅教學(xué)儘示(D 動畫癘示窗口 查看(V)導(dǎo)出幫助出工R 19a ?5.2結(jié)果分析根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在推程時，許用壓力角】的值對于移動從動件，丨=30°38&#

19、176;在回程時，對于力封閉的凸輪，由于這時使從動件運(yùn)動的是封閉力，不存 在自鎖的問題，故可采用較大的壓力角，通常取 L 1=70°80°并且，最大壓力角a max £ E因此，我們?nèi)。?( =30°,直/ =70°。從上面的調(diào)試結(jié)果可知，升程a max ft 29X L =30°回程最大壓力角a 'max】"=70°且無運(yùn)動失真現(xiàn)象，故滿足設(shè)計要求。皮帶輪2皮帶輪I本分類裝置采用上圖所示的減速器，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，固采用輪系來實(shí)

20、現(xiàn)。(1) 皮帶傳送:圖5.6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no=1440r/min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ri ,皮帶2的半徑為D , 根據(jù)皮帶傳動原理有:(1)nri =no皮帶1和皮帶2的轉(zhuǎn)速和半徑成反比:nr 2 A(2) 齒輪系傳動:如圖5.5所示，帶輪2和齒輪1同軸傳動，齒輪1和齒輪2嚙合傳動，齒輪2和齒輪3同軸傳動，齒輪3和齒輪4嚙合傳動，齒輪4和直齒錐同軸連接，根據(jù)齒輪系傳動原理有:nz1 = nr2nz2 _ Z1nz1Z2 nz3 二 nz2由上式可得:DZ2Z4(3) 直齒錐齒輪:圖5.7如圖5.5所示，直齒輪4和直齒錐齒輪

21、5、凸輪7、凸輪8同軸傳動，直齒 錐齒輪5和直齒錐齒輪6垂直嚙合，直齒錐齒輪6和凸輪9同軸連接，根據(jù)齒輪 傳動原理有：nz5 = nz4nz6 =z5由凸輪9和直齒錐齒輪同軸傳動有：n9 二(7)根據(jù)提供的原動件轉(zhuǎn)速為n0=1440r/min的交流電動機(jī)和課程設(shè)計要求，在no的前提下，設(shè)計機(jī)器的生產(chǎn)率為20個/min,設(shè)計的凸輪滑塊結(jié)構(gòu)實(shí)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9的轉(zhuǎn)速為：20兀2n7 = n8 = n9 = 20r / minrad / s303同時，齒輪4和凸輪7和凸輪8是同軸傳動，故2 二nz4 二 n7 = n8rad /s31440兀n0 =1440r/mi

22、n4& r a/ct30根據(jù)公式(4)可以得出：”ZiZ3nz4n0DZ2Z4口乙z3=48 rad / sDZ2Z4因此由上兩式可以得出rg72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)辱J 1 J丄r2z2z483372故我們得出：r2 = 8r1 , z2 = 3z1 , Z4 = 3z3考慮到齒輪大小和傳動的合理性，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動結(jié)構(gòu)和齒輪系傳動結(jié)構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)如下：表五：皮帶輪參數(shù)帶輪1帶輪2皮帶輪半徑(mm30240表六：各齒輪參數(shù)模數(shù)(mm)壓力角(° )齒數(shù)(個)直徑(mm)分錐角(° )齒輪13202060/齒輪232060180/齒輪33202060/齒輪432060180/直齒錐5，63204012090六、機(jī)構(gòu)運(yùn)動總體方案圖6.1運(yùn)動方案簡圖：2946兇31OnX110 1 E9m2注：123,4直齒輪 5, 6 錐齒輪 7,12振蕩器13進(jìn)料槽14料槽15,8，9凸輪10彈簧 11推桿16推桿 17，18，19收集箱6.2健身球檢驗(yàn)分類機(jī)工作原理健身球檢驗(yàn)分類機(jī)工作流程電機(jī)通過變速器帶動凸輪滑塊9推動健身球6.3