健身球自動檢驗分類機(jī)

-.z.目錄設(shè)計題目及任務(wù)1.1設(shè)計題目及原始數(shù)據(jù)1.2設(shè)計方案提示1.3設(shè)計任務(wù)二、設(shè)計要求................................................................................................................42.1功能要求..........................................................................................................42.2工作原理..........................................................................................................42.3工藝流程圖......................................................................................................4三、機(jī)械系統(tǒng)的選擇及比較........................................................................................53.1電動機(jī)的選擇及比較......................................................................................53.2傳動機(jī)構(gòu)的選擇及比較.................................................................................53.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇及比較..................................................................................7四、健身球檢驗分類工作原理及工藝動作流程圖..................................................124.1健身球檢驗分類機(jī)工作流程........................................................................124.2機(jī)械系統(tǒng)運動方案簡圖................................................................................134.3健身球檢驗分類機(jī)的基本組成....................................................................13五、機(jī)器基本組成應(yīng)用及尺寸設(shè)計..........................................................................135.1電動機(jī)............................................................................................................135.2減速器............................................................................................................135.3傳動裝置........................................................................................................145.4凸輪推桿滑塊................................................................................................175.5檢驗裝置與接料裝置....................................................................................195.6進(jìn)料機(jī)構(gòu)設(shè)計................................................................................................205.7各機(jī)構(gòu)的運動循環(huán)圖....................................................................................21六、偏置曲柄滑塊的運動分析..................................................................................226.1構(gòu)件的基本尺寸............................................................................................226.2連桿機(jī)構(gòu)的運動分析流程圖........................................................................236.3編寫程序........................................................................................................24方案分析與評價..................................................................................................297.1優(yōu)點................................................................................................................297.2缺點................................................................................................................297.3改進(jìn)................................................................................................................29八、總結(jié)......................................................................................................................30九、參考文獻(xiàn)..............................................................................................................31附錄一..........................................................................................................................32附錄二..........................................................................................................................33附錄三..........................................................................................................................36附錄四..........................................................................................................................37一、設(shè)計題目及任務(wù)1.1設(shè)計題目及原始數(shù)據(jù)設(shè)計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。檢測后送入各自指定位置，整個工作過程（包括進(jìn)料、送料、檢測、接料）自動完成。健身球直徑圍為ф40～ф46mm，要求分類機(jī)將健身球按直徑的大小分為三類：第一類：40≤ф≤42；第二類：42<ф≤44；第三類：44<ф≤46。技術(shù)要求見下表：表1技術(shù)要求參數(shù)方案號每分鐘檢球個數(shù)m/（個）電動機(jī)轉(zhuǎn)速n/（r/min）2-74614001.2設(shè)計方案提示健身球自動檢驗分類機(jī)是創(chuàng)造性較強(qiáng)的一個題目，可以有多種運動方案實現(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.球的尺寸控制還可由凸輪機(jī)構(gòu)實現(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)、槽輪機(jī)構(gòu)等實現(xiàn)。1.3設(shè)計任務(wù)1.健身球檢驗分類機(jī)一般至少包括凸輪機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)在的三種機(jī)構(gòu)；2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖；3.圖紙上畫出健身球檢驗分類機(jī)的機(jī)構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)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。盤狀凸輪用電算法設(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；7.可進(jìn)一步完成：凸輪的數(shù)控加工，健身球檢驗分類機(jī)的計算機(jī)演示驗證等。二、設(shè)計要求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。健身球直徑圍為ф40～ф46mm，要求分類機(jī)將健身球按直徑的大小分為三類。1.ф40mm≤第一類≤ф42mm2.ф42mm<第二類≤ф44mm3.ф44mm<第三類≤ф46mm2.2工作原理健身球檢驗分類機(jī)的工作原理是由進(jìn)料機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、檢驗機(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是健身球能持續(xù)定量的進(jìn)入工作臺相對應(yīng)的小槽，讓健身球每6秒鐘進(jìn)入一個，使工作持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行；檢驗機(jī)構(gòu)是由上往下直徑分別為42mm、44mm、47mm小槽，根據(jù)小球能通過而大球不能通過的原理，健身球先通過直徑為40-42mm的第一個孔，如果不能滾入，則通過直徑為42-44mm的第二個孔和直徑為44—46mm的第三個孔，依次類推，直至用檢驗機(jī)構(gòu)來完成對所有球的檢驗和分離；接料機(jī)構(gòu)是在運用接球通道將分類掉下來球通過滾槽進(jìn)入指定的裝置，然后再用接球儀器將球接住。2.3工藝流程圖健身球檢驗分類機(jī)的工作系統(tǒng)進(jìn)料機(jī)構(gòu)持定量健身球，以直線、間歇的進(jìn)球健身球檢驗分類機(jī)的工作系統(tǒng)進(jìn)料機(jī)構(gòu)持定量健身球，以直線、間歇的進(jìn)球運用曲柄滑塊或者凸輪推桿是健身球能持續(xù)定量的進(jìn)入工作臺相對應(yīng)的小槽內(nèi)，讓健身球每6秒鐘進(jìn)入一個，使工作持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行運用曲柄滑塊或者凸輪推桿是健身球能持續(xù)定量的進(jìn)入工作臺相對應(yīng)的小槽內(nèi)，讓健身球每6秒鐘進(jìn)入一個，使工作持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行接料機(jī)構(gòu)檢驗機(jī)構(gòu)健身球間歇得掉下來，尺寸不同球?qū)⑼ㄟ^不同的小槽精確檢驗，直至完成檢驗送料機(jī)構(gòu)運用接球通道將分類掉下來球通過滾槽進(jìn)入指定的裝置接料機(jī)構(gòu)檢驗機(jī)構(gòu)健身球間歇得掉下來，尺寸不同球?qū)⑼ㄟ^不同的小槽精確檢驗，直至完成檢驗送料機(jī)構(gòu)運用接球通道將分類掉下來球通過滾槽進(jìn)入指定的裝置三、機(jī)械系統(tǒng)的選擇機(jī)械系統(tǒng)通常由一般由原動機(jī)、傳動裝置和工作機(jī)（有時又稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)）三部分組成如圖２－１：圖2—11—減速器2—聯(lián)軸器3—電動機(jī)3.1電動機(jī)的選擇本健身球檢驗分類機(jī)原動件采用轉(zhuǎn)速為1400r/min的交流電動機(jī)。3.2傳動機(jī)構(gòu)的選擇及比較機(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。但是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。根據(jù)以上的分析比較，考慮減小噪聲、振動等方面的要求的工作條件可以得到，在此采用帶傳動。3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇及比較3.3.1送料機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)所采用的進(jìn)料機(jī)構(gòu)如圖3—1所示。當(dāng)小球不斷的從進(jìn)料槽中進(jìn)入時，運用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，用滑塊間歇的讓球進(jìn)入，以不至于無法控制球的進(jìn)入，最終球順著右邊的壁做自由落體運動,落在指定位置。，設(shè)計優(yōu)點：有急回特性，球的正下方有一個微小的凹槽，使球下落在槽不會自行滑動，且滑塊將球推出后，滑塊的后半部分能夠堵住進(jìn)料口，不會使球往下落。特點：機(jī)構(gòu)比較簡單，比較容易設(shè)計制造。并且其具有急回特性，回程時間較少，更能提高健身球檢驗裝置的效率。1——進(jìn)料槽2——對心滑塊機(jī)構(gòu)圖3-1運動簡圖3.3.2檢料和接料機(jī)構(gòu)在上滑塊將球抵出的同時下滑塊上邊緣也正好抵達(dá)料道1的口緣處，向下運動時對球進(jìn)行檢測分類。特點：銜接緊湊?；瑝K1和滑塊2之間實現(xiàn)統(tǒng)一一致。效率高。通過滑塊2將健身球拖住，進(jìn)行較正確，較精確地分類。控制性好。同時也能夠?qū)⑺土蠙C(jī)構(gòu)里的滑塊與檢測機(jī)構(gòu)里的滑塊統(tǒng)一起來運動。圖3-2運動簡圖1——檢料機(jī)構(gòu)2——接料機(jī)構(gòu)綜上考慮，在設(shè)計健身球檢驗裝置的同時，我們還需要進(jìn)行46個/min效率和整個裝置的自然銜接的實現(xiàn)。因而，檢料機(jī)構(gòu)需要較強(qiáng)的靈活性和很好的間歇循環(huán)。同時，還需要進(jìn)行送料機(jī)構(gòu)和檢料機(jī)構(gòu)的銜接。所以，我們選擇了如圖作為檢料和接料機(jī)構(gòu)。健身球檢驗分類機(jī)工作原理及工藝動作流程圖將待測健身球放入料槽中4.1健身球檢驗分類機(jī)工作流程將待測健身球放入料槽中通過導(dǎo)管將料槽中的小球引入帶凹槽的導(dǎo)軌中通過導(dǎo)管將料槽中的小球引入帶凹槽的導(dǎo)軌中電機(jī)通過變速器帶動滑塊1推動健身球電機(jī)通過變速器帶動滑塊1推動健身球健身球在滑塊1推動的作用下由導(dǎo)軌進(jìn)入檢料裝置口健身球在滑塊1推動的作用下由導(dǎo)軌進(jìn)入檢料裝置口健身球由滑塊2引入檢料裝置，并跟隨滑塊2緩慢向下移動，進(jìn)入各自的合適的軌道中健身球由滑塊2引入檢料裝置，并跟隨滑塊2緩慢向下移動，進(jìn)入各自的合適的軌道中不同類型的健身球沿各自的軌道進(jìn)入不同的收集箱中不同類型的健身球沿各自的軌道進(jìn)入不同的收集箱中圖4-1檢驗分類機(jī)工作流程圖4.2機(jī)械系統(tǒng)運動方案簡圖（大圖見附錄四）圖4—2健身球檢驗分類機(jī)運動方案簡圖1,2——皮帶輪3,4,5,6——直齒輪7，11——凸輪8,9,10——錐齒輪12——連桿13——推桿14——滑輪15——料槽五、機(jī)器基本組成應(yīng)用與尺寸設(shè)計5.1電動機(jī)本健身球檢驗分類機(jī)原動件采用轉(zhuǎn)速為的交流電動機(jī)。5.2減速器圖5-1減速裝置本分類裝置采用圖5-1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，固采用輪系來實現(xiàn)。5.3傳動裝置皮帶傳送圖5-2皮帶減速機(jī)構(gòu)如圖5-2所示為皮帶減速機(jī)構(gòu)，根據(jù)傳動比的需要，本機(jī)構(gòu)采用平帶傳動，夠使機(jī)械的效率保持在在0.98--0.98之間，且壽命比V帶長。其基本原理是帶輪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3，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)齒輪系傳動：如圖5-3所示，帶輪2與齒輪3同軸傳動，齒輪3與齒輪4嚙合傳動，齒輪4與齒輪5同軸傳動，齒輪5與齒輪6嚙合傳動，齒輪6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)直齒錐齒輪：圖5-4錐齒輪嚙合簡圖如圖5-4所示，直齒輪6與直齒錐齒輪8、凸輪7（見圖3-9）同軸傳動，直齒錐齒輪8與直齒錐齒輪9垂直嚙合，直齒錐齒輪10與凸輪11同軸連接（見附圖），根據(jù)齒輪傳動原理有：=(5)=(6)==（7）由凸輪7與直齒錐齒輪同軸傳動有：=(8)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（3.3.3），可以得到凸輪7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96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:,,考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動結(jié)構(gòu)與齒輪系傳動結(jié)構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)如表2、表3：表2皮帶輪參數(shù)帶輪1帶輪2皮帶輪直徑（mm）100200表3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32202040/齒輪4220160320/齒輪52202040/齒輪6220120240/直齒錐8,9,10,112208016090一對齒輪與一對直齒錐齒輪嚙合如圖5-5所示：圖5-5直齒輪、錐齒輪嚙合簡圖5.4凸輪機(jī)構(gòu)5.4.1凸輪機(jī)構(gòu)如圖5-6所示，齒輪6與凸輪7同軸傳動，凸輪7與桿13、滑塊2形成凸輪滑塊傳動機(jī)構(gòu)。凸輪尺寸的設(shè)計基于該機(jī)構(gòu)從動件的運動規(guī)律，由于凸輪7與凸輪11的轉(zhuǎn)速相同，設(shè)計滑塊1將待測球推入檢測裝置的同時，滑塊2在的高度接入待測球進(jìn)入相應(yīng)尺寸料道，建立滑塊1與滑塊2的同步運動機(jī)制，檢料裝置的尺寸設(shè)計（見表4）。圖5-6檢料裝置運動圖表4檢料裝置料道尺寸料道1料道2料道3料道直徑（mm）424447凸輪運動帶動滑塊2向上升，經(jīng)過大孔（47mm）中孔（44mm）及兩層隔板（2mm），最終到達(dá)小孔（42mm）端口處時進(jìn)行休止，總升程h1=96.4mm；滑塊接住球后進(jìn)行回程，經(jīng)過中孔（44mm）及一層隔板（2mm）到達(dá)中孔底端口處再次進(jìn)行休止，此時滑塊的運動位移為h2=49.7mm；h3為隔板厚度，取2mm，預(yù)留量為0.7mm；桿長自定義為120mm，大于通道長。根據(jù)凸輪運動規(guī)律，可以得到以下數(shù)據(jù)：設(shè)置滑塊軌道有關(guān)尺寸為：桿長為5.4.2凸輪的設(shè)計凸輪基圓半徑，角速度ω，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。由齒輪4與凸輪7同軸傳動有：ω=設(shè)計該凸輪的基圓半徑，偏距e：e=30mm滾子半徑Rt=10mm凸輪的各參數(shù)如圖5-7所示(見附表一)其動畫演示如圖5-9所示（見附錄二）根據(jù)凸輪的各參數(shù)以及運動循環(huán)和推程、回程規(guī)律，可得凸輪的運動分段如圖5-10（見附表二）5.5檢驗裝置與接料裝置圖5-11檢料裝置圖在檢料箱體中，滑塊2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：=5.6進(jìn)料機(jī)構(gòu)設(shè)計5.6.1偏置曲柄滑塊圖5-12進(jìn)料機(jī)構(gòu)簡圖如圖5-12所示，曲柄與直齒錐齒輪11同軸傳動，直齒11與凸輪7具有相同的轉(zhuǎn)速。A到C的垂直距離為150mm，滑塊的行程為C1C2=240mm，A點鉸鏈固定后，AC1=188mm,AC2=384,根據(jù)公式得AB=(AC2-AC1)/2=97.86mmBC=(AC2+AC1)/2=286.2mm行程速比系數(shù)為K=1.4，根據(jù)公式得極位夾角為θ=180度*（K-1）/(K+1)=30度。5.6.2料槽裝置圖5-13料槽裝置簡圖如圖5—13所示為料槽結(jié)構(gòu)，其中槽體的高度可根據(jù)待測球數(shù)量適度調(diào)整。其中槽壁的傾斜角度對槽體和健身球的受力情況有較大的影響。如果角度過大，則健身球整體向下的壓力不足，影響了傳遞的連續(xù)性；如果角度過小，則球之間互相壓力增大，健身球流動性下降。所以，。5.7各機(jī)構(gòu)的運動循環(huán)圖圖5-14運動循環(huán)圖當(dāng)滑塊1將健身球剛好推入檢料機(jī)構(gòu)時，凸輪經(jīng)過一個推程將滑塊2推至料道1位置，接住健身球。然后，在這個位置進(jìn)行0.5s的休止，使合適的健身球能夠進(jìn)入料道1.不符合的健身球跟隨滑塊向下進(jìn)行1s的回程運動，在料道再進(jìn)行一個0.5s的休止，使合適的小球進(jìn)入下一個料道。凸輪繼續(xù)回程1.5s，使最大的小球進(jìn)入最后一個料道。在完成0.5s的休止后，小球滾入料道，然后完成整個過程后，凸輪將送滑塊進(jìn)入下一個循環(huán)。六、偏置曲柄滑塊的運動分析6.1構(gòu)件的基本尺寸圖6-1運動分析示例曲線圖如圖6-4（見附表三）七、方案分析與評價7.1優(yōu)點(1)設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，能耗低；(2)設(shè)計制造簡單；(3