機械原理健身球設計課程設計,機械,原理,健身,設計,課程設計 機械原理課程設計 說明書 設計題目 健身球檢驗分類機 目 錄 一、題目………………………………………………………………… 2 二、設計題目及任務…………………………………………………….2 2.1 設計題目…………………………………………………………………….2 2.2 設計任務…………………………………………………………………….2 2.3 設計提示.…………………...……………………………………….………2 三、健身球檢驗分類機方案設計.…………...…………………………...……3 3.1方案設想……………………………………………………………………..3 3.2健身球檢驗分類機工作原理...……...……………………...……………….4 3.2.1 運動方案簡圖 …………...…………………………...………………4 3.2.2健身球檢驗分類機的基本組成 ……………...………………………5 3.2.3健身球檢驗分類機工作流程 ……………...…………………………5 3.3機器基本組成應用與尺寸設計…………………...………………………...5 3.3.1電動機 ……………...…………………………...…………………….6 3.3.2減速器 ……………...…………………………...…………………….6 3.3.3凸輪滑塊與料槽、檢料裝置………………...…………………………9 3.3.4進料推桿滑塊與檢料推桿滑塊的協(xié)調(diào)……………….……….…….14 四、方案分析與評價……………………………………...…………………….14 4.1優(yōu)點…………………...…………………………...………………………..14 4.2缺點…………………...…………………………...………………………..15 4.3改進…………………...…………………………...………………………..15 五、參考文獻…………………...…………………………...……………………15 六、健身球檢驗分類機裝配簡圖…………..…...…………………………...16 一、題目：健身球檢驗分類機 二、設計題目及任務 2.1設計題目 設計健身球自動檢驗分類機，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（包括進料、送料、檢測、接料）自動完成。 健身球直徑范圍為，要求分類機將健身球按直徑大小分為三類。 直徑范圍為的為第一類，直徑范圍在的為第二類，直徑范圍在的為第三類。 技術(shù)要求見下表 表1 技術(shù)要求參數(shù) 方案號 電動機轉(zhuǎn)速/ 生產(chǎn)率（檢球速度）/(個/) 9 720 10 2.2設計任務 (1)健身球檢驗分類機一般至少包括凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)在類的三種機構(gòu)。 (2)設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 (3)繪制健身球檢驗分類機的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。 (4)繪制凸輪機構(gòu)設計圖（包括位移曲線、凸輪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。盤狀凸輪解析法設計，圓柱凸輪用圖解法設計。 (5)設計計算其中一對齒輪機構(gòu)。 (6)編寫設計計算說明書。 (7)學生可進一步完成：凸輪的數(shù)控加工、健身球檢驗分類機的 計算機演示驗證等。 2.3設計提示 健身球檢測分類機是創(chuàng)造性較強的題目，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：第一個接料口的之間直徑為，中間接料口的直徑為，而第三個接料口的直徑稍大于。使直徑小于的球直接落入第一個接料口，直徑大于的球先卡在第一個接料口，然后由送料機構(gòu)將其推出滾向中間接料口，依此類推。 (2)球的尺寸控制還可以用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)。 (3)此外，需要設計送料機構(gòu)、接料機構(gòu)、間歇機構(gòu)等，可由曲柄滑塊機構(gòu)、槽輪機構(gòu)等實現(xiàn)。 三、健身球檢驗分類機方案設計 3.1方案設想 方案一 我們認為此檢驗分類機的主要用途就是將不同直徑大小的健身球分成三類，同時我們還得考慮到健身球是石料所做，故我們在檢驗分類的同時應注意到避免健身球損壞。我們提出了如下圖的裝置運動。 圖1 方案一運動簡圖 經(jīng)分析，我們認為此方案接料裝置的速度不易于控制，故我們放棄此方案，尋找便于控制的檢料裝置，如方案二。 方案二 我們將檢料機構(gòu)進行了改進，設計成可變動的檢測機構(gòu)，初步設想裝置如下圖： 圖2方案二運動簡圖 我們認為該方案的正好彌補了方案一的不足，方便而簡單地對健身球進行檢測，同時也能夠?qū)⑺土蠙C構(gòu)里的滑塊與檢測機構(gòu)里的滑塊統(tǒng)一起來運動。在上滑塊將球抵出的同時下滑塊上邊緣也正好抵達料道1的口緣處，向下運動時對球進行檢測分類。 3.2健身球檢驗分類機工作原理 3.2.1運動方案簡圖 圖3 健身球檢驗分類機運動方案簡圖 1,2,3,4—直齒輪 5，6—錐齒輪 7，8—凸輪 9—彈簧 10—振蕩器 11—料槽 12，13—帶輪 14，15—推桿 3.2.2健身球檢驗分類機的基本組成(詳見附圖) (1)電動機 (2)減速器 (3)凸輪滑塊 (4)料槽 (5)振蕩器 (6)檢料箱體 (7)收集箱 (8)皮帶輪 (9)直齒錐 3.2.3健身球檢驗分類機工作流程 將待測健身球放入料槽中 通過導管將料槽中的小球在 震蕩器的作用下引入帶凹槽的導軌中 電機通過變速器帶動凸輪滑塊2推動健身球 健身球在滑塊2推動的作用下 由導軌進入檢料裝置口 健身球由滑塊1引入檢料裝置，并跟隨滑塊1緩慢向下移動，進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入不同的收集箱中 圖4 檢驗分類機工作流程圖 3.3機器基本組成應用與尺寸設計 3.3.1電動機 本健身球檢驗分類機原動件采用轉(zhuǎn)速為的交流電動機。 3.3.2減速器 圖5 減速裝置 本分類裝置采用圖5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)。 (一)皮帶傳送： 圖6 皮帶減速機構(gòu) 如圖6所示為皮帶減速機構(gòu)，帶輪1連接原動件轉(zhuǎn)速為的交流電動機，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) (二)齒輪系傳動： 如圖5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) (三)直齒錐齒輪： 圖7 錐齒輪嚙合簡圖 如圖7所示，直齒輪4與直齒錐齒輪5、凸輪7（見圖7）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與凸輪8同軸連接（見附圖），根據(jù)齒輪傳動原理有： = (5) = (6) 由凸輪8與直齒錐齒輪同軸傳動有： = (7) 根據(jù)提供的原動件轉(zhuǎn)速為的交流電動機與課程設計要求，在的前提下，設計機器的生產(chǎn)率為10個/min,設計的凸輪滑塊結(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8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?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)過比較設計皮帶傳動結(jié)構(gòu)與齒輪系傳動結(jié)構(gòu)的相應參數(shù)如表2、表3： 表2 皮帶輪參數(shù) 帶輪1 帶輪2 皮帶輪半徑（mm） 100 800 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1 5 20 20 100 / 齒輪2 5 20 60 300 / 齒輪3 5 20 20 100 / 齒輪4 5 20 60 300 / 直齒錐5，6 5 20 40 200 90 一對齒輪與一對直齒錐齒輪嚙合如圖8所示： 圖8 直齒輪、錐齒輪嚙合簡圖 3.3.3凸輪推桿滑塊與料槽、檢料裝置 (一)凸輪推桿滑塊與檢料裝置、收集箱： (1)凸輪推桿滑塊 圖9 檢料裝置運動圖 如圖9所示，齒輪4與凸輪7同軸傳動，凸輪7與桿1、滑塊1形成凸輪滑塊傳動機構(gòu)。凸輪尺寸的設計基于該機構(gòu)從動件的運動規(guī)律，由于凸輪7與凸輪8的轉(zhuǎn)速相同，設計滑塊2將待測球推入檢測裝置的同時，滑塊1在的高度接入待測球進入相應尺寸料道，建立滑塊1與滑塊2的同步運動機制，根據(jù)檢料裝置的尺寸設計（見表4），可建立滑塊1與滑塊2的運動規(guī)律圖： 滑塊1、2的運動規(guī)律如圖10所示： 圖10 從動件運動規(guī)律圖 基圓半徑，角速度ω，從動件的運動規(guī)律如圖10，設計該凸輪輪廓曲線。由齒輪4與凸輪7同軸傳動有： ω== 設計該凸輪的基圓半徑與到： 則凸輪進程運動圖如圖11所示： 圖11 凸輪進程運動圖 按對心平板直動從動件盤形凸輪作出廓線—理論廓線。 圖12 圖輪廓線設計圖 凸輪7與桿1、滑塊1構(gòu)成凸輪滑塊傳動機構(gòu)，在凸輪7的帶動下，滑塊1由于桿1的約束做圖9所示的運動，設計滑塊1為金屬滑塊，在重力的作用下，保證凸輪回程的同時滑塊與桿一同下降，回到起點。 (2)檢料裝置與收集箱 圖13 檢料裝置圖 在檢料箱體中，滑塊1的軌道中設有待測球出口料道1、料道2、料道3，料道順序為尺寸從小到大往下設置，小球先檢測，接著檢測中球，大球最后檢測，料道尺寸設計稍大于，為了使球能夠快速穩(wěn)定地經(jīng)過料道尺寸檢測，設計軌道與水平夾角為： = 根據(jù)課題設計要求可設置相應尺寸大小如表4： 表4 檢料裝置料道尺寸 料道1 料道2 料道3 料道直徑（mm） 42 44 47 設置滑塊軌道有關(guān)尺寸為： (二)進料機構(gòu)設計： (1)凸輪推桿滑塊 圖14 進料機構(gòu)簡圖 如圖14所示，凸輪8與直齒錐齒輪6同軸傳動，凸輪8與凸輪7具有相同的轉(zhuǎn)速，由于設計滑塊1與滑塊2同步進程機制，所以凸輪8與凸輪7尺寸相同，滑塊1與滑塊2的運動規(guī)律也相同，運動規(guī)律如圖10所示。 所以 為了防止滑塊與料槽底部產(chǎn)生摩擦，設置其上平面與料槽底部的距離。 凸輪8與滑塊2、桿2構(gòu)成凸輪滑塊機構(gòu)，由于滑塊水平滑動，設置如圖12所示的彈簧回程機制。 在進料機構(gòu)的表平面，為了防止健身球掉下時偏離送料路線，所以我們在平面表面設置了如下圖15的弧形凹槽，其半徑約為。同時，我們在平面以及滑塊1、2的表面鋪設一層表面具有一定光滑性的海棉，以防止健身球損壞。 圖15 進料機構(gòu)表面圖 (2)料槽裝置 圖16 料槽裝置簡圖 如圖16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，。 對于導管直徑，為了保證良好的流動性應該大于最大球的直徑，并保證的盈余空間；但也不宜過大，過大尺寸的直徑容易造成球體之間的相互摩擦力增加，造成導管的堵塞。 考慮到待測球在漏口堵塞情況，設置了如圖17的振蕩器裝置： 圖17 振蕩器簡圖 為了防止料槽中，健身球堵塞，本裝置使用了如圖15所示的解卡振蕩器。本振蕩器使用電動機2來帶動偏心輪1轉(zhuǎn)動，由于偏心輪質(zhì)心偏離轉(zhuǎn)動中心，因此產(chǎn)生振動的效果。把解卡振蕩器安裝于料槽壁上帶動料槽振動，使料槽中健身球的流動性得到加強，很大程度的減小了健身球被卡住的幾率。 3.3.4進料推桿滑塊與檢料推桿滑塊的協(xié)調(diào) 為了能夠保證進料機構(gòu)在將健身球送出的同時，檢料正好接住健身球，我們就將進料推桿滑塊與檢料推桿滑塊的進程協(xié)調(diào)統(tǒng)一起來，如下示意圖所示： 圖18 進料推桿滑塊與檢料推桿滑塊協(xié)調(diào)進程示意圖 如圖中所示意，進程與進程要求相等，即： 另外，在滑塊2的前端，我們認為可以留有在范圍內(nèi)的距離差距，因為考慮到健身球的形狀以及其重力作用，其能夠按照預想的路程進行檢料。 為了避免因運動而逐漸產(chǎn)生更大的誤差，我們預先設計兩各凸輪滑塊的初始位置分別在料道1下口緣和右平面最左端，即A、B兩處。 四、健身球檢測分類機分析與評價 4.1 優(yōu)點 (1)設計結(jié)構(gòu)簡單，能耗低； (2)設計制造簡單； (3)使用解卡振蕩器，很大程度上減小健身球互卡的幾率； (4)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)由于機械機構(gòu)簡單，故精確度不高； (2)振蕩器的時候加劇了健身球之間的相互碰撞，同時使機械運轉(zhuǎn)的噪音加大； (3)不適合用于高速分類。 4.3改進 (1)可通過精確的調(diào)整解卡振蕩器的頻率，從而減小噪音； (2)使用摩擦系數(shù)較小的導軌，提高選擇精度。 五、參考文獻 【1】孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，2008. 【2】吳建蓉.工程力學與機械設計設計基礎.北京：電子工業(yè)出版社，2007. 【3】裘建新.機械原理課程設計指導書. 5版.北京：高等教育出版社，2008. 【4】陸鳳儀. 機械原理課程設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2002. - 15 -